復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗生理指標(biāo)的影響

高 昆，崔妮妮

（1.山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山西大同037009;2.山西大同大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心,山西大同037009;3.山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2018屆學(xué)生，山西大同037009）

土壤鹽漬化是世界性生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，是影響農(nóng)、林業(yè)生產(chǎn)的主要因素。鹽脅迫影響植物的發(fā)芽、生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)[1]。我國(guó)的鹽漬化土地面積占國(guó)土面積的1/4，是我國(guó)重要的土地資源[2]。選擇適宜的糧食作物在鹽堿地上種植，既可以有效提高鹽堿地土壤質(zhì)量，又可以充分利用土地資源，提高糧食產(chǎn)量。

谷子因其糧飼兼用、抗旱耐瘠薄、營(yíng)養(yǎng)豐富均衡等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、節(jié)水、生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的背景下，將發(fā)揮重要作用[3]。豫谷18是國(guó)家谷子糜子產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“十二五”規(guī)劃重大研發(fā)成果，具有優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)特點(diǎn)，是第一個(gè)同時(shí)適應(yīng)華北、西北、東北三大主產(chǎn)區(qū)的谷子品種[4],本試驗(yàn)選用豫谷18為試驗(yàn)材料，研究復(fù)合鹽脅迫對(duì)其生理指標(biāo)和光合指標(biāo)的影響，進(jìn)一步分析谷子的抗鹽機(jī)理和適應(yīng)機(jī)制，為在鹽堿地種植谷子和提高產(chǎn)量提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用豫谷18幼苗為材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在2017年6月到9月在山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物生理實(shí)驗(yàn)室中完成。用12個(gè)花盆播種谷子，每盆裝入蛭石1 kg，挑選籽粒成熟且飽滿的種子，播種在花盆中，澆水使其發(fā)芽生長(zhǎng)，待其長(zhǎng)至7～8片葉片時(shí)，挑除長(zhǎng)勢(shì)不良的幼苗。用濃度為0%、0.3%、0.6%、0.9%的復(fù)合鹽（復(fù)合鹽質(zhì)量配比為MgCl2∶MgSO4=2∶1）溶液進(jìn)行脅迫處理，脅迫期間適當(dāng)澆水，以補(bǔ)充水分。以0.0%（即用蒸餾水澆灌）鹽濃度下生長(zhǎng)的豫谷18幼苗為對(duì)照，脅迫2周后取樣測(cè)定并記錄生理指標(biāo)和光合指標(biāo)[5]。每個(gè)濃度的復(fù)合鹽脅迫處理設(shè)3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及其方法

電導(dǎo)率：用電導(dǎo)率儀測(cè)定。

光合指標(biāo)：用便攜式光合蒸騰儀Yaxin-1102測(cè)定。

POD：用愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測(cè)定。

SOD：用氮藍(lán)四唑比色法進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2010和SPSS24.0統(tǒng)計(jì)軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗電導(dǎo)率的影響

鹽脅迫后植物細(xì)胞膜會(huì)發(fā)生許多變化，進(jìn)而影響植物體內(nèi)的各種代謝過(guò)程，從而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[6]。相對(duì)電導(dǎo)率代表了植株的傷害率，而傷害率代表其細(xì)胞膜透性。由圖1可知，豫谷18谷子幼苗的電導(dǎo)率隨復(fù)合鹽濃度的增加呈上升趨勢(shì)，用蒸餾水處理的幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率最小，為23.18%，用0.9%濃度的復(fù)合鹽處理的相對(duì)電導(dǎo)率最大，為54.83%。在0%～0.3%，0.6%～0.9%的上升趨勢(shì)較快，在0.3%～0.6%時(shí)上升速度較慢。不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行方差分析，如表1所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)顯著差異，說(shuō)明隨復(fù)合鹽濃度的升高，對(duì)幼苗的傷害率提高。

圖1 復(fù)合鹽脅迫下植株的相對(duì)電導(dǎo)率

表1 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率影響的差異性分析結(jié)果

2.2 復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗光合作用指標(biāo)的影響

光合作用是綠色植物在體內(nèi)積累有機(jī)物的生化過(guò)程，其對(duì)環(huán)境因子變化的感受極其敏感[7]。因此，本試驗(yàn)測(cè)量了在不同復(fù)合鹽脅迫下植株的幾項(xiàng)光合指標(biāo)，包括Pn、E、Gs、CO2int，并分析它們的變化規(guī)律。

