鹽脅迫對小麥種子萌發與幼苗生長的影響及外源物質調控效應

王康君　王龍　顧正中　李筠　任立凱　李強　孫中偉

摘要：為明確鹽脅迫對小麥種子萌發與幼苗生長的影響及GA3與H₂O₂對鹽害的緩解作用，本研究以德抗961（耐鹽品種）及濟南17（鹽敏感品種）為供試材料，設置6種鹽分濃度，分別是0、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%，并設外源H₂O₂、GA3預處理，測定種子萌發期及幼苗生長期的相關生理指標。結果表明，鹽脅迫降低了小麥種子中α-淀粉酶活性和胚根中的Ca²⁺含量，增加了胚根中脯氨酸含量，增大了胚根膜透性；降低了小麥幼苗中的可溶性蛋白含量及膜脂過氧化酶活性，增加了丙二醛（MDA）含量，導致小麥種子萌發率低，幼苗期根干質量、苗干質量低，幼苗株高矮。外源H₂O₂、GA₃處理可以增加小麥種子中的α-淀粉酶活性及胚根中的Ca²⁺含量，降低胚根的質膜透性，增加鹽脅迫條件下幼苗中膜脂過氧化酶及可溶性蛋白含量，降低葉片中的丙二醛含量，提高了鹽脅迫條件下種子萌發率增加了幼苗期根干質量、苗干質量和株高，緩解了鹽脅迫對種子萌發及幼苗生長的影響。

關鍵詞：鹽脅迫；小麥；種子萌發；幼苗生長；外源調控

中圖分類號：S512.103 文獻標志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0111—05

鹽脅迫是世界范圍內普遍存在的影響作物生長的逆境因子之一，它可導致植物細胞活性氧積累，破壞葉片光合作用，干擾蛋白質合成，阻礙能量代謝，抑制生長，是限制種子萌發及幼苗生長的重要外部因素之一。中國現有鹽漬土270萬hm²，其中約7萬hm²分布于農田。雖然我國已在通過水利工程等措施實現鹽漬土改良，并積累了豐富的經驗，收到了顯著的效果，但是由于當前水資源緊缺，選擇耐鹽作物品種，挖掘品種自身的耐鹽能力，直接利用鹽漬土成為提高鹽堿地區作物產量的重要途徑。研究表明，利用赤霉素、矮壯素、萘乙酸、維生素C、水楊酸、稀土元素、H₂O₂等處理鹽脅迫下的作物，可以提高作物的抗鹽性。

小麥是我國鹽堿地區種植的主要糧食作物之一，對我國的農業經濟發展有著重要意義。探索鹽脅迫下小麥種子萌發及幼苗生長的生理機制，緩解鹽脅迫對作物的損傷、提高作物產量成為眾多農學家和生物學家關注的焦點，也是作物抗逆研究和農業生產上的重要課題。

本研究以耐鹽性不同的2個小麥品種濟南17、德抗961為供試材料，設置不同濃度的鹽分處理，研究了鹽脅迫對小麥種子萌發及幼苗生長的影響，并設外源H₂O₂、GA₃浸種處理探討其對鹽脅迫的緩解作用，以期進一步揭示小麥耐鹽機理，為篩選小麥耐鹽種質資源及提高育種效率提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料與試驗設計

供試品種為德抗961（耐鹽品種）和濟南17（鹽敏感品種）。選取籽粒飽滿、大小一致的小麥種子，經2.5%次氯酸鈉消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈。在（26±1）℃黑暗條件下設置3種浸種處理，分別為：（1）蒸餾水；（2）0.5%H₂O₂；（3）50 mmol/L GA₃，浸種20 h催芽。催芽后，挑選露白一致的種子，置于直徑為18 cm、鋪有2層濾紙的培養皿內，分別加入濃度為0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%的NaCl溶液，以加蒸餾水為各自對照，即每種預處理對應6個鹽濃度，每個鹽濃度處理設3次重復，每重復60粒種子。培養條件為：溫度（26±1）℃，黑暗中發芽。幼苗長至2葉1心時，選擇長勢一致的幼苗測定各項指標。

1.2測定項目與方法

1.2.1萌發率的統計 在發芽試驗第6天應用計數法分別查出每個培養皿中小麥萌發的個數（以芽長超過種子長度的1/2為發芽標準），計算萌發率。

1.2.2脯氨酸含量測定 脯氨酸含量測定參照朱廣廉等的方法進行。

1.2.3質膜相對透性 細胞膜透性參照劉建巍等的方法測定。

1.2.4 α-淀粉酶活性測定α-淀粉酶活性采用DNS法測定。

1.2.5可溶性蛋白質含量0.5 g小麥葉片，加入1.5 mL預冷的內含0.1%PVP，0.1 mol/L EDTA，1 mol/L維生素c磷酸（pH值7.8）緩沖液，4℃冰浴研磨，15 000×g離心30 min，取上清液。用考馬斯亮藍G-250做顯色劑，分光光度計在波長595 nm處測定D值，以牛血清白蛋白為標準并根據標準曲線計算蛋白質量分數。

