NaCl脅迫對糜子種子萌發的影響

肖 菁,劉 寧,2,許明海,張金波,馬艷明,王 莉,徐麟

(1.新疆農業科學院農作物品種資源研究所,烏魯木齊 830091;2.農業部植物新品種測試(烏魯木齊)分中心,烏魯木齊 830091;3．疏勒縣農業技術推廣中心,新疆疏勒 844200)

0 前 言

【研究意義】糜子(PanicummiliaceumL.)是 C4 植物,能夠在西北地區鹽堿、干旱、高溫等極端條件下生長,糜子籽粒蛋白質含量豐富,富含有多種維生素、礦物質等營養成分[1]。新疆糜子種植面積逐漸增大,但土壤鹽漬化制約了糜子產業的發展[2],新疆鹽堿土的面積為2 181.4×104hm2,占全國鹽堿土面積的22.01%,新疆受不同程度鹽漬化危害的耕地面積達122.88×104hm2[3]。研究糜子耐鹽性對耐鹽性種質資源的篩選有實際意義。【前人研究進展】張洪鵬等[4]利用180 mmol/L NaCl溶液模擬鹽脅迫條件,比較糜子發芽勢、發芽率、芽長、根長、芽鮮重、根鮮重等指標的變化,評價6個不同來源的糜子品種耐鹽性,篩選出了4個耐鹽性較強的品種;袁雨豪等[1]利用1%NaCl溶液脅迫,評價100份糜子資源萌發期及苗期的耐鹽性,發現耐鹽性品種與鹽敏感性品種在形態結構和生理指標上存在較大差異,鹽脅迫過程中,耐鹽性糜子品種葉表面出現鹽囊泡并增多變大,孔張開度變化不明顯,而鹽敏感性品種氣孔關閉,葉片表面蠟質增多粗糙,氣孔保衛細胞受損破裂出現凋亡。劉敏軒等[5]研究發現隨著鹽濃度增加,參試材料的發芽率、復萌率以及苗期的存活率均呈現下降趨勢,但苗高、根長、苗鮮重及根鮮重隨著鹽濃度的增加呈現出先升高后降低的趨勢,且耐鹽材料的游離脯氨酸含量以及根中Na+含量和Na+/K+隨著鹽脅迫濃度的增加而增加,增加幅度要顯著大于耐鹽性較差的材料;李占成等[6]研究發現在NaCl、Na2SO4及MgCl2脅迫下,糜子種子發芽可忍耐的濃度分別為1.2%、1.6%、2.0%。在相同濃度下,各種鹽對糜子種子發芽抑制作用由大到小為NaCl、Na2SO4、MgCl2。 【本研究切入點】王綸等[7]對來源于我國14省(自治區)的6 518份黍稷種質資源,以苗期耐鹽級別作為綜合評價的標準,通過3次耐鹽性鑒定,選出高度耐鹽種質22份,占鑒定種質總數的0.34%,耐鹽種質120份,占1.84%。 需分析比較內蒙古糜子186和新疆黃糜MZ04的耐鹽性。【擬解決的關鍵問題】比較研究內蒙古糜子186和新疆黃糜MZ04在不同的NaCl溶液下萌發狀況,分析參試材料的耐鹽半抑制濃度及引進品種與新疆品種耐鹽性,為新疆糜子種質耐鹽性提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料為新疆黃糜MZ04和內蒙古糜子186,由新疆農業科學院農作物品種資源研究所提供。表1

表1 參試材料來源及特性

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

參照王治江[8]方法。取直徑為11 cm玻璃培養皿,進行酒精消毒后,于80℃烘箱中8 h后取出,待其恢復室溫后,鋪放2層滅菌濾紙備用,挑選大小一致,飽滿程度一致的糜子種子,用75%酒精消毒3 min,消毒完成后,用蒸餾水清洗5次,用濾紙吸干外部水分。將NaCl分別配制(0、50、100、150、200和250 mmol/L)6種濃度梯度,將種子分別置于不同濃度NaCl溶液中4 h,從中隨機選取50粒種子,排列于培養皿中,在向培養皿中加入相應濃度的NaCl溶液10 mL,至濾紙水分飽和,每處理3次重復,并稱重記錄培養皿及種子的總重量,置于人工氣候室中發芽,白、夜溫度分別為16、17℃,時間分別為14、11 h,光強6 000 lx,試驗過程中,每天按照稱重補水法補充水分,保證培養皿中鹽濃度不變,并統計發芽率(發芽標準,胚根突破種皮,達到種子長度為發芽標準),第7 d測量測其胚芽、胚根長度及鮮重。

