鹽堿脅迫下花生生長及生理特性的研究

徐 婷,李鎖丞,王海江,董紅業(yè),李 強,柳延濤

(1.石河子大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,新疆石河子 832000;2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 作物研究所,新疆石河子 832000;3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟作物所,烏魯木齊 830091)

土壤鹽漬化已成為當(dāng)今世界面臨的重要環(huán)境問題[1]。中國可利用鹽堿地面積為6.7×106hm2,是鹽堿地大國之一[2]。新疆鹽漬土分布面積廣,占全國鹽漬土總面積的1/3,其中鹽漬化耕地面積占灌區(qū)耕地總面積的32.07%[2-3],嚴(yán)重影響了作物的生長發(fā)育,已成為降低作物產(chǎn)量和品種,制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要生態(tài)因素之一[4-5]。2019年新疆花生種植面積超過6 666.67 hm2,單位面積產(chǎn)量達4 071.59 kg·hm-2,可作為出口物資。隨著經(jīng)濟發(fā)展,人民生活水平日益提高,花生的需求量不斷增加,由于可利用耕地面積不增加,油料作物與糧棉作物必然會出現(xiàn)爭地矛盾,為避免矛盾發(fā)生,種植鹽堿地花生是提高鹽堿地利用率、促進花生產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和解決當(dāng)今食用油問題的有效途徑[6]。

植物在鹽堿脅迫下生長發(fā)育受到抑制[7]。前人對鹽堿脅迫下植物的生理特性做了相應(yīng)研究,發(fā)現(xiàn)隨著脅迫濃度的增加,花生、棉花、油菜、小麥、玉米等作物生長發(fā)育緩慢,莖葉干質(zhì)量和鮮質(zhì)量顯著降低,根長減小[8-13]。鹽堿脅迫下植物細胞內(nèi)積聚了大量的活性氧,體內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)受損,膜結(jié)構(gòu)被破壞,為抵御活性氧損傷,植株通過一系列的反應(yīng)機制來減輕鹽堿脅迫帶來的危害[14]。研究表明小麥幼苗、野生杏樹隨鹽脅迫濃度增加體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)被激活[15-16],SOD和POD活性提高,‘花育25號’和‘花育20號’SOD及CAT 活性下降[6],且高濃度鹽脅迫下高耐鹽型和耐鹽性品種根系SOD和POD活性較高[17]。藜麥、棉花、小麥、湖南稷子和石竹的MDA和脯氨酸含量逐漸增加[4,14-15,18-19]?；ㄉ柠}堿脅迫響應(yīng)機制與其他作物存在差異,雖然前人對花生耐鹽性的研究做了大量研究,但主要集中在萌發(fā)期單鹽脅迫下發(fā)芽特性的差異和苗期單鹽脅迫下花生生理特性及產(chǎn)量的變化,對于苗期花生對不同鹽堿類型及脅迫濃度的生理響應(yīng)和不同耐鹽性花生品種間生理響應(yīng)差異的相關(guān)研究較少。本試驗以前期篩選的耐鹽堿品種‘益花1號’和‘花育25號’,鹽堿敏感品種‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’為試驗材料,通過對比3種鹽堿類型5種脅迫濃度下花生生長指標(biāo)和生理指標(biāo)的差異,分析花生幼苗對鹽堿脅迫的生理響應(yīng),為闡釋花生耐鹽堿機理,選育耐鹽堿花生品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料如表1所示。

