鹽脅迫對(duì)野生稻幼苗生長及光合特性的影響

劉玉蘭 段開懷 李皖 張國印 孫堂玉 陳殿元

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林 吉林132101；第一作者：jllyl2006@163.com；*通訊作者：JLcdy@sina.com）

土壤鹽漬化已成為限制農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素[1]，嚴(yán)重威脅我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。目前，在我國現(xiàn)存的大面積鹽漬化土地中，鈉鹽是形成鹽土的主要鹽類[2]，不同鈉鹽導(dǎo)致土壤酸堿度差異較大，一般堿性鹽對(duì)種子萌發(fā)的抑制效應(yīng)要大于中性鹽[3-4]。鹽脅迫既可以直接影響作物的生長發(fā)育，也可以間接通過光合作用而影響作物生長，且鹽濃度越大、作用時(shí)間越長，影響越明顯[5-8]。光合作用是植物進(jìn)行生命活動(dòng)的唯一能量來源。在眾多被鹽脅迫影響的代謝中，光合作用被認(rèn)為是對(duì)鹽逆境脅迫最敏感的生理過程[9]。

野生稻是栽培稻的近緣種，有著豐富多樣的變異類型，遺傳多態(tài)性較栽培稻豐富[10]。野生稻中蘊(yùn)藏著豐富的抗病蟲、抗逆、品質(zhì)好、蛋白質(zhì)含量高等優(yōu)異基因，是我國水稻育種研究的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[11]，有些優(yōu)良特性已被用于水稻常規(guī)育種和雜交育種中，是改良栽培稻以提高其產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性與適應(yīng)性的重要遺傳資源。作物或同一種作物不同品種間的耐鹽性不同，通過挖掘作物本身的耐鹽能力，篩選和培育耐鹽作物品種是開發(fā)利用鹽堿地的有效途徑之一[12]。

目前，關(guān)于鹽協(xié)迫對(duì)水稻生長和光合特性的影響報(bào)道較多，但多數(shù)集中于粳稻和秈稻研究中,對(duì)于野生稻的研究尚未有報(bào)道。本研究通過對(duì)野生稻進(jìn)行鹽脅迫處理，研究其耐鹽性，以期為野生稻的耐鹽研究以及野生稻在水稻耐鹽品種選育中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為MY-3，于2016年9月采自吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院植物科學(xué)學(xué)院實(shí)習(xí)農(nóng)場野生稻種子資源圃。將野生稻種子種植于直徑為20 cm的花盆內(nèi)，采用營養(yǎng)土栽培，花盆放置在育苗大棚內(nèi)。播前種子處理及播后管理同生產(chǎn)田。出苗后，每盆定苗15株。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將中性鹽（NaCl與Na2SO4按摩爾比1∶1混合而成）和堿性鹽（NaHCO3與 Na2CO3按摩爾比1∶1混合而成）分別設(shè) 20、30、60、90、120、150 mmol/L 6 個(gè)濃度處理，待3葉1心期，每處理選取植株生長健狀且生長狀況基本相同的3盆苗進(jìn)行鹽脅迫處理，每處理3次重復(fù)，對(duì)照組澆清水。處理7d后開始進(jìn)行植株生長指標(biāo)和光合特性指標(biāo)的測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 生長指標(biāo)測定

處理7 d后，從每個(gè)重復(fù)中取有代表性的10株測量其株高、根長、根數(shù)、苗鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量，計(jì)算根冠比。根冠比＝根鮮質(zhì)量/苗鮮質(zhì)量。

1.3.2 光合特性指標(biāo)測定

鹽脅迫處理7 d后，用Li-6400便攜式光合儀對(duì)野生稻進(jìn)行光合生理指標(biāo)的測定。采用固定紅藍(lán)光源進(jìn)行試驗(yàn)，光強(qiáng)為1 200 μmol/（m2·s），為避免測定時(shí)環(huán)境CO2濃度的變化對(duì)測定結(jié)果產(chǎn)生干擾，將儀器的進(jìn)氣口與裝有恒定CO2濃度的鋼瓶相接，鋼瓶CO2濃度配制成370 μmol/mol，溫度設(shè)定為28℃。各處理選取野生稻5株，在主莖的第3個(gè)葉片上測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Cs）、胞間 CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等光合生理指標(biāo)。氣孔限制值（Ls）＝1-Ci/Ca，Ca為儀器進(jìn)氣口CO2濃度。

表1 中性鹽脅迫對(duì)野生稻生長指標(biāo)的影響

表2 堿性鹽脅迫對(duì)野生稻生長指標(biāo)的影響

表3 兩種鹽脅迫濃度與野生稻各生長指標(biāo)的相關(guān)性分析

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用DPS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)野生稻MY-3幼苗生長的影響

