42份匍匐型花生幼苗對鹽脅迫的生理響應(yīng)

姚 慶,施俊杰,侯獻(xiàn)飛,賈東海,顧元國,阿里別里根·哈孜太,苗昊翠,李 強(qiáng)

(1.新疆伊犁哈薩克自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆伊寧 835000;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】世界上約有20%的可耕地受到了鹽漬的影響[1],且耕地的鹽漬化面積不斷增加[2]。中國鹽漬土面積達(dá)9 900×104hm2[3]。我國鹽漬化土地主要分布于東北、華北、西北及濱海地區(qū)[4],其中鹽漬化土壤最為嚴(yán)重的是新疆,占全國鹽漬化土地13%以上[5]?；ㄉ哂休^強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性,是我國重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物之一[6],花生屬中等耐鹽作物,土壤鹽堿導(dǎo)致花生出苗保全苗困難、幼苗期植株生長不整齊、中后期早衰,鹽堿也是花生從中低產(chǎn)到高產(chǎn)的主要限制因子,研究花生幼苗對鹽脅迫的生理響應(yīng),對篩選耐鹽花生品種有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】吳蘭榮等[7]研究表明,花生對鹽脅迫的易敏期在萌發(fā)期和幼苗期,隨著花生生長發(fā)育,其耐鹽性也會逐漸提高。李遠(yuǎn)航等[8]研究發(fā)現(xiàn),鹽脅迫會導(dǎo)致植物的電子轉(zhuǎn)導(dǎo)率下降,降低植株光學(xué)效率。慈敦偉等[9]通過觀察花生苗期形態(tài),利用數(shù)據(jù)分析其生物量差異,將花生分為高耐鹽、耐鹽、鹽敏感及高度鹽敏感型。胡曉輝等[10]利用盆栽法鑒定花生品種耐鹽性的適應(yīng)NaCl濃度為120 mmol/L。陳楊等[11]利用水培法鑒定花生苗期在不同濃度NaCl條件下各指標(biāo)的相關(guān)性,建立了水培法鑒定花生苗期耐鹽性技術(shù)體系?！颈狙芯壳腥朦c】目前對于花生苗期耐鹽性鑒定多集中直立型花生品種中,而對匍匐型花生耐鹽性生理響應(yīng)未見報道。需研究匍匐型花生品種在鹽脅迫下的生理變化?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究以耐鹽品種篩選評價所選用的鹽濃度為依據(jù)[11],選取42份匍匐型花生品種,采用水培法在200 mmol/L鹽濃度脅迫下監(jiān)測花生幼苗期生理指標(biāo),并進(jìn)行抗鹽性綜合評價聚類分析,為匍匐型花生耐鹽育種提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2021年1月,試驗在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所實驗室進(jìn)行,選擇42個匍匐型花生品種均來自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所。表1

表1 供試匍匐型花生品種編號及來源

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用營養(yǎng)土栽培和水培脅迫。分別選取顆粒飽滿、未受損傷的花生種子,用1%的NaHClO消毒20 min,立即用蒸餾水沖洗干凈,然后移入事先準(zhǔn)備好的營養(yǎng)土中,澆透水,放置在25℃恒溫,光照強(qiáng)度11 500 lx,日光照時間16 h的日光生長室內(nèi)培養(yǎng)2周直至株高達(dá)到12～15 cm,每份選取植株健壯生長一致的植株固定在打好孔距的泡沫板上,移入提前配置好放置常溫條件下的營養(yǎng)液中,3 d更換1次營養(yǎng)液,生長1周進(jìn)行鹽脅迫試驗。

參考陳楊等[11]方法,1%～1.2%為花生耐鹽鑒定的適宜濃度,設(shè)置200 mmol/L NaCl鹽脅迫處理,以不加NaCl為對照。NaCl脅迫處理時,為防止NaCl對花生幼苗造成沖擊,每8 h以50 mmol/L的鹽濃度加入,遞增至200 mmol/L,每3 d換1次營養(yǎng)液,NaCl處理添加相應(yīng)的 NaCl濃度營養(yǎng)液,處理9 d后取樣,取樣后迅速將樣品用鋁箔紙包好,冷凍在-80℃的超低溫冰箱中,以備測定生理生化指標(biāo)。

1.2.2 測定指標(biāo)

生理生化指標(biāo)的測定使用Solarbio公司試劑盒微量法。

1.2.2.1 脯氨酸(pro)含量

采用磺基水楊酸提取脯氨酸,加熱處理后,脯氨酸與酸性茚三酮溶液反應(yīng)生成紅色,加甲苯萃取后,在520 nm測定吸光度。計算脯氨酸含量[12]:

脯氨酸(pro)含量(μg/g質(zhì)量)=Y×V提/W.

