鹽脅迫對耐鹽和鹽敏感玉米幼苗生長和生理特性的影響

袁海　何鵬飛　武君潔　吳毅歆　李興玉　何鵬搏　康志鈺　何月秋

摘要：為探究苗期玉米對鹽脅迫的響應，采用不同濃度的NaCl溶液脅迫處理鹽敏感性不同的玉米自交系N2553和N2521，測定玉米的型高、地上部鮮質量、根長、根鮮質量、葉片相對電導率、丙二醛含量、過氧化物酶活性。結果表明，在1.5% NaCl脅迫下，N2553的型高、地上部鮮質量、根長和根部鮮質量分別下降40.46%、58.57%、23.30%和37.75%，N2521相應地下降28.29%、38.52%、18.20%和28.54%;N2553葉片相對電導率、丙二醛含量和過氧化物酶活性分別上升48.08%、269.53%和75.18%，N2521相應地上升18.37%、178.80%和110.88%。在2.0% NaCl脅迫下，N2553的型高、地上部鮮質量、根長、根部鮮質量和葉片過氧化物酶活性分別下降62.81%、72.91%、33.17%、5029%和38.33%，N2521相應下降51.49%、60.40%、24.03%、42.63%和18.06%，N2553葉片相對電導率和丙二醛含量分別上升61.54%和697.26%，N2521相應地上升51.02%和516.41%。可見，不同濃度的NaCl脅迫對2個玉米自交系幼苗的各項指標有不同程度的抑制，鹽脅迫對玉米地上部的抑制作用大于地下部，對N2553的抑制作用大于N2521。

關鍵詞：鹽脅迫;玉米;電導率;丙二醛;過氧化物酶

中圖分類號： S513.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）19-0086-03

收稿日期：2018-07-11

基金項目：云南省玉米產業體系項目（編號：2018KJTX002）。

作者簡介：袁 海（1992—），男，安徽淮南人，碩士研究生，主要從事作物育種工作。E-mail：601125725@qq.com。

通信作者：康志鈺，博士，副教授，主要從事小麥品質遺傳與改良研究，E-mail：406457039@sina.com;何月秋，博士，教授，主要從事分子生物學研究，E-mail：ynfh2007@163.com。

土壤鹽漬化是造成作物產量受損的重要因素之一。據統計，在世界范圍內，約有9.5億hm2的鹽堿地，其中有 2.3億hm2 是水澆地。由于受到鹽害的影響，全球農業生產每年損失超過120億美元[1]。土壤鹽漬化會降低種子發芽率，推遲出苗時間，影響作物產量和品質，嚴重制約農業生產的發展。因此，鹽堿地的治理和綜合利用成為了近年來研究的熱點，其中選育耐鹽作物品種是最經濟有效的手段之一，而對作物耐鹽性的有效鑒定是選育耐鹽作物品種的基礎。

玉米是三大糧食作物之一，也是生產復合飼料的重要原料，在國民經濟中占有重要地位。鹽害是制約玉米穩產的重要因素之一。鹽脅迫下作物體內電導率和丙二醛（MDA）含量增加，從而導致作物質膜損傷[2]。王婧澤等認為，在鹽脅迫條件下，耐鹽品種有較高的過氧化物酶（POD）活性和較低的MDA含量[3]。付艷等以株高及干質量變化率作為玉米耐鹽性指標，對96個玉米品種進行耐鹽性鑒定評價，結果表明，隨著鹽濃度增加，不同品種的株高和干質量變化率差異較大，并認為株高變化率在0～25%，干質量變化率在0～40%的品種為耐鹽品種[4]。Cui等比較了鹽脅迫對耐鹽基因型玉米F63和鹽敏感基因型玉米F35的影響，明確指出在鹽脅迫下F63的鮮質量和相對含水量顯著高于F35[5]。

作物耐鹽性是多基因控制的復合遺傳性狀[6]。不同作物不同品種之間的耐鹽性差異較大，耐鹽機制也各不相同，因而不同作物不同品種某一具體指標對鹽脅迫的反應也有所不同。所以單一指標無法準確地反映作物品種對鹽脅迫的適應能力，應綜合考慮多個指標科學地鑒定作物的耐鹽性。本試驗采用不同濃度NaCl模擬鹽脅迫條件，選擇型高、地上部鮮質量、根長、根鮮質量、過氧化物酶活性及丙二醛含量6項重要指標，比較鹽敏感度不同的2個自交系玉米苗期耐鹽性，為今后作物耐鹽機制研究以及耐鹽玉米品種選育提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

