不同香稻品種種子萌發和苗期對NaCl脅迫的響應

杜孝敬，張燕紅，呂玉平，袁 杰，李 冬，趙志強，

布哈麗且木·阿不力孜2，王奉斌1

(1.新疆農業科學院糧食作物研究所/農業農村部荒漠綠洲作物生理生態與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091;2. 新疆農業科學院核技術生物技術研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究背景】水稻是全球最重要的糧食作物之一，解決了全世界一半以上人口的口糧問題[1]，目前人口數量日益增多，毋庸置疑會擴大口糧需求，但現有的耕地面積受到全球氣候變暖、水資源短缺、土地荒漠化等[2]自然條件的影響逐年縮減，勢必造成供需矛盾日益突出，直接威脅到國家糧食安全[3]。近年來，國內外大量的科學研究和生產實踐證明，鹽堿地種植水稻不僅能有效利用鹽堿地提高糧食產量，而且對耕地還有生態涵養功能，對鹽堿地的改良和治理具有一定的效果[4]。【擬解決的關鍵問題】為此，篩選耐鹽堿香型育種材料進而保障特種稻市場需求和水稻增產穩產是目前亟需解決的問題[5, 6]。【前人研究進展】新疆屬于干旱半干旱地區，干旱的氣候條件使得新疆成為我國土壤鹽漬化面積很大的地區，目前國內外關于土壤鹽漬化開展了大量研究，研究表明，土壤鹽堿化會導致土壤板結，持水性和透水性變差，土壤肥力下降[7]，并限制土壤中的氮素轉化[8]，進而影響植物水分和養分的吸收[9]，阻礙作物的生長[10]。水稻是一種對鹽堿中度敏感的作物[11]，鹽脅迫常會抑制種子萌發進程，導致發芽不齊，降低發芽勢和發芽率，抑制水稻品種的芽長、根長和根數[12-14]，定會受鹽堿脅迫而降低水稻產量。【本研究切入點】目前有關鹽堿脅迫篩選香型水稻品種的研究多以我國內地的水稻品種居多，對新疆水稻品種雖有這方面的研究但年代較遠且品種更迭[15-17]，香稻品種耐鹽性研究較少且有待提高。【擬解決的關鍵問題】基于此，研究在前人研究的基礎上，探討不同NaCl濃度鹽脅迫對香型水稻品種種子發芽情況和幼苗期的影響，從而評價出香型水稻品種的耐鹽臨界濃度和耐鹽性，以此來篩選適應新疆鹽分環境能力強的香型耐鹽品種。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用20個水稻品種(系)均由新疆農科院水稻團隊選育和引進的穩定高代品種。表1

表1 供試材料名稱Table 1 The number and name of tested materials

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用隨機區組試驗設計，設不同品種和NaCl鹽濃度2個處理因素，分別鑒定發芽期和苗期的耐鹽性。

1.2.1.1 鹽脅迫發芽試驗

設置5個不同濃度的NaCl溶液梯度，濃度分別為0 g/L(CK)、3 g/L(T1)、6 g/L(T2)、9 g/L(T3)、12 g/L(T4)。將20個水稻品種的種子置于50℃恒溫箱中進行48 h恒溫處理，每個品種挑選飽滿種子均勻置于墊濾紙的直徑9 cm培養皿中，每個培養皿放置50 粒種子，每個處理重復3 次。分別加入不同濃度的NaCl溶液15 mL，以蒸餾水為對照，放入28℃人工氣候箱中發芽，及時補充蒸發的水分，使培養皿內鹽分濃度保持恒定。

1.2.1.2 鹽脅迫苗期試驗

對每個品種挑揀健康飽滿、均一的水稻種子用NaClO溶液(2.5%濃度)消毒20 min，用純水反復沖洗3次后，浸種、催芽。挑選滿足試驗需求用量的催芽種子，轉移至96孔PCR板(剪刀裁切底部)的孔內，放置水培盆加蒸餾水并蓋保鮮膜培養7 d，用0.5×Yoshida 營養液待水稻苗長至1葉1心，在用1×Yoshida 營養液(每7 d需更換)培養至4 葉期時進行鹽脅迫處理，共設置NaCl單鹽濃度0 g/L(CK)、3 g/L(T1)、6 g/L(T2)、9 g/L(T3)、12 g/L(T4)的5個梯度水平，每個處理重復3 次。鹽脅迫7 d后調查鹽害等級、綠色鮮活葉片數。

