蘇打鹽堿脅迫對水稻葉片丙二醛和葉綠素含量的影響

遲曉雪高顯穎鄭海旭魯海濤王佳琪杜大勇鄒世輝郭慶爽耿艷秋

(1.呼倫貝爾市林業和草原科學研究所，內蒙古 呼倫貝爾 021008；2.呼倫貝爾市農畜產品質量安全中心，內蒙古 呼倫貝爾 021008；3.吉林農業大學農學院，吉林 長春 130118)

植物在逆境條件下會產生大量的活性氧，活性氧很容易使植物細胞內膜發生過氧化作用或脫脂作用，而丙二醛則是細胞內膜脂過氧化或脫脂的產物，其對細胞的生物膜造成了很大的破壞，使不飽和脂肪酸減少，導致細胞流動性下降[1]。近年來，越來越多的研究者提出，膜脂的過氧化也會對植物的光合與呼吸過程造成影響，進而造成細胞內的能量轉移，引發細胞內的活性氧自由基生成，導致細胞膜的過氧化反應[2-4]。植物利用光合作用產生的碳水化合物是其賴以生存和發展的能源。葉綠體是參與光合作用的細胞，而葉綠素是光合作用的主要物質[5]，因此，在植物中葉綠素的水平決定其光合作用的強度。

鹽堿等逆境脅迫不僅會嚴重干擾植物的生長發育，還會顯著影響植物的葉片丙二醛及葉綠素的含量，但迄今為止，關于Na2CO3及NaHCO3等鹽類物質對葉片丙二醛及葉綠素的調控機制尚不清楚。本研究采用盆栽法，較系統地研究了在鹽堿脅迫下水稻全生育期丙二醛和葉綠素含量的變化規律，以期為鹽堿地水稻生產提供支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗地自然條件

試驗于2012年在吉林農業大學現代化所進行，全年平均氣溫4.7℃，高、低溫差-22.4℃，年日照2688h。年平均降水654.3mm，其中夏天降水為67%，蒸發面積1392.5mm，有效積溫>10℃，有效積溫為2840.1～3040℃，冬季無霜期145～150d。

1.1.2 供試土壤

本研究以吉林省松嫩平原的天然鹽堿地及吉林農大實驗基地的天然黑土為研究對象。

1.1.3 供試品種

供試材料為吉林省農科院培育的“長白9號”，生長期130d，耐鹽堿品種。

1.2 試驗設計

在吉林省松嫩平原的天然鹽漬化土壤中選取，在吉林農大的實驗場地中，采用了蘇打堿化土壤中的蘇打鹽堿土和天然黑土，并將二者按照一定比例混合，制成一種具有一定質量分數的土壤。土壤的化學特性見表1。

表1 供試土壤化學性質

試驗采用盆栽法，盆規格：上口徑、下口徑、高分別為30cm、20cm、26cm，每盆裝土重量為15kg。試驗于5月21日插秧，采取每穴3株，每盆5穴的方式進行插秧，6次重復，隨機排列，試驗設置處理為11個，見表1，試驗于返青期、分蘗初期、分蘗盛期、拔節孕穗期追施尿素1g/盆，基肥為施復合肥8g/盆；隨著水稻生育期的增長，在分蘗后期，鹽堿脅迫比較重的水稻逐漸死亡，所以在整個生育期，只對7個處理的指標進行測量，其他4個處理的水稻沒有到生育后期已經死亡。

1.3 生理指標的測定方法

1.3.1 葉片丙二醛含量的測定

丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)方法進行檢測[1]，稱取新鮮的稻葉0.5g，加入少量的石英砂、10%的TCA 5mL，將其粉碎研磨為均勻的漿狀物，然后將其加入4mL的研缽體中，同時將其加入到一個離心機中，以4000r·min-1的轉速進行10min的離心，得到2mL的上清溶液，加入2mL的0.67%TBA，并將其在沸騰的水槽中進行攪拌30min，將其放回水中進行攪拌，攪拌30min，再次進行離心。在450nm、532nm、600nm下，取上清液，用分光光度計，分別測量OD值，對照管中，用2mL蒸餾水取代樣本提取液，并制備一條標準曲線。

1.3.2 葉片葉綠素含量的測定

取水稻葉片的中部3片，把3片葉片剪碎，并裝入刻度試管底部，丙酮與乙醇按照1∶1(V∶V)的比例加入兩者混合液為25mL，避光，于室溫下浸泡至葉片全白，分別在645nm和630nm波長下進行OD值的測定，測葉綠素含量的方法采用沈偉其混合提取法[6]。

1.4 數據處理

采用Excel軟件和DPS方法對試驗結果進行統計學處理。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫對水稻葉片丙二醛含量的影響

從圖1可知，在整個生育期水稻葉片的丙二醛含量呈逐漸上升的趨勢，在同一時期，隨鹽堿脅迫程度的增加，水稻葉片中丙二醛含量也在逐漸增加，處理F的水稻葉片丙二醛含量最高。

圖1 鹽堿脅迫對葉片丙二醛含量的影響

在分蘗期，CK比處理A低6.41%，CK和處理A差異不顯著；而CK比處理B低13.10%，差異達顯著水平(p<0.05)；處理D和處理E間差異不顯著；處理C、處理D、處理E、處理F和CK間差異極顯著。拔節期同分蘗期。與對照相比，處理A的產量提高了19.81%，無統計學意義。在各種因素影響下，處理B與對照均達到極顯著水平。這表明，在不同的鹽堿性條件下，各處理與CK間存在明顯差異，但鹽堿濃度差值小的處理間差異不顯著。

