15個甜菜品種對鹽堿脅迫的生理響應(yīng)及耐鹽堿性評價

黃春燕，蘇文斌，郭曉霞，李 智，菅彩媛，田 露，樊福義，任霄云，宮前恒，張 強(qiáng)

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院特色作物研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；2.烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 集寧 012000）

土壤鹽堿化是影響植物生長和作物產(chǎn)量最主要的非生物脅迫之一[1]。據(jù)估計全球至少1/3的灌溉土地受到土壤鹽堿化的影響[2-3]。我國各類鹽堿土面積共計約為1×106km2[4]，占我國耕地面積的6.62%，且主要分布在東北、華北及西北內(nèi)陸地區(qū)[5]。研究表明，土壤鹽堿脅迫主要由3種脅迫因子組成：滲透脅迫、離子脅迫以及高pH值引起的鹽堿脅迫，導(dǎo)致植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞[6]。由于鹽堿脅迫不僅破壞植物葉綠體結(jié)構(gòu)，傷害細(xì)胞膜，減弱光合能力，還會打破植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)，抑制水分的吸收，造成生理干旱、葉片水勢下降，導(dǎo)致各種代謝紊亂，并且降低植物生物量[7-8]。為適應(yīng)鹽堿脅迫，植物會發(fā)生一系列生理生化響應(yīng)，如產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激活抗氧化酶活性[9-10]。鹽堿脅迫對植物的生長發(fā)育有著重要的影響，通過研究植物的耐鹽堿生理特性和耐鹽堿能力，對合理利用耐鹽堿種質(zhì)資源及鹽堿土，改善鹽堿環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

甜菜是重要的糖料作物，具有極強(qiáng)的耐鹽堿特性，對我國鹽堿土的開發(fā)和利用有極大的發(fā)展?jié)摿11]。同時，甜菜是重要的耐鹽堿植物，可以充分利用鹽堿、灘涂等邊緣土地資源，緩解我國耕地壓力緊張的現(xiàn)象，同時起到生物脫鹽的作用[12]。甜菜鹽堿特性的研究主要集中于甜菜單鹽脅迫、復(fù)鹽脅迫和外源物質(zhì)添加對鹽脅迫的調(diào)節(jié)作用等的研究，而關(guān)于自然鹽堿土壤條件下，甜菜不同品種耐鹽差異生理響應(yīng)的研究鮮見報道。因此，本試驗研究了不同程度鹽堿土壤條件下15個生產(chǎn)中主推甜菜品種的生理響應(yīng)及其耐鹽品種篩選，以期為甜菜耐鹽堿科學(xué)評價提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料培養(yǎng)及處理

供試土壤取自內(nèi)蒙古烏蘭察布市涼城縣岱海附近不同鹽堿地0～20 cm 土層，按照鹽堿程度不同將土壤劃分為4種類型，分別為對照、輕度、中度和重度鹽堿土壤，具體鹽堿情況見表1。

表1 供試土壤鹽堿情況

試驗采用盆栽種植，在4種不同程度鹽堿土壤中，設(shè)置15個生產(chǎn)中主推甜菜品種，分別為KWS1197、KWS1176、KWS2323、KWS9149、BETA5043、BETA5044、BETA379、MA3001、MA079、MA2070、內(nèi)2499、SR496、H5304、ZM1162和FLORES，每個處理3盆。土壤于裝盆前過篩，篩孔直徑≤1 cm，每200 kg土壤加2 kg 甜菜紙筒育苗苗床專用肥，混勻后每盆裝土20 kg，每盆播種30粒，于1 對真葉小米粒大小時噴施壯苗劑，于苗齡30 d 進(jìn)行取樣，測定各項指標(biāo)。

1.2 測定指標(biāo)及方法

在出苗第10天調(diào)查甜菜出苗率。將植株清洗干凈后稱量鮮重，在105℃殺青30 min，60℃烘干至恒重，稱量干重。葉片質(zhì)膜透性采用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測定，以相對電導(dǎo)率表示細(xì)胞膜相對透性[13]。丙二醛含量利用南京建成生物工程研究所的丙二醛（MDA）測試盒測定?？寡趸富钚岳媚暇┙ǔ缮锕こ萄芯克闹参锍趸锲缁福⊿OD）測試盒和過氧化物酶（POD）測試盒測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖，采用SAS 9.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對甜菜出苗率的影響

