鹽脅迫下小麥種子萌發(fā)及生理指標的測定

劉建巍，朱 宏

(哈爾濱師范大學(xué))

0 引言

土壤鹽漬化是一個世界性的資源問題和生態(tài)問題，越來越引起人們的重視，聯(lián)合國糧農(nóng)組織的調(diào)查結(jié)果顯示，全球6%的陸地面積遭受著土壤鹽漬化的侵蝕，20%的灌溉農(nóng)業(yè)受到不同程度的鹽害威脅．以中國天津市為例，全市輕、中、重鹽漬化土壤共計1250 km2，土壤鹽分以氯化鈉占絕對優(yōu)勢［1］．土壤鹽堿重、面積大、治理困難，嚴重影響著干旱和鹽漬化地區(qū)種植業(yè)的持續(xù)發(fā)展，也給園林綠化帶來很大困難［2］．目前研究者已從鹽分脅迫對植物的影響及植物的抗鹽研究方面開展了大量研究．主要包括以下幾個方面．

(1)鹽脅迫對植物光合作用的影響

光合作用是植物最基本的生命活動，相關(guān)文獻報道鹽脅迫會抑制植物的光合作用，但也有一些報道發(fā)現(xiàn)，低鹽刺激不會抑制光合作用而且有時反而對光合有促進作用［3］．鹽害使葉綠體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成受到破壞［4］，從而葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)的數(shù)量減少，葉綠體與蛋白質(zhì)的結(jié)合削弱，葉綠體趨向分解．葉綠素和類胡蘿卜素的合成也受干擾，葉片失去綠色．

(2)鹽脅迫對植物生長的影響

一般而言，在高鹽脅迫下，植物生長發(fā)育會發(fā)生一定變化，高鹽脅迫會抑制植物組織和器官的生長和分化，使植物的發(fā)育進程在一定程度提前．同時高鹽脅迫還會造成植物葉面積擴展速率降低，隨著含鹽量的增加，葉面積停止增加，葉、莖和根的鮮重及干重降低［5］．

(3)鹽脅迫對植物蛋白及脂類的影響

一般而言過多的鹽分抑制蛋白質(zhì)合成而促進其分解，抑制的直接原因可能是由于破壞了氨基酸的合成［6］．脂類對于很多生理脅迫的耐受都有很重要的作用，主要包括飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，其中不飽和脂肪酸可以消除水脅迫和鹽脅迫的危害．

(4)鹽脅迫對抗氧化酶的影響

相關(guān)的研究表明，由高濃度的NaCl等鹽分引起的植物氧化脅迫是非生物脅迫中一個非常重要的潛在因素．在高鹽脅迫條件下，植物體內(nèi)SOD等酶的活性與植物的抗氧化脅迫能力呈正相關(guān)，而且在鹽分脅迫下，鹽生植物與非鹽生植物相比，其SOD、CAT、POD活性更高，因而更能有效地清除活性氧，防止膜脂過氧化．一些科學(xué)家認為，鹽脅迫下小麥葉片中抗壞血酸含量下降，用活性氧清除劑處理可明顯緩解抗壞血酸含量下降，且外源抗壞血酸能明顯緩解由鹽脅迫造成的細胞膜傷害．

(5)鹽脅迫對膜透性的影響

植物生長在鹽漬環(huán)境中，由于細胞質(zhì)是有機體與外界環(huán)境的屏障，鹽分脅迫首先并直接影響細胞質(zhì)膜，鹽分脅迫對植物的傷害作用，在很大程度上是通過生物膜的生理功能引起的［7］．例如楊國會用不同濃度的 NaCl處理甘草，發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜相對透性由46%增大到84%，植物細胞膜完整性遭到破壞，胞質(zhì)電解質(zhì)大量外滲［8］．因此，鹽脅迫濃度增大，即破壞膜透性程度增大．大量研究表明，鹽脅迫可能增大植物質(zhì)膜的膜脂過氧化作用，影響膜的組分［9］．

鹽脅迫通常會抑制植物的生長，此方面的研究多以種子發(fā)芽后成苗的各個發(fā)育階段為研究對象，而較少的涉及到植物生長發(fā)育的起始階段——種子萌發(fā)階段．種子能夠在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是植物在鹽堿條件下生長發(fā)育的前提，因此，研究鹽脅迫下種子的萌發(fā)及生理特性具有重要的意義．該文以非耐鹽植物小麥作為實驗材料，研究一下鹽脅迫條件下小麥種子萌發(fā)率及萌發(fā)階段胚根的各生理指標的變化．希望為小麥的耐鹽栽培提供一定的理論和試驗依據(jù)．