表1 供試品種及供應(yīng)單位Table 1 Tested varieties and suppliers

1.2 試驗方法

試驗設(shè)置NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3(1∶1)3種鹽堿類型,4種脅迫濃度,分別為0.30%、0.60%、0.90%和1.20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),對照0%(CK)為蒸餾水,每個處理設(shè)置3組重復(fù)。各品種選取25粒大小均一,健康飽滿的種子,10% H2O2處理10 min,蒸餾水沖洗2～3次,吸干水分,備用。發(fā)芽盒高溫滅菌后放置等量清潔、滅菌的鋸末,根據(jù)發(fā)芽床特性分別加入等量對應(yīng)的脅迫溶液,使其達到飽和含水量的60%～80%。將種子均勻放置于濕潤的鋸末中,粒與粒間距一致,蓋上發(fā)芽盒蓋子,置于晝夜溫度分別為30 ℃和25 ℃,周期分別為12 h和12 h的光照恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)致苗期,培養(yǎng)期間定時補充蒸餾水。苗期各處理分別采樣6株,3次重復(fù),將樣品帶回試驗室清洗并吸干表面殘余水分,取3株測定主根長、地上部與地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量,3株取根尖部位低溫研磨后進行生理指標(biāo)的測定。

1.3 測定項目

主根長采用直尺測量;地上部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量采用千分之一天平稱量;過氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、過氧化氫酶活性、丙二醛、脯氨酸含量的測定依次采用愈創(chuàng)木酚比色法[20]、氮藍四唑(NBT) 光還原法[20]、紫外吸收法[20]、硫代巴比妥酸法[20]、磺基水楊酸法[21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用 EXCEL 2010和SPSS 19.0 進行數(shù)據(jù)處理和方差分析,多重比較采用 Duncan’s法,顯著水平為 0.05。利用Origin 2018制圖,所有試驗指標(biāo)的測定至少為3次重復(fù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽堿脅迫對花生主根長的影響

由圖1可以看出,花生主根長隨著3種鹽堿類型脅迫濃度的增加呈下降趨勢。在NaCl脅迫0.30%、0.90%和1.20%濃度下‘益花1號’的主根長均較‘花育25號’‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’高,分別為15.00 、7.83和4.69 cm,其中1.20%濃度下‘花育39號’主根長為0,0.30%濃度下‘豫花37號’和‘汾花1號’主根長差異不顯著,其余品種間差異顯著,0.6%濃度時‘益花1號’‘花育25號’和‘豫花37號’分別與‘花育39號’和‘汾花1號’差異顯著,0.90%濃度‘益花1號’‘花育25號’和‘汾花1號’分別與‘花育39號’和‘豫花37號’主根長差異顯著。NaHCO3脅迫隨著鹽堿濃度增加,各品種主根長顯著降低,0.60%濃度和0.90%濃度下‘益花1號’主根長略高于其余品種,分別為1.93 cm和0.77 cm,當(dāng)脅迫濃度達到1.20%時各品種主根長均為0, 0.30%濃度‘益花1號’‘花育25號’和‘豫花37號’分別與‘花育39號’和‘汾花1號’差異顯著, 0.90%濃度‘花育39號’和‘汾花1號’分別與其余品種間差異顯著。NaCl+NaHCO3脅迫時各品種主根長急劇下降,當(dāng)脅迫濃度達到 0.90%時,各品種主根長為0、0.30%和0.60%濃度下‘益花1號’主根長最高分別為6.43 cm和 3.00 cm,其主根長與其余品種差異顯著。說明過高的鹽堿濃度抑制種子根系生長,甚至導(dǎo)致種子不發(fā)芽生根,NaCl+NaHCO3脅迫對根系生長的抑制作用更強。

YH1.益花1號;HY25.花育25號;HY39.花育39號;Y37.豫花37號;N1.汾花1號。不同字母代表0.05水平下差異顯著,下同YH1.Yihua 1;HY25.Huayu 25;HY39.Huayu 39;Y37.Yuhua 37;N1.Fenhua 1.Different letters indicate significant differences at the 0.05 level,the same below圖1 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3(1∶1)不同濃度脅迫下花生主根長Fig.1 Peanut taproot length under different concentrations of NaCl, NaHCO3 and NaCl + NaHCO3 (1∶1)