建立標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣本脯氨酸含量。

式中,Y為pro含量(μg/mL);V提為加入提取液體積(1 mL);W為樣本質(zhì)量(g)。

1.2.2.2 可溶性糖含量

采用蒽酮比色法測定[13],計算可溶性糖含量:

建立標(biāo)準(zhǔn)曲線,計算樣本濃度Y(mg/mL).

可溶性糖(mg/g質(zhì)量)=(Y×V1)/(W×V1/V2)=10×Y/W.

式中,V1為加入樣本體積(0.04 mL);V2為提取液體積(10 mL);W為樣本質(zhì)量(g)。

1.2.2.3 丙二醛(MDA)含量

采用TBA-MDA顯色法[14]。計算MDA含量:

MDA濃度(nmol/mL)=6.45×(A532-A600)-0.56×A450.

MDA含量(nmol/g)=[MDA濃度×V總/0.01]/W.

式中,V總為反應(yīng)體系總體積(0.5 mL);W為樣本質(zhì)量(g);A450、A532、A600分別為MDA顯色反應(yīng)液在450、532和600 nm處的吸光值。

1.2.2.4 葉綠素(Chl)含量

采用無水乙醇提取法[15]。

葉綠素a含量(mg/g質(zhì)量)=(21.2×A663-4.48×A645)×V提×F/W/1 000.

葉綠素b含量(mg/g質(zhì)量)=(38.2×A645-7.8×A663)×V提×F/W/1 000.

葉綠素總含量(mg/g質(zhì)量)=(33.7×A645+13.4×A663)×V提×F/W/1 000.

式中,V提為提取液體積(10 mL);F為稀釋倍數(shù);W為樣本質(zhì)量(g)。

1.2.2.5 耐鹽性綜合評價

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對42個匍匐型花生品種鹽脅迫的耐受性進(jìn)行綜合評價。所用公式為X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin),X(u)為某品種某一指標(biāo)的測定值,Xmin和Xmax為該指標(biāo)中的最小值和最大值,總隸屬值為各性狀隸屬值求和后的平均值。隸屬函數(shù)綜合評價值越大,品種抗鹽性越強(qiáng)[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2017軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及統(tǒng)計分析,SPSS22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析,對品種的耐鹽性進(jìn)行綜合評價、聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對不同品種花生脯氨酸(pro)含量的影響

研究表明,參試材料在200 mmol/L NaCl處理下,脯氨酸(pro)含量差異顯著。NaCl脅迫下,42個匍匐型花生品種幼苗葉片的pro含量全部較對照有所提高,Z5040、C130號品種較對照差異顯著,其他品種與對照差異均達(dá)極顯著水平。不同品種間具有明顯差異,Z5040和C130號品種變化幅度最低,分別為87.66%、48.86%;其中C095品種變化幅度最高,為1 964.47%,表現(xiàn)出高耐鹽響應(yīng)。42個匍匐型花生品種均表現(xiàn)出對NaCl脅迫下的適應(yīng)性反應(yīng)。表2

2.2 NaCl脅迫對不同品種花生丙二醛(MDA)含量的影響

研究表明,參試材料在200 mmol/L NaCl處理下,丙二醛(MDA)含量差異顯著,42個匍匐型花生品種MDA含量與品種間存在較大差異。其中C095、Z5035、Z5081、C094、C108、C128、C141、C145、C145-2、Z5096、Z5108、Z5123、Z5157、Z5185、Z5230、C108-1,16個花生品種MDA含量均呈上升趨勢;剩余26個花生品種(系)MDA含量較CK有所下降。最高的是C128和C145品種,變化幅度分別達(dá)到了1 400.76%、2 016.00%,C128和C145品種耐鹽性低。Z5205、Z5110號品種變化幅度為-92.63%、-90.55%,品種有較高的耐鹽響應(yīng)。表3

