外源氯化膽堿和氯化鈣對鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

侍瑞高 趙慧云 戚名揚(yáng) 黨長喜 李威 黃慧雅 林歡

摘要?[目的]研究外源氯化膽堿和氯化鈣對鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)、幼苗生長及生理特性的影響。[方法]以6個小麥品種為材料，采用不同濃度NaCl溶液模擬鹽脅迫環(huán)境，選擇出在0.8%NaCl溶液下萌發(fā)抑制率在50%左右的偃高21、安農(nóng)0711種子。在此基礎(chǔ)上，研究外源氯化膽堿和外源氯化鈣對鹽脅迫下（0.8% NaCl）偃高21和安農(nóng)0711種子萌發(fā)及生理特性的影響。[結(jié)果]鹽脅迫下小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率顯著降低，并隨鹽濃度的增加脅迫加劇，但不同小麥品種耐鹽性有一定的差異;鹽脅迫下小麥幼苗葉綠素含量、可溶性糖含量和根系活力顯著下降，丙二醛含量和脯氨酸含量顯著升高;與鹽脅迫處理比較，通過不同濃度外源氯化膽堿和氯化鈣的介入，不同程度緩解了鹽脅迫下對小麥種子萌發(fā)的抑制，顯著增加了鹽脅迫下小麥幼苗葉綠素含量、提高了根系活力、降低了幼苗丙二醛和脯氨酸含量，促進(jìn)了可溶性糖含量的增加。[結(jié)論]400 mg/L外源氯化膽堿和0.2%外源氯化鈣是在鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)和幼苗生長緩解的最佳濃度，外源氯化膽堿的緩解效應(yīng)優(yōu)于外源氯化鈣。

關(guān)鍵詞?氯化膽堿;氯化鈣;鹽脅迫;小麥;種子萌發(fā);幼苗生理特性

中圖分類號?S512.1?文獻(xiàn)標(biāo)識碼?A?文章編號?0517-6611（2020）14-0022-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.007

Abstract?[Objective]To determine the effects of choline chloride and calcium chloride on wheat seed germination， seedling growth and physiological characteristics under salt stress.[Method]With six wheat varieties as materials， different concentrations of NaCl were used to simulate salt stress environment. Yangao 21 and Annong 0711 seeds were selected to inhibit germination at about 50% under 0.8% NaCl solution. Based on this， effects of exogenous choline chloride and calcium on germination and physiological characteristics of Yangao 21 and Annong 0711 under salt stress （0.8% NaCl） were studied. [Result]Salt stress significantly reduced the germination potential and germination rate of wheat seeds， and enhanced the stress with the increase of salt concentration， but there were some differences in salt tolerance among different wheat varieties. Under 0.8% NaCl stress， chlorophyll content， soluble sugar content and root activity of wheat seedlings decreased significantly， while malondialdehyde content and proline content increased significantly. Compared with salt stress treatment， the intervention of different concentrations of exogenous CC and CaCl2 eased the inhibition of wheat seed germination under salt stress at different degrees， significantly increased the chlorophyll content of wheat seedlings under salt stress， increased the root activity， reduced the malondialdehyde and proline contents of seedlings， and promoted the increase of soluble sugar content. [Conclusion]400 mg/L exogenous CC and 0.2% CaCl2 were the best concentrations for wheat seed germination and seedling growth alleviation under salt stress， the alleviation effect of exogenous CC was better than that of CaCl2.

Key words?Choline chloride;CaCl2;Salt stress;Wheat;Seed germination;Physiological characteristics of seedlings

土壤鹽漬化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生的影響是一個全球性的問題，世界上大約有20%的灌溉土壤受到鹽度的影響，且呈不斷惡化的趨勢[1-2]。預(yù)計至2050年，可耕地的50%面臨鹽漬化和近半數(shù)以上的土壤均受到了不同程度的鹽害影響[3]。作物耐鹽性是一個復(fù)雜指標(biāo)且對環(huán)境敏感，前人研究認(rèn)為作物生長早期是整個發(fā)育過程的基礎(chǔ)，極易受到逆境脅迫傷害，最終影響產(chǎn)量，因而芽期和苗期是研究作物耐鹽性的重要時期[4-6]。小麥?zhǔn)俏覈匾Z食作物，耐鹽性比其他作物差，小麥在苗期和拔節(jié)至孕穗期對鹽害敏感，從而導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降[7]。氯化膽堿（Choline chloride，簡稱CC）是一種高效的營養(yǎng)增補(bǔ)劑及祛脂劑，是一種植物光合作用促進(jìn)劑，對增加產(chǎn)量有明顯的效果。有研究結(jié)果表明，CC能增強(qiáng)作物的抗逆性，促進(jìn)水稻、玉米、棉花等幼苗健壯生長[8]。農(nóng)用氯化鈣（一種由氯元素和鈣元素構(gòu)成的鹽，化學(xué)式為CaCl2）主要作用有提供微肥，與逆境脅迫有關(guān)，CaCl2作為細(xì)胞內(nèi)的第二信使，在植物對低溫逆境信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著重要作用[9]。

