NaCl脅迫對(duì)低植酸小麥突變體材料種子萌發(fā)特性的影響

郎淑平，馬燕欣

（浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（所），浙江嘉興3 14016）

NaCl脅迫對(duì)低植酸小麥突變體材料種子萌發(fā)特性的影響

郎淑平，馬燕欣

（浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（所），浙江嘉興3 14016）

植酸廣泛存在于禾谷類和豆類等作物種子中，近年來(lái)利用誘變技術(shù)選育低植酸作物新品種已成研究熱點(diǎn)。本研究在不同NaCl濃度處理下，對(duì)前期通過(guò)60Co-γ輻射獲得的9 份低植酸小麥突變體材料進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。結(jié)果表明，0.5%NaCl能促進(jìn)種子萌發(fā)，而1.0%、1.5%NaCl明顯抑制種子萌發(fā)，在其脅迫下，種子幼苗和主根生長(zhǎng)受到抑制。初步篩選到耐鹽性較好的低植酸小麥突變體材料4份，分別為lp14、lp49、lp55、lp50。

小麥；突變體；低植酸；耐鹽；萌發(fā)

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-03-18

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160318.2029.002.html

植酸是植物體內(nèi)磷和肌醇的主要儲(chǔ)存形式，它在種子的發(fā)育過(guò)程中合成，并與K+、Mg2+、Ca2+和Zn2+等金屬離子形成植酸鹽，廣泛存在于禾谷類和豆類等作物種子中，具有抑制種子萌發(fā)和代謝的作用。雖然植酸含有豐富的磷，但由于單胃動(dòng)物缺少能分解植酸磷的酶而不能有效利用，從糞便排出的磷不僅造成資源浪費(fèi)，而且由于磷富集又造成環(huán)境污染［1］。因而通過(guò)物理、化學(xué)誘變培育低植酸農(nóng)作物新品種成為研究熱點(diǎn)。低植酸材料在種子發(fā)芽及耐鹽研究方面報(bào)道較少。既然植酸與鹽脅迫都具有抑制種子萌發(fā)的作用，那么低植酸突變體在鹽脅迫下其萌發(fā)表現(xiàn)是否會(huì)有所不同？本研究在不同NaCl濃度處理下對(duì)小麥低植酸突變體材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室萌發(fā)試驗(yàn)，通過(guò)分析發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)活力指數(shù)及幼苗、主根長(zhǎng)度等指標(biāo)，初步篩選到耐鹽性較好的低植酸小麥突變體材料4份，為今后小麥抗逆育種提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1供試材料

供試材料：經(jīng)60Co-γ輻射誘變后，獲得系列小麥低植酸突變體9份，即lp10、lp14、lp15、lp22、lp48、lp49、lp50、lp51、lp55，其植酸含量如表1，以輻射親本P為參照，共10份小麥材料，均由嘉興市農(nóng)科院大小麥育種組保存提供。

表1　供試小麥材料植酸含量及千粒重

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)NaCl（分析純）濃度處理，分別是0%（CK）、0.5%、1.0%和1.5%，每處理選取籽粒飽滿、胚完整的種子30粒，排列在墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，重復(fù)3次。用1∶10的雙氧水（30%）消毒5min，去離子水沖洗3 次，加入相應(yīng)濃度的NaCl溶液，將種子均勻排放于培養(yǎng)皿中，置于2 0℃恒溫、光照8 h/d培養(yǎng)箱中發(fā)芽，第3天開始調(diào)查發(fā)芽數(shù)（有根有芽并芽長(zhǎng)≥種子1/2長(zhǎng)度為發(fā)芽），第7天測(cè)量幼苗及最長(zhǎng)根長(zhǎng)度。計(jì)算3d發(fā)芽勢(shì)、7d發(fā)芽率、幼苗相對(duì)生長(zhǎng)率、根長(zhǎng)相對(duì)生長(zhǎng)率、發(fā)芽指數(shù)和萌發(fā)活力指數(shù)，以及發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)和萌發(fā)活力指數(shù)下降率。

1.3統(tǒng)計(jì)方法

3d發(fā)芽勢(shì)（%）=3d發(fā)芽種子數(shù)/測(cè)量種子總數(shù)×100

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

幼苗相對(duì)生長(zhǎng)率=鹽濃度處理下幼苗平均長(zhǎng)度/對(duì)照幼苗平均長(zhǎng)度

根長(zhǎng)相對(duì)生長(zhǎng)率=鹽濃度處理下最長(zhǎng)根平均長(zhǎng)度/對(duì)照最長(zhǎng)根平均長(zhǎng)度

