微/納米氣泡水對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗的影響

李麗芳，許江環(huán)，袁啟東，梁均業(yè)，何梓峰，謝 平，周鴻凱

(廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院，廣東湛江 524088)

目前，土壤鹽堿化越來越嚴(yán)重，亞洲鹽堿地面積約為2.9×108hm2，中國鹽漬土壤約有3 333萬hm2，約占耕地面積的10%[1]。水稻是重要的糧食作物，全世界近1/2的人口以稻米為主食，中國以稻米為主糧的人約占總?cè)丝诘?/3，水稻播種面積占糧食種植面積的27%左右[2]，土壤鹽堿化影響我國水稻種植，也威脅糧食安全。鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物植株高度變矮、葉面積變小、分蘗減少，從而降低光合效率[1-2]，所以大多數(shù)植物不能生長在鹽堿土壤上。水稻為不耐鹽作物，但科學(xué)家通過不懈努力，培育出耐鹽水稻品種。耐鹽水稻可作為先鋒作物，修復(fù)與改良鹽堿農(nóng)田，所以對(duì)耐鹽水稻進(jìn)行研究有重要意義[3]。為了在鹽堿土壤上種水稻，前人在育種、土壤改良等方面做了多種研究，結(jié)果表明添加某些試劑進(jìn)行灌溉，可以緩解鹽脅迫下水稻的鹽漬毒害作用[4-6]，獲得較好的收成。

微/納米氣泡水是近年日本開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，通過特定裝置使氣體(根據(jù)需要可以是空氣、O2、O3、N2、CO2)以微米或納米級(jí)直徑的氣泡溶解于水中，形成的“溶液”為微/納米氣泡水。微米氣泡的直徑在1～50 μm，納米氣泡直徑在1 μm 以下，兩者統(tǒng)稱為微/納米氣泡。微/納米氣泡粒徑小、比表面積超大、氣體溶解能力強(qiáng)，能夠提高氣液之間的反應(yīng)速度[7]，微/納米氣泡水氧含量增加且氣泡分布均勻，保持時(shí)間較長，可以增加水中生物體的活性。微/納米氣泡水的應(yīng)用首先是在海水養(yǎng)殖上，研究表明通過使用充氧微/納米氣泡水，可以解決水體缺氧問題，有效降低魚類死亡率，提高抵抗力[7]。在作物栽培領(lǐng)域，研究表明用微/納米氣泡水浸種可以提高發(fā)芽率，進(jìn)行灌溉可以提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)[8-13]。

若給鹽脅迫下水稻幼苗使用微/納米氣泡水增氧，也可能提高水稻幼苗生理活性，增加耐鹽性。目前鮮見有關(guān)微/納米氣泡水增氧對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗生長影響的報(bào)道。鑒于此，筆者選用1個(gè)模式水稻品種和1個(gè)耐鹽水稻品種進(jìn)行增氧和非增氧培育，進(jìn)行鹽脅迫和非鹽脅迫處理，研究微/納米氣泡水增氧對(duì)水稻幼苗的影響，探究緩解鹽脅迫對(duì)水稻幼苗毒害的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試水稻品種為9311和JX99，由廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院提供。微/納米氣泡水使用禹創(chuàng)環(huán)境科技(濟(jì)南)有限公司生產(chǎn)的納米氣泡發(fā)生裝置(YC-MNB-Ⅲ-1)制作。

1.2 試驗(yàn)方法試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：處理1(T1)為Yoshida營養(yǎng)液+蒸餾水；處理2(T2)為Yoshida營養(yǎng)液+微/納米氣泡水；處理3(T3)為0.6% NaCl+ Yoshida營養(yǎng)液+蒸餾水；處理4(T4)：0.6% NaCl + Yoshida營養(yǎng)液+微/納米氣泡水，每處理3次重復(fù)。

試驗(yàn)于2020年9月在廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院110實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。選取籽粒飽滿、大小一致的種子，用3%的過氧化氫溶液浸泡消毒30 min，用蒸餾水反復(fù)沖洗后置于培育盆中催芽。種子露白，胚根大約長至3 cm時(shí)，播于水稻專用水培盆(每盆有6個(gè)小板，每一小板可種96株)中，萌發(fā)后用Yoshida營養(yǎng)液+蒸餾水或者Yoshida營養(yǎng)液+微/納米氣泡水培育，每3 d更換1次培育液，用1.0和0.1 mol/L的H2SO4和KOH調(diào)節(jié)pH至5.5～5.8，每盆使用2 L配置的混合液進(jìn)行處理，在使用營養(yǎng)液培育12 d后，加0.6% NaCl處理3 d后取樣、測定。

