鹽脅迫對粳稻品種生長和生理特性的影響

黃潔 黃晶 梁青鐸 金千瑜 朱練峰 曹小闖 朱春權 孔亞麗 張均華

（中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州310006；*通訊作者：zhangjunhua@caas.cn）

土壤鹽堿化是影響生態環境和農業生產的全球性問題，據統計，全球鹽堿化土地近1億hm2[1]。我國鹽堿土耕地面積達760萬hm2，其中約660萬hm2堿土和100萬hm2堿性土壤,主要分布于西北、華北、東北及沿海地區，且有擴大蔓延趨勢，嚴重制約糧食產量和品質[2]。隨著土地退化、城鎮化和工業化進程的加快，農業可用耕地逐年減少。鹽堿地的治理利用是農業可持續發展的重要策略。

水稻在禾谷類作物中對鹽脅迫最為敏感，作為主要糧食作物，其產量約占我國糧食產量的37%，約有1/5的稻田受鹽脅迫侵害[3]。鹽脅迫對水稻的危害主要表現為：外界環境鹽濃度過高，水稻吸水困難，滲透缺水；外界鹽離子含量過高，影響其他營養元素的吸收，養分吸收紊亂；鹽脅迫促使水稻產生大量活性氧，膜質過氧化程度加劇，破壞細胞結構，無法完成正常功能；光合作用大幅度降低，同化物和能量供應減少；為緩解鹽危害，滲透調節物質合成增加，消耗大量能量，用于生長發育的能量較少，直接影響生長發育和產量形成[4-5]。為了最大限度地發揮和利用鹽堿地，人們從土壤改良技術[6]、農藝栽培措施[7]、耐鹽性品種選育[8]、生理生化調控手段[9]等方面開展了廣泛研究。鹽堿地改良治理和耐鹽水稻品種篩選是解決當前鹽漬土水稻種植的關鍵。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗設計

試驗于2018年6—9月在中國水稻研究所溫室及實驗室進行。以粳型常規稻津原85、金穗26、隆粳27和遼粳763為試驗材料。選取籽粒飽滿、大小一致的種子，經1%次氯酸鈉消毒20 min，用蒸餾水清洗干凈后浸泡2 d，在35℃培養箱中催發，待種子發芽后于清水中培養1周左右，苗長至1葉期時，用海綿固定后插入打孔的膠板上，移栽至塑料圓桶（直徑11.5 cm、高12.0 cm）中，每桶5叢，每叢3株幼苗，移栽后先用1/4或1/2 Hoagland營養液培養5 d，再用全營養液培養，2葉1心期加入鹽處理。處理分別為：CK，Hoagland營養液；S1，Hoagland營養液+50 mmol/L NaCl；S2，Hoagland營養 液+100 mmol/L NaCl；S3，Hoagland營 養 液+150 mmol/L NaCl。每2 d換1次相應處理的營養液，每個處理4次重復，處理7 d后取40株代表性水稻幼苗，測定各項指標。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 生長指標

各個處理水稻幼苗取20株測定株高、根長后，于105℃殺青后于70℃下烘干至恒質量，用分析天平分別稱取地上部和地下部干物質量。然后將干樣粉碎，用于氮、Na+、K+、可溶性糖含量測定。

1.2.2 氮含量和Na+、K+含量

稱取0.1 g左右粉碎后樣品，用H2SO4-H2O2體系消煮，消煮后的清液用靛酚藍比色法測定地上部地下部氮含量。剩余清液采用火焰分光光度法測定Na+、K+含量[10]。

1.2.3 丙二醛和可溶性糖含量

丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[11]。

表1 鹽脅迫下不同水稻品種生長參數

1.2.4 抗氧化酶活性

稱取0.1 g左右新鮮樣品加入磷酸緩沖液冰浴研磨，低溫離心提取酶液。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍四唑法，過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創木酚法，過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性采用紫外吸收法[11]。

1.3 數據處理

數據均為3次生物學重復結果，采用Excel 2003軟件記錄數據和繪圖，采用SPSS Statistics11.0軟件進行統計分析，采用最小顯著極差法（LSD）進行差異顯著性檢驗（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對不同水稻品種生長性狀的影響

由表1可以看出，鹽脅迫下各個品種的株高、根長、地上部和地下部干物質量均降低，鹽濃度越高，降低幅度越大。4個品種特性不同，在不加鹽條件下，株高表現為津原85＞遼粳763＞金穗26＞隆粳27，地上部和地下部干物質量表現為金穗26＞津原85＞遼粳763＞隆粳27，根長表現為津原85和金穗26高于遼粳763和隆粳27。由此可知，金穗26品種較矮壯，津原85和金穗26幼苗比隆粳27和遼粳763幼苗更強壯。與對照相比，隨著鹽濃度升高，津原85株高分別降低18.04%、27.71%和31.18%，金穗26株高分別降低12.00%、20.20%和24.49%，隆粳27株高分別降低10.90%、15.73%和25.87%，遼粳763株高分別降低18.61%、23.46%和25.61%。與對照相比，隨著鹽濃度升高，津原85地上部干物質量分別降低21.78%、24.89%和26.22%，金穗26地上部干物質量分別降低8.22%、14.36%和16.88%，隆粳27地上部干物質量分別降低16.67%、19.14%和44.44%，遼粳763地上部干物質量分別降低21.22%、29.05%和42.46%。鹽脅迫增加顯著抑制了隆粳27和遼粳763地上部干物質積累。從水稻幼苗鹽脅迫下生長狀況可初步判斷，津原85和金穗26較耐鹽，隆粳27和遼粳763耐鹽性較差。

