NaCl脅迫對野生和栽培品種高粱種子萌發和幼苗生理特性的影響

徐 寧，曹 娜，王 闖，劉國娟，劉 敏，豆惠敏，孫曉慧

(1.聊城職業技術學院，山東聊城252000;2.山東省茌平縣蔬菜技術推廣中心，山東聊城252100)

目前，農業現代化改革進程逐步加速，我國每年次生鹽漬化和鹽堿化不斷加重，土壤鹽漬化問題已成為影響農業可持續發展的主要因素之一。研究作物的抗鹽堿性機制，培育和篩選耐鹽堿性作物品種，成為農業可持續發展的重要支撐［1］。

高粱作為光合效率較高的農作物之一，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿等特點［2］。高粱作物新品種育種目標已從簡單的產量育種，發展到高產、優質與多抗等［3］。研究者開展種質資源創新和利用時，種質資源已從單一的普通栽培種擴展到高粱野生種、野生近緣種等，從而可進一步開發利用優勢種質資源［4－5］。隨著我國農業產業供給側結構調整的深入，高粱品種遺傳改良向高產、高抗、實用性等多方向發展，這就需要開發更多、更優勢的種質資源以滿足研發需求，對野生高粱種質資源研究及開發無疑成為最佳選擇之一。本研究選用黃淮海地區野生紅稈高粱與栽培品種高粱為材料，采用不同濃度NaCl脅迫處理，研究高粱種子萌發及幼苗生理特性等相關指標，探討不同濃度處理下高粱耐鹽生理機制，為篩選高粱耐鹽品種及野生高粱種質資源利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

高粱栽培品種“半截莛”(市售)，野生高粱品種“紅稈1號”(山東陽谷大地如意糧食種植合作社提供)。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子萌發試驗 試驗于2016年在聊城職業技術學院科研試驗基地進行。每個高粱品種挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，先用0.1%的HgCl2溶液消毒10 min，然后用自來水沖洗5次，去離子水沖洗3次。培養皿中用雙層濾紙鋪好，將種子表面水分吸干，置于培養皿中，每培養皿放30粒。分別采用 0(CK)、100、200、300 mmol/L NaCl溶液進行試驗，重復3次。每培養皿中加入10 mL去離子水或NaCl溶液，放好種子后置于光照培養箱中，晝/夜溫度為25℃/15℃，濕度為60%，光 照—黑 暗 時 間 為 12 h—12 h，光 照 度 為80 μmol/(m2·s)。

1.2.2 幼苗試驗 每品種挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，先用0.1%的HgCl2溶液消毒10 min，然后用自來水沖洗5次，去離子水沖洗3次。待根長至3.0 cm左右時，轉移至光照培養箱內，用Hoagland營養液培養，晝/夜溫度為25℃/15℃，濕度為60%，光照—黑暗時間為12 h—12 h，光照度為80μmol/(m2·s)，每2 d更換1次營養液。幼苗長至3葉1心時，選用生長一致的植株，分別采用 0(CK)、100、200、300 mmol/L NaCl的Hoagland營養液培養，每個濃度設3個重復，處理20 d后取樣測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 種子萌發期相關指標的測定 種子自培養開始每天統計發芽數，一直測到第7天，并在第7天測定胚根及胚芽等，每培養皿測定3株，取平均值。發芽以種子胚根長0.2 mm 為標準。

發芽勢=前4 d內發芽種子數/供試種子數×100%;發芽率=發芽試驗7 d發芽種子數/供試種子數×100%。

1.3.2 幼苗生長期相關生理指標的測定 葉綠素采用80%丙酮提取，比色法測定;根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定;脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測定［6］。超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性參考植物生理生化實驗原理和技術的方法［7］進行測定。稱取0.5 g樣品鮮樣，用pH值7.8磷酸緩沖液0.05 mol/L進行冰浴研磨，勻漿于0～4℃，10 500 r/min離心20 min，上清液供SOD、POD、CAT活性的測定。SOD活性的測定，以抑制光化還原氮藍四唑(NBT)50%為1個酶活性單位(U);POD活性的測定，以每分鐘ΔD470nm變化0.1為1個酶活性單位(U);CAT活性的測定參照碘量法，以每分鐘分解1μmol H2O2為1個酶活性單位(U)。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2003軟件進行數據分析和作圖。采用DPS軟件對數據進行方差分析及最小顯著差異性檢驗(Duncan's新復極差法，α =0.05)

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對高粱種子萌發的影響

由圖1可以看出，隨NaCl脅迫濃度增加，2個高粱品種種子發芽率和發芽勢均呈現顯著降低趨勢(p＜0.05)。野生品種高粱的種子發芽率和發芽勢較栽培品種高。在0 mmol/L NaCl濃度下，野生品種高粱種子的發芽率和發芽勢分別是97.33%、73.67%，栽培品種高粱種子的發芽率和發芽勢分別是94.67%、71.50%。在300 mmol/L NaCl脅迫下，野生品種高粱種子的發芽率和發芽勢分別是 74.67%、51.33%，栽培品種高粱種子的發芽率和發芽勢分別是72.33%、49.33%。

