NaCl 脅迫對甜玉米幼苗生長的影響

段旭旋 管小妮 劉家奇 趙欣悅 寧 丹 陳青春 蔣 鋒劉鵬飛 張姿麗*

（1仲愷農(nóng)業(yè)工程學院農(nóng)業(yè)與生物學院，廣東 廣州 510225；2廣州市特色作物種質(zhì)資源研究與利用重點實驗室，廣東 廣州 510225）

甜玉米是重要的糧食作物，是普通玉米隱性基因突變而產(chǎn)生的玉米品種[1]，因其良好口感和風味受到廣泛喜愛。據(jù)統(tǒng)計，全世界范圍內(nèi)的鹽堿地面積約為9.544×108m2，其中我國鹽堿地面積為9.13×107m2，約占全世界鹽堿地面積的1/10[2]，土地鹽堿化影響了作物的生長及發(fā)育，故如何把鹽堿地資源利用好成為亟待解決的問題之一。

土地的鹽堿化是土壤不同程度的鹽化和堿化的總稱，鹽堿化的土壤中含有大量對植物有害的離子，使得植物生長過程中根系吸水困難，造成生理干旱，從而抑制植物的生長[3-4]。鹽堿化主要從滲透脅迫、離子毒害、組織耐受性3 個方面影響作物生長發(fā)育[5]。Maas 等[6]對16 個玉米品種進行發(fā)芽試驗，研究玉米從萌發(fā)到幼苗生長不同階段的耐鹽性，并指出玉米在營養(yǎng)階段對鹽脅迫最敏感。袁海等[7]研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對玉米地上部分生長的抑制作用大于地下部分，對鹽敏感型玉米的抑制作用大于耐鹽型玉米，說明耐鹽型植物在抵抗逆境脅迫中有更大的優(yōu)勢。王婧澤等[8]探討了玉米幼苗在鹽脅迫下的生理響應及耐鹽機制，其研究結果表明，3個玉米自交系的生理指標隨鹽濃度的增加而降低。玉米對鹽脅迫屬于中度敏感[9]，其幼苗時期是生長發(fā)育的重要階段，也是作物在鹽堿環(huán)境下能否生長的關鍵時期，這決定了后期甜玉米幼苗的生長和品種選育[6]。

本研究用不同鹽度的鹽土栽培6 份甜玉米材料，通過觀察幼苗生長指標的變化來篩選出鹽敏感和鹽耐受材料，為鹽堿化地區(qū)高產(chǎn)耐鹽新品種的選育和甜玉米幼苗時期耐鹽性機制探究提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甜玉米材料選用廣州市特色作物種質(zhì)資源研究與利用重點實驗室自主選育的國審品種仲鮮甜102（ZXT102）和甜玉米自交系D117、D110、D96、D87 和D79為試驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 NaCl鹽土配制本次試驗共設3個重復、1個對照和5個處理。5個處理分別為T1（NaCl 1 g/kg）、T2（NaCl 濃度2 g/kg）、T3（NaCl 濃度3 g/kg）、T4（NaCl 濃度4 g/kg）和T5（NaCl濃度5 g/kg），對照組用CK表示。土壤農(nóng)業(yè)化學分析以魯如坤[10]方法為依據(jù)，用NaCl（分析純，上海生工生物工程股份有限公司生產(chǎn)）和基質(zhì)土配制5個處理所需的鹽土，并放入塑料盆中（采用底部打孔，高11.5 cm、上口徑16 cm、底徑12 cm的花盆），配制好鹽土后在每個塑料盆中施入等量的底肥，放置盆中備用。

1.2.2 種子處理將6份甜玉米種子催芽后種植于育苗盤中，待玉米長到2 葉1 心時，挑選長勢一致的甜玉米幼苗植株移栽到配制好的盆栽鹽土中進行NaCl 脅迫試驗。6 種甜玉米材料，分別設置5 組NaCl 不同梯度處理和一組對照（CK），3 次重復。試驗開始后，分別在處理第5、9、13、17 和21 天進行指標的測定，并觀察玉米幼苗的生長狀態(tài)。