2.2.1 復(fù)合鹽脅迫對(duì)凈光合速率（Pn）的作用

由圖2可知，豫谷18幼苗的Pn值伴隨著復(fù)合鹽濃度的升高而下降，其中，在復(fù)合鹽濃度0%～0.3%時(shí)下降較快，0.3%～0.6%，0.6%～0.9%時(shí)下降趨勢(shì)減緩，且用蒸餾水處理的幼苗Pn值最大，為0.046 μmol/cm2·s，用0.9%濃度處理的幼苗Pn值最小，為 0.009 μmol/cm2·s。對(duì)不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的Pn進(jìn)行方差分析，如表2所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的Pn呈現(xiàn)顯著差異。凈光合速率代表植株有機(jī)物的積累，由圖可見(jiàn)，植株通過(guò)對(duì)減少有機(jī)物的積累來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)。

圖2 復(fù)合鹽脅迫下豫谷18幼苗的Pn值

表2 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗Pn值影響的差異性分析結(jié)果

2.2.2 復(fù)合鹽脅迫對(duì)蒸騰速率（E）的影響

植物根系和體內(nèi)水分和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)移主要通過(guò)蒸騰作用實(shí)現(xiàn)，蒸騰作用關(guān)系到土壤水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸[8]。由圖3可知，豫谷18谷子幼苗的E值隨復(fù)合鹽濃度的升高而降低，且復(fù)合鹽濃度在0%～0.3%時(shí)下降幅度較大，0.6%～0.9%時(shí)下降幅度較小。在蒸餾水處理的水平取最大值0.045 mmol/cm2·s，在0.9%復(fù)合鹽濃度時(shí)取最小值0.010 mmol/cm2·s。對(duì)不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的E進(jìn)行方差分析，如表3所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的E呈現(xiàn)顯著差異。蒸騰速率隨脅迫濃度的升高而降低，說(shuō)明植株通過(guò)降低蒸騰速率來(lái)對(duì)鹽脅迫做出反應(yīng)。

圖3 不同濃度復(fù)合鹽脅迫下豫谷18幼苗的E值

表3 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗E值影響的差異性分析結(jié)果

2.2.3 復(fù)合鹽脅迫對(duì)氣孔導(dǎo)度（Gs）的影響

氣孔導(dǎo)度指的是氣孔傳輸CO2和水的快慢，氣孔導(dǎo)度關(guān)系著植物的蒸騰作用和光合作用。由圖4可知，用蒸餾水處理的幼苗氣孔導(dǎo)度最大，為0.442 mmol/cm2·s，用0.9%的復(fù)合鹽脅迫處理的幼苗氣孔導(dǎo)度最小，為0.077 mmol/cm2·s。幼苗的Gs值隨復(fù)合鹽濃度的升高而降低，且在0%～0.3%時(shí)下降較快，在0.3%～0.6%，0.6%～0.9%時(shí)下降速度緩慢。對(duì)不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的Gs進(jìn)行方差分析，如表4所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的Gs呈現(xiàn)顯著差異，即鹽脅迫下的氣孔開(kāi)度降低，幼苗通過(guò)降低蒸騰作用和呼吸作用來(lái)適應(yīng)鹽脅迫條件。

圖4 不同濃度復(fù)合鹽脅迫下豫谷18幼苗的Gs值

表4 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗Gs影響的差異性分析結(jié)果

2.2.4 復(fù)合鹽脅迫對(duì)細(xì)胞間隙CO2濃度（CO2int）的影響

細(xì)胞間隙CO2會(huì)直接影響碳的固定，從而影響其光合作用的速率和有機(jī)物的積累，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[9]。由圖5可知，幼苗的CO2int值隨復(fù)合鹽濃度的升高而下降，且在用蒸餾水處理的達(dá)到最大值23.62 mg/L，而在0.9%處理組為最小值2.84 mg/L。在0%～0.3%時(shí)下降幅度快，在0.3%～0.6%，0.6%～0.9%時(shí)下降幅度減緩。對(duì)不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的CO2int進(jìn)行方差分析，如表5所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的CO2int呈現(xiàn)顯著差異，即隨復(fù)合鹽濃度的升高，光合作用減慢，有機(jī)物的積累減少。

