NaCl對喀斯特山區(qū)野生燕麥種子萌發(fā)的影響

蹇黎　秦小軍

摘要：為了解喀斯特山區(qū)野生燕麥種子對鹽脅迫耐性的遺傳機制，利用不同濃度NaCl對喀斯特山區(qū)野生燕麥種子進行萌發(fā)處理。結果表明，在不同溫度和NaCl濃度脅迫下，野生燕麥種子萌發(fā)受到明顯抑制，鹽濃度小于 150 mmol/L 時，20 ℃ 培養(yǎng)的野生燕麥種子萌發(fā)受到鹽脅迫程度小于25 ℃；隨鹽濃度增加，野生燕麥種子萌發(fā)特性（發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)）均有所下降；野生燕麥種子的耐鹽臨界度為50 mmol/L，極限耐鹽度為200 mmol/L。

關鍵詞：NaCl；野生燕麥；發(fā)芽率；發(fā)芽勢；活力指數(shù)；喀斯特山區(qū)

中圖分類號： S512601文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0076-02

收稿日期：2016-04-15

基金項目：貴州省科學技術基金（ 編號：黔科合J字[2012]2012號）；畢節(jié)學院科學研究基金（編號：院科合字G2012011號）。

作者簡介：蹇黎（1978—），女，四川廣元人，博士，副教授，主要從事植物分子育種研究。E-mail：zggyjl@163com。

燕麥（Avena sativa L）是一年生糧飼兼用禾本科作物，具有很高的營養(yǎng)、藥用價值以及作為飼料帶來的經(jīng)濟價值，播種面積及產(chǎn)量僅次于水稻、小麥、大麥、玉米和高粱[1-3]。生長在地表干旱、土層淺薄、自然災害頻發(fā)、石漠化程度高等生態(tài)環(huán)境惡劣的喀斯特山區(qū)的野生燕麥種質(zhì)資源，具有一套自我生長繁殖的遺傳調(diào)控機制體系，蘊藏著多種耐逆境脅迫相關的特異基因資源，是我國珍稀的野生物種資源。通過對喀斯特山區(qū)野生燕麥種質(zhì)資源抗逆相關基因的鑒定和分析，以改善關聯(lián)植物的環(huán)境適應能力，也為燕麥新品種的選擇培育提供抗逆性強的優(yōu)異種質(zhì)資源。更為重要的是，可以構建喀斯特山區(qū)野生燕麥種質(zhì)資源抗逆特異基因的鑒定和優(yōu)異蛋白質(zhì)表達的技術平臺，以此為提高我國麥類相關作物的抗性效果和育種水準奠定堅實基礎。

目前，除了部分學者對野生燕麥與小黑麥、節(jié)節(jié)麥、野生二粒小麥、一粒小麥進行了雜交育種，美國農(nóng)業(yè)部科學家從野生燕麥種質(zhì)資源中提取出抗銹病（crownrust）基因外，對野生燕麥種質(zhì)資源的抗旱、耐鹽、耐堿等多種抗環(huán)境脅迫基因的研究還較少[4-6]。因此，本研究擬利用不同濃度NaCl溶液對喀斯特山區(qū)野生燕麥種子進行處理，對野生燕麥種子鹽脅迫的耐性生理作用機制進行分析，以期為野生燕麥種質(zhì)資源的耐環(huán)境脅迫特異基因的深入研究和利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11材料

試驗材料均采自貴州省16個不同的喀斯特山區(qū)，采集高度為海拔700～1 900 m，每個樣本植株都具備生長態(tài)勢好、抗性強、籽粒大而飽滿等多種優(yōu)良性狀。

12方法

121種子處理

對野生燕麥種子進行次氯酸鈣消毒后，選優(yōu)質(zhì)飽滿種子18份，每份300粒（3次重復）。其中1組為對照（蒸餾水培養(yǎng)）。

122脅迫處理

在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿上放100粒優(yōu)質(zhì)野生燕麥種子，然后按設置的NaCl濃度梯度（0、25、50、75、100、125、150、175、200 mmol/L）分別在20、25 ℃條件下進行培養(yǎng)，第1次加入溶液量是以種子吸脹飽和為準。在培養(yǎng)過程中，每天保持濾紙濕潤。試驗重復3次。

