NaCl脅迫對(duì)皖北地區(qū)主要玉米品種種子萌發(fā)特性的影響

李偉強(qiáng)，李慧鑫，李秋雨，劉瀟瀟，陳 揚(yáng)，趙青青，姜 穎

（宿州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

鹽脅迫作為主要非生物脅迫之一，威脅全世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且由于灌溉措施不當(dāng)、人口增長(zhǎng)、氣候變化以及工業(yè)污染加劇了土壤鹽漬化[1]。高鹽環(huán)境會(huì)對(duì)植物的生理過程產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致生長(zhǎng)和發(fā)育受限[2]。鹽脅迫會(huì)誘導(dǎo)植物因吸水減少導(dǎo)致的滲透脅迫、離子（如Na+、Cl-）積累導(dǎo)致的離子毒性以及氧化損傷等次生脅迫[1][3]，從而降低作物的數(shù)量和質(zhì)量，甚至死亡。植物已經(jīng)進(jìn)化出多種機(jī)制以適應(yīng)鹽脅迫的影響，包括在細(xì)胞、生理生化乃至分子上的變化，如為緩解過量活性氧（ROS）積累而導(dǎo)致的代謝功能改變，植物會(huì)產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶以清除過量的活性氧[4]。為了提高植物在鹽脅迫下的存活率、產(chǎn)量和品質(zhì)，植物鹽脅迫響應(yīng)機(jī)制、抗性品種篩選和耐鹽植物育種是非常必要的。

玉米又稱玉蜀黍（Zea mays L.），由于其生產(chǎn)潛力大、經(jīng)濟(jì)效益高，是重要的糧食作物、飼料原料和工業(yè)原料[5]。玉米主要種植在我國山東和吉林等省，而安徽省也是我國玉米的主要產(chǎn)區(qū)，其中皖北地區(qū)是我國重要的夏玉米產(chǎn)區(qū)，也是安徽省夏玉米主產(chǎn)區(qū)[6]。皖北地區(qū)存在大量的鹽堿土，其鹽堿土比較集中地分布在皖北的一些地區(qū)，其中宿州市的蕭縣和碭山兩個(gè)地區(qū)分布面積較廣，鹽分組成多為氯化物[7，8]。玉米是一種鹽分較為敏感的作物，鹽脅迫作為主要脅迫因子之一，會(huì)導(dǎo)致玉米植株發(fā)育緩慢乃至減產(chǎn)。不同基因型玉米對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性和抵抗能力也有所不同，會(huì)產(chǎn)生種子萌發(fā)、生理生化和形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。決定植物能否在鹽堿土中生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段是種子萌發(fā)期，其中種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等指標(biāo)對(duì)分析不同品種的耐鹽性具有重要的作用。穆延召等[9]研究了兩個(gè)玉米雜交組合種子在不同濃度NaCl處理下的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、鹽害指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)等，分析了2個(gè)玉米雜交種的耐鹽性和極限耐鹽濃度。前人報(bào)道主要是針對(duì)不同濃度NaCl處理對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響，而針對(duì)皖北地區(qū)主要玉米品種的耐鹽性的研究鮮有報(bào)道。

因此，本研究選擇NaCl脅迫模擬皖北地區(qū)漬化土壤主要鹽分類型，比較了NaCl脅迫對(duì)皖北地區(qū)不同基因型玉米品種種子萌發(fā)期的相應(yīng)指標(biāo)，為篩選出適宜當(dāng)?shù)佧}堿地種植的品種，同時(shí)也為皖北地區(qū)鹽堿地的合理開發(fā)與利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種：未來908、未來928、安農(nóng)863、甘玉1019、鄭單958和先科338，所有供試品種均由宿州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6個(gè)品種均挑選大小一致且飽滿的種子，表面采用2.5% NaClO浸泡15min 后，用蒸餾水洗4～5次。然后將玉米種子有序擺在鋪有發(fā)芽濾紙的發(fā)芽盒中，每盒100粒，其中包括蒸餾水處理（CK）和100mmol/L NaCl處理，每個(gè)處理重復(fù)4次，每一品種8盒。置于人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)，25℃恒溫下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。為了保持各處理組濃度保持不變，每隔1d用稱重法補(bǔ)充處理液，每天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽情況，玉米種子的發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)：以主胚根長(zhǎng)為種子長(zhǎng)度的一半，處理后第3d測(cè)定發(fā)芽勢(shì)，第7d記錄種子發(fā)芽率、胚芽長(zhǎng)、主胚根長(zhǎng)、干鮮重等指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