1.2.3 指標測定 （1）株高：用直尺測量植株從土壤表面到最高生長點的長度。

（2）莖粗：用游標卡尺測量植株在土壤上面2～3 cm部分寬面莖稈的粗細。

（3）根長：用直尺測量植株的主根長度。

（4）葉面積[11]：葉長×葉寬×0.75。

（5）SPAD 值：用SPAD 儀測定甜玉米幼苗第二片葉子的4個點測SPAD值，然后取其平均值作為單株葉綠素的含量值。

（6）植株、莖葉及根鮮重：用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干水分稱量，分別標記處理鮮重和對照鮮重。

（7）植株、莖葉及根干重：在105 ℃下殺青15 min，轉(zhuǎn)入80 ℃烘箱中烘至恒重，再分別稱其干重。

（8）植株相對含水量：（鮮重-干重）/鮮重×100%。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法利用Microsoft Office Excel進行數(shù)據(jù)整理，利用IBM SPSS Statistics 20.0進行方差分析，利用Duncan法進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對甜玉米幼苗性狀的影響

2.1.1 株高和莖粗生長量不同NaCl 脅迫處理對甜玉米材料幼苗的株高和莖粗生長量進行方差分析（表1），結果顯示，不同時間段玉米幼苗生長量在NaCl 脅迫處理中差異顯著（P＜0.05和P＜0.01），在甜玉米材料之間差異顯著（P＜0.05）。分別對材料的株高和莖粗生長量進行多重比較，如圖1 所示，不同NaCl 脅迫處理下甜玉米幼苗的株高、莖粗的生長量表現(xiàn)為低濃度促進幼苗的生長，高濃度抑制幼苗株高、莖粗的發(fā)育。T1、T2處理會促進幼苗株高的發(fā)育，在17～21 d，T3、T4和T5處理株高生長量與CK 相比差異逐漸顯著，T4、T5處理下的株高生長量低于CK。這說明，高鹽環(huán)境可以顯著抑制幼苗發(fā)育。幼苗莖粗生長量在處理第5～9 天時無顯著差異，處理第13～21 天時，T4、T5處理莖粗生長量會逐漸與CK 表現(xiàn)出顯著差異，莖粗生長量在各NaCl 鹽脅迫下呈現(xiàn)出高鹽脅迫降低莖粗生長，低NaCl 脅迫會隨著時間的推移促進幼苗莖粗的發(fā)育。這與幼苗株高生長量值的變化趨勢類似，說明低NaCl 脅迫對幼苗株高、莖粗的發(fā)育有促進作用，高NaCl 脅迫會抑制植株幼苗株高及莖粗的發(fā)育。

圖1 鹽脅迫處理對株高生長量和莖粗生長量的影響

表1 NaCl脅迫處理時間對玉米幼苗生長量的方差分析

表2 NaCl脅迫處理對玉米幼苗葉片SPAD值的方差分析

2.1.2 葉面積生長量及SPAD 值如表1—2 所示，不同NaCl脅迫下甜玉米幼苗的葉面積生長量及葉片SPAD值在鹽脅迫處理中差異顯著（P＜0.05），在甜玉米材料之間差異顯著（P＜0.05）。分別對材料的葉面積生長量和葉片SPAD值進行多重比較，如圖2所示，不同NaCl 脅迫處理下甜玉米幼苗在5～21 d葉面積生長量呈上升趨勢，在17～21 d 葉面積發(fā)育最為顯著，第21天時幼苗葉面積生長量達到最大；在5～13 d，T2、T3處理同CK 相比葉面積生長量差異不顯著（P＞0.05），在5～21 d 幼苗在T5處理的葉面積生長量最小，抑制作用最顯著（P＜0.05），可以得出結論：高NaCl 脅迫嚴重抑制幼苗葉面積的發(fā)育，低NaCl 脅迫對幼苗葉面積生長量有促進作用。在甜玉米幼苗發(fā)育過程中，幼苗葉片的SPAD 值在處理第5 天時無顯著差異（P＞0.05），在第17、21天時T1、T2和T3處理的SPAD 值高于CK、T4和T5，同時CK 與T4、T5處理相比差異不顯著（P＞0.05），T5處理的SPAD 值低于CK，分析得出低NaCl 脅迫對幼苗葉片SPAD 值促進作用顯著，高鹽脅迫對幼苗SPAD 值抑制作用顯著。