1 實驗材料與方法

1．1 實驗材料

市場上購買的普通小麥(T．a(chǎn)estivum L．)作為實驗材料．

1．2 萌發(fā)率的統(tǒng)計——計數(shù)法

室內(nèi)種子萌發(fā)試驗．選擇100粒大小一致、籽粒飽滿的種子，置于鋪有3層濾紙的干凈培養(yǎng)皿中，分別加入濃度0．1%、0．2%、0．4%、0．6%、0．8%NaCl溶液，以蒸餾水處理為對照(CK)．3次重復(fù)，采用隨機排列．放入溫度為(25±1)℃的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)保溫培養(yǎng)，黑暗條件下進行發(fā)芽試驗，在第6天運用計數(shù)法分別查出每個培養(yǎng)皿中小麥萌發(fā)的個數(shù)，計算萌發(fā)率，并且稱量小麥的胚根長以及百粒小麥的胚根總重．

1．3 脯氨酸含量的測定——茚三酮法

脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸提取，茚三酮比色法［11］．具體步驟如下:每個處理組隨機取小麥胚根0．5 g，用3%磺基水楊酸研磨提取(終體積為5 mL)，勻漿轉(zhuǎn)入玻璃離心管，沸水浴10 min，冷卻后3000 r/min離心10min，取上清2 mL，加入2 mL水、12 mL冰乙酸和4 mL的2．5%的茚三酮，沸水浴60 min，冷卻加入4 mL甲苯，靜置后取甲苯相測定OD620值．

1．4 可溶性蛋白含量;考馬斯亮藍染色法

0．5 g小麥胚根，加入 1．5 mL預(yù)冷的內(nèi)含0．1%PVP，0．1 mol/L EDTA，1 mol/L 抗壞血酸磷酸(pH=7．8)緩沖液，4℃冰浴研磨，15000 g離心30 min，取上清液．用考馬斯亮藍G-250做顯色劑，分光光度計在波長595 nm處測定OD值，以牛血清白蛋白為標準并根據(jù)標準曲線計算蛋白質(zhì)量分數(shù)［12］．

1．5 丙二醛含量:硫代巴比妥酸法

稱取小麥胚根0．2 g，加入10%三氯乙酸(TCA)5 mL(分兩次加)和少量石英砂充分研磨，勻漿液以4000 r/min離心20 min，上清液即為樣品提取液．取2 mL提取液，分別加入2 mL 0．6%TBA液，混勻，在試管上加蓋塞，置于沸水浴中沸煮15 min，迅速冷卻，離心．取上清液測定532 nm和450 nm下的A值．以2 mL水代替提取液調(diào)零．根據(jù) C=6．45 ×A532-0．56 ×A450，計算出樣品提取液中丙二醛的濃度C，然后再計算出每克樣品中丙二醛的含量(μmol/g(FW))［13］．

1．6 質(zhì)膜相對透性——電導(dǎo)率法

細胞膜透性采用電導(dǎo)法［14］，以電解質(zhì)滲透率表示．具體方法是:將小麥胚根剪成0．3cm或0．5 cm的小段，每個注射器中放入0．3 g胚根，再加入10 mL蒸餾水，堵住注射器進行抽氣，至胚根沉降，并全部沉入水底，然后注入試管中，并將試管放置室溫下保持60 min，其間要多次搖動試管．待充分搖勻，用DDS-1lC型電導(dǎo)儀測電導(dǎo)值S1，將各試管蓋塞封口，置沸水浴中10 min，以殺死植物組織．取出試管后用自來水冷卻至室溫，并在室溫下平衡10 min，搖勻測其終電導(dǎo)值S2，最后設(shè)蒸餾水為空白，測空白電導(dǎo)值．以相對電導(dǎo)率的大小表示細胞膜受傷害的程度，可根據(jù)以下公式計算:相對電導(dǎo)率(L)=(S1-空白電導(dǎo)率)/(S2-空白電導(dǎo)率)．

2 實驗結(jié)果與分析

2．1 不同鹽濃度對小麥萌發(fā)率、胚根長度、胚根重的影響

由表1可得出結(jié)論:鹽脅迫鹽濃度在0．0%～0．2%之間時，萌發(fā)率隨鹽濃度的增加而增加，鹽濃度在0．2% ～0．8%之間時，萌發(fā)率隨鹽濃度的增加而下降．0．2%的 NaCl濃度是小麥萌發(fā)的最適濃度，小麥胚根平均長度以及胚根重呈正相關(guān)．由以上數(shù)據(jù)還可以看出雖然0．2%的 NaCl濃度適宜小麥萌發(fā)卻不適宜胚根生長，0．1%的NaCl濃度最適宜小麥胚根的生長．用spss1．3軟件對以上數(shù)據(jù)進行單因素差異顯著性分析可得:各鹽濃度萌發(fā)率、平均胚根長度、胚根總重與對照組相比均差異顯著，且兩兩比較均表示差異顯著(見表1)．