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt，Gt指在t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt指發(fā)芽天數(shù)；

萌發(fā)活力指數(shù)（GVI）=∑Gt/Dt×幼苗的平均長(zhǎng)度（cm）

各指數(shù)下降率值（%）=（CK—T）/CK×100，

其中CK為對(duì)照發(fā)芽指標(biāo)值，T為鹽處理發(fā)芽指標(biāo)值，所有數(shù)值均統(tǒng)計(jì)90粒或株（3×30）種子或幼苗［2］

綜合評(píng)價(jià)小麥種子萌發(fā)耐鹽性時(shí)，根據(jù)每個(gè)材料在各濃度NaCl脅迫下的各個(gè)發(fā)芽指標(biāo)下降率值的大小進(jìn)行打分，打分標(biāo)準(zhǔn)：把每一種指標(biāo)的最大值與最小值的差值均分為10個(gè)等級(jí)，每一個(gè)等級(jí)為1分。在各種指標(biāo)中，均以耐鹽性最弱的品種得分最高，即10分；以耐鹽性最強(qiáng)的品種得分最低，即1分，依此類推，最后把各個(gè)指標(biāo)得分進(jìn)行相加，根據(jù)總分高低排出不同小麥種子萌發(fā)的耐鹽性順序。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel和SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1各參試材料在不同濃度NaCl處理下的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率下降率值

表2是不同材料在不同濃度NaCl處理下的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率下降率值表，從中可以分析出，lp14、lp15、lp22、lp49、lp50、lp51、lp55及親本P的種子發(fā)芽勢(shì)下降率值隨著NaCl濃度的增大而增大；而lp10、lp48在1.0%NaCl處理下種子發(fā)芽勢(shì)下降率值達(dá)最大。在0.5%NaCl處理下，lp14與lp15、lp22、lp 48、lp50、lp51、lp55及親本P存在顯著差異（P＜0.05），與 lp10、lp49間無(wú)顯著差異；而在1.0%、1.5%NaCl處理下各材料間無(wú)顯著差異。

表2　供試小麥材料在不同濃度　NaCl處理下發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率下降率值

除lp10、lp 48、lp50、lp51、lp55外，其余材料隨著NaCl濃度的增大，種子發(fā)芽率相應(yīng)降低。lp14在0.5%、1.0%、1.5%NaCl處理下，發(fā)芽率下降率值均為負(fù)值，初步表明lp14耐鹽性較好。lp14發(fā)芽率下降值，在0.5%NaCl處理下與lp15、lp22存在顯著差異（P＜0.05），在1.0%NaCl處理下則與lp10、lp48存在顯著差異（P＜0.05），而在1.5%NaCl處理下與lp10、lp15、lp22及輻射親本P都存在顯著差異（P＜0.05）。

2.2不同低植酸小麥材料在不同濃度NaCl處理下苗長(zhǎng)及相對(duì)生長(zhǎng)率

由表3可以看出，隨NaCl濃度的增大，各材料種子幼苗長(zhǎng)度相應(yīng)降低，即幼苗相對(duì)生長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)。lp14在0.5%NaCl濃度脅迫下幼苗相對(duì)生長(zhǎng)率最高，達(dá)82.4%，也表明該材料耐鹽性較好。

2.3 不同低植酸小麥材料在不同濃度NaCl處理下最長(zhǎng)根長(zhǎng)度及相對(duì)生長(zhǎng)率

在實(shí)際生產(chǎn)中，根生長(zhǎng)較慢或根系不發(fā)達(dá)均可造成幼苗生長(zhǎng)受阻。因而在研究種子萌發(fā)時(shí)期耐鹽性時(shí)，除衡量幼苗生長(zhǎng)狀況外，還應(yīng)考慮幼苗根的生長(zhǎng)狀況。由表4可以看出，隨NaCl濃度增大，各材料最長(zhǎng)根生長(zhǎng)明顯受阻，其相對(duì)生長(zhǎng)率亦呈下降趨勢(shì)。lp14根的相對(duì)生長(zhǎng)率在各NaCl濃度處理下均最大，其中，在0.5%NaCl濃度處理下相對(duì)生長(zhǎng)率高達(dá)96.3%，與對(duì)照僅差0.2cm。

