NaCl溶液下加拿大桑根草種子萌發(fā)及幼苗生理響應(yīng)

劉 夢，李 莉，鄭逢令，王 璐，梁維維，柯 梅

（新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所，烏魯木齊830000）

草畜不平衡一直是制約新疆畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的一個主要原因，選擇一種在適合干旱少雨，土地鹽堿化程度高的地區(qū)依然能頑強生長的飼草料作物，成為解決這一難題的途徑之一。桑根草是雜交蘇丹草系品種，具有產(chǎn)量高、粗蛋白含量高、可消化利用率高、耐鹽堿、抗干旱、單寧含量低，幾乎不含氫氰酸等優(yōu)良特性[1]。桑根草能在鹽度千分之10～11，pH 8.5左右的鹽堿地生長，鮮草產(chǎn)量可達5～10 t。適宜生長溫度為24℃～35℃，在4～10月的生長期中，一次播種多次刈割。頭茬生長期在50～55 d左右，每顆種子發(fā)苗2～3株。頭茬刈割后留茬15 cm，施尿素10 kg/畝，澆水一次。二茬，三茬均在25～30 d左右，分蘗7～18株，對南疆的自然環(huán)境有很強的適應(yīng)性[2]。桑根草畝產(chǎn)干草可達2.5 t左右，以市面價格1 500～1 800元每噸干草計算，每年每畝可實現(xiàn)毛利約4 000元，經(jīng)濟收益非?？捎^。不但能解決南疆牲畜缺糧的問題，同時也能夠極大地幫助當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)戶脫貧致富。本研究以加拿大桑根草為研究材料，在室內(nèi)盆栽條件下，開展鹽脅迫的生理生化變化規(guī)律的研究，明晰加拿大桑根草的耐鹽生理特征與機理，從而確定加拿大桑根草耐鹽閾值，為鹽堿土地種植桑根草提供理論依據(jù)[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用加拿大桑根草種子由中國檢驗認(rèn)證集團新疆有限公司提供，千粒重12.44 g，冰箱4℃保存。2020年9月試驗在新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所生理生化實驗室進行。

1.2 方法

1.2.1 NaCl脅迫下種子發(fā)芽試驗

發(fā)芽試驗參照《國際種子檢驗規(guī)程》[4]。NaCl溶液設(shè)置0、50、100、150、200 mM/L共5個處理濃度，三個重復(fù)。將經(jīng)過挑選的飽滿均勻的100粒種子，放置在提前用蒸餾水和NaCl處理液潤濕的濾紙上，然后將玻璃培養(yǎng)皿放置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)，溫度設(shè)置25℃，鹽濃度需保持恒定，每天用稱重法補充蒸發(fā)失去的水分。試驗期間每日統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽以胚芽突破種皮為標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)統(tǒng)計12日停止萌發(fā)后，計算萌發(fā)率。

萌發(fā)率(%)=(發(fā)芽終止期全部正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

1.2.2 幼苗性狀測定

選取塑料花盆直徑為20 cm，將提前充分洗凈的細砂等量裝在花盆內(nèi)，然后將設(shè)有梯度NaCl溶液的營養(yǎng)液充分灌透砂子，以模擬天然鹽性條件，同樣設(shè)0、50、100、150、200 mM/L共5個處理濃度。挑選飽滿均勻的種子，每穴2粒，每盆共10個穴，每個處理3個重復(fù)。播種后每隔2 d各處理組澆灌相應(yīng)濃度NaCl溶液，對照組（0 mM）澆灌等量的完全營養(yǎng)液，PH值為5.6。其余時間用蒸餾水補充所失水分。苗出齊15 d后采集葉片，測定脯氨酸含量用酸性茚三酮法[5]；測定丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法[6]；分光光度計法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[7]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS12.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，對各指標(biāo)在不同NaCl脅迫下的差異性進行比較（P<0.05），采用Excel2010制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對種子萌發(fā)率的影響