表1 不同鹽濃度下小麥萌發(fā)率、胚根長及總重

2．2 不同濃度鹽脅迫對小麥胚根脯氨酸含量的影響

圖1 不同鹽濃度下小麥胚根的脯氨酸含量

由圖1的結(jié)論可知，鹽脅迫可以使小麥胚根的脯氨酸含量有極顯著的增加且隨鹽脅迫濃度的增加，脯氨酸含量呈逐漸增加的趨勢．脯氨酸含量隨鹽濃度增加的程度表現(xiàn)為0．8%NaCl的鹽脅迫最高，0．1%NaCl鹽脅迫和 0．2%NaCl接近相等．此外，本試驗結(jié)果顯示:0．1%NaCl鹽脅迫所造成的脯氨酸含量的增加顯著低于0．8%NaCl鹽脅迫，分析這種情況出現(xiàn)的原因可能是由于0．8%NaCl的鹽脅迫較強烈地抑制了脯氨酸的分解反應(yīng)，即高濃度的鹽脅迫降低了脯氨酸分解過程中酶的活性，導(dǎo)致脯氨酸含量持續(xù)性的增高．

2．3 不同濃度鹽脅迫對小麥胚根可溶性蛋白含量的影響

由圖2可得出結(jié)論:不同濃度鹽脅迫下小麥胚根的可溶性蛋白含量不同，隨著鹽濃度的增加小麥胚根中可溶性蛋白含量呈上升的趨勢．對照組的可溶性蛋白含量最低，鹽濃度為0．8%NaCl時可溶性蛋白的含量最高．

圖2 不同鹽濃度下小麥胚根的可溶性蛋白含量

2．4 不同鹽濃度對小麥胚根丙二醛(MDA)含量的影響

圖3 不同鹽濃度下小麥胚根MDA含量

由圖3可得結(jié)論:不同濃度鹽脅迫下小麥胚根的丙二醛含量不同，0．8%NaCl時丙二醛的含量最低，鹽濃度為0．2%NaCl時丙二醛的含量最高．隨著鹽濃度的增加丙二醛含量呈先上升后下降的趨勢，由上圖可以看出鹽濃度為0%～0．2%之間時MDA含量隨鹽濃度增加而上升，鹽濃度為0．2% ～0．8%之間時MDA含量隨鹽濃度增加而下降．

2．5 不同鹽濃度對小麥胚根質(zhì)膜相對透性的影響

由圖4可得出結(jié)論，不同鹽濃度處理引起小麥胚根的膜透性發(fā)生顯著變化，且這種變化呈逐漸遞增的趨勢．其中0．1%的 NaCl濃度與水培下小麥胚根的膜電導(dǎo)率接近相等，說明0．1%的NaCl濃度對小麥胚根而言是適宜的鹽濃度．

圖4 不同鹽濃度處理下小麥胚根的質(zhì)膜透性

3 討論

前人鹽脅迫研究已經(jīng)取得了一定的成果，例如張亞冰等利用葡萄砧木為材料研究鹽脅迫下不同耐鹽性葡萄砧木丙二醛和脯氨酸含量的變化［15］，結(jié)論是在不同脅迫下，不同耐鹽性葡萄砧木品種的丙二醛和可溶性蛋白含量變化不同，不同鹽濃度下丙二醛和蛋白的含量隨鹽濃度的增加呈增加的趨勢;馬文月等研究植物抗鹽性研究進展，得出結(jié)論——鹽脅迫可能增大植物質(zhì)膜的膜脂過氧化作用［16］，影響膜的組分;韓金龍利用玉米為材料研究鹽脅迫下不同玉米品種在苗期葉片和根中 Na+、K+、Ca2+及脯氨酸含量變化［17］，得出結(jié)論——脯氨酸的累積與植物對環(huán)境脅迫的耐受能力正相關(guān);本次實驗所得結(jié)果與前人的結(jié)論基本是一致，鹽脅迫可破壞膜組分，影響膜透性，使脯氨酸含量積累，且這種影響是隨鹽濃度的增加而逐漸加強的;鹽脅迫也可以影響小麥胚根中可溶性蛋白的含量，其中可溶性蛋白含量隨鹽濃度的增加而逐漸增加．

但該實驗研究的生理指標中，丙二醛的含量變化與一些學(xué)者的研究結(jié)論不同，小麥胚根中的丙二醛含量成先升高后下降的趨勢，丙二醛含量在鹽濃度為0．2%NaCl時達到最大值，隨著鹽濃度增加丙二醛含量卻下降．分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于小麥胚根中丙二醛對鹽脅迫的反應(yīng)比較敏感，起初隨鹽濃度的增加丙二醛逐漸積累來反應(yīng)細胞受脅迫程度，當鹽濃度到一定程度時達到了丙二醛積累體系的極限，致使丙二醛不再繼續(xù)積累．

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