鹽脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的影響及外源物質(zhì)調(diào)控效應(yīng)

王康君　王龍　顧正中　李筠　任立凱　李強(qiáng)　孫中偉

摘要：為明確鹽脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的影響及GA3與H₂O₂對(duì)鹽害的緩解作用，本研究以德抗961（耐鹽品種）及濟(jì)南17（鹽敏感品種）為供試材料，設(shè)置6種鹽分濃度，分別是0、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%，并設(shè)外源H₂O₂、GA3預(yù)處理，測(cè)定種子萌發(fā)期及幼苗生長(zhǎng)期的相關(guān)生理指標(biāo)。結(jié)果表明，鹽脅迫降低了小麥種子中α-淀粉酶活性和胚根中的Ca²⁺含量，增加了胚根中脯氨酸含量，增大了胚根膜透性；降低了小麥幼苗中的可溶性蛋白含量及膜脂過(guò)氧化酶活性，增加了丙二醛（MDA）含量，導(dǎo)致小麥種子萌發(fā)率低，幼苗期根干質(zhì)量、苗干質(zhì)量低，幼苗株高矮。外源H₂O₂、GA₃處理可以增加小麥種子中的α-淀粉酶活性及胚根中的Ca²⁺含量，降低胚根的質(zhì)膜透性，增加鹽脅迫條件下幼苗中膜脂過(guò)氧化酶及可溶性蛋白含量，降低葉片中的丙二醛含量，提高了鹽脅迫條件下種子萌發(fā)率增加了幼苗期根干質(zhì)量、苗干質(zhì)量和株高，緩解了鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響。

關(guān)鍵詞：鹽脅迫；小麥；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)；外源調(diào)控

中圖分類(lèi)號(hào)：S512.103 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002—1302（2016）01—0111—05

鹽脅迫是世界范圍內(nèi)普遍存在的影響作物生長(zhǎng)的逆境因子之一，它可導(dǎo)致植物細(xì)胞活性氧積累，破壞葉片光合作用，干擾蛋白質(zhì)合成，阻礙能量代謝，抑制生長(zhǎng)，是限制種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的重要外部因素之一。中國(guó)現(xiàn)有鹽漬土270萬(wàn)hm²，其中約7萬(wàn)hm²分布于農(nóng)田。雖然我國(guó)已在通過(guò)水利工程等措施實(shí)現(xiàn)鹽漬土改良，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，收到了顯著的效果，但是由于當(dāng)前水資源緊缺，選擇耐鹽作物品種，挖掘品種自身的耐鹽能力，直接利用鹽漬土成為提高鹽堿地區(qū)作物產(chǎn)量的重要途徑。研究表明，利用赤霉素、矮壯素、萘乙酸、維生素C、水楊酸、稀土元素、H₂O₂等處理鹽脅迫下的作物，可以提高作物的抗鹽性。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)鹽堿地區(qū)種植的主要糧食作物之一，對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。探索鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的生理機(jī)制，緩解鹽脅迫對(duì)作物的損傷、提高作物產(chǎn)量成為眾多農(nóng)學(xué)家和生物學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)，也是作物抗逆研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要課題。