筆者以淮麥20、偃高21、徐麥33等6個小麥品種為材料，采用不同濃度梯度的鹽溶液浸種模擬鹽脅迫環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，并篩選出合適的中性抗鹽品種。經(jīng)不同濃度的外源氯化膽堿和外源氯化鈣浸種處理后，研究外源CC和CaCl2調(diào)節(jié)鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)和生理特性，以明確外源CC和外源CaCl2誘導(dǎo)小麥抗鹽性的效果及可能的生理機(jī)制，為作物的抗鹽栽培及應(yīng)用外源CC和CaCl2緩解作物鹽害提供更多的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?供試材料

供試小麥品種為圣田麥69、淮麥20、淮麥33、偃高21、安農(nóng)0711、徐麥33，均由淮安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。氯化膽堿（簡稱CC）和氯化鈣（分析純，簡稱CaCl2）由淮安市凱同化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1?不同小麥品種鹽脅迫篩選試驗(yàn)。

試驗(yàn)共設(shè)置5個處理：以蒸餾水浸種為對照（CK），NaCl溶液浸種濃度分別為T1處理：0.4%NaCl;T2處理：0.8%NaCl;T3處理：1.2%NaCl;T4處理：1.6%NaCl。6個品種小麥分別挑選飽滿健康、大小一致的種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒10 min，蒸餾水反復(fù)沖洗3～5次，適度晾干，再分別在不同濃度NaCl溶液中浸種4 h后取出晾干，CK 用等量蒸餾水浸種處理。置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿（直徑100 mm）上，每皿50粒。各處理重復(fù)4次，用不同濃度NaCl為培養(yǎng)介質(zhì)模擬鹽脅迫環(huán)境進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。將培養(yǎng)皿置于20 ℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d，每天用相應(yīng)的處理溶液保持培養(yǎng)皿濕潤并記錄發(fā)芽數(shù)（發(fā)芽以種子萌發(fā)芽長度≥種子長度為標(biāo)準(zhǔn)）。發(fā)芽第3天測定發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率，由此確定適合種子萌發(fā)的半抑制濃度。

1.2.2?外源CC和CaCl2浸種下鹽脅迫試驗(yàn)。

從上述試驗(yàn)結(jié)果選擇出偃高21和安農(nóng)0711共2個品種小麥在0.8%NaCl下萌發(fā)存在半抑制。因此該試驗(yàn)以0.8% NaCl溶液為鹽脅迫，設(shè)不同濃度的CC和CaCl2溶液浸種4 h進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，CK 用等量蒸餾水浸種處理，均為5個處理（表1）。每個處理重復(fù)4次。

將培養(yǎng)皿置于20 ℃培養(yǎng)箱中恒溫恒濕培養(yǎng)7 d，每天加等量2 mL 0.8% NaCl 溶液保持培養(yǎng)皿濕潤并記錄發(fā)芽數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)同試驗(yàn)1）。發(fā)芽第3天測定發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率、記錄發(fā)芽情況并計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率。繼續(xù)培養(yǎng)至小麥2葉1心時（12 d左右）測定其相關(guān)生理指標(biāo)。

1.3?測定指標(biāo)及方法

1.3.1?發(fā)芽勢和發(fā)芽率的測定。以種子萌芽長度≥種子長度為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率。發(fā)芽勢=規(guī)定日發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%，發(fā)芽率=規(guī)定日發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%。發(fā)芽勢一般以第4天發(fā)芽計算，發(fā)芽率一般以發(fā)芽第7天計算。

1.3.2?生理指標(biāo)。參照張志良的方法[10]，葉綠素含量的測定采用丙酮提取法;丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法;游離脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸法;根系活力測定采用TTC顯色法;可溶性糖含量測定采用蒽酮法。

1.4?數(shù)據(jù)分析?采用Microsoft Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;采用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同濃度的鹽脅迫對小麥種子萌發(fā)的影響

