NaCl溶液下加拿大桑根草種子萌發及幼苗生理響應

劉 夢，李 莉，鄭逢令，王 璐，梁維維，柯 梅

（新疆畜牧科學院草業研究所，烏魯木齊830000）

草畜不平衡一直是制約新疆畜牧業生產發展的一個主要原因，選擇一種在適合干旱少雨，土地鹽堿化程度高的地區依然能頑強生長的飼草料作物，成為解決這一難題的途徑之一。桑根草是雜交蘇丹草系品種，具有產量高、粗蛋白含量高、可消化利用率高、耐鹽堿、抗干旱、單寧含量低，幾乎不含氫氰酸等優良特性[1]。桑根草能在鹽度千分之10～11，pH 8.5左右的鹽堿地生長，鮮草產量可達5～10 t。適宜生長溫度為24℃～35℃，在4～10月的生長期中，一次播種多次刈割。頭茬生長期在50～55 d左右，每顆種子發苗2～3株。頭茬刈割后留茬15 cm，施尿素10 kg/畝，澆水一次。二茬，三茬均在25～30 d左右，分蘗7～18株，對南疆的自然環境有很強的適應性[2]。桑根草畝產干草可達2.5 t左右，以市面價格1 500～1 800元每噸干草計算，每年每畝可實現毛利約4 000元，經濟收益非常可觀。不但能解決南疆牲畜缺糧的問題，同時也能夠極大地幫助當地的農戶脫貧致富。本研究以加拿大桑根草為研究材料，在室內盆栽條件下，開展鹽脅迫的生理生化變化規律的研究，明晰加拿大桑根草的耐鹽生理特征與機理，從而確定加拿大桑根草耐鹽閾值，為鹽堿土地種植桑根草提供理論依據[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用加拿大桑根草種子由中國檢驗認證集團新疆有限公司提供，千粒重12.44 g，冰箱4℃保存。2020年9月試驗在新疆畜牧科學院草業研究所生理生化實驗室進行。

1.2 方法

1.2.1 NaCl脅迫下種子發芽試驗

發芽試驗參照《國際種子檢驗規程》[4]。NaCl溶液設置0、50、100、150、200 mM/L共5個處理濃度，三個重復。將經過挑選的飽滿均勻的100粒種子，放置在提前用蒸餾水和NaCl處理液潤濕的濾紙上，然后將玻璃培養皿放置于光照培養箱內，溫度設置25℃，鹽濃度需保持恒定，每天用稱重法補充蒸發失去的水分。試驗期間每日統計發芽數，發芽以胚芽突破種皮為標準，連續統計12日停止萌發后，計算萌發率。

萌發率(%)=(發芽終止期全部正常發芽的種子數/供試種子數)×100%

1.2.2 幼苗性狀測定

選取塑料花盆直徑為20 cm，將提前充分洗凈的細砂等量裝在花盆內，然后將設有梯度NaCl溶液的營養液充分灌透砂子，以模擬天然鹽性條件，同樣設0、50、100、150、200 mM/L共5個處理濃度。挑選飽滿均勻的種子，每穴2粒，每盆共10個穴，每個處理3個重復。播種后每隔2 d各處理組澆灌相應濃度NaCl溶液，對照組（0 mM）澆灌等量的完全營養液，PH值為5.6。其余時間用蒸餾水補充所失水分。苗出齊15 d后采集葉片，測定脯氨酸含量用酸性茚三酮法[5]；測定丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法[6]；分光光度計法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[7]。

1.2.3 數據分析

試驗數據采用SPSS12.0軟件進行數據分析，對各指標在不同NaCl脅迫下的差異性進行比較（P<0.05），采用Excel2010制圖。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對種子萌發率的影響

由圖1可見，隨著NaCl溶液脅迫濃度的增加，萌發率呈下降趨勢。在NaCl溶液脅迫低濃度時，加拿大桑根草種子對鹽性環境有較強的適應性，萌發率沒有受到太大到影響。在50 mM/L的處理液中，桑根草種子發芽率超過85%，與對照相比略低，但差異不顯著（P<0.05），出現低濃度NaCl溶液處理會促進種子萌發的現象；當NaCl溶液脅迫濃度在100 mM/L時，種子萌發率相比對照下降40%，具有顯著差異（P<0.05）；在濃度為150 mM/L時，萌發率僅為對照（CK）的34%，具有顯著差異（P<0.05），并且與100 mM/L時也存在顯著差異（P<0.05）；當濃度為200 mM/L時，萌發率僅為8%，與對照（CK）和各處理濃度均有顯著差異（P<0.05）。

圖1 NaCl脅迫下加拿大桑根草種子萌發的變化(%)

2.2 NaCl溶液脅迫對電導率的影響

由圖2可見，隨著NaCl濃度的增加，葉片的電導率呈現增加趨勢。在NaCl脅迫低濃度時，加拿大桑根草幼苗對環境具有一定的適應性，NaCl 50 mM/L的處理液中，電導率沒有顯著的增加。當NaCl脅迫濃度在100 mM/L和150 mM/L時，與對照相比電導率顯著增加（P<0.05）。當NaCl濃度為200 mM/L時，與對照（CK）和各處理濃度均有顯著差異（P<0.05）。

圖2 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草相對電導率的變化(%)