本研究以耐鹽性不同的2個(gè)小麥品種濟(jì)南17、德抗961為供試材料，設(shè)置不同濃度的鹽分處理，研究了鹽脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，并設(shè)外源H₂O₂、GA₃浸種處理探討其對(duì)鹽脅迫的緩解作用，以期進(jìn)一步揭示小麥耐鹽機(jī)理，為篩選小麥耐鹽種質(zhì)資源及提高育種效率提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為德抗961（耐鹽品種）和濟(jì)南17（鹽敏感品種）。選取籽粒飽滿(mǎn)、大小一致的小麥種子，經(jīng)2.5%次氯酸鈉消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈。在（26±1）℃黑暗條件下設(shè)置3種浸種處理，分別為：（1）蒸餾水；（2）0.5%H₂O₂；（3）50 mmol/L GA₃，浸種20 h催芽。催芽后，挑選露白一致的種子，置于直徑為18 cm、鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，分別加入濃度為0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%的NaCl溶液，以加蒸餾水為各自對(duì)照，即每種預(yù)處理對(duì)應(yīng)6個(gè)鹽濃度，每個(gè)鹽濃度處理設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)60粒種子。培養(yǎng)條件為：溫度（26±1）℃，黑暗中發(fā)芽。幼苗長(zhǎng)至2葉1心時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1萌發(fā)率的統(tǒng)計(jì) 在發(fā)芽試驗(yàn)第6天應(yīng)用計(jì)數(shù)法分別查出每個(gè)培養(yǎng)皿中小麥萌發(fā)的個(gè)數(shù)（以芽長(zhǎng)超過(guò)種子長(zhǎng)度的1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)），計(jì)算萌發(fā)率。

1.2.2脯氨酸含量測(cè)定 脯氨酸含量測(cè)定參照朱廣廉等的方法進(jìn)行。

1.2.3質(zhì)膜相對(duì)透性 細(xì)胞膜透性參照劉建巍等的方法測(cè)定。

1.2.4 α-淀粉酶活性測(cè)定α-淀粉酶活性采用DNS法測(cè)定。

1.2.5可溶性蛋白質(zhì)含量0.5 g小麥葉片，加入1.5 mL預(yù)冷的內(nèi)含0.1%PVP，0.1 mol/L EDTA，1 mol/L維生素c磷酸（pH值7.8）緩沖液，4℃冰浴研磨，15 000×g離心30 min，取上清液。用考馬斯亮藍(lán)G-250做顯色劑，分光光度計(jì)在波長(zhǎng)595 nm處測(cè)定D值，以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.6膜脂過(guò)氧化酶的測(cè)定 （1）超氧化物歧化酶（SOD）測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法；（2）丙二醛（MDA）用硫代巴比妥酸法測(cè)定；（3）過(guò)氧化氫酶（CAT）/過(guò)氧化物酶（POD）采用活性比色法測(cè)定。

1.3數(shù)據(jù)處理

用SPSS進(jìn)行方差分析，用SigmaPlot 10.0作圖。

2結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)的影響及外源物質(zhì)調(diào)控效應(yīng)

2.1.1鹽脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)率的影響 從圖1可以看出，濟(jì)南17的發(fā)芽率隨著鹽濃度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在鹽濃度為0.15%時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最大，之后顯著下降。德抗961的發(fā)芽率與濟(jì)南17表現(xiàn)趨勢(shì)相同，但隨著鹽濃度的增加，耐鹽品種德抗961的萌發(fā)率較濟(jì)南17下降較緩。經(jīng)外源H₂O₂及GA₃處理后，小麥種子發(fā)芽率均明顯高于未經(jīng)外源處理的小麥種子，其中，H₂O₂處理的種子發(fā)芽率較對(duì)照提高了0.58%～51.78%，GA₃處理的種子發(fā)芽率較對(duì)照提高了0.30%～55.47%，隨著鹽濃度的增加，經(jīng)H₂O₂、GA₃外源物質(zhì)預(yù)處理的種子發(fā)芽率提高越明顯。

2.1.2鹽脅迫對(duì)小麥胚根中脯氨酸的影響 鹽脅迫使小麥胚根中的脯氨酸含量顯著增加，隨著鹽脅迫濃度的增加，小麥胚根中的脯氨酸含量呈逐漸增加的趨勢(shì)，在相同鹽分濃度條件下，耐鹽品種德抗961的變化趨勢(shì)高于濟(jì)南17。在相同鹽分濃度條件下，與對(duì)照比較，外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理顯著降低了2個(gè)品種小麥胚根中的脯氨酸含量（圖2）。

