鹽脅迫對不同品種水稻幼苗生理生化特性的影響

周毅　崔豐磊　楊萍　張帆濤　羅向東　謝建坤

摘要：以923選、綿恢838、稻花香、輻恢838、空育131以及哈04-29等6個水稻品種幼苗為材料，采用200 mmol/L NaCl對其進(jìn)行鹽脅迫處理，并測定處理后水稻幼苗的含水量、葉綠素含量、電導(dǎo)率、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性，研究鹽脅迫對不同水稻品種幼苗生理生化特性的影響。此外，運用隸屬函數(shù)法對各項指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，各品種的耐鹽性從強到弱依次為輻恢838>923選>空育131>綿恢838>稻花香>哈04-29。

關(guān)鍵詞：水稻；幼苗；鹽脅迫；生理生化特性；隸屬函數(shù)法；耐鹽性

中圖分類號：S511.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0090—03

生長在自然環(huán)境中的植物經(jīng)常會受到各種不良環(huán)境（如高鹽、干旱、低溫以及高溫等）的影響，其中高鹽環(huán)境是影響植物生長和發(fā)育的主要環(huán)境因子之一。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織和糧農(nóng)組織2008年不完全統(tǒng)計，僅我國就有鹽堿地9 913萬hm²。高鹽脅迫對植物危害表現(xiàn)在多個方面：首先，在外觀整體水平上表現(xiàn)為植物生長受抑制，生物量減少，甚至植株枯萎死亡；其次，在生理水平上通常表現(xiàn)為累積過多活性氧，造成植物組織及細(xì)胞氧化損傷；最后，植物多種生理功能也會受到干擾，例如光合作用下降、蛋白質(zhì)合成障礙、多種物質(zhì)代謝途徑受阻等。

水稻是中度耐鹽的作物，曾被作為鹽堿地開發(fā)利用的先鋒植物；但水稻在鹽堿地種植一般都會減產(chǎn)，嚴(yán)重時甚至不能完成生活史。除了通過泡田洗鹽、暗管排水等合理的水土管理和化學(xué)、生物改良可以減輕對水稻的鹽害之外，挖掘抗鹽水稻種質(zhì)資源，研究水稻在鹽脅迫下的生理生化特性變化的機理，選育具有廣泛適應(yīng)性的水稻耐鹽品種是解決鹽漬化土地水稻生產(chǎn)的根本途徑。祁祖白等研究發(fā)現(xiàn)，水稻在幼苗階段的耐鹽性在某種程度上可代表整個植株全生育期的耐鹽性水平。因此，本研究通過測定NaCl脅迫下923選、綿恢838、稻花香、輻恢838、空育131以及哈04-29等6個水稻品種幼苗生理生化特性的變化來探明鹽處理對水稻苗期生長的影響，且通過隸屬函數(shù)法對供試水稻材料的耐鹽性進(jìn)行綜合評價，從而為耐鹽種質(zhì)資源篩選及育種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試材料為923選、綿恢838、稻花香、輻恢838、空育131以及哈04-29等6個水稻品種，種子由江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2試驗方法

1.2.1水稻幼苗的培養(yǎng) 供試材料種子用0.1%HgCl₂表面消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈，再用蒸餾水浸種2 d。發(fā)芽7 d后，選取大小一致的幼苗移栽到盛有蛭石的塑料盆中，以IRRI營養(yǎng)液培養(yǎng)，每隔3 d換1次營養(yǎng)液。

1.2.2鹽脅迫處理在水稻幼苗移栽約14 d（3葉1心期）后以200 mmol/L NaCl脅迫處理5 d。試驗采用3次重復(fù)，每個品種每個重復(fù)種植10株。對照組則是營養(yǎng)液中不加入NaCl，其他培養(yǎng)條件都相同。

1.2.3含水量的測定 將幼苗去胚乳后，用電子天平稱量其鮮質(zhì)量，再將幼苗在120℃的烘箱中烘30 min，然后置于80℃烘箱中，直至幼苗質(zhì)量恒定記為干質(zhì)量。利用鮮干質(zhì)量差計算含水量。