2.4不同濃度NaCl脅迫對(duì)不同低植酸小麥材料發(fā)芽指數(shù)的影響

隨著NaCl濃度增大，發(fā)芽指數(shù)下降率值也增大（表5）。lp14在不同濃度NaCl處理下，發(fā)芽指數(shù)下降率值均為最小。在0.5%NaCl濃度脅迫下，lp14與lp10間發(fā)芽指數(shù)下降率無(wú)顯著差異，而與其它各材料存在顯著差異（P＜0.05）；在1.0%NaCl濃度脅迫下，lp14與lp10存在顯著性差異（P＜0.05）；在1.5%NaCl濃度脅迫下各材料間無(wú)顯著差異。

隨著NaCl濃度的增大，各材料萌發(fā)活力指數(shù)下降率值越大，即種子萌發(fā)活力指數(shù)越低。在0.5% NaCl濃度處理下，lp14萌發(fā)活力指數(shù)下降值最低，與lp15、lp22、lp48、lp50、lp51、lp55及P存在顯著差異；在1.0%NaCl濃度處理下，lp51萌發(fā)活力指數(shù)下降率與lp14、lp49存在顯著差異（P＜0.05）；在1.5%NaCl濃度處理下，各材料間無(wú)顯著差異。

表3　供試小麥材料在不同濃度NaCl處理下的苗長(zhǎng)及相對(duì)生長(zhǎng)率

表4　供試小麥材料在不同濃度NaCl處理下的根長(zhǎng)度及相對(duì)生長(zhǎng)率

表5　供試小麥材料在不同濃度　NaCl處理下發(fā)芽指數(shù)與萌發(fā)活力指數(shù)下降率值

2.5不同濃度NaCl處理下各小麥材料耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、種子萌發(fā)活力指數(shù)4 個(gè)發(fā)芽指標(biāo)對(duì)不同濃度NaCl脅迫的敏感性不同，對(duì)不同濃度NaCl處理下的各材料發(fā)芽指標(biāo)下降率值的大小進(jìn)行打分，并把各指標(biāo)的得分進(jìn)行累加及排序［4］。發(fā)芽勢(shì)下降率得分取0.5%NaCl處理下數(shù)值；發(fā)芽率下降率得分取0.5%、1.0%、1.5% NaCl處理下數(shù)值；發(fā)芽指數(shù)下降率得分取0.5%、1.0%NaCl處理下數(shù)值；萌發(fā)活力指數(shù)下降率得分取0.5%、1.0%NaCl處理下數(shù)值（指標(biāo)得分選取有顯著差異性存在的各NaCl濃度處理下的數(shù)值），得出供試10個(gè)小麥材料的耐鹽性依次為lp14＞p49＞llp55＞lp50＞lp48＞lp22＞lp10＞lp51＞P＞lp15。由此可以初步將上述10份小麥材料劃分為4 個(gè)等級(jí)，lp14耐鹽性較好，lp49、lp55、lp50耐鹽性中等，lp48、lp22、lp10微弱耐鹽，lp51、P及l(fā)p15不耐鹽，從而篩選出比輻射親本P耐鹽性較好且籽粒植酸含量低的小麥新材料4 份，即lp14、lp49、lp55、lp50。

表6　不同濃度NaCl處理下供試材料的各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分及耐鹽性評(píng)價(jià)

3　小結(jié)與討論

本研究初步表明大部分低植酸小麥突變體在種子萌發(fā)過(guò)程中耐鹽性優(yōu)于輻射親本，可能原因在于植酸含有12個(gè)可解離的氫原子，這些位點(diǎn)可與K+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Ba2+和Fe3+等陽(yáng)離子結(jié)合形成植酸鹽［3］；種子在萌發(fā)過(guò)程中，植酸酶活性增強(qiáng)，水解植酸，從而使得游離的K+、Mg2+、Ca2+濃度增加，在一定濃度NaCl脅迫下，細(xì)胞內(nèi)K+/Na+比產(chǎn)生變化，從而抑制了種子發(fā)芽。本研究只是從實(shí)驗(yàn)室角度初步分析了低植酸材料種子萌發(fā)的耐鹽性，在NaCl脅迫下所有種子萌發(fā)、幼苗和主根生長(zhǎng)都受到不同程度的抑制，但分蘗能力、結(jié)實(shí)率等產(chǎn)量構(gòu)成因素如何，還應(yīng)從田間試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究證實(shí)，低鹽濃度能促進(jìn)小麥種子發(fā)芽，如在0.5%NaCl處理下，相比0%NaCl（CK），lp10、lp14的發(fā)芽勢(shì)下降率值為負(fù)值，即發(fā)芽勢(shì)增加，同樣lp14在0.5%NaCl處理下比無(wú)NaCl處理下發(fā)芽率升高。但所有參試材料，無(wú)論其植酸含量高低，其發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)活力指數(shù)以及幼苗長(zhǎng)度、根長(zhǎng)都隨NaCl濃度的增大而下降，表明高鹽脅迫能強(qiáng)烈地抑制小麥種子發(fā)芽。

