NaCl脅迫對白菜型冬油菜種子萌發的影響

馬學才 孫麗霞 方彥 曾瑞 朱明川 劉麗君 馬驪 武軍艷 李愛國

摘要：以8個白菜型冬油菜品種（系）為材料，研究NaCl脅迫對耐鹽性不同白菜型冬油菜種子發芽勢、發芽率、胚根、胚芽長度以及干鮮重的影響。結果表明，鹽脅迫對白菜型冬油菜種子萌發具有顯著的抑制作用，鹽濃度越高，對種子萌發的抑制作用越大，種子的發芽指數、活力指數、胚根長和干鮮重等均呈不斷下降的趨勢，且處理鹽濃度越高，下降的速率越快。胚根、胚芽長度對于不同鹽濃度處理十分敏感，較低鹽濃度處理時，胚根、胚芽長度顯著低于空白對照組;鹽濃度較高時，胚根、胚芽無法正常生長，種子萌發受到嚴重抑制。180、240 mmol/L NaCl處理對參試品種均有很強的抑制作用，相關指標下降幅度明顯，各品種在相同鹽濃度處理下的差異較大，表明各品種（系）的耐鹽性存在差異。以耐鹽半致死濃度作為評價指標，參試品種的耐鹽性由強到弱依次為18R-X、MYW、BHH、DQW-1、GSY-1、WYW-1、TY7、JD8。

關鍵詞：NaCl;鹽脅迫;白菜型冬油菜;種子萌發;耐鹽性

中圖分類號：S565.4? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2020）11-0030-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.11.008

Abstract：In this experiment， eight different winter rapeseeds（Brassica rapa L.） were used as materials to study the effects of NaCl stress on the germination potential， germination rate， radicle， length of germ and dry fresh weight of winter rapeseed seed with different salt tolerance. The results showed that salt stress had significant inhibitory effect on seed germination of winter rapeseed. The higher the salt concentration， the greater the inhibition of salt stress on seed， vigor index， vigor index， radicle length and dry fresh weight of winter rapeseed seed all showed a decreasing trend， the higher the salt concentration， the faster the rate of decrease. The radicle and germ lengths were very sensitive to different salt concentration， and the radicle and germ lengths were significantly lower than those of the blank control group;when the salt concentration was high， the radicle and germ could not grow normally， and the seed germination was seriously inhibited. The NaCl treatment of 180 mmol/L and 240 mmol/L had a strong inhibitory effect on the tested cultivars， and the decrease range of related indexes was obvious. The differences of various cultivars under the same salt concentration treatment were large， indicating that the salt tolerance of various cultivars （lines） was different. With the salt tolerance semi-lethal concentration as the evaluation index， the salt tolerance of the tested cultivars from strong to weak was 18R-X， MYW， BHH， DQW-1， GSY-1， WYW-1， TY7， JD8.

Key words：NaCl;Salt stress;Winter rapeseed（Brassica rapa L.）;Germination;Salt tolerance

隨著土壤荒漠化和土壤鹽漬化的不斷加劇，造成有效耕地面積減少和氣候生態失調，嚴重影響了農作物的種植和推廣。我國人口基數大，隨著經濟的飛速增長和城市化規模推進的不斷加快，人民對于日常生活需求和生活質量要求在不斷提高，對于植物食用油需求和植物食用油品質要求也在不斷提升。然而由于不合理施肥和灌溉不當等所造成的土壤鹽漬化規模仍在持續增加[1 ]，這對于保障植物食用油正常供給提出了巨大的挑戰。據有關資料顯示，目前我國國產植物食用油供給量約占總供給量的35%左右[2 ]，并且自給率呈連年下降趨勢，過度依賴于國際市場不利于我國糧食安全和農業農村的發展。