2.2 鹽脅迫下水稻幼苗地上部、地下部氮含量變化

鹽脅迫下，4個水稻品種的地上部、地下部氮含量變化存在差異。從圖1可見，隨著鹽濃度的升高，津原85地上部氮含量分別降低了10.67%、17.20%、24.81%，金穗26分別降低了1.90%、17.65%、20.30%。隆粳27分別降低了0.07%、0.59%、6.15%，遼粳763分別降低了13.18%、23.31%、29.19%。隆粳27地上部氮含量降幅較小，表明鹽脅迫下隆粳27仍然維持著較高的氮素轉運和同化能力。但結合地上部干物質量，單株氮積累量津原85、金穗26要高于隆粳27、遼粳763。

從圖1可見，與對照相比，隨著鹽濃度的升高，地下部氮含量津原85和金穗26變化趨勢較平緩，說明鹽脅迫下津原85和金穗26根系狀態較好，而金穗26根系氮含量基本不受鹽濃度影響，金穗26根系適應鹽脅迫能力較強。隨著鹽濃度升高，隆粳27和遼粳763根系氮含量逐漸降低，而在150 mmol/L鹽脅迫下，隆粳27根系的氮含量急速下降。說明高鹽環境對隆粳27、遼粳763根系傷害較大。

圖2 不同處理水稻幼苗地上部鈉和鉀含量

2.3 鹽脅迫下水稻幼苗地上部鈉和鉀含量變化

鹽脅迫下水稻幼苗地上部生長狀況最能反映其耐鹽性。鹽脅迫下，耐鹽性較強的水稻品種地上部鈉含量一般較少，可減少對光合和呼吸等重要系統的傷害。由圖2可以看出，與對照相比，加鹽處理后各品種地上部鈉含量均顯著增加，增加幅度表現為遼粳763＞隆粳27＞金穗26＞津原85。地上部鉀含量變化趨勢與鈉含量變化趨勢呈負相關關系。說明津原85離子選擇吸收性較強，能較好的適應鹽脅迫，而遼粳763離子選擇吸收性較差，易受鹽脅迫影響。

圖3 不同品種鹽脅迫下主要抗逆生理指標

2.4 鹽脅迫下主要生理指標差異

在鹽脅迫下，4個水稻品種的MDA含量、可溶性糖含量和CAT活性均存在顯著差異，其中MDA含量和可溶性糖含量逐漸增加，CAT活性因品種不同表現為不同趨勢（圖3）。從圖3可見，MDA含量在各個處理下均表現為隆粳27和遼粳763大于津原85和金穗26。津原85在輕度和中度鹽脅迫下MDA含量維持在較低水平，脅迫程度進一步增強，MDA含量上升幅度較大。金穗26 MDA含量增加趨勢比較平緩，在輕度鹽脅迫下隆粳27 MDA含量較低，中度或重度鹽脅迫下MDA含量增幅較大。在輕度和中度鹽脅迫下遼粳763 MDA含量增加幅度較緩慢，重度鹽脅迫下MDA含量迅速增加。MDA含量多少直接反映水稻脂質過氧化的程度，表明了細胞受損程度。

鹽脅迫下，可溶性糖主要起滲透調節作用，對降低細胞滲透勢、保護細胞結構穩定性有重要作用。可溶性糖含量也從側面反映植物受損情況，一般可溶性糖含量越高，受鹽脅迫危害越嚴重，機體就會產生更多的可溶性糖，來緩解鹽脅迫傷害。由圖3可以看出，津原85在各個鹽濃度下可溶性糖增加較少，隆粳27增加幅度最快。各個處理下，津原85和金穗26的CAT酶活性表現為先降低后升高的趨勢，而隆粳27和遼粳763表現為先升高后降低的趨勢。

3 討論與結論

水稻生長過程中，鹽脅迫是影響水稻產量和品質的非生物逆境之一。水稻對鹽較敏感，但對鹽脅迫也存在著逆境響應機制，且主要受水稻自身品種的調控。所以，選育耐鹽品種是治理鹽堿地的重要策略。

水稻幼苗的耐鹽性主要體現在幼苗生長狀況上，如植株鈉、鉀含量，耐鹽生理調節物質含量。幼苗地上部是重要的代謝和合成器官，鹽脅迫下，地上部生長狀況越好，說明水稻耐鹽性越強，表現為地上部干物質積累量和株高受鹽脅迫影響較小。對于幼苗來說，減少鈉的吸收，增加鉀和氮等養分的吸收和積累，也是提高耐鹽性的重要策略。耐鹽性較強的水稻，往往具有較強的離子選擇吸收性[12]。當外界鹽濃度過高的時候，植物體內的生理活動自然受到影響，鹽脅迫會影響水稻體內正常的代謝活動，植物體內的抗逆物質和滲透調節物質都會發生改變。因品種差異，有的品種為了適應周圍鹽環境，會犧牲部分物質和能量，供植物體抗逆境所用；有的植物會加強滲透調節物質的合成，增加細胞保水性，合成滲透調節物質要耗費大量能量，往往不利于植物抗擊鹽脅迫。綜合試驗結果，本研究的4個水稻品種耐鹽性大小依次為金穗26＞津原85＞隆粳27＞遼粳763，津原85和金穗26為耐鹽性品種，隆粳27和遼粳763為鹽敏感品種。4個水稻品種的耐鹽性與其分子遺傳的關系還有待進一步研究。