1.2.4各項生理生化指標(biāo)的測定 葉綠素含量的測定采用浸提法；電導(dǎo)率的測定按照汪月霞等的方法進(jìn)行；可溶性蛋白質(zhì)含量的測定參照李大紅的方法進(jìn)行；脯氨酸含量的測定采用磺基水楊酸法進(jìn)行；MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸顯色法進(jìn)行；SOD活性的測定采用碧云天公司的總SOD活性檢測試劑盒（產(chǎn)品編號S0109）進(jìn)行。

1.2.5不同水稻品種耐鹽性評價 參照張國新等的隸屬函數(shù)法對7個不同水稻品種的耐鹽性進(jìn)行鑒定。

1.2.6數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖由Microsoft Excel完成。

2結(jié)果與分析

2.1NaCl處理對水稻不同品種幼苗含水量的影響

植物組織相對含水量體現(xiàn)了植株的抗逆性以及受損害程度，與植物的耐鹽性關(guān)系密切。從圖1可以看出，200 mmol/LNaCl處理后，各個品種水稻幼苗相對含水量呈降低趨勢。其中，下降幅度最大的是綿恢838，下降率為30.1%；而輻恢838下降幅度最小，下降率為8.8%。

2.2 NaCl處理對水稻不同品種幼苗葉綠素含量的影響

鹽脅迫處理的水稻幼苗葉片的葉綠素含量明顯比對照少，對不同水稻品種的影響程度也有很大區(qū)別，葉綠素含量下降率最高的是哈04-29，達(dá)到70.5%；而下降率最小的是空育131，下降率為21.6%（圖2）。

2.3 NaCl處理對水稻不同品種幼苗細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響

植株細(xì)胞質(zhì)膜透性是衡量植物耐逆性的一個重要指標(biāo)。圖3顯示，鹽脅迫處理后，各個品種水稻幼苗相對電導(dǎo)率均呈增加趨勢，其中提高最明顯的是哈04-29，增加率為290.0%；而綿恢838最小，增加率為62.9%。

2.4 NaCl處理對水稻不同品種幼苗可溶性蛋白含量的影響

植物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量增加是植物在逆境的適應(yīng)表現(xiàn)，可作為鑒定植物相對抗性的指標(biāo)。從圖4可看出，鹽脅迫處理后，輻恢838幼苗的可溶性蛋白含量發(fā)生的變化最大，提高200.4%，其他品種可溶性蛋白含量的變化率依次為923選（20.4%）>空育131（19.2%）>綿恢838（12.9%）>稻花香（4.7%）>哈04-29（2.9%）。

2.5 NaCl處理對水稻不同品種幼苗脯氨酸含量的影響

植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映植株的抗逆性。由圖5可以看出，在鹽脅迫下，各個品種水稻幼苗脯氨酸含量均明顯高于對照組，其中輻恢838的脯氨酸含量提高幅度最大，為3006.2%；而空育131的提高幅度最小，為427.7%。

2.6 NaCl處理對水稻不同品種幼苗MDA含量的影響

MDA作為常用的膜脂過氧化指標(biāo)，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。從圖6可以看出，鹽脅迫下的水稻幼苗葉片的MDA含量均呈明顯上升趨勢。其中，空育131的MDA含量與對照組相比增加的幅度最大，為651.1%；而923選增加的幅度最小，為193.2%。

2.7 NaCl處理對水稻不同品種幼苗SOD活性的影響

SOD是重要的活性氧清除酶，當(dāng)外來脅迫導(dǎo)致大量活性氧產(chǎn)生時，它能及時有效清除自由基，保護(hù)細(xì)胞免受活性氧脅迫的傷害。從圖7可以看出，鹽脅迫下的水稻幼苗的SOD活性與對照組相比不同程度增強了。其中，綿恢838的SOD活性增強幅度最大，為910.7%；而稻花香的增強幅度最小，為6.8%。

2.8水稻不同品種幼苗耐鹽性綜合評價

利用隸屬函數(shù)計算方程對7個生理生化指標(biāo)的變化率（表1）進(jìn)行數(shù)量轉(zhuǎn)換，量化結(jié)果見表2。水稻耐鹽性是一個多因素作用的結(jié)果，因此單一指標(biāo)很難真正反映品種的耐鹽性，而各種生理生化指標(biāo)的綜合評價更能揭示品種真實耐鹽力。從表2可以看出，各指標(biāo)平均值最大的為輻恢838，為0.840 5；其次為923選，為0.545 7；哈04029最小，僅為0.1010；其他品種在0.3777～0.4862之間。水稻品種耐鹽性從強到弱依次為輻恢838>923選>空育131>綿恢838>稻花香>哈04—29。說明輻恢838耐鹽性相對最強，哈04-29耐鹽性相對最弱。