1.2.2 測定指標

鹽脅迫發芽試驗于第3 d調查發芽勢，第7 d調查種子發芽率，第10 d調查芽長、根長、根數。

相對鹽害率(%)=

葉片成活率(%)=

以12 g/L的NaCl單鹽脅迫處理的種子發芽率為標準，分1～9級評價。表2

表2 萌發期耐鹽級別評價Table 2 Salt resisting level

鹽脅迫幼苗試驗中，將鹽害等級劃分為1級、3級、5級、7級和9級。表3

計算每個材料的鹽害指數，以多次重復試驗的鹽害指數平均值作為統計單位。

鹽害指數(%)=

以鹽害指數作為耐鹽性評價指標，分為1～9級評價。表4

表3 苗期鹽害等級劃分Table 3 of salt damage

表4 以鹽害指數為依據的耐鹽性評價標準Table 4 Evaluation standard of salt tolerance based on salt damage index

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據處理并制圖；SPSS 19.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同NaCl濃度鹽脅迫對水稻種子發芽勢的影響

研究表明，所有供試材料的發芽勢變化趨勢基本一致，均隨著NaCl濃度的增加逐漸減少，且均低于對照(純水，0 g/L)。不同品種水稻發芽勢平均值在NaCl濃度0～6 g/L過程中降低幅度緩慢，在6 g/L時發生突變，其6 g/L平均發芽勢較3 g/L低7.9%，較9 g/L高35.03%，顯著高于9 g/L NaCl濃度。在6 g/L NaCl濃度下，除糧香7號、農源香3號、松粳香22、五優稻4號、新稻50號、新粳香2號6個水稻品種發芽勢均在70%以下，其余14個水稻品種發芽勢均在70%以上。當NaCl濃度為9 g/L時，發芽勢高于60%僅有97-4-3、糧香2-1、新粳香83號，其余水稻品種均低于60%，且平均值為38.47%。當NaCl濃度為12 g/L時，97-4-3品種發芽勢最高為52.67%，糧香8號、新策粳1號、新粳香5號、新粳香83號次之，發芽勢在38.67%～45.33%，其余品種均低于38.67%，甚至有10個品種發芽勢低于10.67%。水稻的發芽勢在NaCl濃度0～6 g/L對其影響較小，在NaCl濃度為9 g/L時大部分香型水稻品種發芽勢均有負影響，而在高鹽濃度下(12 g/L)僅有極少數品種還能保持一定的發芽勢，存在耐鹽潛力。表5

表5 不同鹽濃度香型水稻種子發芽勢比較Table 5 Comparison of germination potential of aroma rice seeds with different salt concentrations

2.2 不同NaCl濃度鹽脅迫對水稻種子發芽率和相對受害率的影響

研究表明，20個香型水稻品種在NaCl濃度0～12 g/L的發芽率與發芽勢的變化趨勢相同，均表現為隨著NaCl濃度的增加逐漸減少，且均低于對照(純水，0 g/L)。純水0 g/L的發芽率最高，其平均值為96.53%，相較于3、6、9和12 g/L處理分別高出2.4%、7.01%、26.13%和49.86%，在NaCl濃度0～6 g/L處理的發芽率平均值高于89.52%，至9 g/L處理時平均值為70.40%，而12 g/L處理時發芽率低至46.67%。各品種相對鹽害率的變化趨勢與發芽勢和發芽率恰恰相反，隨著NaCl處理濃度的增加而增加。表6