2.2 鹽堿脅迫對水稻葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進行光合作用的重要物質，其含量的多少對光合速率有直接影響，是反映植物葉片光合能力的一個重要指標[7]。從圖2可知，全生育期水稻葉片的葉綠素含量呈先升高后降低的單峰曲線變化。開花期達最大值，之后下降，蠟熟期含量最少。在同一時期，葉綠素含量隨鹽堿程度的增加而降低，而且鹽堿濃度越高，下降的程度越大。

圖2 鹽堿脅迫對葉片葉綠素含量的影響

在分蘗期，處理A比CK低8.3%，差異不顯著；處理B、處理C、處理D、處理E均比CK低，差異不顯著；處理F比CK低26.52%，差異達顯著水平(p<0.05)；隨著鹽堿脅迫時間的延長，差異開始顯著。在拔節期，處理A比CK低13.29%，差異達極顯著水平(p<0.01)；處理B、處理C、處理D、處理E、處理F均比CK低，差異達極顯著水平(p<0.01)；這說明，隨著鹽堿脅迫時間的延長和程度的加深，水稻的生長受到了影響。

3 討論

土壤pH、電導率、有機質是土壤重要的理化性質，能直接、間接地影響水稻的生長[8-10]。研究發現，土壤pH值升高，土壤電導率升高，土壤有機質含量下降，對植株的生長發育產生較大影響。本試驗也可以看出，土壤鹽堿脅迫越嚴重，水稻生長受到的影響就越大，到生育后期，水稻葉片開始枯萎，逐漸死亡。鹽堿土壤主要通過滲透作用和離子毒害作用限制種子生理吸水，破壞膜的結構，抑制種子萌發。在苗期，鹽堿抑制根系生長，葉片死亡、葉片失綠，減弱水稻分蘗能力。同時，鹽堿大大降低光合產物，導致光合產物嚴重不足，穗分化嚴重受阻，導致幼穗的長度、一次枝梗數量、小穗數、谷粒大小、結實率等都顯著下降，成熟期也推遲，影響稻米產量。另外，鹽堿使水稻整精米率降低，蛋白質含量增加，嚴重影響稻米品質。土壤對植物的生長至關重要，土壤有機質和pH的大小也直接或間接影響著植物的生長，良好的土壤環境有助于植物生長，相反，逆境脅迫也會阻礙植物生長，本研究表明，鹽堿脅迫對植物的生長起到阻礙作用。

植物體內的葉綠素是由植物自身的2個部分組成的，當植物體內的葉綠素被破壞時，光合作用就會下降，從而導致植物體內葉綠素含量降低，葉子變黃，從而限制了植物的光合作用[11]。研究發現，不同的鹽脅迫處理對不同的葉綠素含量有不同的影響。在整個生長期內，各品種的葉綠素濃度均呈現出先上升再下降的“單峰型”曲線。隨著生育期的延長，光合作用也在下降，水稻的葉綠素含量也隨之下降，在開花階段達到最高，后逐漸降低，在蠟成熟階段達到最低。在相同時間內，隨著鹽堿程度的增大，葉片葉綠素值呈逐漸減少趨勢，并且隨著鹽分的增大，其減少幅度也逐漸增大。處理F的葉綠素含量最低，說明受到的鹽堿脅迫最嚴重；處理F的長勢也最不好，無論是株高還是產量，都低于其他處理，鹽堿脅迫對其影響最為明顯。植物需要生活在特定的環境下才能生長，在某種環境中，即使是鹽堿環境中，也能與外界環境進行物質和能量的交換。主要環境因子會影響植物的光合作用，而且在一天中環境因子也會出現明顯變化。鹽堿脅迫也會對光合日變化產生影響，進而影響光合作用，從而對植物的生長產生影響，導致產量下降。鹽堿脅迫對植物生長的影響體現在多方面，不只是對光合作用有影響，還影響著植物體內葉綠素的含量，植物對養分、水分的吸收，還有其他方面，有待于進一步研究。

在鹽堿脅迫下，植物各組織容易產生膜脂質過氧化。丙二醛(MDA)是植物膜脂質過氧化反應的主要產物，其在植物中的含量及胞漿膜通性改變是表征植物膜脂質過氧化反應強度及質膜破壞的關鍵因素[12]。試驗結果表明，全生育期水稻葉片的丙二醛含量呈逐漸上升趨勢，在同一時期，隨鹽堿脅迫程度的增加，水稻葉片中丙二醛含量也在逐漸增加。處理F的鹽堿脅迫最嚴重，其丙二醛含量也是最高的。

4 結論

在鹽堿脅迫下，植株的MDA和葉綠素含量都發生了變化。隨著鹽分的增加，丙二醛也隨之增加；隨著時間推移，葉綠素的水平逐漸降低。Heath等研究表明，丙二醛的生成與葉綠素脫色過程同步，且其峰值的出現與葉綠素脫色過程中的整個過程相吻合，并指出葉綠體中的脂類過氧化作用與其引起的光合作用的喪失密切相關[13]。由此推測，在鹽堿脅迫環境中，葉綠體被氧化后，葉綠素的生成會受到阻滯，其所需要的酸性物質被破壞，從而導致葉綠素的生成減少。這也反映在本文中。

結果表明，在整個生長期內，MDA的含量隨著鹽堿脅迫程度加重而升高。在整個生長期內，各品種的葉綠素濃度均呈現出先上升再下降的“單峰型”曲線。在開花期間達到最高，隨后逐漸降低，在蠟熟期達到最低。同時，隨著鹽分的升高，葉片葉綠素值呈下降趨勢。

有關土壤鹽堿脅迫對水稻葉片MDA和葉綠素含量影響的研究，目前已有一些結果，但由于鹽堿類型及環境條件、實驗手段等諸多因素不同，鹽堿土影響植物生長機理的研究還不夠深入和全面，有待于進一步研究。