鹽脅迫對3個燕麥品種幼苗生長及生理生化的影響

賴弟利， 朱紅林， 何 鳳， 王佳俊， 范 昱， 趙 鋼， 嚴 俊

(成都大學 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點實驗室/藥學與生物工程學院，四川 成都 610106)

燕麥是禾本科(Gramineae)燕麥屬 (Avena)一年生草本植物，又稱筱麥、玉麥和鈴鐺麥，是世界主要農(nóng)作物之一[1]。燕麥不僅具有豐富的營養(yǎng)價值，且與傳統(tǒng)栽培作物小麥(Triticumaestivum)等相比，具有更強的抗逆性[2-3]，特別是燕麥表現(xiàn)出對鹽堿土良好的適應性。因此，被認為是鹽堿地改良的重要替代作物之一，在許多國家倍受重視并廣泛栽培[4]。

我國約有25%的耕地受鹽漬化影響，導致約50%的主要作物減產(chǎn)[5]。鹽脅迫對植物的危害是多方面的，一是滲透脅迫，如高鹽濃度造成種子吸水遲緩，抑制種子萌動，降低發(fā)芽勢；二是離子的毒害；三是抑制植物體內(nèi)酶活性和糖分的積累[6-10]。目前，國內(nèi)外學者對麥類和其他作物的抗鹽生理已經(jīng)進行了較系統(tǒng)的研究。李先婷等[11]采用砂培法研究發(fā)現(xiàn)，在等量氯化鈉梯度漸進脅迫下，選擇性吸收和運輸K+是啤酒大麥適應漸進鹽脅迫的生理生態(tài)機制；XUE等[12-13]研究結(jié)果表明，大麥籽粒營養(yǎng)成分，尤其是高磷素營養(yǎng)有利于其在鹽脅迫條件下萌發(fā)。SALAMA等[14]研究了不同耐鹽性小麥品種在鹽脅迫植株中K+、Na+積累和葉片中Mg2+以及葉綠素含量的變化；YANG等[15-16]研究發(fā)現(xiàn)，小麥幼苗中脯氨酸的積累可能有助于增強植株的耐鹽性；GUO等[17]報道，腐植酸浸種可以通過調(diào)節(jié)果糖濃度減輕鹽脅迫中小麥幼苗質(zhì)膜損傷。但目前有關(guān)燕麥幼苗鹽脅迫生理的研究還較少，特別是鹽脅迫條件下燕麥幼苗可溶性糖分積累和分布尚屬空白。為此，采用我國廣泛種植的3個燕麥栽培品種為材料，以沙培法研究不同濃度鹽脅迫對燕麥幼苗生長及生理指標的影響，探尋燕麥抗鹽生理機制與規(guī)律，以期為燕麥抗鹽育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 燕麥 白燕6號、白燕9號和冀張莜4號3個品種，經(jīng)種子鹽脅迫垂直萌發(fā)法[18]和燕麥幼芽在NaCl溶液生長初步篩選較具耐鹽性，由西北農(nóng)林科技大學提供。

1.1.2 鹽 AR分析純氯化鈉，成都金山化學試劑有限公司。

1.1.3 肥料 來富利牌復合肥(N∶P∶K為15∶15∶15)，市購。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料預處理 河沙用自來水洗9～10次后，再用純凈水浸洗2次(通過測試浸出液電導率確定河沙是否洗凈)，晾干備用；選取3個燕麥品種籽粒飽滿，大小一致的種子各600粒，置于培養(yǎng)皿(100 mm)中，純凈水浸種12 h，待種子萌發(fā)備用。

1.2.2 試驗設計 采用雙因素試驗設計結(jié)合沙培盆栽法進行試驗[19-20]。其中，燕麥品種為白燕6號、白燕9號和冀張莜4號；設5個鹽脅迫濃度，分別為1 g/kg、2 g/kg、4 g/kg、6 g/kg和8 g/kg，以無鹽脅迫(0 g/kg)作對照。

稱取來富利牌復合肥0.5 g/kg分別與0 g/kg、1 g/kg、2 g/kg、4 g/kg、6 g/kg、8 g/kg(g/kg表示肥料或NaCl與沙的質(zhì)量比)鹽沙混勻裝盆。將盆中厚度約0.7 cm的沙取出，挑選浸種后胚根突破種皮，且基本一致的種子播種到對應花盆中，用取出的沙均勻的覆蓋在種子上，每盆播種30粒；每個處理播種3盆，3次重復，共播種54盆。播種后每天9:00左右噴灑1.5～3 L純凈水，5 d將托盤用10 mL純凈水浸洗1次，將浸洗液灑到對應盆中。