1.2.6膜脂過氧化酶的測定 （1）超氧化物歧化酶（SOD）測定采用氮藍四唑（NBT）光還原法；（2）丙二醛（MDA）用硫代巴比妥酸法測定；（3）過氧化氫酶（CAT）/過氧化物酶（POD）采用活性比色法測定。

1.3數據處理

用SPSS進行方差分析，用SigmaPlot 10.0作圖。

2結果與分析

2.1鹽脅迫對小麥種子萌發的影響及外源物質調控效應

2.1.1鹽脅迫對小麥種子萌發率的影響 從圖1可以看出，濟南17的發芽率隨著鹽濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，在鹽濃度為0.15%時發芽率達到最大，之后顯著下降。德抗961的發芽率與濟南17表現趨勢相同，但隨著鹽濃度的增加，耐鹽品種德抗961的萌發率較濟南17下降較緩。經外源H₂O₂及GA₃處理后，小麥種子發芽率均明顯高于未經外源處理的小麥種子，其中，H₂O₂處理的種子發芽率較對照提高了0.58%～51.78%，GA₃處理的種子發芽率較對照提高了0.30%～55.47%，隨著鹽濃度的增加，經H₂O₂、GA₃外源物質預處理的種子發芽率提高越明顯。

2.1.2鹽脅迫對小麥胚根中脯氨酸的影響 鹽脅迫使小麥胚根中的脯氨酸含量顯著增加，隨著鹽脅迫濃度的增加，小麥胚根中的脯氨酸含量呈逐漸增加的趨勢，在相同鹽分濃度條件下，耐鹽品種德抗961的變化趨勢高于濟南17。在相同鹽分濃度條件下，與對照比較，外源物質H₂O₂、GA₃處理顯著降低了2個品種小麥胚根中的脯氨酸含量（圖2）。

2.1.3鹽脅迫對小麥胚根中質膜透性的影響 鹽脅迫導致小麥胚根的膜透性發生顯著變化，隨著鹽濃度升高，小麥胚根的膜透性增大，濟南17胚根的質膜透性變化相較耐鹽品種德抗961更為明顯。在相同鹽分濃度條件下，外源物質H202、GA3處理顯著降低了2個品種胚根的質膜透性（圖3）。

2.1.4鹽脅迫對小麥胚根中鈣含量的影響 從圖4可以看出，鹽濃度的增加降低了胚根中的Ca²⁺含量，濟南17的變化趨勢相較耐鹽品種德抗961更為明顯。外源物質H₂O₂、GA3處理顯著提高了小麥胚根中的Ca²⁺濃度。

2.1.5鹽脅迫對小麥種子中α-淀粉酶活性的影響 α-淀粉酶是分解種子貯藏淀粉的主要酶，可以將胚乳中的淀粉分解供萌發。從圖5可以看出，在鹽脅迫條件下，小麥種子中α-淀粉酶活性逐漸下降，濟南17下降了11.0%～34.2%，德抗961下降了2.0%～33.4%。外源物質H₂O₂、GA₃處理增加了小麥種子中α-淀粉酶活性，GA3處理更為明顯。

2.2鹽脅迫對小麥幼苗生長的影響及外源物質調控效應

2.2.1

鹽脅迫對小麥幼苗生長的影響 從表1可以看出，鹽脅迫下2個小麥品種的根干質量、株高、幼苗干質量均顯著下降。與對照比較，5種鹽濃度條件下，濟南17的根干質量、株高、幼苗干質量分別下降了6.48%～37.25%、1.31%～24.30%、11.65%～65.86%，德抗961分別下降了5.65%～15.31%、5.13%～17.09%、4.58%～50.42%，鹽濃度的增加對耐鹽品種德抗961的影響小于濟南17。外源物質H₂O₂、GA₃處理顯著增加了各鹽濃度條件下2個小麥品種幼苗的根干質量、株高、幼苗干質量。

2.2.2鹽脅迫對小麥幼苗可溶性蛋白質含量的影響 鹽脅迫降低了小麥幼苗中的可溶性蛋白質含量，鹽濃度越高，可溶性蛋白質含量越低。在無外源物質處理的條件下，濟南17幼苗中的可溶性蛋白質含量下降了3.74%～64.57%，高于德抗961的下降幅度1.44%～47.27%。相同鹽濃度條件下，經外源物質H₂O₂、GA₃處理后，2個品種幼苗中可溶性蛋白質含量均明顯升高（圖6）。

