42份匍匐型花生幼苗對鹽脅迫的生理響應

姚 慶,施俊杰,侯獻飛,賈東海,顧元國,阿里別里根·哈孜太,苗昊翠,李 強

(1.新疆伊犁哈薩克自治州農業科學研究所,新疆伊寧 835000;2.新疆農業科學院經濟作物研究所,烏魯木齊 830091;3.新疆農業科學院農作物品種資源研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】世界上約有20%的可耕地受到了鹽漬的影響[1],且耕地的鹽漬化面積不斷增加[2]。中國鹽漬土面積達9 900×104hm2[3]。我國鹽漬化土地主要分布于東北、華北、西北及濱海地區[4],其中鹽漬化土壤最為嚴重的是新疆,占全國鹽漬化土地13%以上[5]?；ㄉ哂休^強的適應性和抗逆性,是我國重要的油料作物和經濟作物之一[6],花生屬中等耐鹽作物,土壤鹽堿導致花生出苗保全苗困難、幼苗期植株生長不整齊、中后期早衰,鹽堿也是花生從中低產到高產的主要限制因子,研究花生幼苗對鹽脅迫的生理響應,對篩選耐鹽花生品種有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】吳蘭榮等[7]研究表明,花生對鹽脅迫的易敏期在萌發期和幼苗期,隨著花生生長發育,其耐鹽性也會逐漸提高。李遠航等[8]研究發現,鹽脅迫會導致植物的電子轉導率下降,降低植株光學效率。慈敦偉等[9]通過觀察花生苗期形態,利用數據分析其生物量差異,將花生分為高耐鹽、耐鹽、鹽敏感及高度鹽敏感型。胡曉輝等[10]利用盆栽法鑒定花生品種耐鹽性的適應NaCl濃度為120 mmol/L。陳楊等[11]利用水培法鑒定花生苗期在不同濃度NaCl條件下各指標的相關性,建立了水培法鑒定花生苗期耐鹽性技術體系?！颈狙芯壳腥朦c】目前對于花生苗期耐鹽性鑒定多集中直立型花生品種中,而對匍匐型花生耐鹽性生理響應未見報道。需研究匍匐型花生品種在鹽脅迫下的生理變化?！緮M解決的關鍵問題】研究以耐鹽品種篩選評價所選用的鹽濃度為依據[11],選取42份匍匐型花生品種,采用水培法在200 mmol/L鹽濃度脅迫下監測花生幼苗期生理指標,并進行抗鹽性綜合評價聚類分析,為匍匐型花生耐鹽育種提供基礎依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

2021年1月,試驗在新疆農業科學院經濟作物研究所實驗室進行,選擇42個匍匐型花生品種均來自新疆農業科學院經濟作物研究所。表1

表1 供試匍匐型花生品種編號及來源

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用營養土栽培和水培脅迫。分別選取顆粒飽滿、未受損傷的花生種子,用1%的NaHClO消毒20 min,立即用蒸餾水沖洗干凈,然后移入事先準備好的營養土中,澆透水,放置在25℃恒溫,光照強度11 500 lx,日光照時間16 h的日光生長室內培養2周直至株高達到12～15 cm,每份選取植株健壯生長一致的植株固定在打好孔距的泡沫板上,移入提前配置好放置常溫條件下的營養液中,3 d更換1次營養液,生長1周進行鹽脅迫試驗。

參考陳楊等[11]方法,1%～1.2%為花生耐鹽鑒定的適宜濃度,設置200 mmol/L NaCl鹽脅迫處理,以不加NaCl為對照。NaCl脅迫處理時,為防止NaCl對花生幼苗造成沖擊,每8 h以50 mmol/L的鹽濃度加入,遞增至200 mmol/L,每3 d換1次營養液,NaCl處理添加相應的 NaCl濃度營養液,處理9 d后取樣,取樣后迅速將樣品用鋁箔紙包好,冷凍在-80℃的超低溫冰箱中,以備測定生理生化指標。

1.2.2 測定指標

生理生化指標的測定使用Solarbio公司試劑盒微量法。

1.2.2.1 脯氨酸(pro)含量

采用磺基水楊酸提取脯氨酸,加熱處理后,脯氨酸與酸性茚三酮溶液反應生成紅色,加甲苯萃取后,在520 nm測定吸光度。計算脯氨酸含量[12]:

脯氨酸(pro)含量(μg/g質量)=Y×V提/W.

建立標準曲線計算樣本脯氨酸含量。

式中,Y為pro含量(μg/mL);V提為加入提取液體積(1 mL);W為樣本質量(g)。

1.2.2.2 可溶性糖含量

采用蒽酮比色法測定[13],計算可溶性糖含量:

建立標準曲線,計算樣本濃度Y(mg/mL).

可溶性糖(mg/g質量)=(Y×V1)/(W×V1/V2)=10×Y/W.

式中,V1為加入樣本體積(0.04 mL);V2為提取液體積(10 mL);W為樣本質量(g)。

1.2.2.3 丙二醛(MDA)含量

采用TBA-MDA顯色法[14]。計算MDA含量:

MDA濃度(nmol/mL)=6.45×(A532-A600)-0.56×A450.