1.2.2 測定項目 分別在播種7 d、14 d和21 d測定相應的生長及生理生化指標，每次取樣每盆內(nèi)隨機取15株苗。葉綠素用葉綠素測定儀(SPAD-502 Plus)測定[21]，由于7 d時燕麥葉片尚未抽出，僅測定14 d和21 d的SPAD值；脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定[22]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測定[22]；丙二醛(MDA)含量和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸比色法進行測定[22]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用JMP 6.0(SAS Institute)進行方差及多元相關(guān)性分析，以及群體指標平均值差異顯著性(P<0.05)檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對燕麥幼苗生長指標的影響

由表 1看出，3個燕麥品種幼苗的同一生長指標在同一鹽濃度下隨處理時間的延長其變化趨勢一致。

1) 株高。3個燕麥品種幼苗在無脅迫和低濃度(1 g/kg)時，株高隨時間段的延長逐漸升高且各時間段內(nèi)均達顯著性差異；在2 g/kg和4 g/kg時其增速開始減緩，在較高濃度(6 g/kg和8 g/kg)脅迫下，幼苗的株高在7 d后無顯著變化。NaCl濃度為1 g/kg時燕麥幼苗株高明顯高于其余各處理，說明，低濃度的鹽處理有利于燕麥幼苗長高。

2) 根長。3個燕麥品種幼苗的根長隨鹽濃度增加、處理時間延長均呈較類似的變化趨勢。在無脅迫和NaCl濃度為1 g/kg時，同一濃度下燕麥幼苗的根長隨處理時間延長顯著增長；同時，NaCl濃度為1 g/kg時幼苗的根長也顯著高于其余鹽脅迫處理。當NaCl濃度≥2 g/kg時，同一濃度下各處理時間幼苗的根長均無顯著差異；且隨著鹽濃度的升高，3個燕麥品種的根長生長均受到明顯抑制。

3) 根數(shù)和存活率。在無脅迫處理和當NaCl濃度≤6 g/kg時，3個燕麥品種幼苗的根數(shù)和存活率均隨處理時間的延長呈逐漸增加趨勢；當NaCl濃度達8 g/kg時，各時段燕麥幼苗的根數(shù)和存活率無明顯變化。

2.2 鹽脅迫對燕麥幼苗生理指標的影響

由表2看出3個燕麥品種幼苗在同一鹽濃度下隨處理時間的延長各生理指標的變化趨勢。

1) 葉綠素含量。由于燕麥幼苗在第7天時葉片尚未展開，因此未對該時間的葉綠素含量進行測定。在生長至第14天和第21天時，隨著NaCl濃度的增加，3個燕麥品種葉綠素含量呈類似的變化趨勢。在無脅迫和NaCl濃度≤2 g/kg時，3個燕麥幼苗的葉綠素含量隨處理時間的延長均呈顯著上升趨勢；在NaCl濃度達4 g/kg時，幼苗的葉綠素含量隨處理時間的延長無顯著變化；當NaCl濃度≥6 g/kg時，幼苗的葉綠素含量隨處理時間的延長呈逐漸下降趨勢。另外，2～6 g/kg的NaCl濃度比無脅迫處理在相同時長處理下的葉綠素含量高，說明，一定濃度鹽脅迫(2～6 g/kg)使葉綠素含量增加。

2) 脯氨酸含量。相同NaCl濃度下3個燕麥品種幼苗的脯氨酸含量隨處理時間的延長呈逐漸升高趨勢。在無脅迫處理和NaCl濃度≤1 g/kg時，燕麥幼苗的脯氨酸含量隨處理時間的延長均呈逐漸上升趨勢，但增速較緩、含量較低；當NaCl濃度達2 g/kg時，其脯氨酸含量隨處理時間的延長而迅速增加，變化顯著。因此，高濃度鹽脅迫對燕麥幼苗體內(nèi)的脯氨酸含量有較大影響，說明燕麥體內(nèi)的脯氨酸含量可以作為潛在的鹽脅迫程度指標之一。

3) POD活性和MDA含量。隨培養(yǎng)時間的增加，無脅迫處理3個燕麥品種幼苗葉片的POD活性和MDA含量均無顯著變化；當NaCl濃度≥1 g/kg時，相同NaCl濃度下燕麥幼苗中POD活性和MDA含量均隨處理時間的延長呈逐步上升趨勢，且隨脅迫程度的加大而增加。

4) 可溶性糖含量。3個燕麥品種各處理幼苗體內(nèi)的可溶性糖均隨處理時間的延長呈逐步上升趨勢，其中，NaCl濃度為6 g/kg時3個燕麥品種的可溶性糖含量均在21 d時達最大，且均高于同一品種的其余處理。說明，該濃度有利于提高燕麥幼苗體內(nèi)的糖代謝水平，有利于糖分積累。