2.2.3鹽脅迫對小麥幼苗中MDA含量的影響 隨著鹽濃度的增加，2個小麥品種幼苗葉片中的MDA含量均逐漸增加，濟南17在鹽濃度稍有增加的條件下，葉片中的MDA含量就顯著增加，鹽濃度較大時，葉片中的MDA含量增加幅度較小，而耐鹽品種德抗961則表現為當鹽濃度增加較大時葉片中的MDA含量才表現出明顯的增加。外源物質H₂O₂、GA₃處理顯著降低了2個小麥品種葉片中的MDA含量（圖7）。

2.2.4鹽脅迫對小麥幼苗中膜脂過氧化酶活性的影響 從圖8可以看出，小麥葉片中SOD、POD和CAT活性均隨著鹽濃度的增加而降低。外源物質H₂O₂、GA₃處理顯著提高了各鹽濃度條件下小麥幼苗中的膜脂過氧化酶活性。

3討論

小麥種子萌發期及幼苗期是對鹽脅迫最敏感的階段之一，在此階段遭受鹽脅迫將直接影響到小麥種子發芽及幼苗生長質量，主要表現在種子萌發率及幼苗的生物量明顯下降。因此，通過對鹽脅迫下種子萌發、幼苗生長及生理機制的研究，可為小麥耐鹽種質資源篩選提供理論依據。

3.1鹽脅迫對種子萌發的影響及生理機制

本研究結果表明，鹽脅迫會導致小麥種子中α-淀粉酶活性降低，胚根中脯氨酸含量、可溶性蛋白質含量的增加，導致小麥胚根的膜透性發生顯著變化，隨著鹽脅迫濃度的升高，小麥胚根的膜透性增大，胚根中的Ca²⁺含量降低。前人研究指出，鹽脅迫條件下脯氨酸在植物體內大量積累是其對鹽漬逆境的一種適應反應，脯氨酸可作為細胞滲透調節物質，緩解滲透脅迫，保護膜結構，減輕鹽害；在鹽脅迫條件下，由于鹽中所含Na⁺在細胞中過度積累，將對質膜起到穩定和保護作用的Ca²⁺置換掉，進而破壞了膜的完整性及穩定性，使其選擇透性喪失，細胞物質交換平衡破壞，生理生化代謝發生紊亂。

3.2鹽脅迫對幼苗生長的影響及生理機制

從本研究苗期測定的各項指標可以看出，鹽脅迫導致小麥幼苗期根干質量、株高、幼苗干質量顯著下降，可能是在鹽脅迫條件下，小麥幼苗中的可溶性蛋白質含量下降、膜脂過氧化酶含量降低，而MDA含量增加。前人研究表明，植物在受到逆境脅迫時，體內細胞代謝的動態平衡會被打破，引起代謝紊亂，植物自身將啟動一系列保護系統，其中大部分可溶性蛋白會作為酶類參與植株代謝過程，通過調節細胞滲透勢和維持滲透壓平衡來抵御逆境傷害以維持植株的正常生理功能。

3.3外源物質H₂O₂、GA₃對鹽脅迫下種子萌發及幼苗生長的影響

除了篩選耐鹽種質資源，利用化學調控物質提高作物的抗逆性也是近年來研究的一個熱點。從本研究結果可以看出，外源物質H₂O₂、GA₃處理可以增加小麥種子中的α-淀粉酶活性及胚根中的Ca²⁺含量，降低胚根的質膜透性，增加了鹽脅迫條件下幼苗中膜脂過氧化酶及可溶性蛋白質含量，降低了葉片中的丙二醛含量，進而提高了鹽脅迫條件下種子的萌發率以及幼苗期根干質量、株高、苗干質量，緩解了鹽脅迫對種子萌發及幼苗生長的影響。此外，本研究結果還表明，相對耐鹽的小麥品種德抗961在鹽濃度逐漸增大的條件下，種子萌發及幼苗生長階段測定的各指標比鹽敏感品種濟南17的變化趨勢較緩，這也許是其在種子萌發及幼苗生長受鹽脅迫影響較小的生理原因。

綜上所述，胚根質膜透性及幼苗中抗氧化酶類等的變化是鹽脅迫影響小麥種子萌發及幼苗生長的重要生理原因，為篩選小麥耐鹽種質資源提供了重要的理論依據。此外，通過外源化學調控可以有效緩解鹽脅迫的危害，因此，加強外源調控的研究并將其與優異種質資源的篩選相結合，應用于小麥栽培育種研究工作中，必將大大提高耐鹽小麥的育種效率。