發(fā)芽勢(shì)（%）=3d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率（%）=7d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)／供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt／Dt）（Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)）

活力指數(shù)（VI）= GI×S（GI為發(fā)芽指數(shù)，S為胚芽長(zhǎng)）。

貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率：種子萌發(fā)第7d時(shí)，隨機(jī)選取30粒發(fā)芽的種子，將籽粒、胚芽和胚根分開，105℃殺青30min，然后調(diào)至80℃烘至恒重，稱重后計(jì)算貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率：貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=（胚芽干重+胚根干重）/（胚芽干重+胚根干重+籽粒干重）×100%；

相對(duì)鹽害率（%）=（CK處理發(fā)芽率-NaCl處理發(fā)芽率）/CK處理發(fā)芽率×100%。

相對(duì)指標(biāo)（%）=（對(duì)照指標(biāo)-脅迫指標(biāo)）／對(duì)照指標(biāo)×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS Office進(jìn)行整理，用SPSS statistics 20軟件進(jìn)行方差分析，并采用OriginPro 9.1繪圖軟件繪制圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，NaCl脅迫顯著抑制了甘玉1019、未來928和安農(nóng)863玉米種子的發(fā)芽勢(shì)，與CK相比，發(fā)芽勢(shì)分別降低了12.77%、12.79%和10.58%，而對(duì)先科338、未來908和鄭單958玉米種子發(fā)芽勢(shì)的影響差異不顯著。NaCl脅迫顯著抑制了未來928和安農(nóng)863玉米種子的發(fā)芽率，與CK相比，發(fā)芽率分別降低了6.85%和11.65%，而對(duì)先科338、甘玉1019、未來908和鄭單958玉米種子發(fā)芽率的影響差異不顯著。由此可見，未來928和安農(nóng)863種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率對(duì)NaCl脅迫的響應(yīng)較為敏感，甘玉1019稍敏感些，而先科338、未來908和鄭單958種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率較為抗鹽。

圖1 鹽脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

2.2 鹽脅迫對(duì)玉米種子胚芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)的影響

由表1可以看出，NaCl脅迫顯著抑制了先科338、未來908、未來928、鄭單958和安農(nóng)863玉米種子的胚芽長(zhǎng)，與CK相比，胚芽長(zhǎng)分別降低了58.11%、62.90%、46.71%、42.03%和49.17%，而對(duì)甘玉1019玉米種子胚芽長(zhǎng)的影響差異不顯著。NaCl脅迫顯著抑制了先科338、甘玉1019、未來908、未來928、鄭單958和安農(nóng)863玉米種子的主胚根長(zhǎng)，與CK相比，主胚根長(zhǎng)分別降低了51.79%、42.65%、41.63%、47.36%、44.37%和33.64%。由此可見，NaCl脅迫顯著降低了供試玉米種子的胚芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)，玉米幼苗的生長(zhǎng)受到抑制。

表1 鹽脅迫對(duì)玉米種子胚芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)的影響

2.3 鹽脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

如圖2所示，NaCl脅迫顯著抑制了先科338和未來928玉米種子的發(fā)芽指數(shù)，與CK相比，發(fā)芽指數(shù)分別降低了25.16%和21.91%，而對(duì)甘玉1019、未來908、鄭單958和安農(nóng)863玉米種子發(fā)芽指數(shù)的影響差異不顯著，且鄭單958發(fā)芽指數(shù)在鹽脅迫下還有所提高。NaCl脅迫顯著抑制了先科338、未來908、未來928、鄭單958和安農(nóng)863玉米種子的活力指數(shù)，與CK相比，活力指數(shù)分別降低了68.87%、64.29%、58.32%、39.88%和54.83%，而對(duì)甘玉1019玉米種子活力指數(shù)的影響差異不顯著。由此可見，甘玉1019及鄭單958種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)在NaCl脅迫下降低較小，而先科338種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)在NaCl脅迫下降低較為迅速。