1.2.2 測定指標

(1)發芽勢=(3 d種子萌發數/種子總數)×100%;

(2)發芽率=(7 d種子萌發數/種子總數)×100%;

(3)發芽指數=∑(Gt/Dt)(Gt:第t d的發芽率;Dt:天數);

(4)活力指數=發芽指數×幼苗鮮重;

(5)胚芽、胚根長度及鮮重的測定:處理第7 d后,每培養皿取10株長勢基本一致的胚苗。用蒸餾水沖洗干凈,用濾紙吸干,測其胚芽、胚根長度及鮮重;

(6)耐鹽半抑制濃度:相應指標降低到對照的一半時,所對應的NaCl溶液濃度。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0 進行數據分析,WPS 2020進行相關數量整理、作圖。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對糜子種子發芽勢的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子發芽勢差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,發芽勢降低,在100、150 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04與內蒙古糜子186發芽勢差異顯著,且新疆黃糜MZ04的發芽勢高于內蒙古糜子186, 150 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04發芽勢為50.67%,而內蒙古糜子186的發芽勢為9.33%;但在200、250 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04發芽勢分別為0.67%、0,內蒙古糜子186的發芽勢分別為2.00%、5.33%。圖1

圖1 不同處理下參試材料發芽勢變化

2.2 NaCl脅迫對糜子種子發芽率的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子發芽率差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,發芽率降低,且在150、200和250 mmol/L處理下差異顯著,內蒙古糜子186在200 mmol/L處理下發芽率降低到11.33%;新疆黃糜MZ04在200 mmol/L處理下發芽率為68.00%,較內蒙古糜子186高56.67%,在250 mmol/L處理下發芽率為31.33%,明顯高于內蒙古糜子186。圖2

圖2 不同處理下參試材料發芽率變化

2.3 NaCl脅迫對糜子種子發芽指數的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子發芽指數差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,發芽指數降低,其中內蒙古糜子186與新疆黃糜MZ04在150、200、250 mmol/L處理下差異顯著,且內蒙古糜子186在200 mmol/L處理下發芽指數降低到0.11;新疆黃糜MZ04在200 mmol/L處理下發芽指數為0.67,較內蒙古糜子186高0.55,在250 mmol/L處理下發芽指數為0.31,較內蒙古糜子186高0.26。圖3

圖3 不同濃度處理下參試材料發芽指數變化

2.4 NaCl脅迫對糜子種子活力指數的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子活力指數差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,活力指數降低,其中內蒙古糜子186在150、200 mmol/L處理下差異顯著,在200 mmol/L處理下發芽指數降低到0.01;新疆黃糜MZ04在200、250 mmol/L處理下差異顯著,在200 mmol/L處理下發芽指數為0.13,較內蒙古糜子186高0.12;在250 mmol/L處理下活力指數降低到最低新疆黃糜MZ04為0.05,內蒙古糜子186活力指數為0。圖4

圖 4 不同濃度處理下參試材料活力指數變化

2.5 NaCl脅迫對糜子胚苗生長的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料胚根、胚莖長度差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,胚根、胚芽莖長度降低。在不同濃度NaCl處理下新疆黃糜MZ04的胚根、胚莖長度均高于內蒙古糜子186;內蒙古糜子186在50 mmol/L處理下胚根、胚莖長度差異顯著,較對照分別降低了32.686、9.67 cm;新疆黃糜MZ04在50 mmol/L處理下胚根、胚莖長度較對照分別降低了15.67 cm、6.04;在NaCl處理過程中新疆黃糜MZ04胚苗生長明顯優于內蒙古糜子186。圖5、6