表3 NaCl脅迫下匍匐型花生幼苗葉片丙二醛變化

2.3 NaCl脅迫對不同品種花生葉綠素(Chl)含量的影響

研究表明,在200 mmol/L NaCl處理下,42個匍匐型花生品種葉綠素(Chl)含量差異顯著,呈現(xiàn)上升的趨勢,而C095、Z5036、Z5040、C035、C087、C128、C129、Z5083、Z5225號品種Chl含量較CK降低,差異顯著。不同品種之間差異明顯,新花19號、Z5096、C108-1號品種變化幅度最高,分別為162.16%、144.13%、108.62%,表現(xiàn)出高抗鹽響應(yīng)。Z5225品種變化幅度最低為-37.21%,該品種的抗鹽性較弱。表4

表4 NaCl脅迫下匍匐型花生幼苗葉片葉綠素變化

2.4 NaCl脅迫對不同品種花生可溶性糖含量的影響

研究表明,與對照相比,Z5035、C001、C087、C128、C135、C141、C145、C145-1、C145-2、Z5028、Z5123、Z5157、Z5225號品種可溶性糖含量下降,其中Z5035品種與對照差異極顯著,剩余29個品種可溶性糖含量都有不同程度的升高。Z5096和C129號品種變化幅度最高,分別達(dá)到了146.70%、106.13%,表現(xiàn)出高耐鹽響應(yīng);而Z5035和C145-1號品種變化幅度最低為-26.24%和-24.33%,Z5035和C145-1耐鹽性較低。表5

2.5 42個匍匐型花生品種的抗鹽性綜合評價

研究表明,42個匍匐型花生品種的抗鹽性由強(qiáng)到弱順序依次為新花19號>Z5096>Z5070>C035>C094>Z5074>C062>C129>C126>C095>Z5162>C108>C092>C108-1>C090>Z5036>C087>Z5205>C127>Z5108>Z5081>C014>Z5035>C141>Z5110>Z5028>C145-1>Z5076>Z5069>Z5157>C145>C135>C001>Z5230>C145-2>Z5185>Z5083>Z5040>C130>C128>Z5123>Z5225。表6

2.6 42份匍匐型花生耐鹽性聚類

研究表明,供試材料的耐鹽順序根據(jù)歐氏距離5處可歸為4個類群,第一類群:C126、C129、C095、Z5074、C062、C094、Z5070、C035、新花19號、Z5096品種,此類群體平均隸屬函數(shù)值高,耐鹽性最好,占供試材料總數(shù)的23.8%,為高耐鹽群體。第二類群:C090、C108、Z5162、C108-1、C092、Z5036、C087、C127、Z5205、Z5035、C014、Z5081、Z5108、C141品種,此類群平均隸屬函數(shù)值排在11～24位,占供試材料總數(shù)的33.3%,屬于耐鹽性較好品種,為耐鹽群體。第三類群:Z5110、C145-1、Z5028、Z5069、Z5076、C145、Z5157品種,此類群平均隸屬函數(shù)值對耐鹽性綜合評價排在25-31位,占供試材料總數(shù)的16.7%,屬于中度耐鹽品種。第四類群:Z5230、C145-2、C001、C135、C128、Z5123、Z5225、Z5040、C130、Z5083、Z5185品種,此類群平均隸屬函數(shù)值都低于0.4,耐鹽性排序為最后11位,占供試材料總數(shù)的26.2%,為鹽敏感品種。第二類群與第三類群占的比例較大,第一類群與第四類群分布較少,符合正態(tài)分布,結(jié)構(gòu)劃分合理。圖1