123脅迫指標測定

芽長達02 cm為萌芽標志。

發(fā)芽勢=7 d的發(fā)芽種子總數(shù)/種子播種總粒數(shù)×100%；

發(fā)芽率=14 d的種子發(fā)芽粒數(shù)/種子播種總粒數(shù)×100%；

活力指數(shù)（VI）=GI×S[S為胚根的平均長度；GI= Gt/Dt（Gt為t d種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應種子發(fā)芽的天數(shù)）]；

苗高和根長測定：發(fā)芽試驗結束后，在每個處理的3次重復中隨機抽取30株進行測定；

鹽害指數(shù)=（對照發(fā)芽率-鹽處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率×100%；

耐鹽極限值：種子在最適溫度條件下，發(fā)芽率為0時的NaCl濃度。

124數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析采用Excel和SPSS 190軟件。

2結果與分析

21不同濃度NaCl溶液對野生燕麥種子發(fā)芽勢的影響[HT]

不同濃度NaCl溶液處理對野生燕麥種子發(fā)芽勢影響不相同。從圖1可以看出，低濃度鹽會對種子萌發(fā)產(chǎn)生促進作用，當鹽濃度達到一定程度后發(fā)芽勢會隨著鹽濃度的增加而降低。20 ℃條件下，低于100 mmol/L鹽濃度處理的野生燕麥種子的發(fā)芽勢略高于對照組；當鹽濃度達到100 mmol/L及以上時，其種子的發(fā)芽勢會隨著濃度的增加而下降。即20 ℃時鹽濃度小于100 mmol/L處理種子會對種子萌發(fā)有促進作用，鹽濃度大于等于100 mmol/L處理種子會對萌發(fā)有抑制作用；當濃度為200 mmol/L時，對種子發(fā)芽勢產(chǎn)生完全抑制。25 ℃條件下，除鹽濃度為25 mmol/L時對種子萌發(fā)產(chǎn)生促進作用外，其余濃度均對野生燕麥種子萌發(fā)有抑制作用，當鹽濃度為175、200 mmol/L 時，其發(fā)芽勢為0，產(chǎn)生完全抑制。不同溫度條件下的發(fā)芽勢相比較而言，25 ℃條件下鹽濃度對野生燕麥種子的萌發(fā)產(chǎn)生的抑制作用明顯高于20 ℃下。

22不同濃度NaCl溶液對野生燕麥種子發(fā)芽率的影響

相同溫度不同鹽濃度、不同溫度相同鹽濃度條件下，喀斯特山區(qū)野生燕麥種子的發(fā)芽率均不相同。從圖2可以看出，鹽濃度和種子發(fā)芽率呈負相關關系，即隨著鹽濃度的增加，種子的發(fā)芽率呈下降趨勢。不同溫度條件下，鹽濃度對野生燕麥種子的抑制也不相同，脅迫程度為25 ℃>20 ℃。在 175 mmol/L（25 ℃）、200 mmol/L（20、25 ℃）條件下，種子的發(fā)芽率受到完全抑制。在低鹽脅迫下，發(fā)芽率下降幅相對小于高鹽脅迫，即種子的發(fā)芽率在高鹽脅迫時呈快速減小趨勢。

23不同濃度NaCl溶液對野生燕麥種子活力指數(shù)的影響[HT]

不同溫度相同鹽濃度以及相同溫度不同濃度NaCl溶液條件下野生燕麥種子的活力指數(shù)也不相同。從圖3可以看出，野生燕麥種子在不同溫度和鹽脅迫下其活力指數(shù)均比對照低，隨著鹽濃度的增加種子的活力指數(shù)降低，當鹽濃度達到一定量時，種子萌發(fā)失去活力，指數(shù)為0。相同鹽濃度在不同溫度條件下，對種子萌發(fā)的脅迫程度也不盡相同，當種子萌發(fā)到14 d，鹽濃度達到200 mmol/L（20、25 ℃）、175 mmol/L（25 ℃）時，野生燕麥種子均未萌發(fā)，其活力指數(shù)為0。由此可以看出，野生燕麥種子萌發(fā)的活力耐鹽性與溫度之間也存在密切關系，即種子在20 ℃時耐鹽性略高于25 ℃時。

24鹽害指數(shù)的測定

種子萌發(fā)時受鹽脅迫的程度可以通過種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽時間等指標進行衡定。從圖4可知，隨著鹽濃度的增加，種子萌發(fā)時受到的鹽害指數(shù)也會上升，當鹽濃度為 200 mmol/L（20、25 ℃）、175 mmol/L（25 ℃）時，種子的鹽害指數(shù)達到100%。在20 ℃條件下，當鹽濃度達到 100 mmol/L 時，其脅迫指數(shù)超過50%；而在25 ℃條件下，除鹽濃度 25 mmol/L 外， 其余處理鹽濃度下的鹽害指數(shù)均達到70%以