2.2 不同鹽堿脅迫對花生苗期地上部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量的影響

如圖2所示,各鹽堿類型脅迫下花生地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量隨鹽堿濃度增加呈緩慢降低趨勢。隨著NaCl脅迫濃度增大,1.20%較0.60%濃度‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’苗期地上部鮮質(zhì)量分別降低89.22%、71.65%、83.80%和95.94%,較0.90%濃度分別降低85.03%、32.91%、45.84%和50.42%,且0.30%濃度各品種間鮮質(zhì)量差異顯著,0.90%濃度‘花育25號’和‘豫花37號’分別與其余品種差異顯著;對于地上部干質(zhì)量而言,1.20%較 0.30%濃度‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’苗期地上部干質(zhì)量分別降低 37.07%、 47.52%、27.99%和91.73%,較 0.60%濃度分別降低7.76%、19.63%、 27.33%和70.48%,較 0.90%濃度分別降低6.22%、 16.26%、5.26%和50.69%,0.30%濃度‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’分別與‘益花1號’和‘花育25號’差異顯著,0.90%濃度‘益花1號’和‘花育25號’分別與‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’差異顯著,0.60%和1.20%濃度各品種間干質(zhì)量差異顯著。NaHCO3脅迫各濃度下苗期地上部鮮質(zhì)量呈小幅下降趨勢,0.90%濃度各品種地上部鮮質(zhì)量分別為 2.69、2.58、1.18、 2.39和1.91 g,‘花育25號’和‘豫花37號’分別與其余品種差異顯著,1.20%濃度各品種地上部鮮質(zhì)量已均為0,0.30%濃度‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’分別與‘益花1號’和‘花育39號’差異顯著,0.60%濃度‘益花1號’和‘花育25號’分別與其余品種差異顯著;地上部干質(zhì)量而言,0.90%濃度較0.60%濃度下各品種地上部干質(zhì)量降低1.48%、30.24%、67.02%、 4.77%和73.67%,‘花育39號’和‘汾花1號’分別與其余品種差異顯著。NaCl+NaHCO3脅迫0.60%濃度各品種地上部鮮質(zhì)量分別為2.58、1.37、1.19、1.35和1.29 g,0.90%和 1.20%濃度下各品種地上部鮮質(zhì)量均為0,‘益花1號’與其余品種差異顯著;對于地上部干質(zhì)量, 0.60%濃度各品種地上部干質(zhì)量分別降低 0.73、0.68、0.28、0.48和0.44 g,并且‘花育39號’分別與其余品種差異顯著,0.30%濃度時‘益花1號’和‘花育25號’分別與其余品種差異顯著。說明花生幼苗受鹽堿脅迫抑制,生長發(fā)育緩慢,地上部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量顯著降低。

圖2 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3(1∶1)不同濃度脅迫下花生苗期地上部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量Fig.2 Aboveground fresh mass and dry mass of peanut seedlings under different concentrations of NaCl,NaHCO3 and NaCl + NaHCO3(1∶1)