耐鹽玉米N2521、鹽敏感玉米N2553，為筆者所在實驗室選育的自交系。

1.2 試驗方法

本試驗于2017年10月在云南省安寧市進行。

具體步驟：將經消毒處理的玉米種子播種于直徑×高為 12 cm×13 cm的小塑料盆中，每盆3粒。分為4個處理，每個處理5盆。在玉米長至1葉1心時進行鹽脅迫處理（2 d澆灌1次），處理1、2、3分別澆灌1.0%、1.5%、2.0% NaCl溶液 100 mL，空白對照澆灌蒸餾水100 mL。處理14 d后測定玉米型高、根長、地上部鮮質量、根部鮮質量，并取玉米幼嫩葉片剪成0.5 cm左右的小段測定相對電導率，磨樣測定過氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量[7-8]。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對玉米型高和地上部鮮質量的影響

NaCl脅迫對玉米幼苗的生長發育有直接影響。如表1所示，NaCl脅迫下2個玉米自交系幼苗型高和地上部鮮質量受到嚴重抑制。當NaCl脅迫濃度為1.0%時，與對照相比，鹽敏感玉米N2553和耐鹽玉米N2521的型高分別降低1690%與14.40%，地上部鮮質量分別降低19.57%與1840%;當NaCl脅迫濃度為1.5%時，與對照相比，鹽敏感玉米N2553和耐鹽玉米N2521的型高分別降低40.46%和28.29%，地上部鮮質量分別降低58.57%和38.52%;當NaCl脅迫濃度為2.0%時，與對照相比，鹽敏感玉米N2553和耐鹽玉米N2521的型高分別降低62.81%和51.49%，地上部鮮質量分別降低72.91%和60.40%。以上結果表明，鹽脅迫下2個自交系的型高和地上部鮮質量受到顯著抑制，但是鹽敏感型玉米N2553受到的抑制更為嚴重，尤其在NaCl脅迫濃度達到1.5%～2.0%時，耐鹽自交系N2521的型高和地上部鮮質量顯著大于鹽敏感型自交系N2553。

2.2 鹽脅迫對玉米根長和根部鮮質量的影響

隨著鹽濃度的增加，玉米自交系幼苗根長及根鮮質量受到顯著抑制（表2）。當NaCl脅迫濃度為1.0%時，與對照相比，鹽敏感自交系N2553和耐鹽自交系N2521的根長分別降低12.27%與6.58%，根部鮮質量分別降低22.33%與1190%;當NaCl脅迫濃度為1.5%時，與對照相比，鹽敏感的N2553和耐鹽的N2521的根長分別降低23.30%與 18.20%，根部鮮質量分別降低37.75%與28.54%;當NaCl脅迫濃度為2.0%時，與對照相比，鹽敏感的N2553和耐鹽的N2521的根長分別降低33.17%與24.03%，根部鮮質量分別降低50.29%與42.63%。以上結果說明鹽脅迫顯著抑制玉米根鮮質量，且對鹽敏感型玉米根鮮質量抑制程度更大。

在1.0% NaCl脅迫下，鹽敏感自交系N2553根長受到嚴重抑制，而耐鹽自交系N2521受到的抑制不顯著，在0.0～15% NaCl脅迫下鹽敏感自交系N2553根長大于耐鹽自交系N2521的根長，但是兩者之間的差距隨著鹽濃度的增加正在縮小，而且在鹽濃度達到2.0%時，耐鹽自交系N2521的根長反超鹽敏感自交系N2553的根長。

2.3 鹽脅迫對玉米生理指標影響

2個玉米自交系的葉片相對電導率隨著NaCl脅迫濃度的增大而增加（表3），說明NaCl脅迫會對玉米葉片細胞膜造成傷害。在低濃度NaCl（1.0%[KG*3]NaCl）處理下，2個玉米自交系的葉片相對電導率變化幅度較小，說明在1.0%的鹽濃度脅迫下對自交系玉米幼苗葉片細胞膜的傷害程度較低。在高濃度NaCl（1.5%～2.0% NaCl）處理下，2個玉米自交系的葉片相對電導率變化幅度較大，說明1.5%～2.0% NaCl脅迫對自交系幼苗葉片細胞膜的傷害程度較高。鹽敏感自交系N2553的葉片相對電導率整體高于耐鹽自交系N2521，在10% NaCl脅迫下兩者的差距并不明顯;在1.5% NaCl處理下，和對照（0.0 NaCl）比較，鹽敏感自交系N2553和耐鹽自交系N2521的葉片相對電導率分別上升48.08%和 18.37%;在2.0% NaCl處理下，和對照比較，鹽敏感自交系N2553和耐鹽自交系N2521的葉片相對電導率分別上升61.54%和5102%。以上結果說明，NaCl脅迫對耐鹽自交系N2521葉片細胞膜傷害程度低于鹽敏感自交系N2553。