2.3 NaCl溶液脅迫下脯氨酸含量變化

脯氨酸作為有機滲透調節物質廣泛分布在植物體內，主要作用是維持生物大分子結構穩定性，調節細胞氧化還原勢、解除氨毒等重要作用[8]。因此，植物在鹽堿逆境中脯氨酸的積累是一種防御性行為。由圖3可見，隨著NaCl溶液濃度增加，加拿大桑根草脯氨酸含量呈現升高趨勢。在NaCl濃度50 mM/L的處理液中，脯氨酸含量呈增加趨勢，與對照相比差異不顯著。當NaCl濃度為150 mM/L時，與對照（CK）相比顯著差異（P<0.05），但是與50和100 mM/L濃度沒有顯著差異。當NaCl濃度為200 mM/L時，與對照（CK）和50、100 mM/L濃度有顯著差異（P<0.05）。

圖3 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草脯氨酸含量的變化（ug/mL）

2.4 NaCl溶液脅迫下丙二醛含量的變化

由圖4可見，隨著NaCl溶液濃度的增加，加拿大桑根草的丙二醛的含量呈現升高趨勢。在NaCl濃度為100 mM/L和150 mM/L的處理液中，丙二醛含量與對照和50 mM/L的處理液有顯著差異（P<0.05）。當NaCl濃度為200 mM/L時，丙二醛的含量達到最大值與對照相比顯著（P<0.05）。同時與50和100 mM/L濃度相比顯著差異（P<0.05）。

圖4 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草丙二醛含量變化（mM/g）

2.5 NaCl脅迫下SOD活性變化

由圖5可見，隨著NaCl溶液的增加，加拿大桑根草的超氧化歧化酶（SOD）活性的變化呈現先升高后降低的趨勢。在NaCl濃度為150 mM/L的處理液中，脯氨酸的含量達到最大值與對照相比顯著（P<0.05）。當NaCl濃度為200 mM/L時，脯氨酸的含量出現下降趨勢與對照（CK）相比差異顯著（P<0.05），但是與50和100 mM/L濃度顯著不差異。

圖5 NaCl溶液脅迫下加拿大桑根草超氧化物歧化酶活性變化

3 討 論

種子的萌發是指種胚從相對靜止的狀態開始進行相關的生理生化和外部形態生長的活動過程[9]。此時種子的萌發不僅會受到自身的因素影響，而且外部的環境也會對其造成很大的影響。其中干旱和鹽脅迫是最為嚴重的影響因素[10]，大量的研究統計，不同程度的鹽脅迫會破壞種子細胞的結構和功能，導致其生理生化代謝紊亂，從而大大降低種子萌發的活力甚至喪失萌發的能力[11]。加拿大桑根草隨著鹽脅迫濃度的增加，萌發率呈下降趨勢。在鹽脅迫低濃度時，加拿大桑根草種子對鹽性環境有較強的適應性，萌發率沒有受到太大到影響。當濃度為200 mM/L時，萌發率僅為8%，表明高濃度的鹽脅迫對細胞膜有破壞，嚴重影響種子吸收水分，從而導致種子萌發受阻。

丙二醛（MDA）作為膜脂過氧化過程中最為重要的產物之一，它的產生將會加劇膜系統損傷并加快細胞衰老的進程[12]。因此，可以作為植物抗逆性重要指標，MDA反映其遭受逆境損害程度[13]，如果MDA含量升高，表明細胞膜結構及膜透性的損傷程度也加劇。鹽脅迫的主要危害是水分脅迫，細胞嚴重失水會發生細胞壁分離，死亡等情況。脯氨酸是一種重要和有效的調節物質，通過調節細胞的滲透勢，保持細胞膜的穩定性，從而起到防止水分大量散失的作用。加拿大桑根草丙二醛含量和脯氨酸都出現升高的趨勢，表明高濃度鹽脅迫對加拿大桑根草造成了一定的傷害，而低濃度的鹽脅迫對其影響不大。

植物在鹽脅迫下,產生大量活性氧自由基，會氧化細胞膜，細胞膜結構的損傷和破壞，最終可以導致植物死亡。此時，植物體通過產生一系列抗氧化酶或提高這些酶的活性，來清除植物體內的活性氧自由基，阻止細胞膜被氧化破壞[14]。隨著鹽濃度的增加，加拿大桑根草的超氧化歧化酶（SOD）活性的變化呈現先升高后降低的趨勢。表明低濃度的鹽脅迫，活性氧的產生和清除處于動態平衡狀態，不會對植物造成傷害。當鹽脅迫濃度增大時，活性氧的累積數量超過了其傷害閾值[15]，就會對植物產生氧化損傷。攻擊細胞膜系統，破壞植物細胞膜系統的完整性[16]。

4 結 論

研究結果表明：在不同濃度的NaCl脅迫下，種子的萌發率呈現下降趨勢，電導率顯著下降；丙二醛（MDA）含量上升；脯氨酸和超氧化物歧化酶（SOD）含量均表現出先升高后降低的趨勢。加拿大桑根草對鹽脅迫具有一定的耐受性，在鹽脅迫濃度≤100 mM/L，萌發和生長不會受到影響；當鹽脅迫濃度≥150 mM/L，萌發和生長會明顯受到抑制。因此，本試驗得出，加拿大桑根草種子的耐鹽臨界度為100 mM/L，極限耐鹽度為150 mM/L。加拿大桑根幼苗生長的最大耐鹽性范圍為鹽脅迫濃度≤100 mM/L。