本研究采用的依據(jù)，是在不同NaCl處理下發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)活力指數(shù)4 指標(biāo)下降率值得分排序的方法，相比只采用發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率來(lái)評(píng)價(jià)種子耐鹽性要準(zhǔn)確，然而在各材料間差異不顯著的情況下，采用這種打分排序的方法難免存在一定的誤差，能否從其他角度加以分析，比如聚類分析等，還須深入探討。

從理論上講，隨著植酸的下降，植物體內(nèi)的養(yǎng)分構(gòu)成也可能會(huì)發(fā)生變化，因此會(huì)影響其他生理活動(dòng)，特別是遇到不良的生長(zhǎng)環(huán)境，如旱澇、鹽堿及病蟲害，其抵抗能力是否也會(huì)變差？在實(shí)際生產(chǎn)中我們也發(fā)現(xiàn)，突變體材料在株高方面變化微小，而在穗型和白粉病抗性方面差異較大，如親本為長(zhǎng)紡穗，而lp22、lp49、lp55為棒穗，lp10、lp51穗明顯變小；親本對(duì)白粉病表現(xiàn)中抗—抗，而lp14、lp15中抗白粉病，lp10、lp22、lp48、lp49、lp50表現(xiàn)中感，lp51、lp55則表現(xiàn)感白粉病。這表明突變體可能在其他的位點(diǎn)也發(fā)生了變異，而不僅僅在控制植酸含量的位點(diǎn)出現(xiàn)突變［5］，從而使得突變體在植酸含量和抗病性及農(nóng)藝性狀方面也發(fā)生了變化，其中的生理與分子生物學(xué)機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

［1］任學(xué)良，舒慶堯.低植酸作物的研究進(jìn)展及展望［J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2004，18（6）：438-442.

［2］郎淑平，陸瑞菊.不同大麥品種發(fā)育期的耐鹽性比較研究［J］.上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，24（4）：83-87.

［3］OTEGUIm S，CAPP R，STAEHELIN L A.Developing seeds of Arabidopsis store differentminerals in two types of vacuoles and in the endoplasmic reticulum［J］.The Plant Cell，2002，14：1311-1327.

［4］李蔚霞，齊軍倉(cāng)，石國(guó)亮.NaCl脅迫對(duì)不同大麥品種種子發(fā)芽的影響［J］.大麥與谷類科學(xué)，2007（1）：22-25.

［5］楊宋蕊，劉錄祥，趙林姝.低植酸作物研究現(xiàn)狀與展望［J］.植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2008，9（2）：263-265.

The Effect of NaCl Stress on Seed Germination of Wheatmutants with Low Phytic Acid

LANG Shu-ping，MA Yan-xin
（Jiaxing Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province，Jiaxing 314016，China）

Phytic acid（PA）is naturally stored in seeds of a wide range of cereal and legume crops.In recent years，it has become a research hotspot to breed crop varieties with low phytic acid（LPA）by usingmutagenesis technology.In the current research，we obtained nine LPA wheatmutants by60Co-γ radiation，and then assessed their salt tolerance using a germination test with different concentrations of NaCl.As a result，their seed germination was promoted at 0.5%NaCl concentration，but substantially inhibited at 1.0%and 1.5%NaCl concentrations；all tested NaCl concentrations produced an inhibitory effect on seedling growth and primary root growth.Among the nine LPA wheatmutants，four（lp14，lp49，lp50，and lp55）showed higher salt tolerance，whichmay be used asmaterials for breeding wheat varieties with salt tolerance in the future.

Wheat（Triticum aestivum）；Mutant；Low phytic acid；Salt tolerance；Germination

S512.1；Q945.78

A

1673-6486-20150108

2015-10-28

嘉興市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012AZ1007）；浙江省重大科技專項(xiàng)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（2012C12902-2-4）。

郎淑平（1979—），男，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事大小麥遺傳育種研究。E-mail：littlelsp@163.com。