由表2可知，隨著鹽堿化程度的增加，15個甜菜品種出苗率基本表現(xiàn)為下降的趨勢，其中，KWS1197、BETA5043、BETA5044、BETA379、內(nèi)2499、SR496、H5304和ZM1162 處理間差異顯著。出苗率降低幅度由大到小排名前5位的品種是ZM1162、H5304、BETA5044、SR496和KWS1197，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，ZM1162的出苗率分別降低9.62%、15.39%和48.08%，H5304分別降低5.26%、8.77%和21.05%，BETA5044分別降低1.69%、5.08%和20.34%，SR496分別降低0、3.70%和14.81%，KWS1197分別降低1.69%、3.39%和13.56%；出苗率降低幅度由小到大排名前5位的品種是MA3001、MA2070、KWS1176、KWS9149和MA079，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，MA3001的出苗率分別降低1.67%、1.67%和1.67%，MA2070分別降低0、1.67%和5.00%，KWS1176分別降低0、3.45%和5.18%，KWS9149分別降低1.85%、3.70%和5.56%，MA079分別降低7.70%、7.70%和7.70%。

表2 鹽堿脅迫對甜菜出苗率的影響 單位：%

2.2 鹽堿脅迫對甜菜鮮重和干重的影響

由圖1可知，隨著鹽堿化程度的增加，15個甜菜品種鮮重也表現(xiàn)為下降的變化規(guī)律。其中鮮重降低幅度由大到小排名前5位的品種是BETA5044、ZM1162、MA079、KWS9149和SR496，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，BETA5044的鮮重分別降低39.87%、61.70%和106.30%，ZM1162分別降低21.97%、33.45%和89.84%，MA079分別降低21.77%、49.38%和81.17%，KWS9149分別降低22.32%、29.35%和80.58%，SR496分別降低19.81%、16.58%和76.49%；鮮重降低幅度由小到大排名前5位的品種是MA3001、KWS1176、KWS2323、內(nèi)2499和BETA379，與對照相比，輕度、中度和重度土壤條件下，MA3001的鮮重分別降低了6.31%、18.02%和55.63%，KWS1176分別降低8.61%、25.35%和59.28%，KWS2323分別降低14.83%、68.97%和63.11%，內(nèi)2499分別降低23.00%、71.68%和68.14%，BETA379分別降低16.35%、22.19%和16.35%、22.19%和68.49%。

由圖2可知，隨著鹽堿化程度的增加，甜菜幼苗干重變化規(guī)律基本與鮮重一致。處理間干重降低幅度由大到小排名前5位的品種是ZM1162、BETA5044、KWS2323、SR496和KWS9149，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，ZM1162的干重分別降低12.12%、46.97%和90.91%，BETA5044分別降低3.85%、51.92%和86.54%，KWS2323分別降低44.57%、68.67%和79.52%，SR496分別降低26.00%、36.00%和78.00%，KWS9149分別降低30.00%、24.00%和78.00%；干重降低幅度由小到大排名前5位的品種是KWS1176、BETA5043、MA3001、MA079和BETA379，與對照相比，輕度、中度和重度土壤條件下，KWS1176分別降低-2.45%、14.62%和46.33%，BETA5043分別降低15.90%、11.35%和59.09%，MA3001分別降低29.10%、20.01%和61.82%，MA079分別降低-28.13%、-31.25%和62.50%，BETA379分別降低了11.99%、1.99%和66.00%，說明鹽堿脅迫對這5個品種幼苗的生長抑制作用較小。