1.3 測定項(xiàng)目與方法測定項(xiàng)目包括幼苗生長性狀指標(biāo)與生化指標(biāo)，幼苗生長性狀指標(biāo)包括莖長、根長、莖鮮重、根鮮重、葉片數(shù)、莖基寬，生化指標(biāo)有脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量。每處理取10株幼苗測量幼苗生長性狀指標(biāo)，每處理取6張幼苗葉片，測量幼苗生化指標(biāo)。莖長、根長用直尺測定；鮮重用天平稱重；莖基寬采用數(shù)顯卡尺(美耐特公司制造)測量；脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與繪畫；采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行顯著性分析；采用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微/納氣泡水對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗性狀的影響

2.1.1對(duì)水稻品種9311幼苗性狀的影響。從表1可以看出，T2處理的根長、莖鮮重、莖基寬顯著小于T1處理，分別減少24.87%、12.20%和12.50%。T1和T2處理間的莖長、根鮮重、葉片數(shù)沒有顯著差異，說明在無鹽脅迫下，微/納米氣泡水增氧顯著抑制9311幼苗根的伸長和莖的生長。

從表1可以看出，T3處理的根長、莖鮮重、莖基寬顯著小于T1處理，分別減少18.56%、42.68%和17.65%。T1和T3處理間莖長、根鮮重、葉片數(shù)沒有顯著差異。這說明鹽脅迫下，9311幼苗的根長、莖鮮重和莖基寬顯著減小。

表1 不同處理對(duì)9311幼苗的性狀指標(biāo)的影響

T4處理的根長、莖鮮重、根鮮重顯著小于T3處理，分別減少45.16%、46.81%和38.64%。T3和T4處理間的莖長、葉片數(shù)、莖基寬沒有顯著差異。這說明鹽脅迫下，微/納米氣泡水增氧使9311幼苗的根長、莖鮮重和根鮮重顯著減小。

2.1.2對(duì)水稻品種JX99幼苗性狀的影響。從表2可以看出，T2處理的根長、葉片數(shù)顯著大于T1處理，分別增加31.76%、21.88%。T1和T2處理間莖長、根鮮重、莖鮮重、莖基寬間沒有顯著差異，說明無鹽脅迫下，微/納米氣泡水增氧使JX99幼苗(幼苗)的根長、葉片數(shù)顯著增大。

表2 不同處理對(duì)JX99幼苗的性狀指標(biāo)的影響

T3處理的根長顯著小于T1處理，減小10.94%。T1和T3處理間莖鮮重、根鮮重、葉片數(shù)、莖基寬沒有顯著差異，說明鹽脅迫下，JX99幼苗的根長顯著減小。

T4處理的莖長、根長、莖鮮重、根鮮重顯著小于T3處理，分別減少28.09%、35.67%、67.97%和55.43%。T4和T3處理間葉片數(shù)、莖基寬沒有顯著差異，說明鹽脅迫下，微/納米氣泡水增氧使JX99幼苗的根長、莖長、莖鮮重和根鮮重顯著減小。

品種9311與JX99幼苗的性狀在各種處理中表現(xiàn)有相同之處也有不同之處。相同之處是在鹽脅迫下使用微/納米氣泡水增氧，2個(gè)品種幼苗的生長指標(biāo)(根長、莖鮮重、根鮮重)顯著變??；不同之處是在無鹽脅迫下，微/納米氣泡水增氧使JX99幼苗有些生長指標(biāo)(根長、葉片數(shù))顯著增大，而9311幼苗有些生長指標(biāo)(根長、莖鮮重和莖基寬)顯著變小，說明在無鹽脅迫下，微/納米氣泡水增氧對(duì)不同品種水稻幼苗生長指標(biāo)的影響不同。

注：每盆左邊1列為9311,右邊1列為JX99

2.2 微/納氣泡水與鹽脅迫對(duì)水稻幼苗丙二醛(MDA)含量的影響一般植物在逆境條件下會(huì)產(chǎn)生膜質(zhì)過氧化，細(xì)胞膜受傷害，丙二醛(MDA)含量表示細(xì)胞膜受傷害程度[14]。由圖2可知，品種9311與JX99在各處理中，MDA含量有相同的變化也有不同的變化。與T1處理相比，T2處理2個(gè)品種的MDA含量都顯著降低，分別減少41.19%、15.85%。與T1處理相比，T3處理2品種的MDA含量變化不同，9311減少7.61%，但差異不顯著；JX99增加20.19%，兩者差異顯著。與T3處理相比，T4處理2個(gè)品種的MDA含量都顯著增加，分別增加46.25%、36.11%。這說明在鹽脅迫下，用微/納米氣泡水增氧，2個(gè)品種幼苗的細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度增高，活性氧的傷害增大。

注: 不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著

2.3 微/納氣泡水與鹽脅迫對(duì)水稻幼苗脯氨酸含量的影響在干旱、鹽漬等脅迫條件下，許多植物體內(nèi)脯氨酸大量積累[15]。由圖3可知，品種9311與JX99在各處理中，幼苗脯氨酸含量的變化相近，都是T4處理最大，T3處理次之，兩者間差異顯著；T1與T2處理較小，兩者間無顯著差異。與T1處理相比，T3處理2個(gè)品種的脯氨酸含量顯著增加，分別增加102.75%、60.72%。與T3處理相比，T4處理2個(gè)品種的脯氨酸含量都顯著增加，分別增加85.63%、131.64%，說明在鹽脅迫下，用微/納米氣泡水增氧，水稻幼苗所處的脅迫環(huán)境加劇，對(duì)幼苗的傷害也加大。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著