2.3 不同鹽堿脅迫對花生地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響

由圖3可知,隨著脅迫濃度的增加,各品種地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量均呈下降趨勢,NaCl脅迫‘益花1號’‘花育25號’‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’在5種脅迫濃度下地下部鮮質(zhì)量分別為 0.83～1.31 g、0.53～0.99 g、0.31～ 0.57 g、 0.13～ 0.42 g和0.11～0.30 g,0.30%濃度下‘豫花37號’降幅最大為60.25%,‘花育25’號降幅最小為20.12%,0.60%和0.90%濃度時‘花育39號’降幅最大,1.20%時‘花育39號’地下部鮮質(zhì)量為0,各品種在0.30%濃度時差異達到顯著水平,0.60%濃度時‘益花1號’‘豫花37號’和‘汾花1號’分別與‘花育25號’和‘花育39號’差異顯著,0.90%濃度‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’分別與‘益花1號’和‘花育39號’差異顯著,1.20%濃度‘益花1號’與其余品種差異達到顯著水平;不同濃度下各品種地下部干質(zhì)量分別為0.08～0.19 g、0.06～0.11 g、 0.03～0.07 g和0.02～0.03 g,0.30%濃度‘花育39號’降幅最大,‘花育25號’降幅最小, 0.60%濃度‘豫花37號’與其余品種差異顯著, 0.90%濃度‘益花1號’‘豫花37號’和‘汾花1號’分別與‘花育25號’和‘花育39號’差異顯著。NaHCO3脅迫不同濃度下各品種的地下部鮮質(zhì)量分別為0.83～1.31 g、0.20～0.58 g、0.09～ 0.30 g和 0.07～ 0.19 g,0.30%濃度‘花育25號’降幅最小為74.29%,其中‘益花1號’和‘花育25號’分別與其余品種差異顯著,0.60%濃度‘花育39號’分別與其余品種差異顯著,0.90%濃度‘益花1號’‘花育39號’分別與其余品種差異顯著;對于地下部干質(zhì)量而言,在0.30%、0.60%和 0.90%濃度下各品種的地下部干質(zhì)量為 0.05～0.09 g、0.02～0.05 g和0.02～0.04 g, 0.60%濃度‘益花1號’和‘花育25號’分別與其余品種差異顯著。NaCl+NaHCO3脅迫0.90%和 1.20%濃度地下部鮮質(zhì)量和地下部干質(zhì)量平均為0,各品種在0.30%和0.60%濃度下的地下部鮮質(zhì)量分別為0.23～0.47 g和0.07～0.42 g,且 0.60%濃度下‘花育39號’分別與其余品種差異顯著。說明鹽堿脅迫不僅抑制花生苗期地上部生長,隨著脅迫濃度增大還對植株根系的生長產(chǎn)生明顯的抑制作用,地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著降低,且NaCl+NaHCO3脅迫對花生苗期地下部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量影響最大。

圖3 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3 (1∶1)不同濃度脅迫下花生苗期地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量Fig.3 Underground fresh and dry mass of peanut seedlings under different concentrations of NaCl,NaHCO3 and NaCl + NaHCO3 (1∶1)

2.4 不同鹽堿脅迫對花生過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

如圖4所示,隨著NaCl脅迫濃度升高,花生根尖POD活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,當(dāng)脅迫濃度達到0.60%時,‘花育25號’‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’POD活性達到峰值,分別為421.68 U·g-1、340.80 U·g-1、421.98 U·g-1和396.00 U·g-1,與對照相比活性分別提高了30.62%、33.65%、 32.89%和48.92%,1.20%時‘花育39號’POD活性為0,當(dāng)脅迫濃度小于0.60%時POD活性由強到弱依次為‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’‘汾花1號’和‘花育39號’,而0.90%濃度時POD活性由強到弱依次為‘益花1號’‘花育25號’‘汾花1號’‘豫花37號’‘花育39號’。NaHCO3脅迫當(dāng)濃度達到 0.30%時‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’POD活性達到峰值,分別為342.03 U·g-1、427.19 U·g-1和421.49 U·g-1,較對照各品種POD活性提高了34.13%、34.53%和 58.51%,0.60%時‘益花1號’和‘花育25號’POD活性先達到峰值后降低,與0%(CK)相較兩個品種POD活性提高了46.78%和49.49%,不同濃度脅迫下POD活性由強到弱依次為‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’‘汾花1號’‘花育39號’。NaCl+NaHCO3脅迫隨著脅迫濃度增加‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’POD活性呈先升高后降低的趨勢,0.30%時POD活性達到峰值,與0%(CK)相較3個品種POD活性依次提高了33.87%、15.85%和11.66%,POD活性由強到弱依次為‘花育25號’‘豫花37號’‘汾花1號’,而‘益花1號’POD活性則隨著脅迫濃度增加不斷提高,0.90%時最高為530.82 U·g-1,較CK處理提高了57.14%,‘花育39號’隨脅迫濃度增加POD活性不斷降低。