由表2可知，鹽濃度0.4%～1.6%對發(fā)芽勢和發(fā)芽率均有一定的抑制性，并隨鹽濃度的增高，抑制性增強(qiáng);就平均而言，0.4%鹽濃度下發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別為對照的82.06%和85.85%，而1.6%鹽濃度下發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別僅為對照的9.00%和20.31%。各小麥品種的耐鹽性不同，其中較耐鹽的品種有圣田麥69、徐麥33和淮麥20，而淮麥33為鹽敏感性;鹽濃度為0.8%時，偃高21、安農(nóng)0711發(fā)芽率為50.00%。因此，0.8% NaCl濃度下偃高21和安農(nóng)0711選定為外源物質(zhì)緩解鹽脅迫的試驗(yàn)材料。

2.2?外源CC和CaCl2對鹽脅迫對小麥種子萌發(fā)的影響

外源CC和外源CaCl2浸種對鹽脅迫下種子發(fā)芽有一定的緩解效應(yīng)（表3），不同濃度的外源CC和外源CaCl2均可以緩解鹽脅迫對種子的脅迫，且緩解效應(yīng)隨濃度的提高先增強(qiáng)隨后增強(qiáng)效益減弱。其中以400 mg/L CC和0.2% CaCl2濃度浸種緩解效應(yīng)最好，在0.8% NaCl脅迫下，400 mg/L CC和0.2% CaCl2浸種偃高21和安農(nóng)0711的發(fā)芽率分別為79.2%、80.8%和73.3%、77.5%，外源CC浸種下發(fā)芽率提高了34.5%和32.4%;外源CaCl2浸種下發(fā)芽率分別提高了28.0%和25.5%，說明外源CC的緩解效應(yīng)優(yōu)于外源CaCl2。

2.3?外源CC和CaCl2對鹽脅迫下小麥幼苗生理特性的影響

2.3.1?對鹽脅迫下小麥葉綠素含量的影響。

外源CC和外源CaCl2各濃度處理下偃高21和安農(nóng)0711葉綠素含量均顯著高于CK（表4），說明鹽脅迫下外源CC和外源CaCl2處理顯著緩解了葉綠素的降解。其中400 mg/L CC和0.2% CaCl2緩解效應(yīng)顯著高于其他各濃度處理，400 mg/L CC和0.2% CaCl2處理偃高21和安農(nóng)0711葉綠素含量較對照（鹽脅迫）分別提高了30.0%、31.3%和28.3%、30.4%。

2.3.2?對鹽脅迫下小麥丙二醛含量的影響。

由表5可知，在鹽脅迫下經(jīng)外源CC和外源CaCl2處理后，偃高21和安農(nóng)0711幼苗葉片的丙二醛含量均顯著低于對照，與對照相比，400 mg/L CC處理丙二醛含量分別下降了45.7%和46.1%，0.2%CaCl2處理葉片丙二醛含量分別較對照下降了42.3%和39.4%，外源CC和外源CaCl2濃度再增高，緩解效應(yīng)開始下降。

2.3.3?對鹽脅迫下小麥葉片脯氨酸含量和可溶性糖的影響。

由表6可知，外源CC和CaCl2 處理均在一定程度上對小麥幼苗游離脯氨酸含量具有緩解作用，其中以400 mg/L的外源CC和0.2%CaCl2濃度處理緩解效果最佳，與其他各處理均達(dá)到顯著差異，隨著外源CC和CaCl2濃度的增高，緩解效應(yīng)開始減弱，0.4% CaCl2濃度處理下小麥幼苗脯氨酸含量顯著高于對照，表明過高濃度的外源物質(zhì)會加重脅迫程度。

與對照組相比，偃高21和安農(nóng)0711經(jīng)外源CC和外源CaCl2處理后的幼苗可溶性糖含量均有顯著提升，其中以400 mg/L的外源CC和0.2% CaCl2處理最明顯，與對照相比分別提升了52.3%、64.5%和12.9%、12.7%（表7）。

2.4?外源CC和外源CaCl2對鹽脅迫下小麥根系活力的影響

由圖1可知，外源CC和CaCl2各處理之間存在顯著差異，隨著外源CC和外源CaCl2濃度的提升，根系活力呈低-高-低的倒“V”字形變化趨勢，在400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2處理時達(dá)到最大值，偃高21、安農(nóng)0711根系活力較對照分別提高了1.85、2.15和1.69、1.79倍，表明外源CC對鹽脅迫下小麥根系活力的緩解效應(yīng)優(yōu)于外源CaCl2。