由表1可知，隨中性鹽脅迫濃度的升高，野生稻幼苗株高呈先升高后降低的趨勢，在濃度為20 mmol/L時(shí)達(dá)到最高值，與對(duì)照相比差異極顯著，繼續(xù)升高鹽濃度則株高降低，在150 mmol/L時(shí)達(dá)到最低值，比對(duì)照降低51.99%；從表2可見，堿性鹽脅迫處理下野生稻幼苗株高隨鹽濃度的升高呈降低的趨勢，在150 mmol/L時(shí)達(dá)到最低值，比對(duì)照降低54.69%。相關(guān)性分析顯示，野生稻幼苗株高與兩種不同類型鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。

在中性鹽脅迫處理下，野生稻幼苗根長隨脅迫濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。在濃度為20 mmol/L時(shí)根長最長,極顯著高于其他處理（表1）；堿性鹽脅迫處理下，野生稻幼苗根長隨脅迫濃度的升高呈降低的趨勢（表2）。堿性鹽脅迫下的根長顯著低于中性鹽脅迫處理組，說明堿性鹽脅迫對(duì)根長的影響比中性鹽脅迫大。相關(guān)性分析表明，野生稻幼苗根長與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。

在中性鹽脅迫處理下，野生稻幼苗根數(shù)隨脅迫濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在濃度為20 mmol/L時(shí)根數(shù)最多,極顯著高于其他各處理（表1）；堿性鹽脅迫處理下，野生稻幼苗根數(shù)隨鹽脅迫濃度的升高呈降低的趨勢（表2）。根數(shù)均在兩種鹽濃度為150 mmol/L時(shí)達(dá)到最低值，中性鹽處理比對(duì)照降低了63.56%，堿性鹽處理比對(duì)照降低了69.01%，堿性鹽脅迫下的根數(shù)顯著低于中性鹽脅迫處理組，說明堿性鹽脅迫對(duì)根的抑制作用比中性鹽脅迫大。相關(guān)分析表明，野生稻幼苗根數(shù)與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。

從根冠比來看，在中性鹽脅迫處理下，野生稻幼苗根冠比隨鹽脅迫濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。在濃度為20 mmol/L時(shí)根冠比最大，但與對(duì)照相比差異不顯著（表1）；堿性鹽脅迫處理下，野生稻幼苗根冠比隨脅迫濃度的升高呈降低的趨勢（表2）。根冠比均在兩種鹽濃度為150 mmol/L時(shí)達(dá)到最低值，中性鹽比對(duì)照組降低了63.79%，堿性鹽比對(duì)照組降低了68.971%，堿性鹽脅迫下的根冠比顯著低于中性鹽脅迫處理組，說明堿性鹽脅迫對(duì)根的抑制作用比中性鹽脅迫大。相關(guān)分析表明，野生稻幼苗根冠比與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。試驗(yàn)結(jié)果說明，鹽對(duì)野生稻根的抑制作用大于對(duì)苗的抑制作用，這可能是由于鹽多積累在根部，從而造成鹽對(duì)根的抑制作用強(qiáng)于苗。

2.2 鹽脅迫對(duì)野生稻MY-3光合特性的影響

2.2.1 凈光合速率（Pn）的變化

由表4可以看出，中性鹽對(duì)野生稻凈光合速率的影響表現(xiàn)為隨鹽濃度的增加先升高后降低，在鹽濃度為20 mmol/L時(shí)凈光合速率最大，但與對(duì)照相比差異不顯著，鹽濃度為60 mmol/L時(shí)凈光合速率明顯減小。從表5可見，堿性鹽對(duì)野生稻凈光合速率的影響總體上表現(xiàn)為隨鹽濃度的升高而降低，在鹽濃度為30 mmol/L時(shí)凈光合速率明顯減小。在相同鹽濃度下，中性鹽脅迫處理野生稻的凈光合速率要高于堿性鹽脅迫處理，說明堿性鹽脅迫對(duì)野生稻凈光合速率的抑制作用強(qiáng)于中性鹽脅迫處理。相關(guān)分析表明，野生稻凈光合速率與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表6）。

表4 中性鹽脅迫對(duì)野生稻葉片光合特性的影響

表5 堿性鹽脅迫對(duì)野生稻葉片光合特性的影響

表6 兩種鹽脅迫與野生稻光合特性指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.2.2 氣孔導(dǎo)度（Gs）的變化

由表4可以看出，中性鹽對(duì)野生稻氣孔導(dǎo)度的影響表現(xiàn)為隨鹽濃度的增加先升高后降低，中性鹽在濃度為20 mmol/L時(shí)氣孔導(dǎo)度最大，但與對(duì)照相比差異不顯著，鹽濃度為150 mmol/L時(shí)氣孔導(dǎo)度最小，比對(duì)照減小55.26%。從表5可見，堿性鹽對(duì)野生稻氣孔導(dǎo)度的影響表現(xiàn)為隨鹽濃度的升高而降低，在鹽濃度為150 mmol/L時(shí)氣孔導(dǎo)度最小，比對(duì)照減小68.42%。在相同鹽濃度下堿性鹽脅迫對(duì)野生稻氣孔導(dǎo)度的抑制作用強(qiáng)于中性鹽脅迫處理。相關(guān)分析表明，野生稻氣孔導(dǎo)度與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表6）。