圖2 NaCl脅迫處理對葉面積增長量及SPAD值的影響

2.1.3 幼苗根長對NaCl 處理的甜玉米幼苗17、21 d 的根長進行方差分析，如表3 所示，第17 天NaCl 脅迫處理的幼苗根長在品種間和鹽處理間的差異不顯著（P＞0.05），第21 天NaCl 脅迫處理的幼苗根長在品種間差異顯著（P＜0.05），但在鹽處理間的差異不顯著（P＞0.05）。NaCl 鹽脅迫對根長性狀的影響進行多重比較，結果如表4 所示。第17 天時，不同NaCl 脅迫對根長的影響不顯著（P＞0.05），其中T1處理下根長最大；第21天時，不同NaCl脅迫下對根長的影響有較大差異，CK 與T1的差異顯著（P＜0.05），T1與T2、T3、T4和T5沒有顯著差異?？梢钥闯?，T1對甜玉米幼苗根長有著促進作用。

表3 NaCl脅迫處理對玉米幼苗根長的方差分析

表4 NaCl鹽脅迫處理對根長的影響多重比較

2.1.4 幼苗生物量對NaCl 脅迫處理的甜玉米幼苗21 d的鮮重和干重進行方差分析，如表5所示。在第21天時，NaCl脅迫處理的植株鮮重、根鮮重、植株干重、根干重和莖葉干重在品種間、鹽處理間和品種×鹽處理交互效應間的差異顯著（P＜0.05）。莖葉鮮重和植株相對含水量在品種間差異不顯著（P＞0.05），但在鹽處理間和品種×鹽處理交互效應間檢測出顯著差異（P＜0.05）。對NaCl 脅迫下鮮重和干重的影響進行多重比較，結果如圖3 所示。不同NaCl 脅迫處理下甜玉米幼苗的鮮重差異顯著，在植株鮮重中，T1、T2和T3處理同CK 相比有顯著差異（P＜0.05），且T2處理下植株鮮重最大，T4、T5處理同CK 相比差異顯著（P＜0.05），且T5處理的植株鮮重值最小，根鮮重同植株鮮重生長發(fā)育值的變化趨勢類似；莖葉鮮重中T1、T2和T3處理同CK 相比無顯著差異（P＞0.05），且T1處理的鮮重最大，CK同T4、T5處理有顯著差異（P＜0.05），且T5處理的鮮重最小，可以得出低NaCl 脅迫促進幼苗鮮重的發(fā)育，高NaCl脅迫對幼苗鮮重有顯著抑制作用。

圖3 NaCl脅迫處理對玉米幼苗鮮重、干重的影響

不同NaCl 脅迫處理下甜玉米幼苗的干重有顯著差異，在植株干重中，T1、T2和T3處理同CK相比差異顯著（P＜0.05），且T2處理的植株干重最大，T4、T5處理同CK相比差異顯著（P＜0.05），且T5處理的植株干重最小，根干重同植株干重生長發(fā)育的值變化趨勢類似；在莖葉干重中，T1、T2處理同CK相比差異顯著（P＜0.05），且T1處理的莖葉干重最大，T5處理同CK相比差異顯著（P＜0.05），且T5處理的莖葉干重最??；在植株含水量中，T5處理同CK、T1、T2、T3和T4處理相比有顯著差異（P＜0.05），且T5處理的植株含水量最小，通過分析得出高NaCl脅迫處理對甜玉米幼苗的抑制作用顯著，低NaCl脅迫處理對甜玉米幼苗促進作用顯著。

