鹽脅迫對商洛主栽玉米品種苗期生理特性的影響

張 軍， 周嘉嘉， 張 侂， 王鈺璇， 王新軍

(商洛學院/商洛市秦嶺植物良種繁育中心， 陜西 商洛 726000)

0 引言

【研究意義】土壤鹽漬化是造成作物減產的重要因素之一。據統計，世界范圍內約有9.5億hm2的鹽堿地。全球每年農業生產因鹽害造成的損失超過120億美元[1]。隨著人類活動的加劇，鹽漬化正在惡化，開發和利用鹽漬化土地對于提高土地利用率和穩定糧食產量具有重要意義。選用(育)耐鹽性好的作物是開發利用鹽堿地的有效措施[2]。玉米是重要的糧食、飼料作物及工業原料，苗期是整個玉米生長周期的關鍵階段，遭受鹽脅迫后幼苗長勢弱，胚根少且短，苗弱，進而影響其后期生長發育及產量形成[3-4]。【前人研究進展】RUBIO等[5]試驗表明，玉米遭受鹽脅迫后葉片內相對電導率和丙二醛(MDA)含量增加，導致質膜受損。AHMED等[6]研究表明，植物遭受鹽脅迫后脯氨酸含量會顯著增加，以改善植物的生長狀態。已有研究為后續研究提供了較好地借鑒和參考。【研究切入點】玉米是商洛乃至整個秦巴山地區的主要糧食作物，常年播種面積約16萬hm2[7]。目前有關商洛玉米研究多集中在病蟲害防治[8]或某一特定品種的高產栽培技術[7]，有關品種的耐鹽性研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以商洛6個主栽玉米品種為材料，測定不同濃度NaCl處理下的相對電導率等指標，應用加權隸屬函數法綜合評價其耐鹽性，以期篩選出苗期耐鹽性較強的玉米品種，為商洛玉米適栽品種的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 玉米品種 選用6份商洛主栽玉米品種為試驗材料，依次為安森7號、秦鑫1708、萬瑞6號、兆玉951、正大658和登海11，其中，以本地區較大面積種植的登海11為對照。種子由商洛市種子管理站提供。

1.1.2 試劑 10%的NaClO，Hoagland營養液、NaCl，硫代巴比妥酸，蒽酮，考馬斯亮藍G-250，磺基水楊酸。藥品均由商洛學院生物醫藥與食品工程學院提供。

1.1.3 設備 UV-110紫外分光光度計，上海美析儀器有限公司；雷磁DDSJ-318電導率儀，上海儀電科儀股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 材料預處理 人工挑選大小一致的玉米種子，用10%的NaClO消毒理10 min，蒸餾水沖洗4次后置于含適宜水分的培養皿中，培養至種子露白，挑選長勢一致的露白種子植入鋪有紗布的水培籃中。Hoagland營養液培養至3葉一心時備用。

1.2.2 試驗設計 根據鹽脅迫濃度設4個處理：0 mmol/L(CK)、50 mmol/L(S1)、100 mmol/L(S2)和150 mmol/L(S3)。將培養液換成用Hoagland營養液配置的添加NaCl的上述濃度鹽脅迫溶液。每個處理10株幼苗，4次重復。

1.2.3 指標測定 參考文獻[9]的方法，于處理7 d后選取生長狀況相對一致的幼苗相同部位的葉，測定MDA含量、相對電導率、可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量，3次重復,取平均值。

1.2.4 耐鹽性評價 以耐鹽系數為依據，利用加權隸屬函數法對參試玉米品種耐鹽性進行綜合評價。其中，若指標與抗逆性呈正相關，則u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)；若呈負相關，則u(Xj)=1-[(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)]。式中：u(Xj)為隸屬函數值；Xj表示第j個指標的耐鹽系數，Xmin和Xmax表示第j個指標耐鹽系數的最小值和最大值。參考張軍等[10]設定S1、S2和S3的權重分別為1/4、1/3和3/7，與相對應的隸屬度相乘求得的平均值為該玉米品種耐鹽性的最終值(D)。最終D值越大，表明該品種的耐鹽性越強，反之耐鹽性越差。

耐鹽系數=各指標測定值/對應品種對照指標測定值

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2003進行數據整理，Spss 22.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫處理各玉米品種葉片的質膜氧化程度

2.1.1 MDA含量 由表1看出，鹽脅迫后供試品種的葉片MDA較對照(CK)均顯著增加。其中，S1各品種的增幅為22.96%～47.03%，以安森7號增幅最大，為47.03%，其次是兆玉951，為41.42%，登海11增幅最小，是22.96%；表現為安森7號>兆玉951>萬瑞6號>正大658>秦鑫1708>登海11。S2各品種的增幅為54.17%～75.51%，以秦鑫1708增幅最大，為75.51%，其次是兆玉951，為71.61%，正大658增幅最小，是54.17%；表現為秦鑫1708>兆玉951>登海11>萬瑞6號>安森7號>正大658。S3各品種的增幅為70.39%～87.24%，以秦鑫1708增幅最大，為87.24%，其次是兆玉951，為84.62%，登海11增幅最小，是70.39%；表現為秦鑫1708>兆玉951>安森7號>萬瑞6號>正大658>登海11。隨著鹽脅迫濃度增加，除登海11和秦鑫1708在S3和S2間增幅不顯著外，其余品種各處理間增幅均達顯著水平。

