鹽脅迫下不同高粱材料的生理特性分析

郭曉麗

摘要：通過水培及15 g/L NaCl脅迫處理，分別對不同高粱材料ZJK2、河農16和BT×623的發芽勢、發芽指數、種子活力指數以及苗期過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性進行測定，探討鹽脅迫下不同高粱材料生理指標的變化，進而篩選出耐鹽能力較強的品種。結果表明，鹽脅迫條件下，不同高粱材料的發芽勢、發芽指數、種子活力指數均受到不同程度影響；苗期的過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均出現不同程度的升高。綜合各項指標分析得出3個材料中ZJK2耐鹽性最好，河農16次之，BT×623最弱。

關鍵詞：高粱；鹽脅迫；生理指標

中圖分類號：Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）06-1260-03

土壤鹽堿化已經成為一個全球性的問題，到目前為止，世界上約20%的耕地和約50%的灌溉地已經受到鹽堿化的嚴重影響，并且每年鹽堿化和次鹽堿化的程度和廣度都在不斷加重，對作物的產量和質量已經造成嚴重的威脅[1]。為彌補傳統農業的不足，解除鹽堿土壤對糧食生產的限制，國內外農業科技工作者進行了深入的研究，形成了一種全新研究領域，并使得一種新型農業——鹽堿農業興起[2]。 這一領域包括農作物耐鹽種質資源的篩選、評價與創新[3]。在我國人口不斷增加、耕地面積日趨減少和淡水資源儲備不足的情況下，開發利用耐鹽植物資源、培育耐鹽作物、有效控制和利用鹽堿土，對農業生產、糧食生產、生態環境等有重要意義。高粱在我國栽培歷史悠久，在國民經濟中占有極其重要的地位，研究不同高粱材料對鹽脅迫的生理反應，有助于揭示植物適應鹽堿生境的生理機制，同時選取耐鹽的高粱材料，對鹽堿化土地的開發和利用具有深遠的社會意義。

目前對不同作物耐鹽品種的選取，在小麥、水稻等作物上研究較多，對高粱而言，采用萌發期和苗期相結合并通過測定抗氧化酶的方法來判定其耐鹽性研究相對較少。因此，通過水培及15 g/L NaCl溶液脅迫處理，在萌發期測定不同高粱材料發芽勢、發芽指數、種子活力指數，在幼苗期測定過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性等綜合生理指標，探討鹽脅迫下高粱生理狀態的變化，進而分析不同高粱材料抗鹽能力的強弱，以期為今后高粱品種的選育及利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

3個供試高粱材料ZJK2、BT×623和河農16種子由中國科學院遺傳與發育研究所提供。

1.2 方法

挑選飽滿的高粱種子，每個品種為200粒。0.1%氯化汞消毒10 min。其中的100粒放于去離子水中作為對照，另外的100粒放于鋪有3層濾紙的培養皿中加15 g/L NaCl溶液處理。將高粱置于25 ℃的溫箱中并及時補充溶液，每處理3次重復。記錄每個材料對照組和試驗組每天的發芽情況，直到不再新增發芽數。最后剪其幼葉稱其鮮重。根據以上數據計算其發芽勢、發芽指數、種子活力指數[4]。

發芽指數=∑Gt/Dt（Gt為相應時間內的發芽種子數，Dt為相應的的發芽時間）

種子活力指數=S×∑Gt/Dt（S為幼苗的平均鮮重，Gt為相應時間內的發芽種子數，Dt為相應的發芽時間）

發芽勢=（規定時間內正常發芽的種子數/供試種子總數）×100%

另取各個材料高粱種子100粒（30粒作為對照），水洗，浸種催芽，將長勢一致的種子移栽于紗網上并置于25 ℃的恒溫光照培養箱中，定期補充所蒸發的水分，光照時間14 h/d，光照度3 000 lx。待長到三葉一心時，用15 g/L NaCl溶液處理5 h，每處理3次重復，分別取不同材料對照和處理的葉片，進行過氧化物酶、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性的測定[5]。

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2003對測得的數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下不同高粱材料的發芽勢、發芽指數和種子活力指數

種子萌發是植物生活史中的一個關鍵階段，也是進行抗鹽生理研究的重要時期[6]。3個不同高粱材料在15 g/L NaCl溶液脅迫下其發芽狀態呈現不同的特征。由表1可知，發芽勢BT×623最高，且NaCl溶液培養的種子發芽勢可達97%，高出水培1個百分點，這可能是由于種子本身條件或者處理在某種程度上對種子有一定的促進作用引起的；其次是河農16；ZJK2的發芽勢最低，NaCl脅迫條件下僅為86%；從發芽指數來看，河農16最高，脅迫條件下比BT×623高23.3；而從種子活力來看，雖然水培條件下ZJK2最低，但脅迫條件下卻比BT×623高0.26，說明ZJK2在高鹽條件下有較強的耐受能力。綜合以上分析可看出，3個不同高粱材料在萌發期表現出不同的特征，初步判斷其耐鹽性ZJK2最強，河農16居中，BT×623最弱。