由圖1可見，隨著NaCl溶液脅迫濃度的增加，萌發(fā)率呈下降趨勢。在NaCl溶液脅迫低濃度時，加拿大桑根草種子對鹽性環(huán)境有較強的適應(yīng)性，萌發(fā)率沒有受到太大到影響。在50 mM/L的處理液中，桑根草種子發(fā)芽率超過85%，與對照相比略低，但差異不顯著（P<0.05），出現(xiàn)低濃度NaCl溶液處理會促進種子萌發(fā)的現(xiàn)象；當(dāng)NaCl溶液脅迫濃度在100 mM/L時，種子萌發(fā)率相比對照下降40%，具有顯著差異（P<0.05）；在濃度為150 mM/L時，萌發(fā)率僅為對照（CK）的34%，具有顯著差異（P<0.05），并且與100 mM/L時也存在顯著差異（P<0.05）；當(dāng)濃度為200 mM/L時，萌發(fā)率僅為8%，與對照（CK）和各處理濃度均有顯著差異（P<0.05）。

圖1 NaCl脅迫下加拿大桑根草種子萌發(fā)的變化(%)

2.2 NaCl溶液脅迫對電導(dǎo)率的影響

由圖2可見，隨著NaCl濃度的增加，葉片的電導(dǎo)率呈現(xiàn)增加趨勢。在NaCl脅迫低濃度時，加拿大桑根草幼苗對環(huán)境具有一定的適應(yīng)性，NaCl 50 mM/L的處理液中，電導(dǎo)率沒有顯著的增加。當(dāng)NaCl脅迫濃度在100 mM/L和150 mM/L時，與對照相比電導(dǎo)率顯著增加（P<0.05）。當(dāng)NaCl濃度為200 mM/L時，與對照（CK）和各處理濃度均有顯著差異（P<0.05）。

圖2 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草相對電導(dǎo)率的變化(%)

2.3 NaCl溶液脅迫下脯氨酸含量變化

脯氨酸作為有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)廣泛分布在植物體內(nèi)，主要作用是維持生物大分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)細胞氧化還原勢、解除氨毒等重要作用[8]。因此，植物在鹽堿逆境中脯氨酸的積累是一種防御性行為。由圖3可見，隨著NaCl溶液濃度增加，加拿大桑根草脯氨酸含量呈現(xiàn)升高趨勢。在NaCl濃度50 mM/L的處理液中，脯氨酸含量呈增加趨勢，與對照相比差異不顯著。當(dāng)NaCl濃度為150 mM/L時，與對照（CK）相比顯著差異（P<0.05），但是與50和100 mM/L濃度沒有顯著差異。當(dāng)NaCl濃度為200 mM/L時，與對照（CK）和50、100 mM/L濃度有顯著差異（P<0.05）。

圖3 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草脯氨酸含量的變化（ug/mL）

2.4 NaCl溶液脅迫下丙二醛含量的變化

由圖4可見，隨著NaCl溶液濃度的增加，加拿大桑根草的丙二醛的含量呈現(xiàn)升高趨勢。在NaCl濃度為100 mM/L和150 mM/L的處理液中，丙二醛含量與對照和50 mM/L的處理液有顯著差異（P<0.05）。當(dāng)NaCl濃度為200 mM/L時，丙二醛的含量達到最大值與對照相比顯著（P<0.05）。同時與50和100 mM/L濃度相比顯著差異（P<0.05）。

圖4 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草丙二醛含量變化（mM/g）

2.5 NaCl脅迫下SOD活性變化

由圖5可見，隨著NaCl溶液的增加，加拿大桑根草的超氧化歧化酶（SOD）活性的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在NaCl濃度為150 mM/L的處理液中，脯氨酸的含量達到最大值與對照相比顯著（P<0.05）。當(dāng)NaCl濃度為200 mM/L時，脯氨酸的含量出現(xiàn)下降趨勢與對照（CK）相比差異顯著（P<0.05），但是與50和100 mM/L濃度顯著不差異。