圖4 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3 (1∶1)不同濃度脅迫下花生根尖POD活性和SOD活性Fig.4 POD activity and SOD activity in peanut root tips under different concentrations of NaCl,NaHCO3 and NaCl + NaHCO3 (1∶1)

隨著NaCl脅迫濃度增加‘益花1號’‘花育39號’和‘汾花1號’SOD活性呈先升高后降低的趨勢,0.60%濃度時活性顯著增加并達到峰值,分別為93.41 U·g-1、77.08 U·g-1和84.10 U·g-1,與0%(CK)相較提高了3.58%、5.75%和12.19%,‘花育25號’和‘豫花37號’SOD活性隨著脅迫濃度增加呈下降趨勢,1.20%濃度SOD活性最低分別為83.29 U·g-1和76.97 U·g-1,花育39號SOD活性為0,各品種SOD活性由強到弱依次為‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’‘汾花1號’‘花育39號’。NaHCO3脅迫隨著脅迫濃度增加各品種SOD活性均呈先增加后降低的趨勢,0.60%濃度時各品種SOD活性達到峰值,較0%(CK)分別提高了4.48%、 4.14%、8.29%、5.39%和14.99%,當(dāng)脅迫濃度達到 0.90%時SOD活性強弱與NaCl脅迫一致。隨著NaCl+NaHCO3脅迫濃度增加‘花育25號’‘花育39號’和‘豫花37號’SOD活性呈下降趨勢,‘益花1號’和‘汾花1號’SOD活性呈先增加后降低的趨勢,各品種在0.60%濃度時SOD活性強弱與NaCl和NaHCO3脅迫一致。

2.5 不同鹽堿脅迫對花生過氧化氫酶(CAT)活性的影響

如圖5所示,當(dāng)NaCl脅迫濃度不斷增加各品種CAT活性呈下降趨勢,1.20%濃度時各品種CAT活性最低,其中‘花育39號’CAT活性為0,與0%(CK)相比各品種CAT活性依次降低了50.65%、68.82%、88.58%和79.28%,活性由強到弱依次為‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’‘汾花1號’‘花育39號’。NaHCO3脅迫濃度增加CAT活性先小幅升高再降低,1.20%濃度各品種CAT活性均為0,與0%(CK)相比,0.90%濃度下各品種CAT活性分別降低了18.42%、 4.09%、29.37%、26.11%和53.72%。NaCl+NaHCO3脅迫不同濃度下CAT活性變化趨勢與NaCl脅迫一致,與0%(CK)相較0.60%濃度下CAT活性分別降低了26.17%、29.35%、 36.27%、39.06%和83.25%,活性由強到弱排序與NaCl脅迫和NaHCO3脅迫一致。

圖5 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3 (1∶1)不同濃度脅迫下花生根尖CAT酶活性Fig.5 CAT enzyme activity in peanut root tips under different concentrations of NaCl,NaHCO3 and NaCl + NaHCO3 (1∶1)

2.6 不同鹽堿脅迫對花生脯氨酸(Pro)含量的 影響

由圖6可知,隨著鹽堿脅迫濃度增加各品種脯氨酸含量呈上升趨勢。NaCl脅迫1.20%濃度‘花育39號’脯氨酸含量為0,‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’脯氨酸含量較0%(CK)分別增加了3.56、2.68、3.80和3.49倍,不同脅迫濃度下‘益花1號’脯氨酸含量高于其余品種,與其余品種差異顯著,‘花育39號’脯氨酸含量最低。NaHCO3脅迫0.90%濃度下各品種脯氨酸含量較0%(CK)分別增加了4.20、 4.13、5.05、4.85和5.16倍,‘益花1號’脯氨酸含量最高為 404.17 μg·g-1,‘花育39號’脯氨酸含量最低為271.26 μg·g-1,當(dāng)濃度達到 1.20%時各品種脯氨酸含量為0,0.30%和 0.60%濃度下各品種間差異顯著。隨著NaCl+NaHCO3脅迫濃度增加,0.60%濃度較0%(CK)各品種脯氨酸含量分別增加4.41、4.31、6.23、 5.14和5.49倍,‘益花1號’脯氨酸含量達到最高為425 μg·g-1。