2.2 鹽脅迫下不同高粱材料的過氧化物酶活性

過氧化物酶是植物細胞膜脂質過氧化的酶促防御系統的保護酶之一，它能催化過氧化氫及某些酚類的分解，有助于緩解因鹽漬而造成的超氧自由基和過氧化物對細胞膜的傷害。由圖1可知，在對照組中過氧化物酶活性ZJK2最低，河農16居中，BT×623最高。經鹽處理后3個高粱材料過氧化物酶的活性都有所提高，說明脅迫條件下高粱受到了不同程度的傷害，其中ZJK2的過氧化物酶活性增加最多，其他兩個材料的過氧化物酶活性增加相近。由此推測，3個高粱材料的耐鹽性ZJK2最強，河農16和BT×623較弱。

2.3 鹽脅迫下不同高粱材料的過氧化氫酶活性

過氧化氫酶大量分布于動植物細胞內，屬于活性氧清除劑，可分解機體代謝過程中產生的活性氧如過氧化氫、超氧自由基等。由圖2可看出，3個高粱材料與其對照組相比過氧化氫酶活性均有所上升，由各個材料對照組與處理組過氧化物酶活性的增加量可看出，ZJK2的過氧化氫酶活性在脅迫下增加幅度最為明顯，河農16次之，BT×623增加相對較少，說明3個高粱材料對高鹽均有一定的耐受能力，其中ZJK2適應能力最強，河農16次之，BT×623耐鹽性較弱。

2.4 鹽脅迫下不同高粱材料超氧化物歧化酶活性

超氧化物歧化酶是需氧生物細胞中普遍存在的一種酶，其與過氧化氫酶、過氧化物酶等酶類共同作用以防御活性氧以及其他自由基對細胞膜系統的傷害，從而減輕逆境對植物細胞的傷害。由圖3可知，3個高粱材料在鹽脅迫后SOD活性均有不同幅度的升高，其中河農16增加的幅度最大，ZJK2和BT×623升高幅度相差不大，由SOD活性可推測河農16的耐鹽性較強，ZJK2和BT×623較弱。

3 討論

高粱為中度耐鹽作物，在我國具有豐富的種質資源。對高梁種質資源進行耐鹽性評價，從中選出耐鹽種質以供利用，對開發我國鹽堿地、擴大高粱種植面積具有積極意義。高粱抗性主要表現為形態抗性、水分脅迫下的滲透調節和光合作用[7]。通過測定3種不同狀態下的單一指標均無法全面判定高粱的抗逆性。因此，采用不同時期不同指標的綜合測定，可全面把握不同高粱材料抗性的強弱，為農業生產提供服務。

在眾多測定指標中，通過萌發期鑒定耐鹽性可在相對短的時間內對大量品種進行評價，具有效率高、周期短、可操作性強等特點，可用于多個高粱材料的耐鹽性初步鑒定[8]。同時結合苗期不同抗氧化酶類的測定，可綜合準確地判斷高粱的耐鹽性強弱。研究通過鹽脅迫下不同高粱品種萌發期的發芽勢、發芽指數、種子活力指數的測定及在幼苗期鹽脅迫下植物體內過氧化氫酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性的綜合測定，判斷3個高粱材料的耐鹽性ZJK2最高，河農16次之，BT×623最弱。

秦嶺等[9]在研究不同高粱品種萌發期耐鹽能力時的耐鹽半致死濃度為20.8 g/L。張華文等[10]研究甜高粱種子萌發耐鹽濃度約為5.0 g/L，耐鹽半致死濃度約為10.7 g/L。此次試驗采用15 g/L NaCl溶液脅迫時高粱的發芽勢普遍較高，由此可見不同高粱材料對鹽脅迫有很大的差異。如何對多個高粱材料作出綜合準確的抗逆性判斷，仍需要進行深入探討。

參考文獻：

[1] ZHU J K. Salt and drought stress signal transduetion in plants[J]. Ann Rev Plant Bio1， 2002，53：247-273.

[2] 郝軍武. 鹽堿環境與鹽堿農業[J]. 地球科學進展，2001，16（2）：257-267.

[3] 遲春明，王志春，李 彬.混合鹽堿脅迫對帚用高粱萌發及苗期生長的影響[J].干旱地區農業研究，2008，26（4）：148-151.

[4] 王征宏，楊 起，張亞冰.鹽脅迫下紫花苜蓿種子的萌發特性[J].河南科技大學學報（自然科學版），2006，27（1）：67-69.

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[8] 閻志紅，劉文革，趙勝杰，等. NaCl脅迫對不同西瓜種質資源發芽的影響[J].植物遺傳資源學報，2006，7（2）：220-225.

[9] 秦 嶺，張華文，楊延兵，等.不同高粱品種種子萌發耐鹽能力評價[J].種子，2009，28（11）：7-11.

[10] 張華文，秦 嶺，王海蓮，等.不同甜高粱品種（系）萌發期耐鹽性研究[J].山東農業科學，2011（9）：24-26.