在NaCl濃度0～6 g/L處理的相對鹽害率平均值為7.35%以下，處理之間基本未達到差異顯著水平(P>0.05)，水稻在0～6 g/L的NaCl濃度下對種子萌發影響較小。在9 g/L處理時新粳香83號品種保持較高的發芽率為90.67，相對鹽害率最小值為7.48%，品種97-4-3、糧香2-1、新策粳1號、新粳香1號、新粳香8號的發芽率均高于83.33%，其相對鹽害率低于15.54%。在12 g/L處理時，不同處理的香型水稻品種受鹽脅迫影響較大，97-4-3、糧香2-1、新策粳1號、新粳香1號、新粳香83號的發芽率仍然保持80.00%以上，其相對鹽害率均低于18.37%。以上5個香型水稻品種耐鹽性達到“極強”，新粳香8號的耐鹽性達到“強”，糧香8號、糧香6-4、新稻50號、新粳香5號的耐鹽性達到“中等”，僅松粳香22的相對鹽害率高于85.42%，耐鹽性為“極弱”，其他9個香型水稻品種的耐鹽性達到“弱”，高鹽濃度(12 g/L)對水稻種子發芽無益。圖 1

圖1 不同鹽濃度下20個香型水稻種子平均發芽勢和平均發芽率變化Fig.1 Effects of different salt concentrations on average and average germination rate of 20 aroma rice seeds

表6 不同鹽濃度香型水稻種子發芽率比較Table 6 Comparison of germination rate of aroma rice seeds with different salt concentrations

續表6 不同鹽濃度香型水稻種子發芽率比較Table 6 Comparison of germination rate of aroma rice seeds with different salt concentrations

2.3 不同NaCl濃度鹽脅迫對水稻種子芽長、根長、根數的影響

研究表明，各香型水稻品種的種子芽長、根長、根數的變化趨勢基本一致，均隨著NaCl濃度的增加逐漸減少，且基本均低于CK對照處理(純水，0 g/L)。同一水稻品種下，各鹽濃度處理對芽長的影響較小，而對根長、根數影響較大，其中芳香8號、糧香2-1、新粳香1號這3個品種在NaCl濃度12 g/L處理時根長、根數均為0.00，而芽長則在1.14 cm以上。高鹽濃度(12 g/L)會脅迫種子根長和根數的增長，對芽長的生長雖有抑制但相對較小。種子芽長、根長、根數受NaCl濃度T1處理(3 g/L)和T2處理(6 g/L)的抑制作用較小，受T3處理(9 g/L)和T4處理(12 g/L)的抑制作用較大，以T4處理(12 g/L)最為顯著，但仍有部分(糧香8號、新策粳1號、新稻50號、新粳香5號、新粳香83號)高耐鹽品種，芽長和根長均高于其平均值，根數遠高于其平均值且在2.17根以上。表7

芽長以CK處理(純水，0 g/L)最大，為5.52 cm，分別較NaCl濃度T1、T2、T3、T4處理高出21.92%、83.73%、140.53%、271.90%。而根長和根數則以T1處理(3 g/L)最大，分別為4.69 cm和6.54 根，分別較NaCl濃度CK、T2、T3、T4處理高出2.51%、60.55%、178.62%、431.21%和5.66%、223.15%、630.26%、2 581.56%，與CK處理未達到顯著性差異(P>0.05)，與T2、T3、T4處理差異顯著(P<0.05)，低鹽濃度下(3 g/L)對根系生長具有促進作用，以芳香8號、糧香7號、糧香8號、農源香3號、五優稻4號、新粳香5號、新粳香8號品種較明顯。各香型水稻品種的種子芽長、根長、根數均在NaCl濃度T2處理(6 g/L)時開始起到抑制作用，T2處理下芽長的平均值較CK和T1處理低84.00%和50.67%，根長的平均值較CK和T1處理低206.21%和223.45%，根數的平均值較CK和T1處理低56.76%和60.69%。在該濃度下香稻品種芳香8號、糧香8號、農源香3號、五優稻4號、新粳香2號、新粳香5號、新粳伊20號的芽長、根長、根數較優，其芽長均在2.67 cm以上，根長均在2.08 cm以上，根數均在3.23根。表7，圖2

圖2 不同鹽濃度下20個香型水稻平均芽長、平均根長、平均根數變化Fig. 2 Effects of Different Salt Concentrations on Average Shoot Length, Average Root Length and Average Root Number of 20 Aroma Type Rice

表7 不同鹽濃度香型水稻種子芽長、根長、根數比較Table 7 Comparison of seed sprout length, root length and root number of aroma rice with different salt concentrations