2.3 鹽堿脅迫對甜菜葉片質(zhì)膜透性的影響

由圖3可知，隨著鹽堿化程度的增加，15個甜菜品種葉片質(zhì)膜透性整體表現(xiàn)為上升的趨勢。其中，葉片質(zhì)膜透性升高幅度由大到小排名前5位的品種是FLORES、BETA5044、SR496、BETA5043和ZM1162，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，F(xiàn)LORES的葉片質(zhì)膜透性分別增加55.67%、59.01%和105.90%，BETA5044分別增加32.33%、52.87%和104.22%，SR496分別增加17.04%、24.75%和102.33%，BETA5043分別增加18.40%、34.55%和102.00%，ZM1162分別增加28.09%、61.64%和98.22%；葉片質(zhì)膜透性升高幅度由小到大排名前5位品種的是MA3001、KWS2323、BETA379、KWS1176和KWS9149，與對照相比，輕度、中度和重度土壤條件下，MA3001分別增加3.81%、30.81%和31.50%，KWS2323分別增加15.06%、19.15%和32.05%，BETA379分別增加9.25%、39.71%和44.80%，KWS1176分別增加28.46%、49.39%和55.94%，KWS9149分別增加11.66%、23.37%和61.33%，說明鹽堿脅迫增加了甜菜幼苗葉片質(zhì)膜透性。

2.4 鹽堿脅迫對甜菜丙二醛含量的影響

由圖4可知，隨著鹽堿化程度的增加，15個甜菜品種丙二醛含量基本表現(xiàn)為上升的趨勢。其中，丙二醛含量升高幅度由大到小排名前5位的品種是BETA5043、BETA5044、ZM1162、FLORES和SR496，與葉片質(zhì)膜透性差異品種一致，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，BETA5043的丙二醛含量分別增加96.03%、139.34%和344.45%，BETA5044分別增加101.88%、198.73%和327.01%，ZM1162分別增加5.46%、168.58%和253.63%，F(xiàn)LORES分別增加133.98%、165.12%和231.19%，SR496分別增加75.26%、165.44%和225.33%；丙二醛含量升高幅度由小到大排名前5位的品種是MA2070、MA3001、KWS1176、MA079和KWS1197，與對照相比，輕度、中度和重度土壤條件下，MA2070分別增加5.46%、50.24%和32.79%，MA3001分別增加20.78%、27.16%和58.82%，KWS1176分別增加49.76%、45.50%和65.51%，MA079分別增加38.05%、59.34%和73.88%，KWS1197分別增加-9.75%、102.44%和119.52%，說明丙二醛含量隨鹽堿脅迫程度的增加而增加。

2.5 鹽堿脅迫對甜菜抗氧化酶活性的影響

由圖5可知，隨著鹽堿化程度的增加，15個甜菜品種超氧化物歧化酶活性不同品種表現(xiàn)不一，其中KWS1197、KWS1176、KWS9149、BETA379、MA3001、MA079、內(nèi)2499和FLORES的幼苗超氧化物歧化酶活性表現(xiàn)為單峰曲線變化，而KWS2323、BETA5043、BETA5044、MA2070、SR496、H5304和ZM1162則表現(xiàn)為降低的趨勢。超氧化物歧化酶活性降低幅度由大到小排名前5位的品種是SR496、ZM1162、BETA5043、KWS2323和H5304，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤條件下，SR496的超氧化物歧化酶活性分別降低21.81%、17.28%和70.73%，ZM1162分別降低32.97%、48.86%和66.90%，BETA5043分別降低57.08%、38.88%和66.03%，KWS2323分別降低23.40%、50.26%和63.63%，H5304分別降低49.67%、54.50%和57.59%；超氧化物歧化酶活性降低幅度由小到大排名前5位的品種是MA3001、MA079、KWS1197、KWS1176和內(nèi)2499，與對照相比，重度鹽堿土壤條件下，5個品種超氧化物歧化酶活性分別降低2.03%、3.98%、5.02%、-6.03%和23.15%，說明在鹽堿脅迫條件下清除自由基的能力較強(qiáng)。

由圖6可知，隨著鹽堿化程度的增加，15個甜菜品種過氧化物酶活性均表現(xiàn)為單峰曲線變化。其中，過氧化物酶活性降低幅度由大到小排名前5位的品種是KWS9149、ZM1162、SR496、H5304和BETA379，與對照相比，輕度鹽堿土壤幼苗過氧化物酶活性基本增強(qiáng)，而重度鹽堿土壤幼苗過氧化物酶活性均降低，5個品種降低幅度分別為48.66%、38.18%、33.74%、32.62%和32.38%；過氧化物酶活性降低幅度由小到大排名前5位的品種是KWS1197、KWS1176、MA079、MA3001和KWS2323，與對照相比，輕度鹽堿土壤幼苗過氧化物酶活性均增強(qiáng)，而重度鹽堿土壤幼苗酶活性均降低，5個品種降低幅度分別為5.12%、8.28%、11.07%、15.26%和17.59%，說明輕度鹽堿脅迫激活了幼苗過氧化物酶活性，酶活力增強(qiáng)，自由基清除能力增強(qiáng)，而重度鹽堿脅迫抑制了酶活性的增強(qiáng)，清除能力降低，自由基大量積累，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