2.1.3鹽脅迫對(duì)小麥胚根中質(zhì)膜透性的影響 鹽脅迫導(dǎo)致小麥胚根的膜透性發(fā)生顯著變化，隨著鹽濃度升高，小麥胚根的膜透性增大，濟(jì)南17胚根的質(zhì)膜透性變化相較耐鹽品種德抗961更為明顯。在相同鹽分濃度條件下，外源物質(zhì)H202、GA3處理顯著降低了2個(gè)品種胚根的質(zhì)膜透性（圖3）。

2.1.4鹽脅迫對(duì)小麥胚根中鈣含量的影響 從圖4可以看出，鹽濃度的增加降低了胚根中的Ca²⁺含量，濟(jì)南17的變化趨勢(shì)相較耐鹽品種德抗961更為明顯。外源物質(zhì)H₂O₂、GA3處理顯著提高了小麥胚根中的Ca²⁺濃度。

2.1.5鹽脅迫對(duì)小麥種子中α-淀粉酶活性的影響 α-淀粉酶是分解種子貯藏淀粉的主要酶，可以將胚乳中的淀粉分解供萌發(fā)。從圖5可以看出，在鹽脅迫條件下，小麥種子中α-淀粉酶活性逐漸下降，濟(jì)南17下降了11.0%～34.2%，德抗961下降了2.0%～33.4%。外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理增加了小麥種子中α-淀粉酶活性，GA3處理更為明顯。

2.2鹽脅迫對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響及外源物質(zhì)調(diào)控效應(yīng)

2.2.1

鹽脅迫對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的影響 從表1可以看出，鹽脅迫下2個(gè)小麥品種的根干質(zhì)量、株高、幼苗干質(zhì)量均顯著下降。與對(duì)照比較，5種鹽濃度條件下，濟(jì)南17的根干質(zhì)量、株高、幼苗干質(zhì)量分別下降了6.48%～37.25%、1.31%～24.30%、11.65%～65.86%，德抗961分別下降了5.65%～15.31%、5.13%～17.09%、4.58%～50.42%，鹽濃度的增加對(duì)耐鹽品種德抗961的影響小于濟(jì)南17。外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理顯著增加了各鹽濃度條件下2個(gè)小麥品種幼苗的根干質(zhì)量、株高、幼苗干質(zhì)量。

2.2.2鹽脅迫對(duì)小麥幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 鹽脅迫降低了小麥幼苗中的可溶性蛋白質(zhì)含量，鹽濃度越高，可溶性蛋白質(zhì)含量越低。在無(wú)外源物質(zhì)處理的條件下，濟(jì)南17幼苗中的可溶性蛋白質(zhì)含量下降了3.74%～64.57%，高于德抗961的下降幅度1.44%～47.27%。相同鹽濃度條件下，經(jīng)外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理后，2個(gè)品種幼苗中可溶性蛋白質(zhì)含量均明顯升高（圖6）。

2.2.3鹽脅迫對(duì)小麥幼苗中MDA含量的影響 隨著鹽濃度的增加，2個(gè)小麥品種幼苗葉片中的MDA含量均逐漸增加，濟(jì)南17在鹽濃度稍有增加的條件下，葉片中的MDA含量就顯著增加，鹽濃度較大時(shí)，葉片中的MDA含量增加幅度較小，而耐鹽品種德抗961則表現(xiàn)為當(dāng)鹽濃度增加較大時(shí)葉片中的MDA含量才表現(xiàn)出明顯的增加。外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理顯著降低了2個(gè)小麥品種葉片中的MDA含量（圖7）。

2.2.4鹽脅迫對(duì)小麥幼苗中膜脂過(guò)氧化酶活性的影響 從圖8可以看出，小麥葉片中SOD、POD和CAT活性均隨著鹽濃度的增加而降低。外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理顯著提高了各鹽濃度條件下小麥幼苗中的膜脂過(guò)氧化酶活性。