上。由此可知，野生燕麥種子萌發(fā)的極限耐鹽度為 200 mmol/L、耐鹽臨界度為50 mmol/L。

25不同濃度NaCl溶液對野生燕麥苗高和根長的影響[HT]

種子萌發(fā)14 d時測定幼苗的生長情況（圖5）可知，野生燕麥的生長均不同程度受到鹽害的影響。與對照相比，20 ℃、鹽濃度為25 mmol/L時，苗高只有對照的一半；20 ℃條件下，除鹽濃度75、100 mmol/L之[JP3]間苗高等高（77 mm）外，其余鹽濃度下培養(yǎng)的野生燕麥種子的高度之間存在明顯的差異。

3結論與討論

種子的萌發(fā)是指相對靜止的種胚開始進行一系列生理生化和形態(tài)生長活動。在這期間，種子的萌發(fā)不但會受到外界環(huán)境的影響，也會受到自身內(nèi)在因素的影響。而鹽堿脅迫是影響植物生長發(fā)育、降低植物活性及產(chǎn)量品質(zhì)的主要逆境因素之一。大量的研究表明，鹽脅迫會破壞種子細胞的結構和功能，致使其代謝紊亂，大大降低種子萌發(fā)的活力甚至喪失萌發(fā)的能力。有關鹽脅迫的影響在高粱、小麥、火龍果等上已做了相關研究， 表明不同植物間的耐鹽脅迫程度也不盡相

同，包括一些鹽生植物的種子耐鹽度也不例外[7-9]。在不同鹽濃度脅迫中，可以根據(jù)種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)來鑒定該種子的耐鹽程度。

本研究中，不同溫度和鹽濃度條件下，種子的萌發(fā)受到影響的程度也不相同，且鹽濃度和種子萌發(fā)之間存在負相關性，即隨著鹽濃度的增加，鹽脅迫程度加大，抑制作用也越顯著，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)都在不斷地下降，當鹽濃度上升到一定量時，種子的萌發(fā)特性不能得到表達并受到完全抑制。相對而言，當鹽濃度小于150 mmol/L時，20 ℃培養(yǎng)的野生燕麥種子萌發(fā)受到鹽脅迫程度略小于 25 ℃。因此，也可以證實生長繁殖在鹽堿含量高的喀斯特山區(qū)的野生燕麥自身具有一套適應逆境的遺傳調(diào)控機制。

參考文獻：

[ZK（#]Fennimore S A，Nyquist W E，Shaner G E，et al A genetic model and molecular markers for wild oat （Avena fatua L） seed dormancy[J] Theoretical and Applied Genetics，1999，99（3/4）：711-718

Peterson D M Oat antioxidants[J] Journal of Cereal Science，2001，33（2）：115-129

[3]Bryngelsson S，Ishihara A，Dimberg L H Levels of avenanthramides and activity of hydroxycinnamoyl-CoA：hydroxyanthranilate N-hydroxycinnamoyl transferase （HHT） in steeped or germinated oat samples[J] Cereal Chemistry，2003，80（3）：356-360

[4]Page E R，Gallagher R S，Kemanian A R，et al Modeling site-specific wild oat （Avena fatua） emergence across a variable landscape[J] Weed Science，2006，54（5）：838-846

[5]Mohamadzadeh Z，Zand E，Nejadsattari T，et al Genetic diversity of wild oats Avena fatua and A sterilis ssp ludoviciana accessions of Iran[J] Journal of Food，Agriculture & Environment，2012，10（1）：307-312

[6]Wise M L，Doehlert D C，McMullen M S Association of ave-nanthramide concentration in oat（Avena sativa L）grain with crown rust incidence and genetic resistance[J] Cereal Chemistry，2008，85（5）：639-64l

[7]李微鹽脅迫對水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[D] 北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2011

[8]何磊，陸兆華，管博，等 鹽堿脅迫對兩種高粱種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J] 西北植物學報，2012，32（2）：362-369

[9]藺吉祥，李曉宇，唐佳紅，等 鹽堿脅迫對小麥種子萌發(fā)、早期幼苗生長及Na+、K+代謝的影響[J] 麥類作物學報，2011，31（6）：1148-1152