表1 不同濃度鹽脅迫各玉米品種葉片的MDA含量

2.1.2 相對電導率 從表2看出，供試品種的葉片相對電導率隨鹽脅迫強度增加而顯著增加。其中，S1各品種相對電導率較對照的增幅為56.01%～90.44%，以秦鑫1708增幅最大，為90.44%，其次是萬瑞6號，為89.73%，登海11增幅最小，是56.01%；表現為秦鑫1708>萬瑞6號>兆玉951>安森7號>正大658>登海11。S2各品種較S1的增幅為49.05%～144.03%，以秦鑫1708最大，為144.03%，其次是萬瑞6號，為119.86%，登海11最小，是49.05%；表現為秦鑫1708>萬瑞6號>兆玉951>安森7號>正大658>登海11。S3各品種較S2的增幅為70.83%～112.85%，以安森7號增幅最大，為112.85%，其次是登海11，為88.71%；兆玉951最小，是70.83%；表現為安森7號>登海11>萬瑞6號>秦鑫170>正大658>兆玉951。

表2 不同濃度鹽脅迫各玉米品種葉片的相對電導率

2.2 鹽脅迫處理各玉米品種葉片的滲透調節物質含量

2.2.1 可溶性糖含量 由表3可知，鹽脅迫后供試品種葉片可溶性糖含量較對照均呈增加趨勢，但增幅因品種而異。其中，S1各品種可溶性糖含量較對照的增幅為13.59%～58.74%，以登海11增幅最大，為58.74%，其次是正大658，為45.12%，萬瑞6號最小，為13.59%；表現為登海11>正大658>安森7號>秦鑫1708>兆玉951>萬瑞6號。S2和S3均是正大658增幅最大，兆玉951最小，其中，S2各品種較對照的增幅為20.91%～71.95%，以正大658最大，為71.95%，萬瑞6號其次，為67.48%，兆玉951最小，為20.91%；表現為正大658>萬瑞6號>登海11>秦鑫1708>安森7號>兆玉951。S3各品種較對照的增幅為29.85%～93.51%，以正大658最大，為93.51%，登海11其次，為91.26%，兆玉951最小，為29.85%；表現為正大658>登海11>萬瑞6號>安森7號>秦鑫1708>兆玉951。

表3 不同濃度鹽脅迫各玉米品種葉片的可溶性糖含量

2.2.2 可溶性蛋白含量 由表4看出，鹽脅迫后供試品種葉片可溶性蛋白含量在品種間變化趨勢不盡一致，隨鹽濃度增加可溶性蛋白含量登海11呈增加趨勢，其余品種均呈先增后減趨勢；S1和S2較對照有不同程度地增加，S3除登海11較S2繼續增加外，其余5個品種則有不同程度下降。S1各品種可溶性蛋白含量較對照的增幅為6.31%～42.79%，以萬瑞6號增幅最大，登海11其次(為27.31%)，兆玉951最小；表現為萬瑞6號>登海11>秦鑫1708>正大658>安森7號>兆玉951。S2各品種較對照的增幅為32.51%～95.92%，正大658增幅最大，登海11其次(為93.93%)，兆玉951最小，表現為正大658>登海11>萬瑞6號>秦鑫1708>安森7號>兆玉951。S3除登海11外的其余5個品種的可溶性蛋白含量較S2有不同程度地下降，其降幅為0.16%～12.02%，以兆玉951降幅最大，秦鑫1708其次(為11.93%)，正大658最小；降幅表現為兆玉951>秦鑫1708>安森7號>萬瑞6號>正大658。

表4 不同濃度鹽脅迫各玉米品種葉片的可溶性蛋白含量

2.2.3 脯氨酸含量 由表5可知，隨鹽脅迫強度增加各品種的葉片脯氨酸含量較對照均不同程度增加。其中，S1各品種葉片脯氨酸含量較對照的增幅為2.93%～19.81%，以登海11增幅最大，兆玉951其次(為16.94%)，萬瑞6號最小，表現為登海11>兆玉951>秦鑫1708>安森7號>正大658>萬瑞6號；登海11、安森7號和兆玉951脯氨酸含量S1較對照增幅達顯著水平，其余品種增幅不顯著。S2各品種較對照的增幅為18.13%～36.64%，以安森7號增幅最大，登海11其次(為34.74%)，正大658最小，表現為安森7號>登海11>秦鑫1708>兆玉951>萬瑞6號>正大658；除正大658和萬瑞6號外，其余品種脯氨酸含量S2較對照增幅達顯著水平。S3各品種較對照的增幅為21.43%～53.79%，均達顯著水平；以登海11增幅最大，安森7號其次(為51.53%)，萬瑞6號最小，表現為登海11>安森7號>秦鑫1708>兆玉951>正大658>萬瑞6號。