2.4 不同NaCl濃度鹽脅迫對水稻苗期成活率、葉片成活率的影響

研究表明，各水稻品種的幼苗成活率均隨著NaCl濃度的增加逐漸從100%遞減至0.00%，NaCl濃度對水稻幼苗的生長發育有抑制作用，在高鹽濃度(12 g/L)處理下會使水稻幼苗受鹽害死亡且與水稻品種類型無關。不同水稻品種在NaCl濃度T1(3 g/L)處理的幼苗成活率均在85.24%以上，其平均值為94.84%，較CK處理的平均值低5.16%，與CK處理未達到顯著性差異(P>0.05)，但與T3、T4處理差異顯著(P<0.05)。同一鹽濃度T3(9 g/L)處理下對不同水稻品種的幼苗成活率影響較大，其中糧香7號、五優稻4號、新粳香2號、新粳香53號、新粳香8號這5個品種幼苗成活率均為0.00%，累加該NaCl濃度下不同品種并計算其平均值可得13.46%，高于其平均值僅有10個品種，其中幼苗成活率大于20.00%的品種有97-4-3、芳香8號、糧香6-4、糧香8號、新稻50號，且成活率最高(耐鹽)糧香6-4水稻品種為41.67%。

水稻幼苗在NaCl濃度鹽脅迫條件下生長至5 葉期時，因5葉期時不同水稻品種在NaCl濃度T3處理、T4處理的幼苗受鹽害影響大導致幼苗干枯死亡，其葉片成活率為0.00%。在不同水稻品種在T2(6 g/L)處理下葉片成活率僅在8.57%～37.14%，其中新粳香2號的幼苗成活率和葉片成活率分別為20.42%和8.57%，均為所有品種最低值，但仍有7個品種(糧香2-1、糧香6-4、新策粳1號、新稻50號、新粳香5號、新粳香83號、新粳伊20號)的幼苗成活率仍然保持63.90%以上，其葉片成活率高于25.71%。圖3，表8

圖3 不同鹽濃度下20個香型水稻平均幼苗成活率變化Fig.3 Effects of different salt concentrations on average seedling survival rate of 20 aroma type rice

表8 不同鹽濃度香型水稻幼苗成活率、葉片成活率的比較Table 8 Comparison of seedling survival rate and leaf survival rate of aroma rice with different salt concentrations

2.5 不同NaCl濃度鹽脅迫對水稻幼苗鹽害指數、耐鹽級別的影響

研究表明，隨著NaCl濃度的增加，各水稻品種幼苗鹽害指數逐漸從0.00%遞增至100%，而耐鹽級別逐漸從1級遞增至9級。其中T4處理為高鹽濃度(12 g/L)，導致幼苗干枯死亡，鹽害指數為100%，對應其耐鹽級別9級。

累加同一NaCl濃度下不同品種并計算幼苗鹽害指數平均值可得，除CK處理和T4處理外，幼苗鹽害指數以T3處理(9 g/L)最大，為79.75%，分別較T1和T2處理高60.23%和26.97%，此NaCl濃度下糧香7號、五優稻4號、新粳香2號、新粳香53號、新粳香8號這5個品種幼苗鹽害指數均為100%，幼苗鹽害癥狀表現為植株死亡或接近死亡，耐鹽性達到“極弱”水平。T1處理下各水稻品種基本上生長正常，少有部分品種葉片卷曲但總體受害癥狀不明顯，各品種之間差異不顯著(P>0.05)，與T2處理差異顯著。在T2處理下，香稻品種糧香8號、五優稻4號、新粳香2號的幼苗鹽害指數分別較平均值高9.87%、8.89%、16.29%，其耐鹽級別也達到了7級，其他品種耐鹽級別均為5級，NaCl濃度T3條件下不同品種的鹽害指數最低值為糧香6-4品種的59.59%，對應其唯一的耐鹽級別5級，基本屬于中等耐鹽性，除糧香7號、五優稻4號、新粳香2號、新粳香53號、新粳香8號達到耐鹽性“極弱”水平外，其他品種耐鹽性表現為“弱”水平，相較于耐鹽性“弱”水平以97-4-3、芳香8號、新稻50號較優。表9

