NaCl預處理對糯玉米發(fā)芽期耐鹽性的影響

王亦菲，杜志釗，馬運濤，許建華，余飛宇，陸瑞菊，劉成洪，陳志偉**

(1上海市農(nóng)業(yè)科學院，上海市農(nóng)業(yè)遺傳育種重點實驗室，上海201106；2上海市農(nóng)業(yè)科技服務中心，上海200335；3 蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院，蘇州215008；4光明種業(yè)有限公司，上海202171)

鹽脅迫是作物生產(chǎn)的主要非生物脅迫之一，據(jù)報道，全球超過6%的土地受到鹽脅迫的影響[1-3]。種子萌發(fā)和幼苗生長是作物對鹽脅迫最敏感的兩個階段，此階段受到鹽脅迫會對作物產(chǎn)量產(chǎn)生較大影響[4-5]。隨著糧食需求的增加和土壤鹽漬化的加劇，提高重要作物的耐鹽性至關重要[3,6]。糯玉米(ZeamaysL.)起源于中國，在中國特別是西南地區(qū)的糧食供應中占有重要地位[7]。同時糯玉米是生產(chǎn)淀粉的主要原料，被廣泛用于食品、醫(yī)藥、化工、紡織、造紙等產(chǎn)業(yè)[7-8]。

引發(fā)或預處理是提高種子在各種環(huán)境脅迫下發(fā)芽率和成苗率的一種簡單有效的方法[9]。無論是引發(fā)還是預處理，都是用不同的化學試劑浸泡處理種子，而NaCl溶液是常用的試劑之一，很多研究表明，NaCl溶液預處理種子后會激活植物體對鹽脅迫的反應，從而緩解鹽脅迫對植物的傷害或提高植物耐鹽性[5,10-11]。通過引發(fā)或預處理來提高作物耐鹽性的研究已有很多報道，包括玉米、水稻、高粱等[2,11-16]，但不同濃度NaCl溶液種子預處理對糯玉米耐鹽性影響的報道還比較少。本研究對上海兩個糯玉米品種在不同濃度NaCl溶液預處理后的發(fā)芽期耐鹽性進行了鑒定，以期為提高不同糯品種發(fā)芽期的耐鹽性奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料和試驗設計

供試材料為‘滬玉糯2號’和‘滬玉糯3號’，由上海市農(nóng)業(yè)科學院作物所王義發(fā)和沈雪芳研究員提供。糯玉米種子用0.2%氯化汞消毒10 min，無菌水沖洗5—6次。設置不同質(zhì)量濃度的NaCl溶液，分別為0(對照)，0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，22℃浸泡20 h(即預處理)，無菌水沖洗后接種到0(CK)、0.5%、1.0%和1.5%質(zhì)量濃度NaCl脅迫培養(yǎng)基上發(fā)芽(即鹽脅迫)，28℃、暗培養(yǎng)。培養(yǎng)基以1/2MS為基本培養(yǎng)基，添加30 g/L蔗糖和6 g/L瓊脂粉，pH 5.8，121℃、高溫高壓滅菌20min。每個處理10粒種子，3次重復。

1.2 性狀測定

接種后第7天統(tǒng)計發(fā)芽率(發(fā)芽率=實際發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù)×100%)，第10天測定胚根長、胚芽鞘長、芽長和發(fā)根數(shù)，每個處理取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理和計算，采用SPSS 26軟件進行方差分析和多重比較，多重比較采用最小顯著性差異法(LSD)，在5%水平上進行顯著性判定。

表1 NaCl預處理和鹽脅迫對糯玉米品種種子萌發(fā)期相關性狀的三因素方差分析

2 結果與分析

2.1 預處理后糯玉米品種在不同溶度鹽脅迫下發(fā)芽期相關性狀的方差分析

由表1可知，除了胚根長以外，其他各性狀在品種間存在顯著差異；所有性狀在不同預處理間存在顯著差異；所有性狀在不同濃度鹽脅迫處理間也存在顯著差異；品種和預處理間，除了芽長外，其他性狀還存在顯著的互作；品種和鹽脅迫間，除了芽長和胚根長外，其他性狀存在顯著的互作；預處理和鹽脅迫間，除了芽長外，其他性狀都存在顯著的互作；品種、預處理和鹽脅迫三者間，除了胚芽鞘長和芽長，其他性狀存在顯著的互作。