表5 不同濃度鹽脅迫各玉米品種葉片的脯氨酸含量

2.3 隸屬函數綜合評價耐鹽性

從表6看出3個鹽脅迫濃度下各指標的隸屬函數值存在差異。以S1為例，登海11的u(X1)最大，為1.00，說明在MDA上其耐鹽性最好；安森7號的u(X1)最小，為0.00，說明其耐鹽性最差。將各個指標的u(Xj)值求和得D值，不同品種的D值為登海11>正大658>秦鑫1708>萬瑞6號>兆玉951>安森7號，登海11的D值最大，表明其對此鹽脅迫耐受性最好。S2不同品種的D值為登海11>正大658>安森7號>萬瑞6號>秦鑫1708>兆玉951，登海11的D值最大，表明其對此鹽脅迫耐受性最好。S3不同品種的D值為登海11>正大658>萬瑞6號>安森7號>兆玉951>秦鑫1708，登海11的D值最大，表明其對此鹽脅迫耐受性最好。將S1、S2和S3的D值進行加權求和得出，6個品種的綜合耐鹽性為登海11>正大658>萬瑞6號>安森7號>秦鑫1708>兆玉951。

表6 不同濃度鹽脅迫各玉米品種的耐鹽性綜合評價

3 討論

植物受到鹽脅迫時，體內活性氧大量積累，質膜的選擇透性發生改變，質膜透性的變化可顯示細胞膜結構和功能的受損程度。6個供試品種葉片MDA含量和相對電導率在鹽脅迫后均較對照呈顯著性增加，且隨著鹽脅迫強度加劇進一步增大。與王寶增等[11]的研究結果一致。鹽脅迫打破了活性氧產生與清除間的平衡，活性氧的積累加劇了質膜氧化[12]，表現為MDA含量和相對電導率的增加。就增幅看，存在品種間差異，登海11在相同鹽脅迫強度下增幅最小，表明不同品種在相同脅迫強度下組織所受損傷程度不同。

植物遭受逆境后，滲透脅迫施加在細胞上，為了維持細胞內滲透勢平衡，植物會積累滲透調節物質[10]。湯華等[13]研究表明，鹽脅迫玉米幼苗葉片脯氨酸含量有不同程度地增加。楊艷艷等[14]對遼寧主栽玉米進行鹽脅迫試驗發現，隨著鹽脅迫濃度的增加，玉米幼苗脯氨酸和可溶性糖含量有所增加。該研究也得出類似結果。究其原因，可能與二者作為滲透調節物質[9，13-14]和信號分子[15]的雙重作用所致。另外，該試驗150 mmol/L鹽脅迫處理安森7號等5個品種可溶性蛋白含量較100 mmol/L處理呈下降趨勢，可能是鹽脅迫強度過大破壞了氨基酸的合成[16]。此外，試驗在滲透調節物質含量整體增加情況下，MDA含量和相對電導率繼續增加，未表現出緩解鹽脅迫，可能與鹽脅迫提高滲透壓，一定程度上造成植物的生理干旱[16]有關。

作物的抗逆性是一個綜合性狀，單一性狀很難準確反映作物的抗逆性。需要測定多項指標進行共同評價[13，16]。隸屬函數法是一種重要的等級評價方法，在作物抗逆性評價中廣泛應用[9]。根據D值可以判定，登海11苗期耐鹽性最好，其次為正大658，兆玉951最弱。100 mmol/L處理和150 mmol/L處理的D值和最終加權綜合D值結果基本一致，表明具有一定強度脅迫的逆境可能更有利于品種耐鹽性的篩選，而濃度閥值需要結合供試材料等因素來綜合確定。

4 結論

鹽脅迫后各品種葉片的MDA和相對電導率隨鹽脅迫強度增加而顯著增加，可溶性糖含量較對照均呈增加趨勢，但增幅因品種而異；可溶性蛋白含量在品種間變化趨勢不盡一致，鹽濃度為50～100 mmol/L時各品種較對照有不同程度增加，鹽濃度為150 mmol/L時除登海11較100 mmol/L處理繼續增加外，其余5個品種則有不同程度下降；隨鹽脅迫強度增加各品種的葉片脯氨酸含量較對照均不同程度增加。

通過將50 mmol/L、100 mmol/L和150 mmol/L處理的D值進行加權求和得出，6個品種的綜合耐鹽性為登海11>正大658>萬瑞6號>安森7號>秦鑫1708>兆玉951。研究結果可為商洛玉米適栽品種的選擇提供參考。