生菜和菜薹耐鹽性鑒定方法建立及耐鹽種質初期篩選 ·

程亞雄 武佩琪 曹曉雪

關鍵詞：鹽脅迫;生菜;菜薹;種子萌發;幼苗生長;種質篩選

土壤鹽堿化是目前世界各國面臨的共同問題，土壤鹽堿化會使土壤板結、肥力下降，不利于農作物的生長，已成為設施農業生產中須要克服的重要難題。我國是鹽堿地大國，鹽堿化的土地面積約有0.27億hm2[1]，主要分布于華北平原、東北平原、西北內陸及濱海地區。當植物暴露于鹽漬土壤時，滲透脅迫是其經歷的第一個脅迫，會立即影響植物的生長[2]。當鹽離子濃度達到某個閾值時，離子毒性會隨后發生;超過該閾值，植物將無法維持離子穩態和生長[3]。滲透脅迫和離子毒性可引起氧化應激及一系列次級應激反應，鹽脅迫還可導致光合作用降低[4]，產量大幅降低[3]。

目前，用于克服土壤鹽漬化的2種主要技術分別是用化學或物理方法改造土壤，以及培育耐鹽作物品種[5]。化學或物理方法改造土壤成本高昂，且不可避免帶來次生鹽漬化，從而增加土壤中的化學物。因而耐鹽作物材料的選育非常重要。相關研究表明，鈉離子和氯離子在鹽漬化土壤中占有較高的比例，常采用 NaCl 處理模擬鹽脅迫進行植物耐鹽性評價，在植物生長發育過程中，最脆弱的時期是萌發期和幼苗期，植物在鹽脅迫環境下能否順利萌發以及幼苗期能否順利生長，在一定程度上能反映其耐鹽性的強弱[6]。因此，本試驗通過無菌培養的方法測定不同濃度的NaCl脅迫對生菜、菜薹種子萌發及幼苗生長的影響，篩選出生菜、菜薹的鹽脅迫致死濃度，進一步擴大種質篩選范圍以獲得耐鹽性較強的生菜、菜薹材料，以期為抗逆育種研究奠定基礎。1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2018年7—11月，在山西農業大學園藝學院蔬菜種質資源創新與生物技術實驗室進行。

供試材料有綠色、紫色2種類型材料，綠生菜材料編號為LG1、LG2、LG9、LG13、LG23，紫生菜編號為LP14、LP15、LP16、LP18、LP24;綠菜薹編號為CG32、CG34、CG35、CG36、CG40、CG42、CG43，紫菜薹編號為CP37、CP38、CP49，生菜、菜薹各10份材料，均由筆者所在實驗室保存。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 挑選健康飽滿、大小一致的種子，先用75%的乙醇消毒30～60 s后用無菌水沖洗2次，再用7% NaClO消毒10 min，無菌水沖洗5次以上，期間不斷振蕩混勻，保證消毒效果。無菌條件下接種于帶有不同濃度NaCl的1/2 MS（pH值為5.8）培養基上。置于智能光照培養箱內進行培養。培養環境條件設置為溫度25 ℃左右，光照強度 2 000 lx，16/8 h的光/暗周期，濕度保持在70%左右。

1.2.2 種子萌發試驗 首先，進行NaCl脅迫致死濃度篩選。其中，生菜種子選用LG1、LP24，NaCl濃度設置為0、20、40、60、80、100 mmol/L等6個濃度;菜薹種子選用CG36、CP49，NaCl濃度設置為0、50、100、150、200、250、300 mmol/L等7個濃度。然后，再進行10個生菜、10個菜薹材料耐鹽性比較，氯化鈉濃度分別設置為0、50、100 mmol/L等3個濃度;0、200、250、300 mmol/L等4個濃度，每個處理100粒種子，重復3次。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 種子萌發指標的測定 種子發芽以胚根突破種皮2 mm為標準[7]，從接種后1 d開始至7 d結束，每天記錄生菜、菜薹種子的發芽數。

種子發芽勢（GE）=前3 d發芽種子數/種子總數×100%;

種子發芽率（GP）=7 d內種子發芽數/種子總數×100%;