2.2.3 胞間CO2濃度的變化

兩種鹽脅迫對(duì)野生稻胞間CO2濃度的影響趨于一致（表4、表5），即隨鹽濃度的升高均呈先降低后增高的趨勢，在濃度為150 mmol/L時(shí)胞間CO2濃度最高，中性鹽比對(duì)照高11.57%，堿性鹽比對(duì)照高14.91%。相關(guān)分析表明，野生稻胞間CO2濃度與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著正相關(guān)（表6）。

2.2.4 蒸騰速率（Tr）的變化

由表4可知，中性鹽脅迫對(duì)野生稻蒸騰速率的影響表現(xiàn)為隨鹽濃度的增加先升高后降低，在濃度為20 mmol/L時(shí)蒸騰速率最大，與對(duì)照相比差異極顯著，鹽濃度為150 mmol/L時(shí)蒸騰速率最小，比對(duì)照減小73.01%。由表5可知，堿性鹽脅迫對(duì)野生稻蒸騰速率的影響表現(xiàn)為隨鹽濃度的升高而降低，鹽濃度為150 mmol/L時(shí)蒸騰速率最小，比對(duì)照減小78.25%。在相同鹽濃度下，堿性鹽脅迫對(duì)野生稻蒸騰速率的作用強(qiáng)于中性鹽脅迫處理。相關(guān)分析表明，野生稻蒸騰速率與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表6）。

2.2.5 氣孔限制值（Ls）的變化

由表4、表5可知，兩種鹽對(duì)野生稻氣孔限制值的影響都表現(xiàn)為隨鹽濃度的增加先升高后降低，在濃度為20 mmol/L時(shí)氣孔限制值最大，但與對(duì)照相比差異不顯著。相關(guān)分析表明，水稻氣孔限制值與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（表6）。

3 結(jié)論與討論

3.1 鹽脅迫對(duì)野生稻生長的影響

鹽脅迫下植物的生長發(fā)育會(huì)受到一定程度的影響。李常健等[14]研究發(fā)現(xiàn)，幼苗階段的水稻在受到鹽脅迫時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)植株矮化，葉片卷曲、變短、變黃等一系列反應(yīng)。張榮平等[15]研究表明，水稻萌發(fā)過程中在低濃度鹽脅迫下，對(duì)根數(shù)影響較小，高濃度鹽脅迫下影響則相對(duì)較大；鹽脅迫對(duì)水稻幼苗根系的抑制作用大于對(duì)幼苗地上部分的影響。本研究結(jié)果表明，在中性鹽脅迫下，野生稻的株高、根長、根數(shù)、根冠比表現(xiàn)出隨著鹽濃度的增加呈先升高后降低的趨勢；在堿性鹽脅迫下，則表現(xiàn)出隨著鹽濃度的增加而降低的趨勢。在相同鹽濃度下，中性鹽脅迫處理野生稻各生長量積累要高于堿性鹽脅迫處理。野生稻株高、根長、根數(shù)、根冠比與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)。

3.2 鹽脅迫對(duì)野生稻葉片光合特性的影響

Ott等[16]認(rèn)為，鹽脅迫下植物生長受到抑制，植物葉片內(nèi)可溶性糖濃度增加，并反饋性地抑制光合作用。徐晨等[17]研究認(rèn)為，不同水稻品種在 80 mmol/L鹽脅迫下15 d后，Pn存在差異性，耐鹽水稻品種下降的百分率小于對(duì)鹽敏感水稻品種，其Pn的下降主要來自于非氣孔限制因素。本研究結(jié)果表明，在中性鹽脅迫下，野生稻的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）均表現(xiàn)為隨著鹽脅迫濃度的增加呈先升高后降低的趨勢；在堿性鹽脅迫下，隨著鹽濃度的增加，野生稻的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）均呈降低的趨勢。在相同鹽濃度下，中性鹽脅迫處理野生稻光合特性各指標(biāo)值要高于堿性鹽脅迫處理。野生稻凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)，胞間CO2濃度（Ci）與兩種鹽脅迫均呈極顯著正相關(guān)。

綜上所述，低濃度的中性鹽能提高野稻光合特性各指標(biāo)值，對(duì)野生稻生長具有一定的促進(jìn)作用，低濃度的堿性鹽抑制野生稻生長；高濃度鹽脅迫降低野生稻光合特性各指標(biāo)值，嚴(yán)重抑制野生稻生長。堿性鹽脅迫對(duì)野生稻的抑制作用強(qiáng)于中性鹽脅迫。野生稻株高、根長、根數(shù)、根冠比、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、氣孔限制值（Ls）與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著負(fù)相關(guān)；胞間CO2濃度（Ci）與兩種鹽脅迫濃度均呈極顯著正相關(guān)。在鹽脅迫下，野生稻品種仍能保持一定量的生長量和生物量積累，說明鹽脅迫條件下野生稻品種能保證對(duì)水分、礦質(zhì)元素和有機(jī)物質(zhì)的有效利用，對(duì)鹽脅迫表現(xiàn)為較強(qiáng)的適應(yīng)性。