2.4 微/納氣泡水與鹽脅迫下水稻幼苗指標(biāo)的相關(guān)性

2.4.1水稻品種9311幼苗指標(biāo)的相關(guān)性。由表3可知，9311幼苗的性狀指標(biāo)中，莖長、根長、莖基寬、根鮮重、莖鮮重間都呈正相關(guān)，其中根長與莖長、莖基寬、根鮮重、莖鮮重間都呈極顯著正相關(guān)，莖鮮重與莖長、莖基寬呈極顯著正相關(guān)。

表3 微/納氣泡水與鹽脅迫下9311幼苗指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

MDA和脯氨酸含量與幼苗的生長性狀指標(biāo)間都呈負(fù)相關(guān)，說明水稻幼苗體內(nèi)的MDA和脯氨酸含量增加，莖長、根長、莖基寬、根鮮重、莖鮮重等生長性狀指標(biāo)減小。脯氨酸含量與莖長、莖基寬間呈顯著負(fù)相關(guān)，與根長、莖鮮重間呈極顯著負(fù)相關(guān)；MDA含量與莖長、莖鮮重間呈顯著負(fù)相關(guān)。MDA含量與脯氨酸含量間呈極顯著正相關(guān)。

2.4.2水稻品種JX99幼苗指標(biāo)的相關(guān)性。由表4可知，JX99幼苗的性狀指標(biāo)中，莖長、根長、莖基寬、根鮮重、莖鮮重間都呈正相關(guān)，其中根鮮重、莖鮮重與根長、莖長呈極顯著正相關(guān)，根鮮重與莖鮮重間呈極顯著正相關(guān)。

表4 微/納氣泡水與鹽脅迫下JX99幼苗指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

MDA和脯氨酸含量與幼苗的性狀指標(biāo)都呈負(fù)相關(guān)，說明水稻幼苗體內(nèi)的MDA和脯氨酸含量增加，莖長、根長、莖基寬、根鮮重、莖鮮重等性狀指標(biāo)減小。脯氨酸和MDA含量與莖長、根長、莖鮮重間呈極顯著負(fù)相關(guān)。MDA含量與脯氨酸含量間呈極顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

正常情況下，植物的根進(jìn)行有氧呼吸，若在富氧環(huán)境下對(duì)改善植物根的功能、促進(jìn)微生物活動(dòng)以及礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、提高對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收都有重要意義[8]。水稻的根進(jìn)行有氧呼吸，主要是吸收溶解在水中的氧，增氧灌溉提高水稻產(chǎn)量[13]。該研究用微/納米氣泡水與營養(yǎng)液對(duì)水稻幼苗進(jìn)培育，使JX99幼苗根長、葉片數(shù)顯著增大，部分生長性狀指標(biāo)更優(yōu)，與其他研究一致，但使9311水稻幼苗的根長、莖鮮重和莖基寬顯著減小，部分性狀變差，說明微/納米氣泡水增氧時(shí)，不同的水稻品種幼苗表現(xiàn)不同，也可能是不同的水稻品種幼苗對(duì)微/納米氣泡水增氧濃度有不同的反應(yīng)，因此需進(jìn)一步研究。

在鹽脅迫時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，促進(jìn)植物膜脂過氧化作用，增加MDA含量[14]。在鹽脅迫下產(chǎn)生滲透脅迫，植物為了維持較高的細(xì)胞質(zhì)滲透壓以便吸水，積累一定數(shù)量的可溶性有機(jī)物，如脯氨酸。因此在鹽分脅迫下脯氨酸含量增加[15]。該研究中在0.6% 鹽脅迫下，9311的MDA含量沒有顯著變化，但JX99顯著增加，說明不同品種有不同的反應(yīng)。2個(gè)品種的脯氨酸含量顯著增加，與其他研究一致。

該研究試圖通過微/納米氣泡水增加水稻幼苗根際的氧含量，提高根活力來提高幼苗的耐鹽性。但研究結(jié)果顯示，在鹽脅迫下，微/納米氣泡增氧使9311水稻幼苗根長、莖鮮重、根鮮重顯著減小，使JX99水稻幼苗的根長、莖長、莖鮮重、根鮮重顯著減小，2個(gè)品種水稻幼苗生長指標(biāo)均變差。2個(gè)品種水稻幼苗MDA含量都顯著增大，水稻幼苗的脯氨酸含量都顯著增大。生化指標(biāo)也反映微/納米氣泡增氧使細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度加大，加劇滲透脅迫。鹽脅迫下，用微/納米氣泡水增氧培育加劇水稻幼苗傷害的原因，需今后進(jìn)一步研究。