復鹽脅迫對不同水稻品種種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

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(1.四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學院，　四川 內(nèi)江 641000；　2.內(nèi)江市種子管理站，　四川 內(nèi)江 641000；3.西南科技大學 生命科學與工程學院，　四川 綿陽 621010)

土壤鹽堿化已成為全球共同面臨的環(huán)境問題之一[1-2]。隨著工業(yè)化、信息化的深入推進以及人類長期不合理的施肥與灌溉，全球耕地鹽堿化呈現(xiàn)不斷惡化的趨勢；據(jù)預計，到2050年，全球約50%以上的耕地將會發(fā)生不同程度的鹽堿化，這嚴重制約全球農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展[3-4]。鹽脅迫將導致土壤滲透勢降低、離子濃度失衡、體內(nèi)代謝紊亂、細胞膜受損，最終抑制植物的生長、發(fā)育，降低其質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至使植物死亡[3,5]。因此，培育、篩選并推廣耐鹽作物品種對緩解鹽害地區(qū)作物栽培與生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。

水稻是世界性的主要糧食作物之一。我國是一個集稻米種植、生產(chǎn)、加工、消費于一體的大國。水稻的耐鹽能力因品種不同、發(fā)育階段不同、土壤類型不同而存在一定的差異[6]。相對于植物成年階段，植物種子在萌發(fā)時期，其耐鹽能力較弱[7]；鹽脅迫將導致植物種子萌發(fā)率低、成苗率小、幼苗質(zhì)量差、生物量積累減少，最終影響植株的生理和形態(tài)建成[8-10]。目前，關于水稻耐鹽性有一定的研究[6,11-13]，而有關復鹽脅迫下的水稻研究卻鮮見報道?；诖?，本研究利用NaCl和Na2SO4模擬土壤的復鹽環(huán)境，研究不同復鹽濃度處理對水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期篩選出耐鹽性強的品種，為鹽堿化地區(qū)水稻生產(chǎn)、耐鹽品種培育提供參考。

1　材料與方法

1.1　材　料

供試水稻品種均由四川省內(nèi)江雜交水稻科技開發(fā)中心提供。分別為內(nèi)5優(yōu)306(審定號：川審2012001)、內(nèi)5優(yōu)39(審定號：國審2011009)、內(nèi)7優(yōu)39(審定號：國審2014015)。試驗隨機選取種實飽滿，顆粒大小一致的種子為材料，于2017年11月在四川省內(nèi)江雜交水稻科技開發(fā)中心進行。

1.2　方　法

1.2.1發(fā)芽試驗

用分析純NaCl和Na2SO4模擬復鹽脅迫環(huán)境，其中NaCl和Na2SO4按照1∶1進行配置，共設置5個濃度水平：0%(ck)、0.1%、0.4%、0.7%、1.0%。每個處理3個重復，每個重復50粒種子。試驗采用雙層濾紙培養(yǎng)皿法：將準備好的種子放入鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，并排列整齊，隨后加入10 mL不同濃度的復鹽溶液。然后將培養(yǎng)皿放在25 ℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。試驗的光照周期為12 h(光)/12 h(暗)依次交替，光照強度為2 000 lx。

1.2.2指標測定

每天固定時間觀察種子的萌發(fā)情況，第7天計算種子的發(fā)芽勢，第15天計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標[11]。處理15 d后，每個處理隨機選取10株幼苗，測量其根長、芽長、鮮重；并參照張志良等[14]的方法，測定脯氨酸、丙二醛等生理指標。

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(%)=7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

相對發(fā)芽率(%)=某處理下的發(fā)芽率/對照組的發(fā)芽率×100%。

1.2.3數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007軟件和SPSS軟件進行統(tǒng)計、處理、分析。同時，以鹽濃度為自變量，對各測試指標進行線性回歸分析。