3 討論與結(jié)論

植物能否在鹽堿化環(huán)境下生長主要取決于其種子萌發(fā)和早期幼苗生長的狀況[14]。植物生長發(fā)育過程中幼苗期是感受土壤鹽堿含量變化最敏感的時期，其生長形態(tài)指標(biāo)的變化量是評估鹽堿脅迫程度和植物耐鹽堿能力的可靠標(biāo)準(zhǔn)[15]。生物量是植物對鹽堿脅迫反應(yīng)的綜合體現(xiàn)，也是體現(xiàn)植物耐鹽性的直接指標(biāo)之一[16]。鹽堿脅迫對種子萌發(fā)和幼苗生長的傷害概括為3個方面：一是滲透脅迫，造成種子吸水進(jìn)程遲緩，發(fā)芽勢小，種子萌發(fā)慢；二是離子毒害；三是鹽分對酶活性的抑制[17]。本研究中，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤15個甜菜品種出苗率及幼苗鮮重、干重均不同程度降低，出苗率降低幅度由小到大排名前5位的品種是MA3001、MA2070、KWS1176、KWS9149和MA079，鮮重降低幅度由小到大前5位的品種是MA3001、KWS1176、KWS2323、內(nèi)2499和BETA379，干重降低幅度由小到大前5位的品種是KWS1176、BETA5043、MA3001、MA079和BETA379，綜合考慮出苗率及幼苗鮮重、干重，認(rèn)為MA3001和KWS1176的耐鹽堿型較強(qiáng)，而造成這一現(xiàn)象的原因可能是不同品種甜菜的耐鹽堿性不同，較高的鹽堿脅迫環(huán)境下種子不能吸收足夠的水分來合成萌發(fā)所需的各種酶和結(jié)構(gòu)蛋白，導(dǎo)致出苗率降低[18]，且較高的鹽堿脅迫抑制了甜菜幼苗葉片的光合能力，植株生長受到抑制。

鹽堿脅迫導(dǎo)致的氧化脅迫會使細(xì)胞膜的透性發(fā)生改變，一方面對離子的選擇性、流速、運輸?shù)犬a(chǎn)生影響；另一方面也造成了磷和有機(jī)物質(zhì)的外滲，細(xì)胞的生命活動受到影響[19]。MDA是植物逆境脅迫下產(chǎn)生的主要膜脂過氧化產(chǎn)物，其含量高低直接反映細(xì)胞受傷害程度[20]。SOD和POD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，清除逆境脅迫產(chǎn)生的活性氧，維持活性氧代謝平衡，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)植物抗逆境脅迫的能力[15，21]。本研究中，與對照相比，輕度、中度和重度鹽堿土壤15個甜菜品種幼苗葉片質(zhì)膜透性和丙二醛含量均不同程度升高，且耐鹽堿型甜菜幼苗的升高幅度較?。籗OD活性不同品種間變化規(guī)律不同，且耐鹽堿型甜菜品種的變化幅度較小；POD活性重度鹽堿土壤耐鹽堿型甜菜品種降低幅度較小，說明耐鹽堿型甜菜品種幼苗抗氧化酶可以較好地清除細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧代謝物質(zhì)，保護(hù)膜系統(tǒng)的完整性，但重度鹽堿脅迫條件下，甜菜體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生速度大于降解速度，導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷，蛋白質(zhì)降解，抗氧化酶活性降低，清除活性氧能力下降[22]。

綜上所述，鹽堿脅迫條件下，甜菜幼苗的出苗率、鮮重和干重均不同程度降低，MA3001和KWS1176為耐鹽堿型甜菜品種，甜菜幼苗可通過提高SOD活性和POD活性，降低葉片質(zhì)膜透性和丙二醛含量，增強(qiáng)植株抗鹽堿脅迫的能力。