發芽指數（GI）=∑（Gt/Dt）。

式中：Gt指發芽天數內總的發芽數，Dt指種子的發芽天數。

活力指數=發芽指數×主根長;

鹽害指數[8]=（對照組發芽率-NaCl處理組發芽率）/對照組發芽率×100%。

1.3.2 幼苗上胚軸和主根長的測定 于種子萌發后7 d，取出幼苗，用刻度尺測定其上胚軸長、主根長，每個處理隨機測定30株。

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel及SAS軟件進行數據處理并作圖。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫濃度篩選

2.1.1 不同濃度鹽脅迫對生菜種子萌發的影響 從圖1可以看出，隨著NaCl脅迫濃度的升高，生菜的發芽率（圖1-A）、發芽勢（圖1-B）、發芽指數（圖1-C）總體呈現下降的趨勢，除20 mmol/L NaCl脅迫處理組之外，其他濃度處理組均與對照差異明顯。其中，100 mmol/L NaCl處理下生菜種子幾乎完全不萌發或者萌發率極低（圖1-A）;40 mmol/L NaCl處理時，種子萌發率為70%左右，與對照差異不明顯;而60 mmol/L NaCl處理時種子萌發率為45%左右，明顯低于對照組（97%～100%），且發芽勢、發芽指數在60 mmol/L NaCl處理時明顯下降。LG1種子的發芽勢、發芽指數整體要好于LP24。

2.1.2 不同濃度鹽脅迫對菜薹種子萌發的影響 從圖2可以看出，與生菜表現不同，菜薹種子的發芽率（圖2-A）、發芽勢（圖2-B）、發芽指數（圖2-C）隨著NaCl處理濃度的升高，總體呈現出先升高后下降的變化趨勢。低濃度的NaCl（≤100 mmol/L）處理對菜薹種子萌發具有一定的促進作用，但差異不明顯;而高濃度NaCl處理會抑制種子萌發。200 mmol/L NaCl處理時，種子萌發率為60%左右，與對照差異不明顯;而250 mmol/L NaCl濃度處理時種子萌發率僅為40%左右，明顯低于對照的 78%～80%，發芽勢、發芽指數在250 mmol/L NaCl處理時也明顯下降;300 mmol/L NaCl處理可以明顯抑制種子萌發。CG36種子的發芽率、發芽勢、發芽指數整體要好于CP49，且差異明顯。

2.1.3 不同濃度鹽脅迫對生菜幼苗生長的影響 隨著NaCl處理濃度的升高，生菜的主根長、上胚軸長、活力指數等均呈現下降的趨勢，且各處理與對照存在明顯差異（圖3）。其中，40 mmol/L NaCl處理時，主根長為對照的65%左右;60 mmol/L NaCl處理時，主根長為對照的45%左右，明顯低于對照;100 mmol/L NaCl處理下生菜幼苗根系幾乎完全不生長或者生長量極低（圖3-A）。此外，上胚軸長（圖3-B）、活力指數（圖3-C）等在≥60 mmol/L NaCl處理時也下降明顯。LG1的主根長、活力指數在低濃度處理時低于LP24，但當濃度高于 60 mmol/L 時反而相對有利于紫生菜幼苗生長，但品種間差異不明顯;LG1的幼苗上胚軸長整體要好于LP24，但差異不明顯。

2.1.4 不同濃度鹽脅迫對菜薹幼苗生長的影響 由圖4可知，菜薹在50 mmol/L NaCl濃度時，主根長為對照的50%左右，與對照差異明顯;當NaCl濃度升高至200、250 mmol/L時，主根長僅為對照的6%左右;當NaCl濃度高達300 mmol/L時處理，幼苗根系幾乎不生長或者生長量極低（圖4-A）。250 mmol/L以上濃度的 NaCl 處理的菜薹上胚軸長、活力指數等也明顯下降（圖4-B、圖4-C）。CG36幼苗的主根長、上胚軸長、活力指數整體要好于CP49。