2　結果與分析

2.1　復鹽脅迫對不同水稻品種種子萌發(fā)特性的影響

種子萌發(fā)不僅在植物生長的整個生活史中具有舉足輕重的作用，也是植物生活周期中最關鍵的階段之一。復鹽脅迫會不同程度地影響植物種子的萌發(fā)。由表1可知，復鹽脅迫使不同水稻品種的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率均呈下降趨勢，即3個水稻品種的種子萌發(fā)特性和復鹽濃度呈負相關。隨著鹽濃度的提高，內(nèi)5優(yōu)306的發(fā)芽率逐漸降低，當鹽濃度≥0.40%時，發(fā)芽率均極顯著降低；鹽脅迫下的發(fā)芽率分別為95.33%、84.00%、67.33%、37.67%，分別較對照降低了0.34、11.67、28.34、58.00個百分點。內(nèi)5優(yōu)39和內(nèi)7優(yōu)39的發(fā)芽率則隨著鹽濃度的升高而呈先升后降趨勢，表明復鹽溶液對這2個品種有低劑量刺激效應；當濃度≥0.40%時，這2個品種的發(fā)芽率也極顯著降低；鹽脅迫下內(nèi)5優(yōu)39的發(fā)芽率分別為96.00%、86.67%、72.00%、44.67%，較對照分別降低了-1.33、8.00、22.67、50.00個百分點；鹽脅迫下，內(nèi)7優(yōu)39的發(fā)芽率分別為93.60%、88.90%、75.33%、47.33，分別較對照降低了-0.60、4.10、17.67、45.67個百分點。同時，3個品種的發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率也和發(fā)芽率呈相似的趨勢。

進一步分析可知，當鹽溶液的濃度提高時，盡管3個品種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率都與鹽濃度呈負相關，但是在同一濃度處理下，種子萌發(fā)率下降程度內(nèi)5優(yōu)306>內(nèi)5優(yōu)39>內(nèi)7優(yōu)39。這說明內(nèi)7優(yōu)39的耐鹽性最強。從3個水稻品種的發(fā)芽勢可以看出，鹽脅迫可以使種子的發(fā)芽時間推遲，容易導致出苗不整齊；當鹽濃度為1.0%時，內(nèi)5優(yōu)306、內(nèi)5優(yōu)39、內(nèi)7優(yōu)39的發(fā)芽勢分別為7.67%、16.33%、18.67%，3個品種的耐鹽能力強弱為內(nèi)5優(yōu)306<內(nèi)5優(yōu)39<內(nèi)7優(yōu)39。

表1復鹽脅迫下不同水稻品種種子的萌發(fā)特性

品種處理發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)相對發(fā)芽率(%)內(nèi)5優(yōu)306ck95.67+0.58a89.33+0.58a100.000.10%95.33+2.08a90.67+0.58a99.640.40%84.00+2.00b62.33+0.58b87.800.70%67.33+1.15c25.33+0.58c70.381.00%37.67+0.58d7.67+0.58d39.37內(nèi)5優(yōu)39ck94.67+1.15a87.33+0.58a100.000.10%96.00+0.00a87.67+0.58a101.400.40%86.67+1.15b66.67+0.58b91.550.70%72.00+2.00c33.67+1.53c76.051.00%44.67+1.15d16.33+0.58d47.18內(nèi)7優(yōu)39ck93.00+1.00a85.33+0.58a100.000.10%93.60+0.53a86.67+1.53a100.650.40%88.90+0.85b69.67+2.08b95.590.70%75.33+0.58c38.33+1.53c81.001.00%47.33+0.58d18.67+0.58d50.89

2.2　復鹽脅迫對不同水稻品種幼苗生長的影響

隨著復鹽濃度的增加，不同品種幼苗的芽長、根長、總鮮重、根鮮重、芽鮮重以及根冠比均逐漸減小(表2)。ck處理下，內(nèi)5優(yōu)306的根長、芽長、總鮮重、根鮮重、芽鮮重分別為8.27 cm、9.45 cm、76.67 mg、28.14 mg、48.52 mg。各指標都優(yōu)于內(nèi)5優(yōu)39和內(nèi)7優(yōu)39。在低濃度處理下，3個品種的幼苗芽長無顯著降低；但鹽濃度≥0.40%時，供試材料的各生長指標均顯著降低。