2.2 不同濃度NaCl溶液對糯玉米種子萌發(fā)的影響

從表2可知，與未經(jīng)NaCl預處理(對照)相比，‘滬玉糯2號’直到1.5% NaCl脅迫下其發(fā)芽率才顯著下降，而‘滬玉糯3號’則在0.5% NaCl脅迫下就開始顯著下降，且隨著鹽脅迫濃度的提高逐漸加重,說明‘滬玉糯2號’較耐鹽，而‘滬玉糯3號’為鹽敏感品種。除發(fā)根數(shù)外，其他性狀也都明顯受到鹽脅迫的抑制，且隨著鹽脅迫濃度的提高，受到的抑制程度進一步加重。 表明發(fā)根數(shù)性狀對鹽脅迫的反應和其他性狀不同，在耐鹽性品種中甚至完全相反，即鹽脅迫對其有促進作用，說明耐鹽性糯玉米品種在鹽脅迫下可能具有更好的發(fā)根數(shù)。

表2 不同鹽脅迫對兩個糯玉米品種發(fā)芽期相關性狀的影響

注：同列數(shù)據(jù)不同字母代表某個品種某一性狀在不同鹽脅迫間差異顯著(P<0.05)

2.3 不同濃度NaCl預處理對糯玉米種子萌發(fā)的影響

從表3可知，與未經(jīng)NaCl預處理相比，‘滬玉糯2號’胚根長在0.5%、1.0%和1.5% NaCl溶液預處理后明顯降低，而發(fā)根數(shù)則明顯增加；而‘滬玉糯3號’發(fā)芽率在2.0 % NaCl預處理后明顯降低，胚根長和發(fā)根數(shù)都在0.5%、1.5%和2.0 % NaCl預處理后顯著降低，芽長在1.5% NaCl預處理后明顯降低。表明NaCl預處理對耐鹽性品種‘滬玉糯2號’影響較小，而對于鹽敏感品種‘滬玉糯3號’的影響相對較大，而且主要表現(xiàn)為抑制作用。

表3 不同濃度NaCl預處理對兩個糯玉米品種在正常條件下發(fā)芽期相關性狀的影響

注：同列數(shù)據(jù)不同字母代表某個品種某一性狀在不同預處理間差異顯著(P<0.05)

2.4 不同濃度NaCl預處理對鹽脅迫下糯玉米種子萌發(fā)的影響

從圖1可以看出，在0.5%NaCl鹽脅迫下，與未經(jīng)NaCl預處理相比，‘滬玉糯2號’除了發(fā)芽率和芽長外，其他性狀都不同程度受到NaCl溶液預處理的影響，其中胚根長在0.5%和1.5%NaCl預處理后顯著提高，發(fā)根數(shù)在0.5%NaCl預處理后顯著提高，而胚芽鞘長在0.5%NaCl預處理后顯著提高而在1.0%NaCl種子預處理后顯著降低；而‘滬玉糯3號’發(fā)芽率在1.5% NaCl預處理后顯著提高，而胚根長在0.5% NaCl預處理后則顯著降低，芽長在0.5%和1.5%NaCl預處理后顯著降低。這表明，在0.5% NaCl鹽脅迫下，0.5%和1.5% NaCl預處理對耐鹽品種‘滬玉糯2號’的耐鹽性有一定的促進作用，而1.0%NaCl預處理可能對其有抑制作用；而0.5% NaCl預處理對鹽敏感品種‘滬玉糯3號’的耐鹽性有一定的抑制作用，盡管1.5% NaCl預處理對芽長有一定的抑制，但卻顯著提高了發(fā)芽率，說明該預處理明顯提高了鹽敏感品種‘滬玉糯3號’的耐鹽性。

在1.0% NaCl鹽脅迫下，與未經(jīng)NaCl預處理相比，‘滬玉糯2號’胚根長在1.5% NaCl預處理后顯著降低，發(fā)根數(shù)在1.0%、1.5%和2.0%NaCl預處理后顯著降低，胚芽鞘長在1.0%和1.5% NaCl預處理后顯著降低，芽長在1.5% NaCl預處理后顯著降低；而‘滬玉糯3號’胚根長在所有NaCl預處理下都顯著提高，而芽長則只在1.5% NaCl預處理后顯著降低。這表明，在1.0% NaCl鹽脅迫下，除了0.5% NaCl預處理外，其他預處理對耐鹽品種‘滬玉糯2號’的耐鹽性都有一定的抑制作用；盡管1.5% NaCl種子預處理對芽長有一定的抑制作用，但其他預處理對鹽敏感品種“滬玉糯3號”的耐鹽性都有一定的促進作用。