由圖2可知，隨NaCl脅迫濃度增加，野生品種和栽培品種高粱胚根和胚芽長逐漸降低且差異顯著(p＜0.05)。在0 mmol/L NaCl濃度下，野生品種高粱種子的胚根長和胚芽長分別是8.77、9.23 cm，栽培品種高粱種子的胚根長和胚芽長分別是9.07、9.77 cm，栽培品種比野生品種胚根長和胚芽長高 3.42%、5.85%。在 100、200、300 mmol/L NaCl脅迫下，野生品種高粱種子的胚根長和胚芽長均高于栽培品種。

2.2 NaCl脅迫對高粱幼苗根系活力和葉片葉綠素的影響

由圖3可知，隨NaCl脅迫濃度增加，野生品種和栽培品種高粱根系活力和葉片葉綠素含量呈顯著降低趨勢(p＜0.05)。野生高粱品種的根系活力較栽培品種高，而葉片葉綠素含量較栽培品種低。在300 mmol/L NaCl脅迫下，野生品種的根系活力和葉片葉綠素含量分別比CK低85.98%、84.85%，栽培品種的根系活力和葉片葉綠素含量分別比CK低 89.41%、84.56%。

2.3 NaCl脅迫對高粱幼苗葉片MDA和脯氨酸含量的影響

由圖4可知，隨NaCl脅迫濃度增加，高粱野生品種和栽培品種葉片MDA和脯氨酸含量均顯著增加(p＜0.05)，不同NaCl濃度下，野生品種葉片MDA和脯氨酸含量均較栽培品種低。在300 mmol/L NaCl脅迫下，野生高粱葉片MDA和脯氨酸含量分別比CK高111.90%、114.44%，栽培品種葉片MDA和脯氨酸含量分別比CK高117.42%、118.21%。

2.4 NaCl脅迫對高粱幼苗葉片保護酶活性的影響

由表1 可知，在 100、200、300 mmol/L NaCl脅迫下，2 個高粱品種葉片 SOD和 CAT活性均較 CK高。其中，在200 mmol/L NaCl脅迫下，栽培高粱葉片SOD和CAT活性最高，分別較CK高123.06%、83.33%，野生品種高粱葉片SOD和CAT活性最高，分別較 CK高 123.40%、69.70%。在100 mmol/L NaCl脅迫下，2個高粱品種POD活性最高，高粱栽培品種葉片POD活性比CK高25.00%，野生品種葉片POD活性比CK高23.91%。

表1 NaCl脅迫對高粱幼苗葉片保護酶活性的影響

3 結論與討論

本研究表明，種子萌發期NaCl脅迫濃度增加，2個高粱品種種子發芽率、發芽勢、胚根長、胚芽長均呈降低趨勢，NaCl脅迫影響高粱作物種子萌發，這與在玉米［8］、小麥［9］上的研究結果一致。NaCl脅迫下種子的萌發情況同植物本身的耐鹽性有一定關系，NaCl脅迫下植物種子發芽情況是作物耐鹽性評估的重要依據之一［10］。NaCl脅迫過程中，野生高粱品種的上述指標較栽培品種高，野生高粱種子萌發期的耐鹽性強于栽培品種，這與野生作物栽培環境適應性強有關。

NaCl脅迫環境下，高粱野生品種和栽培品種根系活力和葉片葉綠素含量呈降低趨勢，葉片MDA含量和脯氨酸含量呈增加趨勢。野生高粱栽培環境適應性強，其根系活力顯著強于栽培品種，而葉片葉綠素、MDA和脯氨酸含量均較栽培品種低。NaCl脅迫會打破作物體內新陳代謝體系平衡，作物會產生大量的活性氧和自由基，對其生長發育造成氧化脅迫傷害［11］。SOD參與作物體內的歧化反應，使超氧陰離子轉化為H2O2和O2，H2O2再通過POD和CAT的作用分解成H2O和O2，作物就會免受脅迫傷害［12－14］。本試驗中，低濃度NaCl處理后，細胞中活性氧和自由基產生較少，較高的SOD、POD和CAT酶活性消除高粱體內的活性氧和自由基，但在100 mmol/L以上的NaCl處理后，POD酶活性受到抑制，而SOD和CAT活性變化趨勢一致，在200 mmol/L NaCl濃度以上處理后，SOD和CAT活性降低，導致活性氧和自由基積累過多，這與前人的研究結果［10，15］一致。

總而言之，黃淮海地區的野生紅稈高粱耐鹽性較栽培品種強，可以為研究高粱耐鹽機制和遺傳特性以及鹽堿地開發利用提供優良種質資源，但其耐鹽機制還需進一步研究。