2.2 NaCl脅迫下材料對甜玉米性狀的影響

2.2.1 株高和莖粗生長量如圖4 所示，在NaCl脅迫下，各甜玉米幼苗的株高、莖粗的生長量呈上升趨勢。對不同甜玉米材料間的株高、莖粗的生長量進行多重比較，結果顯示D117、D79 和D96 在第5～13天，株高和莖粗生長量無顯著差異（P＞0.05），在第17～21天，D117、D79株高生長量顯著高于D96；材料D110在第5～17天，株高生長量最為顯著，在第21天，D87 的株高生長量高于D110，從株高生長量可以得出NaCl脅迫對材料D96的抑制程度更強；ZXT102莖粗生長量變化同D96 相比差異顯著（P＜0.05），D96顯著低于ZXT102，在第21 天時D117 莖粗生長量最大，D96 最小。綜上，ZXT102、D117 受NaCl 脅迫的影響較小，D96 受NaCl 脅迫的抑制較為顯著，D79、D87 和D110 在莖粗生長量性狀上較D117、ZXT102敏感。

圖4 NaCl脅迫下材料對甜玉米株高生長量和莖粗生長量的影響

2.2.2 葉面積及葉片SPAD值如圖5所示，在不同NaCl 脅迫處理下各材料的葉面積生長量呈上升趨勢，對不同甜玉米材料進行多重比較，結果發(fā)現(xiàn)，在第5～13天，D117、D79、D96和D87的葉面積生長量差異不顯著，第21天時各材料出現(xiàn)顯著差異，D87葉面積生長量最大，D96 葉面積生長量最小，ZXT102、D87 葉面積生長量同D79、D96 相比差異顯著（P＜0.05），分析得出NaCl脅迫處理時間越長，D96受到NaCl 脅迫的抑制作用越顯著。各材料葉片SPAD值在NaCl脅迫處理下呈下降趨勢，第5天時各材料SPAD 值最大，在第21 天時材料ZXT102、D117和D79 的SPAD 值無顯著差異（P＞0.05），D87 葉片SPAD 值最大，D96 葉片SPAD 值最小，分析得出在NaCl 脅迫處理下D96葉片SPAD 值受到的抑制作用最顯著，對D87葉片SPAD值影響較小。

圖5 NaCl脅迫下材料對甜玉米幼苗葉面積、SPAD值的影響

2.2.3 幼苗根長NaCl 脅迫處理后不同甜玉米材料根長的差異，如表6 所示。在第17 天甜玉米幼苗根長中，D117 根長值最大，D110 根長值最小，ZXT102、D117、D79、D96 和D87 的差異不顯著（P＞0.05），D110 與D117、D79 和D87 的差異顯著（P＜0.05）；在第21 天時，D117 的根長值最大，D110 根長值最小，ZXT102、D79、D96 和D110 的差異不顯著（P＞0.05），D117與ZXT102、D79、D96和D110的差異顯著（P＜0.05）?？梢钥闯?，材料D117根長的生長發(fā)育在NaCl脅迫處理下影響較小，D110根長的生長發(fā)育對NaCl脅迫較為敏感。

表6 NaCl脅迫下材料對甜玉米根長的影響多重比較

2.2.4 幼苗生物量NaCl 鹽脅迫處理后不同甜玉米材料間鮮重的差異如圖6 所示。在植株鮮重中，D96 同ZXT102、D117、D79、D87 相比差異顯著（P＜0.05），且D96 植株鮮重最小，ZXT102、D117 和D87同D79、D96和D110差異顯著（P＜0.05），且D117植株鮮重值最大；在根鮮重中，D117 同其他材料相比差異顯著（P＜0.05），且D117 根鮮重最大，D96 同ZXT102、D117 和D87 相比差異顯著（P＜0.05），且D96根鮮重值最??；在莖葉鮮重中，各材料間無顯著差異（P＞0.05），D96 莖葉鮮重值最小，D79 莖葉鮮重值最大，分析得出NaCl脅迫對D96幼苗鮮重值的抑制作用較大，對D117幼苗鮮重抑制作用較小。在植株干重中，D96、D110同其他材料相比差異顯著（P＜0.05），且D96 植株干重值最小，ZXT102、D117 同D79、D96和D110 相比差異顯著（P＜0.05），且D117 植株干重值最大；在根干重中，ZXT102、D117 和D79 同D96、D110相比差異顯著（P＜0.05），且ZXT102根干重值最大，D96根干重值最小；在莖葉干重中，ZXT102、D117和D87同D79、D96相比差異顯著（P＜0.05），且D87莖葉干重值最大；在植株相對含水量中，ZXT102、D79和D87同D96的比值差異顯著（P＜0.05），且D87植株相對含水量最大，D96植株相對含水量最小，分析得出NaCl脅迫處理對D96的抑制作用較大，對D117的幼苗干重的抑制作用較小。