表2復鹽脅迫對不同水稻品種幼苗生長的影響

品種處理芽長(cm)根長(cm)總鮮重(mg)根鮮重(mg)芽鮮重(mg)根冠比內(nèi)5優(yōu)306ck8.27+0.06a9.45+0.12a76.67+1.53a28.14+0.56a48.52+0.97a0.580.10%7.44+0.07b6.84+0.07b58.33+0.58b20.94+0.21b37.39+0.37b0.560.40%4.83+0.35c4.44+0.08c41.67+1.53c13.32+0.49c28.34+1.04c0.470.70%2.60+0.11d3.20+0.15d25.33+0.58d6.43+0.15d18.91+0.43d0.341.00%1.80+0.10e2.05+0.05e15.00+1.00e2.39+0.16e12.61+0.85e0.19內(nèi)5優(yōu)39ck8.13+0.15a9.22+0.10a75.33+0.54a26.42+0.20a48.92+0.35a0.540.10%7.73+0.25a8.07+0.03b67.67+0.48b23.15+0.21b44.52+0.38b0.520.40%6.17+0.08b6.60+0.11c50.33+0.21c15.62+0.18c34.71+0.40c0.450.70%3.23+0.06c3.83+0.06d28.67+0.31d7.12+0.14d21.55+0.43d0.331.00%2.07+0.07d2.47+0.03e18.00+2.00e3.12+0.35e14.88+1.66e0.21內(nèi)7優(yōu)39ck8.15+0.16a9.32+0.12a72.67+0.58a26.38+0.21a46.29+0.36a0.570.10%7.93+0.15a 8.41+0.08b65.67+1.51b23.30+0.54b42.37+0.99b0.550.40%6.23+0.12b7.34+0.09c51.00+2.02c16.07+0.63c34.93+1.37c0.460.70%3.48+0.08c4.06+0.04d29.33+1.53d7.28+0.38d22.05+1.15d0.331.00%2.31+0.03d3.14+0.07e20.67+2.08e3.25+0.36e14.75+1.64e0.22

表3復鹽脅迫對不同水稻品種生理的影響

處理　　　　　　內(nèi)5優(yōu)306　　　　　　　　　　　　內(nèi)5優(yōu)39　　　　　　　　　　　　內(nèi)7優(yōu)39　　　　　　丙二醛(μmol/g)脯氨酸(μg/g)丙二醛(μmol/g)脯氨酸(μg/g)丙二醛(μmol/g)脯氨酸(μg/g)ck18.50+0.29e33.67+0.58d18.60+0.56e35.97+1.45d17.93+0.38e34.63+0.42d0.10%24.77+0.40d34.93+0.9d23.97+0.76d37.37+0.40d23.35+0.25d35.10+1.05d0.40%49.71+0.82c45.43+0.51c47.20+1.28c49.10+0.46c25.12+0.66c47.17+0.38c0.70%69.93+0.38b50.8+1.06b65.73+0.42b56.90+0.10b68.47+0.91b55.17+0.57b1.00%74.40+0.66a64.57+0.45a71.17+1.01a68.23+0.25a72.07+0.21a67.03+0.25a

鹽濃度為0.40%時，內(nèi)5優(yōu)306的芽長為4.83 cm、根長為4.44 cm、總鮮重為41.67 mg、根鮮重為13.32 mg、芽鮮重為28.34 mg，分別較對照組降低了3.44 cm、5.01 cm、35 mg、14.82 mg、20.18 mg；內(nèi)5優(yōu)39的芽長為6.17 cm、根長為6.60 cm、總鮮重為50.33 mg、根鮮重為15.62 mg、芽鮮重為34.71 mg，分別較對照組降低了1.96 cm、2.62 cm、25.33 mg、10.8 mg、14.21 mg；而內(nèi)7優(yōu)39的芽長為6.23 cm、根長為7.34 cm、總鮮重為51.00 mg、根鮮重為16.07 mg、芽鮮重為34.93 mg，分別較對照組降低了1.92 cm、1.98 cm、21.67 mg、10.31 mg、11.36 mg。隨著鹽濃度的繼續(xù)升高，內(nèi)5優(yōu)306的芽長、根長、總鮮重、根鮮重以及芽鮮重等生長指標下降量都要大于內(nèi)5優(yōu)39、內(nèi)7優(yōu)39。這表明內(nèi)5優(yōu)306的耐鹽性要較另外個品種弱。