3?結(jié)論與討論

作物在生長發(fā)育的過程中往往會受到多種逆境脅迫的影響，鹽脅迫是制約植物生長發(fā)育的主要非生物脅迫之一。鹽脅迫會抑制作物的生長發(fā)育，改變作物的生理生化過程，如干擾植物組織的離子平衡、降低葉綠素含量、抑制光合作用等[11]。耐鹽性不同的品種在抗鹽表現(xiàn)方面存在差異，一般來說，抗鹽性高的品種對于鹽脅迫的響應(yīng)要慢于抗鹽性低的品種，但在高濃度鹽環(huán)境下，耐鹽品種同樣會受到鹽脅迫的嚴(yán)重抑制[12-14]。該試驗(yàn)研究表明，在鹽脅迫處理下，小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率顯著降低，并隨著鹽濃度的升高，抑制作用增強(qiáng)，但不同品種對該反應(yīng)有一定的差異。

小麥的幼苗在生長發(fā)育過程中，由于受到鹽脅迫的影響從而導(dǎo)致自身的滲透調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，對于各種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主動積累，其中游離脯氨酸、可溶性糖以及丙二醛等對小麥滲透調(diào)節(jié)能力有著非常關(guān)鍵的作用[15]。作為膜質(zhì)過氧化的產(chǎn)物，丙二醛可以與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)、酶等結(jié)合，引起蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間的交聯(lián)，從而破壞細(xì)胞生物膜的結(jié)構(gòu)和功能[15-16]。鹽脅迫下外源氯化膽堿和氯化鈣浸種后，小麥幼苗葉片的丙二醛含量與對照處理相比顯著降低，分別在400 mg/L CC和0.2%CaCl處理下達(dá)到最小值，說明氯化膽堿和氯化鈣能夠抑制小麥幼苗葉片的膜質(zhì)過氧化，從而緩解鹽脅迫給幼苗帶來的傷害。

在鹽脅迫環(huán)境下，脯氨酸作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)劑，不僅能夠降低細(xì)胞水勢，還可以保護(hù)細(xì)胞中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)使之不被鹽脅迫破壞[16]。與對照鹽脅迫相比，外源氯化膽堿和氯化鈣處理的脯氨酸含量出現(xiàn)了顯著降低，說明這2種外源物質(zhì)緩解了鹽脅迫產(chǎn)生的滲透脅迫，從而減少了小麥幼苗葉片中脯氨酸的積累。可溶性糖是逆境脅迫下植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一[12，16]。該試驗(yàn)結(jié)果表明，在鹽脅迫下加入外源氯化膽堿和外源鈣浸種能夠顯著增加小麥幼苗體內(nèi)的可溶性糖含量，從而緩解因鹽脅迫導(dǎo)致的滲透脅迫所產(chǎn)生的傷害。與脯氨酸含量變化不同的是，可溶性糖含量在引入外源物質(zhì)后含量顯著增加，而脯氨酸含量顯著下降，這可能是因?yàn)橥庠绰然憠A和鈣誘導(dǎo)了可溶性糖含量的增加，而脯氨酸含量僅僅是反映鹽脅迫程度的標(biāo)準(zhǔn)，外源物質(zhì)并未誘導(dǎo)其產(chǎn)生，只是緩解了鹽脅迫使其含量出現(xiàn)下降。植物吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的主要器官是根系，所以根系活力的變化可以反映其吸收能力的強(qiáng)弱[17]。該研究顯示，根系活力呈低-高-低的變化趨勢，400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2處理能夠增加小麥幼苗根系活力;而濃度增高超過植株能夠適應(yīng)的承受能力時，根系活力下降，代謝降低，易衰老。

綜上所述，鹽脅迫下小麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率降低，并隨著鹽濃度的增加脅迫加劇，不同小麥品種耐鹽性有一定的差異;鹽脅迫使得小麥幼苗葉綠素含量、可溶性糖含量和根系活力顯著下降，丙二醛含量和脯氨酸含量顯著升高;通過不同濃度外源物質(zhì)CC和CaCl2的介入，均不同程度緩解了鹽脅迫下對小麥種子萌發(fā)的抑制，維持了小麥幼苗葉片滲透壓、保護(hù)了生物膜系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)了小麥種子和幼苗的耐鹽性。綜上所述，400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2的濃度是鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)和幼苗生長緩解的最佳濃度，其中外源CC的緩解效應(yīng)優(yōu)于CaCl2。

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