圖6 NaCl脅迫下材料對甜玉米生物量的影響

3 結論與討論

土地的鹽堿化是影響作物生長發(fā)育的主要因素之一，Maqbool等[12]研究表明鹽脅迫顯著降低了玉米的植株形態(tài)和性狀；李文陽[13]等研究指出鹽脅迫會顯著降低苗期玉米的地上部鮮重及株高；Zhu 等[14]研究得出非生物脅迫嚴重抑制植物的生長發(fā)育，高NaCl 脅迫會破壞植物體內(nèi)的平衡。因此提高作物的耐NaCl 性是降低土壤鹽堿化負面影響的有效途徑。

株高、根長、幼苗鮮重和幼苗干重能反映出植株的生長發(fā)育的好壞，本研究分析得出甜玉米幼苗的株高、根長、幼苗鮮重及地上部鮮重在低鹽脅迫下會促進植株的生長，高NaCl 脅迫會抑制植株的生長，這與宮慶友等[15]、湯華等[16]的研究結果相同；甜玉米幼苗葉片SPAD 值從一定程度上可以反映幼苗的生長及光合作用能力的強弱，此次研究結果得出低NaCl脅迫處理使玉米幼苗葉片葉綠素含量升高，高NaCl脅迫處理則使幼苗葉片葉綠素含量降低，這與付長方等[17]、位杰等[18]的研究結果吻合；植物的相對含水量是反映植株生理狀態(tài)的一個指標，本研究結果分析得出高NaCl 脅迫處理導致玉米幼苗水分流失，從而影響玉米幼苗的生長，這與彭云玲等[19]、馬東方等[20]的研究結果相同。

本次研究數(shù)據(jù)顯示，甜玉米幼苗的各項指標隨NaCl 脅迫濃度的升高先增加后降低，分析得出高濃度的鹽土會抑制甜玉米幼苗的生長發(fā)育，低濃度的鹽土對甜玉米幼苗的生長有促進作用。在此次研究過程中，ZXT102、D117 在生長后期出現(xiàn)苗枯萎死亡；D96 在生長后期出現(xiàn)幼苗的玻璃化，幼苗瀕臨死亡；D110 在生長過程中植株長勢隨NaCl 含量的增加呈現(xiàn)階梯式下降；D87 和D79 的生長則表現(xiàn)相對穩(wěn)定。綜合甜玉米幼苗生長情況和數(shù)據(jù)進行分析，6 個材料的甜玉米幼苗在NaCl 鹽脅迫下差異顯著，其中D96 對NaCl 高度敏感，ZXT102、D117 和D110 表現(xiàn)中NaCl 敏感，D79 表現(xiàn)輕度NaCl 敏感，D87表現(xiàn)耐NaCl性。

NaCl脅迫作為一種主要的非生物脅迫，會對玉米的生長發(fā)育造成不利影響，在解決土地鹽堿化問題上，玉米耐鹽品種的培育成為一種可持續(xù)的和具有經(jīng)濟效益的方法之一[21-25]。玉米的耐NaCl 性在植株性狀和分子生理等方面都有涉及，不同玉米品種在應對逆境脅迫的反應也不同[26-28]。此外，隨著分子標記技術和現(xiàn)代育種工具的成熟，研究者們可以深入了解玉米耐NaCl性的遺傳機制，這對玉米品種的選育起到了重要作用[29-30]，有助于維持玉米在NaCl脅迫下的生產(chǎn)力水平。