現階段我國有各類鹽漬化土地約為? ?3 466.7萬hm2，已合理開發用于農業種植的約占16.64%，鹽漬化土地具有廣闊的開發利用前景[3 ]。研究植物的耐鹽性機制、選育耐鹽高產品種對合理的利用鹽漬化土地、提高作物產量和品質等具有重要的意義。我國鹽漬化土地在時空分布上存在差異，主要分布于北方地區[4 ]，北方部分寒旱區冬油菜種植和推廣所面臨的主要問題是無法適應冬季嚴寒，而超強抗寒冬油菜的成功選育則克服了冬油菜在寒旱區推廣所面臨的這一問題，冬油菜在北方寒旱區和高緯寒冷區的成功推廣，使油菜的適宜種植區成功北移了5～13度[5 ]，較大規模地增加了我國冬油菜的種植區域，對于合理利用鹽堿土、提升我國食用油品質和產量、保障我國食用油供給具有重要意義。越來越多的研究表明，鹽脅迫是造成作物減產和品質下降的主要原因，有研究認為鹽脅迫對種子萌發和幼苗生長等具有直接且顯著的影響[6 - 7 ]，植物能否在鹽脅迫下生存主要取決于萌發期和幼苗期種子的生長情況[8 - 11 ]。鹽脅迫主要通過抑制光合色素（如葉綠素等）的合成而影響光合作用，從而對植物的生長發育造成影響并最終致使作物減產。鹽脅迫造成的生理干旱和離子毒害作用嚴重影響植物的正常生長， 植物長時間處于高鹽脅迫下會導致氣孔開度下降、光合電子傳遞受阻、碳同化關鍵酶活性下降等， 并導致部分相應的生理生化過程受到不可逆傷害[12 - 15 ]。我們采用6個濃度梯度的鹽溶液，對白菜型冬油菜的8個不同品種在鹽脅迫下的種子萌發和幼苗生長情況進行了研究，進而比較了白菜型油菜不同品種間的耐鹽性，分析了各品種間的耐鹽臨界值，以期為后續耐鹽性品種的選育和耐鹽機制的相關研究提供參考依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料

供試白菜型冬油菜品種（系）有8個，分別為TY7、BHH、MYW、GSY-1、WYW-1、DQW-1、JD8、18R-X，均為2018年8月收獲于甘肅省蘭州市秦王川油菜育種基地。

1.2? ?試驗方法

2018年選用直徑為9 cm的無菌培養皿，在培養皿底部鋪放2層無菌濾紙。挑選籽粒充盈飽滿、大小均勻一致的油菜種子，先用3%的NaClO對其進行表面消毒，然后用無菌蒸餾水沖洗數次，再用無菌濾紙吸干種子外附的水分，使其保持干燥待用。將NaCl配制成0（CK）、45、90、135、180、240 mmol/L 6個梯度濃度，隨機選取30粒大小均勻一致、籽粒充盈飽滿的油菜種子，于培養皿上均勻排列，再向培養皿中加入相對應的處理液 8 mL至濾紙充分濕潤，處理液以不完全覆蓋種子為宜， 3次重復。在發芽試驗進行的第3 天統計發芽勢，第7 天統計發芽率、相對發芽率并測定胚根長、胚芽長、鮮重、干重等指標，對相應指標進行線性回歸分析，求出各品種的耐鹽致死濃度、耐鹽半致死濃度和耐鹽適宜濃度等。

1.3? ?測定指標

1.3.1? ? 發芽勢（GE）? ? 正常發芽3 d的種子數占供試種子數的百分率。

1.3.2? ? 發芽率（GR）? ? 正常發芽7 d的種子數占供試種子數的百分率。

1.3.3? ? 胚根長、胚芽長和干重、鮮重? ? 每個培養皿分別取3株長勢基本一致的胚苗，蒸餾水沖洗數次，用無菌濾紙吸干其外附水分，用分析天平稱量其鮮重。將稱重后的樣品置于120 ℃烘箱中殺青15 min，置于80 ℃烘箱內烘至重量不再發生變化時為止，稱量其干重。測量不同處理下幼苗的胚根長和胚芽長，取其平均值。

1.3.4? ? 發芽指數（GI）? ? GI =∑（Gt/Dt），式中，Gt為發芽試驗過程中每天萌發的種子數，Dt為發芽天數，∑為總和。

1.3.5? ? 活力指數（VI）? ? VI= S×GI，式中，S為一定時期內正常幼苗胚根長度（cm），GI為發芽指數。

1.3.6? ? 相對發芽率? ? 相應鹽濃度處理后的發芽率與空白對照發芽率比值的百分率。

1.3.7? ? 耐鹽半致死濃度? ? 相對發芽率為50%時所對應處理的鹽濃度。

1.3.8? ? 耐鹽適宜濃度? ? 相對發芽率大于75%時所對應處理的鹽濃度。

1.3.9? ? 耐鹽致死濃度? ? 相對發芽率低于10%時所對應處理的鹽濃度。

1.4? ?數據處理

采用SPSS 21.0、Excel 2010軟件對數據進行單因素方差分析和線性回歸分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?發芽勢