2.3 燕麥幼苗各生理指標間的相關(guān)性

經(jīng)相關(guān)性分析，鹽脅迫下3個燕麥品種幼苗的MDA含量、POD活性、脯氨酸含量及可溶性糖含量均互呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。其中，POD活性與脯氨酸的斯皮爾曼秩相關(guān)系數(shù)最大，達0.852 3；MDA含量與脯氨酸含量、POD活性的相關(guān)系數(shù)分別為0.665 5和0.666 7；可溶性糖含量與脯氨酸含量、POD活性和MDA含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.649 1、0.566 4和0.576 3。說明，鹽脅迫環(huán)境下4者間的變化緊密聯(lián)系。

2.4 燕麥幼苗生理指標與形態(tài)指標間的相關(guān)性

經(jīng)相關(guān)性分析，鹽脅迫下3個燕麥品種的SPAD值和MDA含量與根數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.340 0和0.280 4；脯氨酸含量和可溶性糖含量與根數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.443 2和0.591 0，說明，根數(shù)的增加對脯氨酸含量、可溶性糖含量的積累有促進作用。3個燕麥品種幼苗POD活性與存活率呈顯著負相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.292 4；脯氨酸含量、POD活性及MDA含量均與株高、根長呈極顯著負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.460 1、-0.628 4和-0.399 6，-0.547 6、-0.685 9和-0.423 4，其中POD活性與株高、根長的相關(guān)系數(shù)絕對值最大，說明，隨著株高、根長的增長POD活性反而降低。

3 結(jié)論與討論

該研究發(fā)現(xiàn)，NaCl濃度為1 g/kg時有利于燕麥幼苗的生長，說明低鹽環(huán)境可能對燕麥幼苗的生長有促進作用。當鹽濃度高于2 g/kg時，燕麥幼苗生長即開始受到明顯的脅迫；而當NaCl濃度較高(≥6 g/kg)時處理7 d后幼苗的生長受到嚴重抑制。分析發(fā)現(xiàn)，即使在同一鹽濃度脅迫條件下，不同燕麥品種間的幼苗高度也存在明顯差異，這將為燕麥抗鹽品種育種改良提供依據(jù)和材料。3個燕麥品種幼苗的根長、根數(shù)的變化與燕麥幼苗植株的高度呈現(xiàn)較類似的變化趨勢，即在NaCl濃度為1 g/kg時達最高，并隨著鹽濃度的增加呈明顯降低趨勢，與黃玉梅等[23-25]的研究結(jié)果類似。在種子萌發(fā)初期，適當?shù)牡望}濃度(1 g/kg)有利于種子萌動，這可能是適當?shù)牡望}分可以起到抑制環(huán)境微生物的作用。此外，盡管高鹽濃度(8 g/kg)降低了種子的萌動率，但是隨著時間的延長，燕麥幼苗的存活率沒有顯著變化，說明，即使高鹽堿環(huán)境下燕麥長出的幼苗依舊可以頑強的生長。這對于鹽堿地的燕麥廣適性評價和推廣十分重要。

該研究結(jié)果表明，低鹽濃度可促進燕麥幼苗的光合強度，有助于增加凈光合速率，可能是其通過自身調(diào)節(jié)適應不良環(huán)境的一種表現(xiàn)；而高濃度的鹽脅迫可能使燕麥幼苗的光合速率下降，但細胞中脯氨酸等氨基酸含量則可能隨NaCl含量的增加而增強，說明，燕麥體內(nèi)的脯氨酸含量可以作為潛在的鹽脅迫程度指標之一，與JUNGKLANG等[26-27]的研究結(jié)果類似。植物受到逆境脅迫時體內(nèi)細胞代謝的動態(tài)平衡被打破，從而引起代謝紊亂，隨后植株體內(nèi)會啟動一系列保護系統(tǒng)，如POD和MDA等組成的抗氧化酶促系統(tǒng)以維持植株的正常生理功能[28-29]。不同燕麥品種在鹽濃度增高時其POD活性和MDA含量的變化不同，但值得注意的是當鹽濃度為1 g/kg時，幼苗中的POD活性和MDA含量均逐步上升，說明，燕麥體內(nèi)的POD和MDA對鹽脅迫非常敏感，即低濃度脅迫就開始對環(huán)境作出響應，很可能直接參與細胞滲透勢的調(diào)節(jié)從而應對鹽脅迫的惡劣環(huán)境，同時也可以在某種程度上反映出燕麥幼苗抵御逆境脅迫的能力。該試驗首次研究了燕麥幼苗在高濃度鹽脅迫植株中糖分的積累，分析發(fā)現(xiàn)，即使在較高濃度(≥6 g/kg)鹽脅迫下燕麥幼苗體內(nèi)的可溶性糖仍在不斷積累，這可能是燕麥長期進化過程中形成的適應機制，使其在高鹽環(huán)境中仍能積累有機物以維持自身的生長發(fā)育。但各生理指標在鹽脅迫下發(fā)生變化的分子機制還有待深入探索和研究。