綜上所述，100 mmol/L NaCl處理可以明顯抑制生菜種子萌發及幼苗生長，該濃度可能處于生菜鹽脅迫的致死濃度范圍;40 mmol/L NaCl處理時生菜種子的萌發和幼苗生長整體與對照差異不明顯，而60 mmol/L NaCl處理時各項指標與對照差異明顯;因此將 0、50、100 mmol/L NaCl作為生菜不同材料抗性篩選的濃度梯度范圍。菜薹在 300 mmol/L NaCl處理下種子萌發及幼苗生長被明顯抑制，種子幾乎未萌發，可能是菜薹NaCl處理的致死濃度范圍;而在200、250 mmol/L NaCl濃度下， 菜薹各項指標明顯低于對照，因此將0、200、250、300 mmol/L NaCl作為菜薹不同材料抗性篩選的濃度梯度。

2.2 鹽脅迫對生菜、菜薹抗性的影響

2.2.1 不同濃度鹽脅迫下對不同材料生菜種子萌發的影響 試驗進一步在0、50、100 mmol/L等3個NaCl濃度處理下分別對10個生菜材料種子萌發進行比較。從表1可以看出，隨著NaCl脅迫濃度的升高，不同生菜材料的發芽率、發芽勢、發芽指數均呈現下降的趨勢，且不同材料間差異明顯。NaCl濃度為50 mmol/L時，綠生菜中LG13的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為100.00%、91.67%、39.58，均明顯高于其他生菜材料;紫生菜中LP14生菜的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為 91.67%、85.00%、33.11，與其他生菜材料也存在明顯差異。當NaCl濃度升高為100 mmol/L時，LG1、LP24的各項發芽指標均降為0，而LG13的發芽率、發芽勢、發芽指數分別高達81.67%、70.00%、25.20，LP14的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為58.33%、33.33%、11.80，與其他材料間差異顯著。結果表明，鹽脅迫下抗性較強的生菜材料為LG13、LP14，較敏感的材料為LG1、LP24。

2.2.2 不同濃度鹽脅迫下對不同材料菜薹種子萌發的影響 不同濃度（0、200、250、300 mmol/L）的NaCl處理對10個菜薹材料的種子萌發試驗結果（表2）表明， 不同菜薹材料的發芽率、發芽勢、 發芽指數隨著NaCl脅迫濃度的升高均呈現下降的趨勢，且不同材料間差異明顯。NaCl濃度為200 mmol/L時，綠菜薹中CG40的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為86.67%、78.33%、30.38，明顯高于其他材料;紫菜薹中CP38的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為85.00%、76.67%、22.94，明顯高于其他材料。NaCl濃度為 250 mmol/L 時，綠菜薹中CG34的發芽率、發芽勢、發芽指數均降為0，明顯低于其他材料;CG40的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為76.67%、68.33%、14.69，顯著高于其他材料;紫菜薹中CP38的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為75.00%、5667%、15.50，顯著高于其他材料。當NaCl濃度升高為 300 mmol/L 時，綠菜薹中CG42的發芽率、發芽指數較高，分別為30.00%、4.17，CG40的發芽勢顯著高于其他材料;紫菜薹中CP38的發芽率、發芽勢、發芽指數分別為61.67%、26.67%、10.11，顯著高于其他材料。綠菜薹在鹽脅迫下抗性較強的材料為CG40、CG42，較敏感的材料為CG34;紫菜薹在鹽脅迫下抗性較強的材料是CP38。鹽脅迫對紫菜薹的種子萌發影響較小， 紫菜薹比綠菜薹的耐鹽性相對較強。

2.2.3 不同濃度鹽脅迫對不同生菜材料幼苗生長的影響 不同生菜材料的主根長在NaCl脅迫下變化趨勢有所差異（表3），綠生菜的LG9、LG13和紫生菜的LP14、LP18在低鹽濃度下，可以促進主根生長，隨著鹽濃度的升高，主根生長表現出被抑制的現象，而其他幾個材料的主根長在鹽脅迫下均呈現下降的趨勢。NaCl濃度為50 mmol/L時，綠生菜中LG13主根長較對照增長23%，顯著高于其他材料;紫生菜中LP14主根長較對照增長22%。NaCl濃度為100 mmol/L時，LG1、LP24的主根長已降為0，而綠生菜中LG13主根長為 1.86 cm，顯著高于其他材料;紫生菜中LP14主根長高達1.33 cm，與其他材料差異明顯。