從表1可知，在45 mmol/L NaCl處理下，除WYW-1上升外，其余品種均有所下降，其中GSY-1下降幅度較為明顯。在90 mmol/L NaCl處理之后，各品種隨著鹽濃度的增高，發芽勢逐漸下降。在135 mmol/L NaCl處理下，各品種發芽勢的降幅與空白對照相比十分明顯，其中以TY7下降幅度最大，比空白對照下降20.00百分點; WYW-1下降幅度最小，僅為1.11百分點。在180 mmol/L NaCl處理下，18R-X、BHH發芽勢較高，分別為83.33%、81.11%;最低的是TY7，僅為60.00%;下降幅度最大的為JD8，較空白對照下降26.67百分點。鹽濃度大于180 mmol/L處理的油菜發芽勢呈斷崖式下降。鹽濃度為240 mmol/L時各品種的發芽勢均較低，說明該濃度對種子的萌發有很強的抑制作用，其中18R-X和MYW在高鹽脅迫下仍有較高的發芽勢，分別為28.89%和23.33%，顯著高于其他品種。

2.2? ?發芽率

參試品種（系）對鹽濃度的耐受性存在明顯的差異（表2），說明品種間的耐鹽性差異較大。除18R-X在45.90 mmol/L時略有上升外，其余各品種均表現為隨著鹽濃度的升高發芽率逐漸下降，并且鹽濃度越高，發芽率的下降速率越快，說明鹽處理對種子萌發具有抑制作用，且這種抑制作用會隨著鹽濃度的上升而不斷加強。鹽濃度為45、90 mmol/L時對參試品種（系）的抑制作用較小，發芽率下降幅度不大，鹽濃度為135、180 mmol/L時各品種（系）的發芽率下降速率不斷加快。在鹽濃度為240 mmol/L時各品種（系）的發芽率顯著下降，其中18R-X和MYW下降幅度最小、發芽率較高，說明18R-X和MYW較其他品種耐鹽性好，在高濃度鹽脅迫下仍能保持較高的發芽勢，具有較強的抵御逆境鹽脅迫的能力。

2.3? ?發芽指數

由表3可知，不同鹽濃度處理下，參試品種（系）的發芽指數均表現為隨著鹽濃度的增大，相應的發芽指數呈不斷下降趨勢。當NaCl濃度為135、180、240 mmol/L時，發芽指數與空白對照的差異均達顯著水平。進一步說明鹽脅迫對種子萌發有較強的抑制作用，當鹽濃度較低時抑制作用可能并不明顯，但隨著鹽濃度的增加，抑制作用的增強，種子的萌發明顯受到影響。

2.4? ?活力指數

參試品種（系）的活力指數變化情況均表現為隨鹽濃度的增大而不斷降低（表4），在鹽濃度為45～240 mmol/L時，8個參試品種（系）的活力指數與空白對照的差異均達顯著水平。活力指數對相應的鹽濃度十分敏感，鹽濃度越大差異性也越顯著。從上述分析可知，鹽濃度較低時，發芽勢、發芽率的變化情況不大，說明胚根生長對鹽濃度十分敏感，即使是較為微量的鹽濃度處理也能顯著抑制胚根生長。當鹽濃度為240 mmol/L時，各品種的活力指數幾乎為0，說明高鹽脅迫下種子的胚根無法正常生長，種子萌發受到嚴重抑制。

2.5? ?胚根及胚芽

從表5、表6可知，各品種（系）在空白對照與不同濃度鹽處理間存在較大差異。在鹽濃度為45 mmol/L時，MYW、GSY-1、WYW-1、DQW-1、BHH、18R-X的胚根長度均與空白對照存在顯著差異;DQW-1、JD8、18R-X的胚芽長度與對照存在顯著差異。除BHH、TYT外，隨著鹽濃度的增加，胚根、胚芽的長度均呈顯著下降趨勢。鹽濃度180 mmol/L的處理對各品種（系）種子的正常萌發和胚根、胚芽的生長造成了嚴重影響，在鹽濃度240 mmol/L的處理下，各品種（系）的胚根、胚芽長度幾乎為0，胚根、胚芽無法正常生長（在試驗過程中，部分種子胚根、胚芽過短存在統計困難），說明高鹽脅迫對種子萌發和胚根、胚芽的生長具有極強的抑制作用。