表9 不同鹽濃度香型水稻幼苗鹽害指數、耐鹽級別的比較Table 9 Comparison of salt damage index and salt tolerance level of aroma rice seedlings with different salt concentrations

3 討 論

種子萌發和幼苗形態建成是植物生長的關鍵時期，發芽率和發芽勢常用作種子的發芽指標，同時反映了種子發芽的整齊度[18]，影響水稻種子萌發的外部環境條件中鹽堿脅迫是最嚴重的限制因素之一[19]。在研究發現，不同品種的水稻種子的發芽勢和發芽率均隨著NaCl濃度的增加呈下降的趨勢，其中在高鹽濃度下(12 g/L)對發芽具有極強的抑制作用，在低鹽濃度下(3 g/L～6 g/L)脅迫下對發芽的負影響抑制作用較小，與王奉斌[15]、王志欣[20]、曾泳怡等[21]研究結果相同。研究初步還得出，高鹽濃度下(12 g/L)仍然能保持較高發芽勢品種有5個(97-4-3、糧香8號、新策粳1號、新粳香5號、新粳香83號)，較高發芽率有6個(97-4-3、糧香2-1、新策粳1號、新粳香1號、新粳香83號、新粳香8號)。

水稻幼苗期遭遇到鹽堿脅迫會對整個生長過程造成不利影響，濃度過高會使水稻種子不能成苗[22, 23]，低濃度會抑制種子的萌發[24]。潘曉飚[25]和魏征等[13]研究認為，鹽脅迫對水稻芽長、根長、根數的影響不一致，對水稻根系的抑制效果相較芽更為明顯，在高濃度脅迫時，根長不能達到發芽的標準，與研究結果相同。在研究中，高鹽濃度(12 g/L)脅迫種子根長和根數的增長，芳香8號、糧香2-1、新粳香1號這3個品種受抑制最為明顯，其根長、根數均為0.00，芽長在1.14 cm以上。研究還得出，并不是所有品種的根長、根數均隨著NaCl濃度的增加(0 g/L至12g/L)而降低，在低鹽濃度脅迫(3 g/L)中，部分水稻品種(芳香8號、糧香7號、糧香8號、農源香3號、五優稻4號、新粳香5號、新粳香8號)的根系生長長勢更好，這與陳劍[26]等的研究結果類似。在今后的研究中，應加強鹽脅迫抑制根系生長方面的研究，探究抑制根系發育的機理，找到抵抗脅迫的有效方法。

水稻耐鹽性比較復雜，可以通過表型指標來評價水稻的耐鹽性[27]。試驗研究表明，NaCl濃度對水稻幼苗的生長發育有抑制作用，各水稻品種的幼苗成活率與NaCl濃度呈反比關系，從100%遞減至0.00%，葉片成活率在低濃度(3 g/L)與CK(0 g/L)對照無異，高濃度(9 g/L、12 g/L)處理的幼苗受鹽害均干枯。以 9 g/LNaCl濃度處理的鹽害指數進行耐鹽級別評價，糧香6-4基本屬于“中等”耐鹽性，糧香7號、五優稻4號、新粳香2號、新粳香53號、新粳香8號這5個品種的耐鹽性為“極弱”，其余14個水稻品種的耐鹽性為“弱”，且以97-4-3、芳香8號、新稻50號品種耐鹽性較優。

4 結 論

香型水稻品種97-4-3、糧香2-1、新策粳1號、新粳香1號、新粳香83號的耐鹽性為“極強”，新粳香8號的耐鹽性為“強”，糧香8號、糧香6-4、新稻50號、新粳香5號的耐鹽性為“中等”，其他品種為弱耐鹽性。苗期(NaCl濃度9 g/L處理為鑒定標準)，鑒定香型水稻品種糧香6-4的耐鹽性為“中等”，其他為弱耐鹽性。糧香6-4香型品種的芽期和苗期的綜合耐鹽性好，97-4-3、糧香2-1、新策粳1號、新粳香1號、新粳香83號和新粳香8號的芽期耐鹽性強，以上香稻品種可作為耐鹽的香稻品種或資源進行利用。