隨著NaCl濃度的升高，生菜的上胚軸長、活力指數整體呈現下降的趨勢（表3）。50 mmol/L NaCl處理時，綠生菜中LG13的上胚軸長較對照僅下降2.2%，活力指數較對照升高19.0%，且與其他材料間差異顯著;紫生菜中LP14的上胚軸長較對照升高 37.5%，活力指數較對照下降4.4%，與其他材料間差異顯著。NaCl濃度為100 mmol/L時，LG1、LP24的上胚軸長、活力指數已降為0，而LG13的上胚軸長、活力指數分別較對照下降42.0%、71.3%，LP14的上胚軸長、活力指數分別較對照下降 40.0%、82.6%，其他材料的上胚軸長、活力指數幾乎都降為0。

試驗結果表明，就幼苗生長情況而言，LG13、LP14的耐鹽性較強，LG1、LP24較為敏感;整體而言，綠生菜與紫生菜的幼苗對鹽脅迫的耐受性差異不明顯。

2.2.4 不同濃度鹽脅迫對不同菜薹材料幼苗生長的影響 從表4可以看出，菜薹的主根長、上胚軸長、活力指數隨著NaCl脅迫濃度的升高均呈現下降的趨勢。NaCl濃度為0 mmol/L時，綠菜薹中CG40主根長、上胚軸長、活力指數均明顯高于其他材料。

NaCl 濃度為 200 mmol/L 時，綠菜薹中 CG40 主根長、上胚軸長較對照分別降低93.6%、78.0%，各項指標明顯高于其他材料;紫菜薹中CP38主根長、上胚軸長較對照分別降低94.0%、81.8%，各項指標明顯高于其他材料。NaCl濃度為250 mmol/L時，綠菜薹中CG40主根長、上胚軸長最長，分別為 0.28、0.64 cm，但與其他材料間差異不顯著，活力指數明顯高于其他材料;紫菜薹中CP38主根長與其他材料間差異不明顯，但上胚軸長、活力指數明顯高于其他材料;而CG34的主根長、上胚軸長、活力指數均已降為0。當NaCl濃度為300 mmol/L時，綠菜薹的CG40、CG42的主根長、上胚軸長、活力指數均明顯高于其他材料;紫菜薹的CP38各項指標顯著高于其他材料。試驗結果表明，就幼苗生長情況而言，綠菜薹中CG40、CG42的耐鹽性較強，CG34較為敏感;紫菜薹中CP38的耐鹽性較強。整體而言，紫菜薹幼苗的對鹽脅迫的耐受性比綠菜薹強。

2.2.5 不同濃度鹽脅迫對不同生菜材料耐鹽指數的影響 試驗結果（表5、表6）表明，不同物種對鹽脅迫反應差異較大，同一物種不同材料間耐鹽性也存在顯著性差異。當NaCl濃度為50 mmol/L時，生菜材料LG13、LP18鹽害指數明顯低于其他材料，LP14次之，當NaCl濃度升高至100 mmol/L時，生菜材料LG13、LP14的鹽害指數分別為15.52%、4167%，明顯低于其他材料，而LG1、LP24的鹽害指數高達100.00%。

2.2.6 不同濃度鹽脅迫對不同菜薹材料鹽害指數的影響 從表6可以看出，當NaCl濃度為200、250 mmol/L 時，菜薹材料CG40、CP38的鹽害指數均明顯低于其他材料，而CG34在NaCl濃度為 250 mmol/L 時鹽害指數已達到100.00%;當NaCl濃度升高至300 mmol/L時，CP38的鹽害指數最低，為15.91%，與其他材料間差異顯著，CG42次之，鹽害指數為58.14%，明顯低于其他材料。大部分生菜材料在NaCl濃度為100 mmol/L時，鹽害指數大于90%，而大部分菜薹材料在NaCl濃度為 300 mmol/L 時仍有一定的抗鹽性，因此，菜薹的整體耐鹽程度要明顯高于生菜。