MDA含量(nmol/g)=[MDA濃度×V總/0.01]/W.

式中,V總為反應體系總體積(0.5 mL);W為樣本質量(g);A450、A532、A600分別為MDA顯色反應液在450、532和600 nm處的吸光值。

1.2.2.4 葉綠素(Chl)含量

采用無水乙醇提取法[15]。

葉綠素a含量(mg/g質量)=(21.2×A663-4.48×A645)×V提×F/W/1 000.

葉綠素b含量(mg/g質量)=(38.2×A645-7.8×A663)×V提×F/W/1 000.

葉綠素總含量(mg/g質量)=(33.7×A645+13.4×A663)×V提×F/W/1 000.

式中,V提為提取液體積(10 mL);F為稀釋倍數;W為樣本質量(g)。

1.2.2.5 耐鹽性綜合評價

采用模糊數學隸屬函數法對42個匍匐型花生品種鹽脅迫的耐受性進行綜合評價。所用公式為X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin),X(u)為某品種某一指標的測定值,Xmin和Xmax為該指標中的最小值和最大值,總隸屬值為各性狀隸屬值求和后的平均值。隸屬函數綜合評價值越大,品種抗鹽性越強[20]。

1.3 數據處理

利用Microsoft Excel 2017軟件對數據進行整理及統計分析,SPSS22.0軟件對數據進行方差分析、相關性分析,對品種的耐鹽性進行綜合評價、聚類分析。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對不同品種花生脯氨酸(pro)含量的影響

研究表明,參試材料在200 mmol/L NaCl處理下,脯氨酸(pro)含量差異顯著。NaCl脅迫下,42個匍匐型花生品種幼苗葉片的pro含量全部較對照有所提高,Z5040、C130號品種較對照差異顯著,其他品種與對照差異均達極顯著水平。不同品種間具有明顯差異,Z5040和C130號品種變化幅度最低,分別為87.66%、48.86%;其中C095品種變化幅度最高,為1 964.47%,表現出高耐鹽響應。42個匍匐型花生品種均表現出對NaCl脅迫下的適應性反應。表2

2.2 NaCl脅迫對不同品種花生丙二醛(MDA)含量的影響

研究表明,參試材料在200 mmol/L NaCl處理下,丙二醛(MDA)含量差異顯著,42個匍匐型花生品種MDA含量與品種間存在較大差異。其中C095、Z5035、Z5081、C094、C108、C128、C141、C145、C145-2、Z5096、Z5108、Z5123、Z5157、Z5185、Z5230、C108-1,16個花生品種MDA含量均呈上升趨勢;剩余26個花生品種(系)MDA含量較CK有所下降。最高的是C128和C145品種,變化幅度分別達到了1 400.76%、2 016.00%,C128和C145品種耐鹽性低。Z5205、Z5110號品種變化幅度為-92.63%、-90.55%,品種有較高的耐鹽響應。表3

表3 NaCl脅迫下匍匐型花生幼苗葉片丙二醛變化

2.3 NaCl脅迫對不同品種花生葉綠素(Chl)含量的影響

研究表明,在200 mmol/L NaCl處理下,42個匍匐型花生品種葉綠素(Chl)含量差異顯著,呈現上升的趨勢,而C095、Z5036、Z5040、C035、C087、C128、C129、Z5083、Z5225號品種Chl含量較CK降低,差異顯著。不同品種之間差異明顯,新花19號、Z5096、C108-1號品種變化幅度最高,分別為162.16%、144.13%、108.62%,表現出高抗鹽響應。Z5225品種變化幅度最低為-37.21%,該品種的抗鹽性較弱。表4

表4 NaCl脅迫下匍匐型花生幼苗葉片葉綠素變化

2.4 NaCl脅迫對不同品種花生可溶性糖含量的影響

研究表明,與對照相比,Z5035、C001、C087、C128、C135、C141、C145、C145-1、C145-2、Z5028、Z5123、Z5157、Z5225號品種可溶性糖含量下降,其中Z5035品種與對照差異極顯著,剩余29個品種可溶性糖含量都有不同程度的升高。Z5096和C129號品種變化幅度最高,分別達到了146.70%、106.13%,表現出高耐鹽響應;而Z5035和C145-1號品種變化幅度最低為-26.24%和-24.33%,Z5035和C145-1耐鹽性較低。表5

2.5 42個匍匐型花生品種的抗鹽性綜合評價

研究表明,42個匍匐型花生品種的抗鹽性由強到弱順序依次為新花19號>Z5096>Z5070>C035>C094>Z5074>C062>C129>C126>C095>Z5162>C108>C092>C108-1>C090>Z5036>C087>Z5205>C127>Z5108>Z5081>C014>Z5035>C141>Z5110>Z5028>C145-1>Z5076>Z5069>Z5157>C145>C135>C001>Z5230>C145-2>Z5185>Z5083>Z5040>C130>C128>Z5123>Z5225。表6