圖6 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3 (1∶1)不同濃度脅迫下花生根尖脯氨酸含量Fig.6 Pro content in peanut root tips under different concentrations of NaCl, NaHCO3 and NaCl + NaHCO3 (1∶1)

2.7 不同鹽堿脅迫對花生丙二醛(MDA)含量的影響

由圖7可知,隨著NaCl脅迫濃度增加各品種MDA含量呈上升趨勢,當(dāng)濃度為1.20%時‘花育39號’MDA含量為0,‘益花1號’‘花育25號’‘豫花37號’和‘汾花1號’MDA含量較0%(CK)增加3.88、3.85、3.82和3.79倍,此時‘汾花1號’MDA含量較其余品種最高為62.32 mmol·g-1,‘益花1號’MDA含量最低為55.88 mmol·g-1,0.60%和0.90%濃度下各品種間差異顯著。NaHCO3脅迫下各品種MDA含量變化趨勢與NaCl脅迫一致,且隨著脅迫濃度增大各品種MDA含量增幅較NaCl脅迫大,0.90%濃度與0%(CK)相較MDA含量分別增加了4.14、4.09、4.18、4.12和4.04倍,其中‘花育39號’MDA含量較高為68.60 mmol·g-1,‘益花1號’MDA含量較低為59.64 mmol·g-1,0.60%和0.90%濃度下各品種間差異顯著。隨著 NaCl+NaHCO3脅迫濃度增加, 0.60%濃度較0%(CK)各品種MDA含量分別增加3.90、3.77、 3.71、3.68和3.60倍,‘花育39號’MDA含量較其余品種高為60.81 mmol·g-1,‘益花1號’MDA含量較其余品種低為56.21 mmol·g-1,各品種間差異顯著。

圖7 NaCl、NaHCO3和NaCl+NaHCO3 (1∶1)不同濃度脅迫下花生根尖MDA含量Fig.7 MDA content in peanut root tips under different concentrations of NaCl,NaHCO3 and NaCl + NaHCO3 (1∶1)

2.8 各指標(biāo)主成分分析

為分析不同鹽堿類型及脅迫濃度對花生生長指標(biāo)(主根長、地上部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量)和生理指標(biāo)(抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì))的影響,對各指標(biāo)進行主成分分析(圖8)?！婊?號’RL、UFW、UDW和AFW與A1、A2、B1、C1和A3處理呈正相關(guān)關(guān)系,ADW、CAT、POD、SOD、MDA和Pro與A4、B2、C2、B3和C3呈正相關(guān)關(guān)系,各處理下RL與A2和C1的影響最大,Pro、MDA與B3和C3的影響最大?！ㄓ?5號’ADW與A3、A2、A1、B1、C1處理呈正相關(guān)關(guān)系,ADW與A3的影響最大。‘花育39號’Pro和MDA與B3和C2的影響最大。‘豫花37號’和‘汾花1號’相似,AFW、POD、CAT、SOD、MDA和Pro與B2、B3和C2呈正相關(guān)關(guān)系,MDA和Pro與B3的影響最大。