隨著NaCl濃度的增加，玉米葉片的丙二醛含量呈現不斷升高的趨勢。在0.0～1.0%濃度范圍內，NaCl脅迫下2個自交系葉片的丙二醛含量差距不大;在1.5%～2.0% NaCl脅迫下鹽敏感自交系N2553葉片的丙二醛含量顯著高于耐鹽自交系N2521。1.5% NaCl脅迫下，與對照相比，鹽敏感自交系N2553和耐鹽自交系N2521葉片丙二醛含量分別上升269.53%和178.80%;2.0% NaCl脅迫下，與對照相比，鹽敏感自交系N2553和耐鹽自交系N2521葉片丙二醛含量分別上升697.26%和516.41%。說明鹽敏感自交系N2553質膜體系受損程度顯著高于耐鹽自交系N2521。

2個自交系葉片的POD活性隨著NaCl脅迫濃度的增高呈現先上升后下降的趨勢。N2553、N2521葉片的POD活性都是在1.5% NaCl脅迫下達到最大值，分別達到713、911 U/g，與對照相比分別升高75.18%、 110.88%;隨著鹽脅迫濃度的繼續提高，玉米葉片的POD活性表現為下降趨勢，在2.0% NaCl脅迫下，與對照相比，N2553和N2521葉片的POD活性分別下降3833%和 18.06%。N2521葉片的POD活性整體高于N2553，尤其是在1.5% NaCl脅迫下達到了顯著水平。

3 結論與討論

在鹽脅迫下，農作物的生長發育通常會受到顯著抑制，抑制的程度一方面取決于種子的耐鹽水平，另一方面取決于鹽脅迫的水平[9]。本試驗選用鹽敏感度不同的2個自交系研究鹽脅迫對玉米幼苗生長發育的影響，結果表明，鹽脅迫顯著抑制玉米幼苗的型高、地上部鮮質量、根長和根鮮質量，在高鹽溶液脅迫下耐鹽自交系N2521的型高、地上部鮮質量和根部鮮質量的變化率顯著低于鹽敏感型自交系N2553。

在逆境脅迫下，作物的活性氧清除系統功能降低，導致活性氧在作物體內大量積累，破壞細胞膜功能，擾亂細胞正常代謝過程，抑制作物生長發育[10-11]。鹽脅迫使植物體內產生MDA，細胞膜系統受到損傷，膜通透性增加，電解質外滲[12]。作物的MDA含量和相對電導率可以有效地反映作物的衰老程度和細胞的受損程度，而POD活性是作物抗逆能力的重要指標[13]。本試驗通過測定鹽脅迫下玉米葉片的MDA含量、相對電導率以及POD活性探究NaCl脅迫如何影響玉米生長發育。大量研究表明，鹽脅迫下作物的MDA含量和電導率隨著脅迫濃度的增加而升高[14-15]，這與本試驗結果一致。玉米幼苗葉片MDA含量和相對電導率隨著鹽脅迫濃度的增加呈現上升趨勢，說明鹽脅迫導致玉米葉片積累了大量過氧化物并導致細胞電解質外滲，破壞了細胞膜穩態。在本試驗中，在0.0～2.0%濃度范圍內，NaCl脅迫下N2553和N2521葉片的相對電導率和MDA含量不斷升高。在0.0～1.0% NaCl脅迫下二者的相對電導率和MDA含量相差不大，在 1.0%～2.0% NaCl脅迫下前者的相對電導率顯著高于后者。說明鹽脅迫對2個自交系玉米葉片細胞均造成了一定程度的傷害，但是在高鹽脅迫下對鹽敏感自交系N2553造成的傷害更為嚴重。

POD廣泛分布于植物組織細胞中，其活性能夠在一定程度上反映植物對活性氧自由基的清除能力[16]。正常情況下，植物抗氧化酶系統和活性氧自由基處于平衡狀態，逆境脅迫會打破這種平衡，導致作物受到毒害[17]。鄭世英等研究了鹽脅迫下不同鹽敏感型玉米抗氧化酶活性的變化，發現玉米幼苗POD活性隨著鹽脅迫濃度的增加呈現先上升后下降的趨勢，且耐鹽品種的POD明顯高于鹽敏感品種[18]，這與本試驗結果一致。在低鹽脅迫下，POD等構成的保護酶系統被激活，緩解鹽脅迫對作物造成的傷害，而在高鹽脅迫下POD活性呈現下降趨勢，這是因為玉米幼苗體內的保護酶系統清除體內活性氧的能力小于活性氧產生的能力時，活性氧在玉米體內大量積累，降低了POD的活性。本試驗2個自交系的POD活性均是在1.5% NaCl脅迫下達到最大值，但是耐鹽自交系N2521的POD活性上升幅度更大。

綜上所述，鹽脅迫對2個玉米自交系苗期的生長發育都有所抑制，但是對鹽敏感型玉米N2553的抑制作用更為顯著。且鹽脅迫下耐鹽自交系葉片相對電導率和MDA含量低于鹽敏感自交系，POD活性高于鹽敏感自交系。然而，作物對鹽脅迫的適應性是一個復雜的過程，受多種基因控制，因此還需要從分子生物學等角度多方面研究玉米耐鹽機理。

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