圖5 不同濃度處理下參試材料培根長度變化

圖6 不同濃度處理下參試材料胚芽長度變化

2.6 糜子種子萌發期各指標與NaCl濃度相關性

研究表明,新疆黃糜MZ04各個指標的耐鹽半抑制濃度均高于內蒙古糜子186;新疆黃糜MZ04的發芽率耐鹽半抑制濃度為107.39 mmol/L,較內蒙古糜子186高出4.18 mmol/L,活力指數耐鹽半抑制濃度為45.81 mmol/L,較內蒙古糜子186高出5.2 mmol/L;新疆黃糜MZ04種子萌發期的耐鹽性高于內蒙古糜子186,且差異顯著。表2

3 討 論

糜子種子萌發期是整個生長發育過程中對鹽脅迫最敏感的時期[8],糜子在鹽堿地中是否能夠存活首先決定于能否發芽,及發芽勢的高低、胚根、胚莖的生長速度,其次決定于生長環境中鹽堿的種類、濃度以及品種的遺傳特性;土壤中鹽堿種類及濃度影響種子萌發的主要原因一是土壤中鹽堿濃度增大,種子萌發過程中很難收到水分,造成種子生理干旱,很難打破休眠,萌發;二是鹽堿種類過多,離子濃度增加,造成離子中毒[9]。研究發現參試品種在NaCl溶液處理過程中,隨著濃度的增加,發芽勢、發芽率等指標均呈降低趨勢;且2個品種之間也存在差異,糜子在鹽脅迫過程中,萌發相關指標主要是由鹽濃度及品種的耐鹽特性決定,與劉敏軒等[5],李占成等[6],在糜子種質資源芽、苗期耐鹽機理研究結果一致,與白菜型油菜[8]、煙草[10]、青稞[11]、玉米[12]、苜蓿[13]、冬小麥[14]、水稻等[15]研究結果相似。

研究發現在NaCl脅迫過程中,參試材料胚根長度大于胚莖長度,耐鹽性強的新疆黃糜MZ04在不同NaCl濃度處理下,胚根長度大于耐鹽性較弱的內蒙古糜子186,在脅迫過程中胚根的生長可以緩解鹽脅迫造成的損傷;研究表明植物根系是最先感知環境變化的器官,在植物幼苗期進行脅迫處理,發現單株平均根數減少、幼苗主根變短、側根數變少、根系鮮重下降、根總面積減小[16,17];在種子萌發過程中,研究發現,低濃度的鹽處理可以促進根系生長[18];研究發現,在隨著NaCl溶液濃度的增加,糜子胚根生長的長度減少,與權有娟等[19]研究發現胚根隨著鹽處理濃度的增加而縮短結果相似。可以通過高鹽濃度對糜子種子萌發進行脅迫,不同糜子品種胚根生長速度、生長長度差異明顯,可以作為判定糜子種質資源耐鹽性的可靠指標;研究發現植株胚在高鹽濃度下生存,會從根莖生長點發出新的根,來適應環境,出現這種植株,是十分難得的耐鹽材料,與品種、鹽濃度、鹽成分沒有任何關系,是個體差異變異[20,21]而新疆糜子種植地是復合鹽堿地,還需進一步對參試材料進行鑒定。

4 結 論

NaCl脅迫過程中,參試材料種子發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數、胚根、胚莖長度差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,各個指標均降低,在200、250 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數明顯高于內蒙古糜子186;且在不同濃度NaCl處理下新疆黃糜MZ04的胚根、胚莖長度均高于內蒙古糜子186;NaCl脅迫過程中,糜子種子萌發期各指標NaCl濃度呈負相關,新疆黃糜MZ04各個指標的耐鹽半抑制濃度均高于內蒙古糜子186;新疆黃糜MZ04的發芽率耐鹽半抑制濃度為107.39 mmol/L,較內蒙古糜子186高出4.18 mmol/L,活力指數耐鹽半抑制濃度為45.81 mmol/L,較內蒙古糜子186高出5.2 mmol/L;新疆黃糜MZ04種子萌發期的耐鹽性高于內蒙古糜子186。