A代表NaCl;B代表NaHCO3;C代表NaCl+NaHCO3 (1∶1);1代表0%;2代表0.3%;3代表0.6%;4代表0.9%;5代表1.2%;ADW代表地上部干質(zhì)量;AFW代表地上部鮮質(zhì)量;UDW代表地下部干質(zhì)量;UFW代表地下部鮮質(zhì)量;RL代表主根長A stands for NaCl; B stands for NaHCO3; C stands for NaCl + NaHCO3 (1∶1); 1 stands for 0%; 2 stands for 0.3%; 3 stands for 0.6%; 4 stands for 0.9%; 5 stands for 1.2%; ADW stands for aboveground dry mass;AFW stands for aboveground fresh mass;UDW stands for the dry mass of underground; UFW stands for underground fresh mass;RL stands for taproot length圖8 不同處理與各指標(biāo)之間的關(guān)系Fig.8 Relationship between different treatments and indicators

3 討 論

鹽堿脅迫是植物生長過程中最常見的脅迫形式之一,受脅迫影響根系生長受到阻礙[8]。研究表明,混合鹽堿脅迫下,油菜[7]和蕓芥[22]生長被抑制,根長和干鮮質(zhì)量降低,明顯抑制了地上部生長。本研究表明3種鹽堿類型不同濃度脅迫下花生根長顯著降低,NaCl脅迫0.90%濃度和 NaCl+NaHCO3脅迫0.90%和1.20%濃度花生主根長為0,且NaCl+NaHCO3脅迫下各品種主根長長度較其他鹽堿類型減小與前人研究結(jié)果一致,說明一定濃度的鹽堿脅迫能夠嚴(yán)重抑制花生根系的生長。不同脅迫處理下‘益花1號’的主根長最長,‘花育39號’的主根長普遍最短,說明同一作物具有耐鹽性遺傳多樣性[23],由于鹽堿脅迫對鹽敏感品種根系生長的抑制作用最強,因而根長較短。本研究表明,鹽堿脅迫能顯著抑制花生幼苗的生長。隨著脅迫濃度增加,不同品種地上部和地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量均下降,且NaHCO3和NaCl+NaHCO31.20%脅迫濃度下,種子不萌發(fā)出苗,與王樹風(fēng)等[24]研究結(jié)果基本一致,說明鹽堿濃度的增加,導(dǎo)致根系過度吸收鹽離子,植株被抑制生長,生物量減少,從而降低了鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。本研究中不同鹽堿類型脅迫濃度下,‘益花1號’地上部和地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量均高于其余品種,‘花育39號’最低,說明鹽堿脅迫對鹽堿敏感品種‘花育39號’‘豫花37號’和‘汾花1號’地上部生長的抑制作用顯著大于耐鹽堿品種‘益花1號’和‘花育25號’。

抗氧化酶系統(tǒng)是保護植物免受自由氧化傷害的最重要酶系統(tǒng)[25]。有研究發(fā)現(xiàn)隨著油菜苗期復(fù)合鹽堿濃度的增加,SOD和POD活性呈先降低后升高的趨勢,CAT活性變化趨勢相反[7]。藜麥幼苗葉片中3種酶活性均呈先上升后下降的趨勢[4]。本研究結(jié)果表明,隨著脅迫濃度增加,POD和SOD活性呈先升高后降低的趨勢,其中NaHCO3脅迫0.60%濃度時POD和SOD活性達到峰值,NaCl+NaHCO3脅迫0.30%濃度時SOD達到峰值與楊洋[7]研究結(jié)果一致,說明脅迫開始時抗氧化酶被激活進行自由基的清除,隨著脅迫濃度不斷增加,植株體內(nèi)積累了大量的自由基,阻礙了蛋白質(zhì)的合成,從而使酶活性顯著降低。本研究結(jié)果表明,在NaHCO3脅迫時CAT活性的變化趨勢與前人研究結(jié)果一致,而NaCl和NaCl+NaHCO3脅迫時CAT活性隨脅迫濃度增加呈下降趨勢與前人研究結(jié)果不一致,原因可能是活性氧的清除能力不是無限的,當(dāng)鹽濃度超過一定限度時,酶的保護能力急劇下降[26-27],因此CAT活性呈直線下降趨勢。本研究表明當(dāng)NaHCO3脅迫濃度超過0.90%時,耐鹽品種‘益花1號’和‘花育25號’POD和SOD活性降幅低于鹽敏感品種,與溫賽群等[2]研究結(jié)果一致,而與石婧[10]結(jié)果存在差異,原因可能是前人研究中SOD活性的增大抑制了POD的活性,由于不同作物耐鹽性存在差異,因而酶活性間抑制能力也不同。