2.6? ?幼苗鮮重和干重

由表7和表8可知，鹽脅迫下各品種（系）的鮮重和干重均明顯低于空白對照，且最大值均出現在空白對照組，大體趨勢表現為隨著鹽濃度的增高，鮮、干重逐漸下降。在45 mmol/L的鹽濃度處理下，WYW-1、BHH、TY7和18R-X的鮮重均與空白對照存在顯著差異;除WYW和DQW-1外，其余品種的干重均與空白對照差異顯著。在135 mmol/L的鹽濃度處理下，各品種（系）的鮮重和干重均與空白對照組存在顯著差異（部分品種在180 mmol/L和240 mmol/L下的胚根和胚芽過短，統計困難，因而在數值上可能存在差異）。

2.7? ?耐鹽性

以相應處理的鹽濃度為橫坐標，以各品種（系）在相應的鹽濃度處理下的相對發芽率為縱坐標建立回歸方程，分別求出各品種（系）的耐鹽適宜濃度、耐鹽半致死濃度和耐鹽致死濃度，結果見表9。以耐鹽半致死濃度作為衡量參試品種（系）間耐鹽性強弱的指標進行評價，各參試品種（系）的耐鹽性從強到弱依次為18R-X、MYW、BHH、DQW- 1、GSY-1、WYW-1、TY7、JD8，這與上述的結果基本一致。由此可以看出，耐鹽性強的品種（系）在同一鹽濃度處理下和在高鹽脅迫處理下的發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數以及幼苗的生長情況等均高于耐鹽性較弱的品種（系），即使在較高濃度的鹽溶液處理下，耐鹽性強的品種（系）仍能保持一定水平的發芽勢和發芽率。

3? ?結論與討論

試驗表明，隨著NaCl濃度的不斷增高，供試冬油菜品種（系）的發芽指數和活力指數等均呈不同程度的下降趨勢，不同品種在同一鹽濃度處理下的表現不同，說明品種間的耐鹽性存在差異。植物能否在鹽脅迫下生存的首要因素是它能否發芽、發芽率的高低以及發芽速度的快慢[16 ]，因此耐鹽性高的品種在一定濃度的鹽溶液處理下仍能保持相對較高的發芽率。通過相關分析，以相對發芽率和對應的鹽濃度處理建立回歸方程，進而評價不同品種間的耐鹽性強弱，品種間的耐鹽性強弱順序為18R-X、MYW、BHH、DQW-1、GSY-1、WYW-1、TY7、JD8。由上述分析可知，在相同鹽濃度處理下，耐鹽性強的品種種子萌發和幼苗生長情況均優于耐鹽性較弱的品種。

試驗觀察到，在一定的鹽濃度處理下，幼苗的胚根、胚芽長度顯著低于空白對照組，空白對照的幼苗葉片呈深綠色，低鹽濃度處理下的幼苗葉片呈淺綠色，高鹽濃度處理下的葉片呈黃白色，部分耐鹽性較差的品種在180 mmol/L鹽溶液處理下呈黃白色。隨著鹽濃度的不斷增高，葉片逐漸由深綠色轉為淺綠色最終轉為黃白色，各梯度濃度處理間所表現出的差異十分明顯，初步猜測鹽不僅抑制胚根、胚芽的生長，而且對葉綠素等光合色素的合成存在抑制作用，進而影響植物的光合作用，最終導致幼苗生長受到影響。隨著處理鹽濃度的增加，胚根、胚芽和干、鮮重等均顯著下降，初步猜測為在一定強度的鹽脅迫下，對植物的根系造成了損傷，當外界水勢低于植物根細胞水勢時根系水分外流、電解質外滲，進而造成細胞膜結構受到不可逆的損傷，對植物的正常生長發育造成不利影響。Mukherjee等[17 ]認為，鹽脅迫不僅會導致植物活性氧的產生而且會導致植物的清除代謝機制紊亂進而影響植物的正常生長發育。王學征等[18 ]認為，鹽脅迫會造成植物體內離子比例失衡和穩態失調。Turan等[19 ]認為鹽脅迫會造成質膜過氧化加劇，進而破壞膜系統完整性。

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（本文責編：楊? ? ?杰）