根冠比是反映植物受到脅迫的指標之一。根冠比越小，說明植物受到的脅迫越強。復鹽脅迫下，水稻的幼苗隨著鹽濃度的增加，生長發(fā)育受到抑制程度也逐漸增強。鹽濃度≥0.70%時，3個品種的根冠比小于0.4，說明幼苗的生長發(fā)育受到明顯的抑制。同濃度下，供試材料受抑制程度的強弱為：內(nèi)5優(yōu)306>內(nèi)5優(yōu)39>內(nèi)7優(yōu)39。

2.3　復鹽脅迫對不同水稻品種丙二醛和脯氨酸含量的影響

由表3得知，當鹽濃度升高時，內(nèi)5優(yōu)306、內(nèi)5優(yōu)39、內(nèi)7優(yōu)39等3個品種的丙二醛含量也隨之增高。濃度為0%(ck)、0.1%、0.4%、0.7%、1.0%時，內(nèi)5優(yōu)306的丙二醛含量分別為18.50、24.77、49.71、69.93、74.40μmol/g，和對照組相比，隨著鹽濃度的升高，丙二醛含量分別增加了6.27、31.21、51.43、55.9μmol/g；而與對照比，各個鹽濃度處理下，內(nèi)5優(yōu)39、內(nèi)7優(yōu)39的丙二醛含量則分別增加了5.37、28.6、47.13、52.57μmol/g和5.42、7.19、50.54、54.14μmol/g。這表明，受到復鹽脅迫后，水稻的生長發(fā)育被不同程度地抑制，導致生理發(fā)生變化，最終破壞了細胞膜系統(tǒng)，增加其通透性。同時，植物可以通過積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以抵抗鹽脅迫的傷害，3個水稻品種幼苗脯氨酸的含量也和鹽濃度呈正相關。當鹽濃度≥0.40%時，3個水稻品種幼苗的脯氨酸含量均顯著增加，植株體內(nèi)大量積累脯氨酸。

3　討　論

土壤鹽堿化已成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善的重要限制因子之一，不同的農(nóng)作物品種對鹽脅迫的響應程度存在明顯的差異[15]。張舟等研究4個品種豇豆的耐鹽性，結果表明，耐鹽能力大小為穗豐9號油青豆角>穗豐5號油白豆角>穗豐8 號油青豆角>夏美1 號白豆角[16]；付華等[17]分析了鹽脅迫下30個國家402份粳稻選育品種的主要農(nóng)藝性狀，發(fā)現(xiàn)品種之間的耐鹽性差異明顯，各個國家間粳稻選育品種耐鹽性與各國家所處地理位置、緯度和氣候條件有一定的相關性，并在此基礎上篩選出了18份具有較強的耐鹽性的材料，為后續(xù)的耐鹽品種培育提供親本。本研究表明，鹽脅迫下，3個供試材料的種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、幼苗生長發(fā)育及生理代謝均受到不同程度的顯著抑制，這和朱元剛等[15]，張舟等[16]，付華等[17]，徐晨等[18]的研究結果基本類似。

低濃度復鹽脅迫對內(nèi)5優(yōu)306、內(nèi)5優(yōu)39、內(nèi)7優(yōu)39的抑制不明顯；隨著鹽濃度的不斷升高，抑制作用不斷增強，與對照組相比，各個指標均發(fā)生顯著變化。然而，較對照組而言，在相同的鹽濃度處理下，3個品種的種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、根長、芽長、總鮮重、根鮮重、芽鮮重、丙二醛含量、脯氨酸含量等指標的變化值存在較大的差異，其中5優(yōu)306各指標的絕對值最大，初步表明3個品種的耐鹽性強弱為：內(nèi)5優(yōu)306<內(nèi)5優(yōu)39<內(nèi)7優(yōu)39。植物在不同的生活時期，對鹽分的敏感度不同；同時，在鹽脅迫下，植物的生物量、農(nóng)藝性狀、各項生理指標均會受到不同程度的影響。本試驗只關注了種子萌發(fā)階段的種實萌發(fā)特性、幼苗的生長以及2個生理指標，并基于此而初步推測其耐鹽能力強弱，這可能與實際的耐鹽性存在一定出入。因此，關于供試材料的耐鹽性評價，應該結合水稻不同生活階段的各種生理生化指標、農(nóng)藝性狀、生物量，乃至分子水平進一步地綜合評價。