在1.5% NaCl脅迫下，與未經(jīng)NaCl預處理相比，‘滬玉糯2號’除0.5%NaCl預處理顯著提高發(fā)芽率外，NaCl預處理下其他所有性狀都顯著下降；而‘滬玉糯3號’，除了發(fā)根數(shù)和芽長外，其他性狀都不同程度地受到NaCl種子預處理的影響，其中發(fā)芽率在1.0% 、1.5% 和2.0%NaCl預處理后顯著提高，胚根長在0.5%、1.0%和1.5%NaCl種子預處理后都顯著提高，胚芽鞘長在1.0%NaCl種子預處理后顯著提高，說明這些預處理明顯提高了鹽敏感品種‘滬玉糯3號’的耐鹽性。

3 討論與結論

種子萌發(fā)和幼苗建成是植物生長發(fā)育的關鍵時期，也是對外界環(huán)境最敏感的階段，因此提高作物萌發(fā)期的耐鹽性是作物應對逆境的關鍵[4-5]。本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下，除發(fā)根數(shù)外，其他性狀都主要表現(xiàn)為受到抑制，并且隨著鹽脅迫濃度的增加這種抑制作用也越強。發(fā)芽率性狀通常直接作為作物耐鹽性鑒定的依據(jù)[3,17-20]，本試驗中，‘滬玉糯2號’在1.5% NaCl脅迫下發(fā)芽率才開始顯著下降，說明其耐鹽性非常強，而“滬玉糯3號”則是一個對鹽比較敏感的品種，其在0.5%NaCl脅迫下發(fā)芽率就開始顯著下降。

種子引發(fā)或預處理可以改善種子萌發(fā)和植株生長[11,13，21]。糯玉米的耐鹽性受到NaCl預處理濃度、品種和鹽脅迫程度等多種因素的影響，本研究發(fā)現(xiàn)NaCl預處理更有利于提高鹽敏感糯玉米品種的耐鹽性，對耐鹽性糯玉米品種反而更多是抑制作用。另外，正常萌發(fā)條件下，預處理對耐鹽性糯玉米品種‘滬玉糯2號’影響不大，僅胚根長和發(fā)根數(shù)受到影響，其中胚根長受到抑制，而發(fā)根數(shù)反而受到促進；而對鹽敏感糯玉米品種‘滬玉糯3號’影響相對比較大，除發(fā)根數(shù)外，其他性狀都受到影響，并且以抑制為主，特別是2.0%NaCl預處理使其發(fā)芽率明顯降低。

有很多研究比較了耐鹽性不同的作物品種對NaCl引發(fā)或預處理的反應差異，楊小環(huán)等[14]用100 mmol/L NaCl對高粱種子引發(fā)后，同時改善了耐鹽和鹽敏感高粱雜交組合的耐鹽性，而且引發(fā)處理對鹽敏感組合更為有效；杜錦等[15]用80 mmol/L NaCl對玉米種子引發(fā)后，發(fā)現(xiàn)耐鹽和鹽敏感品種在不同鹽脅迫下的耐鹽性得到改善，且鹽敏感品種更為明顯。本試驗中0.5%NaCl種子預處理中使用的NaCl濃度約為85 mmol/L，該預處理對耐鹽糯玉米品種僅在0.5%NaCl鹽脅迫下耐鹽性有一定的促進作用，而在其他更高濃度鹽脅迫下預處理反而對耐鹽性有抑制作用，而且在0.5%NaCl鹽脅迫下，不同濃度預處理間也會有差異；而對于鹽敏感品種試驗結果和前人研究總體一致，說明NaCl預處理對改善鹽敏感糯玉米品種的耐鹽性尤為明顯，對實際生產(chǎn)有一定的指導作用。

本研究揭示了不同糯玉米品種不僅耐鹽性存在差異，并且耐鹽性品種和鹽敏感品種對NaCl預處理的反應也不同，NaCl種子預處理更有利于改善鹽敏感品種的耐鹽性，這對合理進行糯玉米的耐鹽性遺傳改良是一個有益提示，對整個玉米的耐鹽性研究也是一個科學補充。