2.6 42份匍匐型花生耐鹽性聚類

研究表明,供試材料的耐鹽順序根據歐氏距離5處可歸為4個類群,第一類群:C126、C129、C095、Z5074、C062、C094、Z5070、C035、新花19號、Z5096品種,此類群體平均隸屬函數值高,耐鹽性最好,占供試材料總數的23.8%,為高耐鹽群體。第二類群:C090、C108、Z5162、C108-1、C092、Z5036、C087、C127、Z5205、Z5035、C014、Z5081、Z5108、C141品種,此類群平均隸屬函數值排在11～24位,占供試材料總數的33.3%,屬于耐鹽性較好品種,為耐鹽群體。第三類群:Z5110、C145-1、Z5028、Z5069、Z5076、C145、Z5157品種,此類群平均隸屬函數值對耐鹽性綜合評價排在25-31位,占供試材料總數的16.7%,屬于中度耐鹽品種。第四類群:Z5230、C145-2、C001、C135、C128、Z5123、Z5225、Z5040、C130、Z5083、Z5185品種,此類群平均隸屬函數值都低于0.4,耐鹽性排序為最后11位,占供試材料總數的26.2%,為鹽敏感品種。第二類群與第三類群占的比例較大,第一類群與第四類群分布較少,符合正態分布,結構劃分合理。圖1

圖1 42個匍匐型花生品種的抗鹽性聚類

3 討 論

3.1優異的種質資源的發現與利用關鍵在于原有品種的保護、舊品種的改良和新品種的培育[21]。篩選具有豐富抗鹽性的花生種質資源是選育耐鹽花生品種和有效利用鹽漬地的重要基礎。李瀚等[22]通過水培法帥選出高度耐鹽花生品種6個,高度敏感型花生品種3個。石運慶等[23]采用田間種植鑒定法篩選出2個高耐鹽花生品種。目前對于花生苗期耐鹽性鑒定多集中直立型花生品種中,對匍匐型花生耐鹽性生理響應未見報道。研究以耐鹽品種篩選評價所選用的鹽濃度為依據[11],選取42份匍匐型花生品種,采用水培法在200 mmol/L鹽濃度脅迫下監測花生幼苗期生理指標,并進行抗鹽性綜合評價聚類分析。

3.2花生的幼苗期對鹽害最為敏感[8],而在大田生產中,花生苗期更容易受到NaCl脅迫的危害,很大程度上影響花生產量[24]。研究選用脯氨酸、葉綠素、可溶性糖、丙二醛作為評價指標,在適宜NaCl濃度為200 mmol/L條件下,利用水培法對42份匍匐型花生幼苗期進行NaCl脅迫得出:在鹽脅迫條件下42個匍匐型花生品種的pro含量全部呈上升趨勢,與高榮嶸等[25]研究花生幼苗期在鹽脅迫后pro含量顯著上升結果一致,為了在鹽脅迫下生存,提高抗鹽性,植物細胞內會大量積累pro來降低細胞水勢,抵制外界脅迫。MDA能改變膜的透性[26];42份匍匐型花生材料中有37%的材料MDA含量上升,該部分材料細胞膜質過氧化程度高,是鹽敏感品種耐鹽性差的重要生理反應之一,剩余品種MDA含量表現出不同程度的降低,具有抗鹽性。與溫賽群等[27]研究鹽脅迫對花生苗期MDA含量變化的結果相一致。NaCl脅迫最直觀的表現就是降低葉片細胞水勢,破壞膜系統,造成Chl含量下降,42個匍匐型花生品種中有79%的品種Chl都呈上升趨勢,只有9個品種Chl下降,下降最高的Z5225品種變化幅度為-37.21%。植物的滲透調節物質的作用主要是使植物適應環境而生存下去,而可溶性糖作為重要的滲透調節物質之一,是合成其他有機分子的碳架成分,可溶性糖含量越高抗鹽能力越強,試驗中,42個匍匐型花生品種有70%的品種可溶性糖含量呈上升趨勢,大部分材料都具有耐鹽性。鹽敏感的水稻品種葉片在鹽脅迫下比耐鹽品種積累更多的可溶性糖[28],與研究結果存在一定差異,可能與鹽濃度不同有關,在鹽濃度較低的情況下,對鹽敏感的水稻品種就會表現出明顯的脅迫反應,而耐鹽型水稻品種則不會發生此類狀況。要篩選出適用于實際生產的耐鹽品種(系),還需結合田間進一步試驗,多種指標相結合才會更加精準的篩選出耐鹽型花生材料。

4 結 論

新花19號品種pro、Chl隸屬函數值均達到了最高值,但可溶性隸屬函數值低于Z5096品種,MDA隸屬函數值低于Z5205品種;綜合抗鹽性最差的Z5225品種,其MDA含量卻超過了66.7%的品種,單一的指標不能準確、全面的反映42份匍匐型花生品種間的耐鹽性。新花19號平均隸屬函數值>0.9,表現出較好的耐鹽性,Z5123與Z5225平均隸屬函數值>0.3,表現出鹽敏感性較強,42個花生品種分為高耐鹽、耐鹽、中度耐鹽、鹽敏感群體。