3結(jié)論與討論

相對含水量是反映植物體水分狀況的重要指標(biāo)。本試驗結(jié)果表明，在200 mmol/L NaCl脅迫下，6個水稻品種幼苗的含水量均有不同程度的下降，說明鹽脅迫導(dǎo)致水稻幼苗生理性缺水。在鹽脅迫下，植物細(xì)胞發(fā)生水分虧缺，造成滲透脅迫，植物為了避免傷害，產(chǎn)生一種適應(yīng)機制，即植物細(xì)胞主動積累一些可溶性溶質(zhì)來降低胞內(nèi)滲透勢，以保證水分的正常供應(yīng)。脯氨酸在植物體內(nèi)分布最廣泛，具有很強的水合能力，可防止?jié)B透脅迫條件下細(xì)胞脫水變性，在植物抵御鹽脅迫中起重要作用。當(dāng)植物受到鹽脅迫時，體內(nèi)脯氨酸含量會顯著增加，從而幫助植物抵御鹽害。本試驗結(jié)果表明，在鹽脅迫處理下，6個水稻品種幼苗的脯氨酸含量均增加了，這與前人的研究結(jié)果一致。

葉綠素是重要的光合作用物質(zhì)，其含量在一定程度上反映植物光合作用的強度，并影響植物的正常生長。本試驗結(jié)果表明，在鹽脅迫處理下，6個水稻品種幼苗的葉綠素含量均下降了，說明在鹽逆境下，植物葉片細(xì)胞內(nèi)離子含量增高，使得葉綠素和葉綠體蛋白問的結(jié)合變得松弛，從而促進(jìn)葉綠素被分解。

有研究發(fā)現(xiàn)，可溶性蛋白含量與植物的抗逆性之間存在正相關(guān)關(guān)系，植物抗逆性的提高可能涉及特異可溶性蛋白質(zhì)的形成。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫處理后，只有部分水稻品種（如輻恢838）幼苗的可溶性蛋白含量提高了，但其具體機理還有待進(jìn)一步研究。

質(zhì)膜透性可以反映植物葉片細(xì)胞膜的完整性及其受到傷害的程度，在正常的生長條件下，植物的質(zhì)膜透性均較小。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫導(dǎo)致6個水稻品種幼苗的膜透性均呈增加的趨勢，說明鹽脅迫造成水稻葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)損害，影響水稻幼苗的生長發(fā)育。細(xì)胞內(nèi)或多或少都有氧自由基存在，它很容易使膜脂發(fā)生過氧化作用或膜脂脫脂作用（形成MDA），從而破壞膜結(jié)構(gòu)。因此，MDA積累量可作為植物遭受破壞程度的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫導(dǎo)致6個水稻品種幼苗的MDA含量均呈增加趨勢，這說明在鹽脅迫條件下，水稻葉片膜結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞。SOD是細(xì)胞內(nèi)一種重要的清除氧自由基的酶，許多植物抗逆研究已表明SOD活性與植物抗逆性有極為密切的關(guān)系。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，除稻花香外，其余5個品種的水稻幼苗的SOD活性都增強了，在鹽脅迫下，水稻SOD活性增強，將逆境條件下產(chǎn)生的自由基通過歧化作用生成分子氧和過氧化氫，從而防御活性氧或其他過氧化物自由基對細(xì)胞質(zhì)膜的傷害，這是植物對逆境傷害的一種應(yīng)答機制。

水稻耐鹽性是一個多因素作用的結(jié)果，機理復(fù)雜，隸屬函數(shù)分析提供了一條在多指標(biāo)測定基礎(chǔ)上對材料特性進(jìn)行綜合評價的途徑，將其應(yīng)用于水稻耐鹽育種的研究，可大大提高水稻耐鹽性篩選的可靠性。本研究利用隸屬函數(shù)法對各項生理生化指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所試驗的6個水稻品種中輻恢838相對比較耐鹽。