3 討論與結論

植物生長發育評價指標主要有種子萌發指標，包括發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等以及苗期指標包括根長、苗高等[9]，其中，發芽率、發芽勢都是反映種子質量和活力的重要指標。發芽率反映種子發芽的數量，而發芽勢反映種子發芽的快慢和整齊度[10-11]。發芽率在一定程度上能反映植物在發芽初期耐鹽性的強弱[12]。生長抑制是植物對鹽漬響應最敏感的過程[13]。上胚軸生長量是植物受害程度的一個常用外在表現指標，根系生長量與植物的抗逆性關系密切，可以衡量植物的生長狀況[14]。

鹽離子對種子萌發的影響分為離子效應及滲透效應，當鹽離子濃度較低時，可滿足植物自身的離子需求，促進種子萌發，而當鹽離子濃度較高時，高濃度的NaCl脅迫會破壞細胞的內部系統，使細胞離子失衡、代謝紊亂、水勢降低、種子吸水困難，引起種子毒害，種子活力下降[15]。相關研究發現，高粱、擬南芥在低濃度鹽處理下，對種子的萌發抑制現象不明顯，高濃度鹽處理抑制現象顯著[10，16]。而白菜、小白菜、蘿卜在低濃度鹽處理下，可以促進種子萌發，高濃度鹽處理下抑制種子萌發[17-19]。本試驗結果表明，0～100 mmol/L NaCl可以促進菜薹的種子萌發，隨著鹽濃度升高，菜薹的種子萌發呈現出下降的趨勢，當濃度達300 mmol/L時，菜薹種子基本無生長趨勢，這與前人研究結果[17-19]基本一致。劉慧穎等研究發現，不同濃度的NaCl均能抑制冰菜種子萌發和植株的生長，且濃度越大，抑制效果越顯著[20];李天星等的研究結果表明，花椰菜種子隨著NaCl濃度的增大種子萌發率呈下降趨勢，且不同濃度的NaCl對花椰菜幼苗的苗高、根的生長均具有顯著的抑制效應[21]。本試驗結果表明，隨著NaCl濃度的不斷提高，生菜種子的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數，幼苗的主根長與上胚軸長均呈下降趨勢;菜薹幼苗的主根長、上胚軸長及種子的活力指數也呈下降趨勢，這與劉慧穎等關于鹽脅迫對種子發芽特性影響的研究結果[20-21]基本一致。

鹽脅迫會對植物生長發育帶來不利影響，植物對過量鹽分的反應取決于不同的物種、基因型和暴露時間[22]。傅宗正等在鹽脅迫下對5種紫色生菜進行研究發現，隨著NaCl濃度的不斷提高，不同品種紫色生菜種子對鹽脅迫的反應結果有所不同，篩選出紫晶F1和特紅皺2個耐鹽性品種[15]。邱清華等的試驗結果表明，供試的7個紫菜薹品種均有一定的耐鹽性，其中早豐紅菜薹及十月紅紫菜薹的耐鹽性較強，比較適合在新疆這種高鹽的環境下引種栽培[23]。本試驗篩選到耐鹽性相對較強的2個生菜材料為LG13、LP14，較敏感的材料為LG1、LP24;耐鹽性較強的菜薹材料有CP38、CG40、CG42，較敏感的材料為CG34。且生菜、菜薹對鹽離子的耐受性有較大差異，同一物種不同基因型材料耐鹽性也存在較大差異。

本研究發現，生菜、菜薹均表現出一定的耐鹽性但也有一定差異，生菜在NaCl脅迫后，種子萌發、幼苗生長均呈現下降的趨勢，耐鹽性較弱;菜薹表現出低鹽濃度促進生長，隨著鹽濃度的提高，表現出抑制生長的現象，具有一定的耐鹽性。且紫菜薹比綠菜薹抗鹽性強一些，紫生菜、綠生菜在鹽脅迫下差異不大，本研究結果可以為生菜、菜薹耐鹽種質創制和新品種遺傳選育提供參考。由于本試驗是在實驗室采用培養基培養條件下進行的，與田間環境有一定的差異，試驗結果仍須要繼續進行田間驗證。

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