圖2 鹽脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

2.4 鹽脅迫對(duì)玉米種子貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

由圖3可以看出，NaCl脅迫顯著降低了先科338、甘玉1019、未來908、未來928、鄭單958和安農(nóng)863玉米種子的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率，與CK相比，貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率分別降低了27.48%、51.10%、47.06%、37.41%、37.77%和41.64%。這表明NaCl脅迫限制了玉米種子中貯藏物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)移，阻礙了種子的發(fā)芽，進(jìn)而抑制幼苗的生長(zhǎng)，幾個(gè)品種間相比，先科338、未來928和鄭單958種子貯藏物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)移略好。

圖3 鹽脅迫對(duì)玉米種子貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

2.5 鹽脅迫對(duì)玉米種子相對(duì)鹽害率的影響

相對(duì)鹽害率是由發(fā)芽率的相對(duì)值來表示的，如圖4所示，NaCl脅迫對(duì)先科338、甘玉1019、未來928、鄭單958和安農(nóng)863玉米種子萌發(fā)過程產(chǎn)生了一定的鹽害作用，其中對(duì)鄭單958的影響最小。而NaCl脅迫對(duì)未來908種子的相對(duì)鹽害率表現(xiàn)為負(fù)值，即表明NaCl脅迫對(duì)未來908種子的發(fā)芽率影響較小。

圖4 鹽脅迫對(duì)玉米種子相對(duì)鹽害率的影響

3 結(jié)論與討論

鹽脅迫是限制全球植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的最有害因素之一，鹽度會(huì)對(duì)植物造成各種損害，如種子萌發(fā)、組織傷害、光合和營養(yǎng)吸收效率降低、根系吸水能力減弱、植物代謝改變、產(chǎn)量下降，最終導(dǎo)致植物死亡[10]。在玉米植株的生長(zhǎng)期內(nèi)，種子萌發(fā)期是初始期，也是對(duì)鹽脅迫反應(yīng)最為敏感的一個(gè)時(shí)期[11]，因此，本研究分析了100mmol/L NaCl對(duì)皖北地區(qū)主要玉米品種種子萌發(fā)特性的影響。發(fā)芽勢(shì)可以反映種子質(zhì)量的優(yōu)劣，是種子在萌發(fā)期日發(fā)芽數(shù)達(dá)到最大值的百分?jǐn)?shù)。而發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是種子的活力指標(biāo)，也是判定種子耐鹽能力的重要指標(biāo)，其中活力指數(shù)既包括發(fā)芽指數(shù)中的發(fā)芽總數(shù)和發(fā)芽速率的相關(guān)指標(biāo)，又反映了種子發(fā)芽后的生長(zhǎng)勢(shì)[12]。相對(duì)鹽害率是反應(yīng)鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽率的影響。本研究中，100mmol/L NaCl處理對(duì)皖北地區(qū)主要玉米品種（未來908、未來928、安農(nóng)863、甘玉1019、鄭單958和先科338）的種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和相對(duì)鹽害率與未處理相比基本上都呈下降趨勢(shì)，這與鄭麗娜等[13]的研究結(jié)果一致。胚芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)是種子發(fā)芽質(zhì)量的重要指標(biāo)，本研究表明，100mmol/L的NaCl顯著降低了皖北地區(qū)主要玉米種子的胚芽長(zhǎng)和主胚根長(zhǎng)，玉米幼苗的生長(zhǎng)受到抑制。玉米種子萌發(fā)條件良好的情況下，種子的胚芽生長(zhǎng)良好、主胚根系發(fā)達(dá)，且種子籽粒中的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化成幼苗組織的效率高。本研究發(fā)現(xiàn)，NaCl脅迫顯著抑制了皖北地區(qū)主要玉米品種種子的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率，由此可見，鹽脅迫是阻礙貯藏物質(zhì)分解轉(zhuǎn)移的主要因素之一，抑制了種子的萌發(fā)，進(jìn)而延緩幼苗的生長(zhǎng)。

本研究結(jié)果表明，6個(gè)不同基因型玉米品種在NaCl脅迫處理下種子萌發(fā)特性有所差異，表明其耐鹽堿能力不同，其在種子萌發(fā)期的耐鹽能力表現(xiàn)為鄭單958、未來908、先科338和甘玉1019抗鹽性較好，而未來928和安農(nóng)863抗鹽性稍差一些，上述結(jié)果只是針對(duì)NaCl脅迫對(duì)各品種萌發(fā)特性的影響，下一步要針對(duì)逆境響應(yīng)的生理指標(biāo)變化做進(jìn)一步的分析。