3討論

小麥種子萌發(fā)期及幼苗期是對(duì)鹽脅迫最敏感的階段之一，在此階段遭受鹽脅迫將直接影響到小麥種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量，主要表現(xiàn)在種子萌發(fā)率及幼苗的生物量明顯下降。因此，通過(guò)對(duì)鹽脅迫下種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及生理機(jī)制的研究，可為小麥耐鹽種質(zhì)資源篩選提供理論依據(jù)。

3.1鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響及生理機(jī)制

本研究結(jié)果表明，鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致小麥種子中α-淀粉酶活性降低，胚根中脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量的增加，導(dǎo)致小麥胚根的膜透性發(fā)生顯著變化，隨著鹽脅迫濃度的升高，小麥胚根的膜透性增大，胚根中的Ca²⁺含量降低。前人研究指出，鹽脅迫條件下脯氨酸在植物體內(nèi)大量積累是其對(duì)鹽漬逆境的一種適應(yīng)反應(yīng)，脯氨酸可作為細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，緩解滲透脅迫，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，減輕鹽害；在鹽脅迫條件下，由于鹽中所含Na⁺在細(xì)胞中過(guò)度積累，將對(duì)質(zhì)膜起到穩(wěn)定和保護(hù)作用的Ca²⁺置換掉，進(jìn)而破壞了膜的完整性及穩(wěn)定性，使其選擇透性喪失，細(xì)胞物質(zhì)交換平衡破壞，生理生化代謝發(fā)生紊亂。

3.2鹽脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響及生理機(jī)制

從本研究苗期測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)可以看出，鹽脅迫導(dǎo)致小麥幼苗期根干質(zhì)量、株高、幼苗干質(zhì)量顯著下降，可能是在鹽脅迫條件下，小麥幼苗中的可溶性蛋白質(zhì)含量下降、膜脂過(guò)氧化酶含量降低，而MDA含量增加。前人研究表明，植物在受到逆境脅迫時(shí)，體內(nèi)細(xì)胞代謝的動(dòng)態(tài)平衡會(huì)被打破，引起代謝紊亂，植物自身將啟動(dòng)一系列保護(hù)系統(tǒng)，其中大部分可溶性蛋白會(huì)作為酶類(lèi)參與植株代謝過(guò)程，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)和維持滲透壓平衡來(lái)抵御逆境傷害以維持植株的正常生理功能。

3.3外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃對(duì)鹽脅迫下種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

除了篩選耐鹽種質(zhì)資源，利用化學(xué)調(diào)控物質(zhì)提高作物的抗逆性也是近年來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。從本研究結(jié)果可以看出，外源物質(zhì)H₂O₂、GA₃處理可以增加小麥種子中的α-淀粉酶活性及胚根中的Ca²⁺含量，降低胚根的質(zhì)膜透性，增加了鹽脅迫條件下幼苗中膜脂過(guò)氧化酶及可溶性蛋白質(zhì)含量，降低了葉片中的丙二醛含量，進(jìn)而提高了鹽脅迫條件下種子的萌發(fā)率以及幼苗期根干質(zhì)量、株高、苗干質(zhì)量，緩解了鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響。此外，本研究結(jié)果還表明，相對(duì)耐鹽的小麥品種德抗961在鹽濃度逐漸增大的條件下，種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)階段測(cè)定的各指標(biāo)比鹽敏感品種濟(jì)南17的變化趨勢(shì)較緩，這也許是其在種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)受鹽脅迫影響較小的生理原因。

綜上所述，胚根質(zhì)膜透性及幼苗中抗氧化酶類(lèi)等的變化是鹽脅迫影響小麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的重要生理原因，為篩選小麥耐鹽種質(zhì)資源提供了重要的理論依據(jù)。此外，通過(guò)外源化學(xué)調(diào)控可以有效緩解鹽脅迫的危害，因此，加強(qiáng)外源調(diào)控的研究并將其與優(yōu)異種質(zhì)資源的篩選相結(jié)合，應(yīng)用于小麥栽培育種研究工作中，必將大大提高耐鹽小麥的育種效率。