圖1 42個匍匐型花生品種的抗鹽性聚類

3 討 論

3.1優(yōu)異的種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)與利用關(guān)鍵在于原有品種的保護(hù)、舊品種的改良和新品種的培育[21]。篩選具有豐富抗鹽性的花生種質(zhì)資源是選育耐鹽花生品種和有效利用鹽漬地的重要基礎(chǔ)。李瀚等[22]通過水培法帥選出高度耐鹽花生品種6個,高度敏感型花生品種3個。石運慶等[23]采用田間種植鑒定法篩選出2個高耐鹽花生品種。目前對于花生苗期耐鹽性鑒定多集中直立型花生品種中,對匍匐型花生耐鹽性生理響應(yīng)未見報道。研究以耐鹽品種篩選評價所選用的鹽濃度為依據(jù)[11],選取42份匍匐型花生品種,采用水培法在200 mmol/L鹽濃度脅迫下監(jiān)測花生幼苗期生理指標(biāo),并進(jìn)行抗鹽性綜合評價聚類分析。

3.2花生的幼苗期對鹽害最為敏感[8],而在大田生產(chǎn)中,花生苗期更容易受到NaCl脅迫的危害,很大程度上影響花生產(chǎn)量[24]。研究選用脯氨酸、葉綠素、可溶性糖、丙二醛作為評價指標(biāo),在適宜NaCl濃度為200 mmol/L條件下,利用水培法對42份匍匐型花生幼苗期進(jìn)行NaCl脅迫得出:在鹽脅迫條件下42個匍匐型花生品種的pro含量全部呈上升趨勢,與高榮嶸等[25]研究花生幼苗期在鹽脅迫后pro含量顯著上升結(jié)果一致,為了在鹽脅迫下生存,提高抗鹽性,植物細(xì)胞內(nèi)會大量積累pro來降低細(xì)胞水勢,抵制外界脅迫。MDA能改變膜的透性[26];42份匍匐型花生材料中有37%的材料MDA含量上升,該部分材料細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度高,是鹽敏感品種耐鹽性差的重要生理反應(yīng)之一,剩余品種MDA含量表現(xiàn)出不同程度的降低,具有抗鹽性。與溫賽群等[27]研究鹽脅迫對花生苗期MDA含量變化的結(jié)果相一致。NaCl脅迫最直觀的表現(xiàn)就是降低葉片細(xì)胞水勢,破壞膜系統(tǒng),造成Chl含量下降,42個匍匐型花生品種中有79%的品種Chl都呈上升趨勢,只有9個品種Chl下降,下降最高的Z5225品種變化幅度為-37.21%。植物的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用主要是使植物適應(yīng)環(huán)境而生存下去,而可溶性糖作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一,是合成其他有機(jī)分子的碳架成分,可溶性糖含量越高抗鹽能力越強(qiáng),試驗中,42個匍匐型花生品種有70%的品種可溶性糖含量呈上升趨勢,大部分材料都具有耐鹽性。鹽敏感的水稻品種葉片在鹽脅迫下比耐鹽品種積累更多的可溶性糖[28],與研究結(jié)果存在一定差異,可能與鹽濃度不同有關(guān),在鹽濃度較低的情況下,對鹽敏感的水稻品種就會表現(xiàn)出明顯的脅迫反應(yīng),而耐鹽型水稻品種則不會發(fā)生此類狀況。要篩選出適用于實際生產(chǎn)的耐鹽品種(系),還需結(jié)合田間進(jìn)一步試驗,多種指標(biāo)相結(jié)合才會更加精準(zhǔn)的篩選出耐鹽型花生材料。

4 結(jié) 論

新花19號品種pro、Chl隸屬函數(shù)值均達(dá)到了最高值,但可溶性隸屬函數(shù)值低于Z5096品種,MDA隸屬函數(shù)值低于Z5205品種;綜合抗鹽性最差的Z5225品種,其MDA含量卻超過了66.7%的品種,單一的指標(biāo)不能準(zhǔn)確、全面的反映42份匍匐型花生品種間的耐鹽性。新花19號平均隸屬函數(shù)值>0.9,表現(xiàn)出較好的耐鹽性,Z5123與Z5225平均隸屬函數(shù)值>0.3,表現(xiàn)出鹽敏感性較強(qiáng),42個花生品種分為高耐鹽、耐鹽、中度耐鹽、鹽敏感群體。