植株受逆境脅迫影響積累大量的過氧化產(chǎn)物MDA[28]。研究發(fā)現(xiàn),隨著鹽濃度的增加藜麥、龜背竹葉片中MDA含量增加[4,29]。本研究結(jié)果表明,隨著脅迫濃度增加花生根尖MDA含量呈上升趨勢,其中NaCl+NaHCO3脅迫下MDA含量急劇上升,當(dāng)脅迫濃度超過0.60%時花生不出苗,MDA含量為0與前人研究結(jié)果一致。說明高濃度鹽堿脅迫對花生造成的影響是不可逆轉(zhuǎn)的,氧化損傷嚴(yán)重造成植物死亡和MDA水平下降[30]。前人研究中鹽敏感花生葉片MDA含量增幅較耐鹽品種高,本研究結(jié)果表明不同脅迫處理下耐鹽堿品種‘益花1號’的MDA含量最低,鹽堿敏感品種‘花育39號’的MDA含量最高與前人研究結(jié)果一致,說明耐鹽品種與敏感鹽品種相比,MDA積累率低,具有較高的活性氧代謝能力。鹽堿脅迫造成植株細胞缺水,出現(xiàn)滲透脅迫,而滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸的積累可抵御鹽堿脅迫帶來的影響。研究表明,隨著鹽脅迫濃度增加紫花苜蓿和水稻幼葉中脯氨酸含量逐漸增加[31-32]。本研究表明,隨著鹽堿濃度的升高,花生根尖脯氨酸含量與0%(CK)處理相較顯著增加與前人研究結(jié)果一致,說明花生幼苗可以通過積累脯氨酸以適應(yīng)鹽堿脅迫帶來的損害。前人研究發(fā)現(xiàn)耐鹽植物體內(nèi)脯氨酸含量較高[17,33]。本研究表明耐鹽堿品種‘益花1號’脯氨酸含量較高,鹽堿敏感品種‘花育39號’脯氨酸含量最低與前人研究結(jié)果一致,說明脯氨酸的積累隨花生品種耐鹽性的差異而變化,‘益花1號’受鹽堿脅迫后最先對脅迫做出響應(yīng)并進行調(diào)節(jié),從而積累了大量的脯氨酸。

4 結(jié) 論

鹽堿脅迫下花生主根長、地上部和地下部鮮質(zhì)量及干質(zhì)量顯著降低,且NaCl+NaHCO3脅迫下主根長和鮮質(zhì)量及干質(zhì)量較NaCl和NaHCO3脅迫低。隨著鹽堿脅迫濃度增加,花生根尖POD和SOD活性先升高后降低,NaHCO3脅迫0.60%濃度時POD和SOD活性達到峰值,當(dāng)脅迫濃度超過0.90%時,耐鹽品種‘益花1號’和‘花育25號’POD和SOD活性降幅低于其余鹽敏感品種,NaCl+NaHCO3脅迫0.30%濃度時SOD活性達到峰值。各品種在NaCl和NaCl+NaHCO3脅迫下CAT活性隨脅迫濃度增加逐漸降低,NaHCO3脅迫下CAT活性呈小幅增加再下降的趨勢。不同脅迫處理下各品種MDA和脯氨酸含量顯著增加,其中鹽堿敏感品種較耐鹽堿品種MDA含量較高、脯氨酸含量較低,‘花育39號’受鹽堿脅迫的影響最大脯氨酸含量最低。