圖5 不同濃度復(fù)合鹽脅迫下豫谷18幼苗的CO2int值

表5 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗CO2int影響的差異性分析結(jié)果

2.3 復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗保護(hù)酶的作用

植物的保護(hù)酶在抵抗鹽脅迫方面有著突出的作用，它們通過(guò)減少活性氧來(lái)減少不利環(huán)境對(duì)植物的傷害。SOD和POD是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶，其活性大小代表了植物對(duì)不利條件的抵抗能力[9]。

2.3.1 復(fù)合鹽脅迫對(duì)幼苗POD的影響

由圖6可見(jiàn)，伴隨復(fù)合鹽濃度的升高，谷子幼苗的POD活性顯著增加，復(fù)合鹽濃度從0%～0.6%，從0.6%～0.9%時(shí)，POD活性的增加幅度小，從0.3%～0.6%時(shí)，上升幅度大。在0%濃度時(shí)的POD活性最低，是4 874.67 μ/g·min；在0.9%濃度時(shí)取最大值12 562.66 μ/g·min。對(duì)不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的POD進(jìn)行方差分析，如表6所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的POD呈現(xiàn)顯著差異。隨著復(fù)合鹽濃度的升高，植株體內(nèi)產(chǎn)生較多危害有機(jī)體的自由基，所以POD的活性顯著增強(qiáng)。

圖6 不同濃度復(fù)合鹽脅迫下豫谷18幼苗的POD值

表6 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗POD影響的差異性分析結(jié)果

2.3.2 復(fù)合鹽脅迫對(duì)幼苗SOD活性的影響

由圖7可知，伴隨著復(fù)合鹽濃度的升高，幼苗的SOD活性顯著增加，復(fù)合鹽濃度從0%～0.3%，從0.6%～0.9%時(shí)，POD活性增加速度快，從0.3%～0.6%時(shí)，增大速度減緩。在0%處取最小值136.76μ/g，在0.9%濃度處理下取最大值251.27μ/g。對(duì)不同濃度復(fù)合鹽脅迫下的SOD進(jìn)行方差分析，如表7所示，不同復(fù)合鹽濃度脅迫下植物的SOD呈現(xiàn)顯著差異。說(shuō)明鹽脅迫使植物體內(nèi)產(chǎn)生大量自由基，幼苗通過(guò)增加SOD的活性進(jìn)行清除自由基，保護(hù)幼苗。

圖7 不同濃度復(fù)合鹽脅迫下豫谷18幼苗的SOD值

表7 不同濃度復(fù)合鹽脅迫對(duì)豫谷18幼苗SOD影響的差異性分析結(jié)果

3 結(jié)論與討論

1）隨著復(fù)合鹽濃度的升高，相對(duì)電導(dǎo)率增加，即對(duì)谷子的膜結(jié)構(gòu)的傷害率呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明在鹽堿地會(huì)破壞谷子細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，從而影響膜對(duì)物質(zhì)和能量的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而影響幼苗的生長(zhǎng)。

2）不同濃度的復(fù)合鹽對(duì)豫谷18幼苗的光合指標(biāo)有著重要影響。隨著復(fù)合鹽濃度的上升，幼苗的Pn、E、Gs、CO2int都下降。本試驗(yàn)中，幼苗的CO2int下降，Gs的下降，說(shuō)明了Pn的下降主要是由氣孔因素引起的。

3）谷子幼苗的POD、SOD的活性隨著復(fù)合鹽脅迫的升高呈上升趨勢(shì)。隨著酶活性顯著升高，植物體內(nèi)抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)隨被激活，從而使其對(duì)鹽脅迫有一定的耐受能力。

植株在不同濃度鹽脅迫下會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)，其反應(yīng)涉及細(xì)胞膜的破環(huán)，光合作用的下降，滲透脅迫、抗氧化酶活性升高等。由本試驗(yàn)可知，鹽脅迫會(huì)使植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)改變，蒸騰速率下降，導(dǎo)致物質(zhì)運(yùn)輸速率減緩；由于氣孔因素使得Pn下降，有機(jī)物積累減少；POD，SOD活性升高，清除代謝產(chǎn)生的自由基速率增快，使細(xì)胞免受損傷。因此，可以從保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)方面增加植物的抗性，培育和改良新品種。