圖5 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草超氧化物歧化酶活性變化

3 討 論

種子的萌發(fā)是指種胚從相對靜止的狀態(tài)開始進行相關(guān)的生理生化和外部形態(tài)生長的活動過程[9]。此時種子的萌發(fā)不僅會受到自身的因素影響，而且外部的環(huán)境也會對其造成很大的影響。其中干旱和鹽脅迫是最為嚴(yán)重的影響因素[10]，大量的研究統(tǒng)計，不同程度的鹽脅迫會破壞種子細胞的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致其生理生化代謝紊亂，從而大大降低種子萌發(fā)的活力甚至喪失萌發(fā)的能力[11]。加拿大桑根草隨著鹽脅迫濃度的增加，萌發(fā)率呈下降趨勢。在鹽脅迫低濃度時，加拿大桑根草種子對鹽性環(huán)境有較強的適應(yīng)性，萌發(fā)率沒有受到太大到影響。當(dāng)濃度為200 mM/L時，萌發(fā)率僅為8%，表明高濃度的鹽脅迫對細胞膜有破壞，嚴(yán)重影響種子吸收水分，從而導(dǎo)致種子萌發(fā)受阻。

丙二醛（MDA）作為膜脂過氧化過程中最為重要的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生將會加劇膜系統(tǒng)損傷并加快細胞衰老的進程[12]。因此，可以作為植物抗逆性重要指標(biāo)，MDA反映其遭受逆境損害程度[13]，如果MDA含量升高，表明細胞膜結(jié)構(gòu)及膜透性的損傷程度也加劇。鹽脅迫的主要危害是水分脅迫，細胞嚴(yán)重失水會發(fā)生細胞壁分離，死亡等情況。脯氨酸是一種重要和有效的調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)細胞的滲透勢，保持細胞膜的穩(wěn)定性，從而起到防止水分大量散失的作用。加拿大桑根草丙二醛含量和脯氨酸都出現(xiàn)升高的趨勢，表明高濃度鹽脅迫對加拿大桑根草造成了一定的傷害，而低濃度的鹽脅迫對其影響不大。

植物在鹽脅迫下,產(chǎn)生大量活性氧自由基，會氧化細胞膜，細胞膜結(jié)構(gòu)的損傷和破壞，最終可以導(dǎo)致植物死亡。此時，植物體通過產(chǎn)生一系列抗氧化酶或提高這些酶的活性，來清除植物體內(nèi)的活性氧自由基，阻止細胞膜被氧化破壞[14]。隨著鹽濃度的增加，加拿大桑根草的超氧化歧化酶（SOD）活性的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。表明低濃度的鹽脅迫，活性氧的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)，不會對植物造成傷害。當(dāng)鹽脅迫濃度增大時，活性氧的累積數(shù)量超過了其傷害閾值[15]，就會對植物產(chǎn)生氧化損傷。攻擊細胞膜系統(tǒng)，破壞植物細胞膜系統(tǒng)的完整性[16]。

4 結(jié) 論

研究結(jié)果表明：在不同濃度的NaCl脅迫下，種子的萌發(fā)率呈現(xiàn)下降趨勢，電導(dǎo)率顯著下降；丙二醛（MDA）含量上升；脯氨酸和超氧化物歧化酶（SOD）含量均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。加拿大桑根草對鹽脅迫具有一定的耐受性，在鹽脅迫濃度≤100 mM/L，萌發(fā)和生長不會受到影響；當(dāng)鹽脅迫濃度≥150 mM/L，萌發(fā)和生長會明顯受到抑制。因此，本試驗得出，加拿大桑根草種子的耐鹽臨界度為100 mM/L，極限耐鹽度為150 mM/L。加拿大桑根幼苗生長的最大耐鹽性范圍為鹽脅迫濃度≤100 mM/L。