水稻不同品種幼苗期耐鹽性評價

周 毅，崔豐磊，楊 萍，張帆濤，羅向東，謝建坤*

(1.江西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330022;2.江西師范大學(xué) 高等研究院，江西 南昌 330022)

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球大約60%的人口以水稻作為主要的糧食來源［1］。水稻屬于甜土植物，土壤鹽漬化是影響水稻產(chǎn)量提高的主要限制因素之一［2］。據(jù)估算，在我國受鹽侵害的稻田占栽培面積的1/5，并且隨著人口劇增、城市化及工業(yè)化的高速發(fā)展，有擴大和蔓延的趨勢［3］。因此，篩選和培育耐鹽性強的水稻品種已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要研究方向。目前，人們主要利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)以及耐鹽突變體篩選等方法來提高水稻的耐鹽性［2，4-10］，但上述方法周期漫長，操作繁瑣復(fù)雜，實際應(yīng)用效果也不盡理想，因此難以得到推廣。此外，水稻耐鹽性是一個受多種因素綜合影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，機理復(fù)雜，表型性狀是內(nèi)部生理生化發(fā)生變化的表現(xiàn)。本研究通過測定NaCl鹽脅迫下7個水稻品種幼苗生長和生理生化特性的變化來探明鹽處理對水稻苗期生長的影響，并且通過隸屬函數(shù)法對供試水稻材料的耐鹽性進行了綜合評價，從而為耐鹽種質(zhì)資源篩選及育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

供試材料:協(xié)青早B(以下簡稱協(xié)B)，福伊B，9311，紫稻，R463，02428，日本晴等7個水稻品種，種子由江西省農(nóng)科院提供。

1.2 實驗方法

1.2.1 水稻幼苗培養(yǎng) 供試材料種子用1 g/L HgCl2表面消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈，再用蒸餾水浸種2 d。發(fā)芽7 d后，選取大小一致的幼苗移栽到盛有蛭石的塑料盆中，以IRRI營養(yǎng)液［11］進行培養(yǎng)，每隔3 d換一次營養(yǎng)液。

1.2.2 鹽脅迫處理 在水稻幼苗移栽大約14 d(三葉一心期)后以200 mmol/L NaCl脅迫處理5 d。試驗采用3次重復(fù)，每品種每個重復(fù)種植10株。對照組則是營養(yǎng)液中不加入NaCl，其它培養(yǎng)條件都相同。

1.2.3 株高、根長和含水量的測定 株高測量從植株底部開始，一直到葉尖。根長測量從植株底部開始，一直到根尖。將幼苗去胚乳后，用電子天平稱量鮮質(zhì)量，再將幼苗在120℃的烘箱中烘30 min，然后置于80℃烘箱中，直至幼苗質(zhì)量恒定記為干質(zhì)量。利用鮮干質(zhì)量差計算含水量。

1.2.4 各項生理生化指標的測定 葉綠素含量測定采用浸提法［12］。電導(dǎo)率的測定按照汪月霞等［13］方法進行測定。可溶性蛋白質(zhì)含量的測定參照李大紅［14］的方法進行測定。脯氨酸含量采用磺基水楊酸法進行測定［15］。MDA含量采用硫代巴比妥酸顯色法［14］進行測定。SOD活性的測定采用的是碧云天公司的總SOD活性檢測試劑盒(產(chǎn)品編號S0109)。

1.2.5 不同水稻品種耐鹽性評價 參照張國新等［16］的隸屬函數(shù)法對7個不同水稻品種的耐鹽性進行鑒定。試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖由Excel完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl處理對水稻不同品種幼苗株高、根長的影響

在200 mmol/L NaCl處理的鹽脅迫中，各個品種的水稻幼苗生長都受到了一定程度的抑制(圖1、圖2)。就株高而言，受鹽脅迫影響最為顯著的是紫稻，與對照相比株高下降了30.0%，影響最小的是日本晴，下降率只有0.5%。而根長受鹽脅迫影響最為明顯的也是紫稻，下降率達到43%，而受影響最小的是9311，與對照相比，根長提高了0.56%。

圖1 NaCl處理對不同水稻品種幼苗株高的影響Fig.1 Effect of NaCl stress on the plant height of different rice varieties during seedling stage

圖2 NaCl處理對不同水稻品種幼苗根長的影響Fig.2 Effect of NaCl stress on the root length of different rice varieties during seedling stage

2.2 NaCl處理對水稻不同品種幼苗含水量的影響

植株相對含水量是衡量植物耐逆性的一個重要指標。鹽脅迫處理后，各個品種水稻幼苗相對含水量呈降低趨勢。其中下降最顯著的是紫稻，下降率為52.0%，而9311下降最小，下降率為17.6%(圖3)。

圖3 NaCl處理對不同水稻品種幼苗含水量的影響Fig.3 Effect of NaCl stress on the water content of different rice varieties during seedling stage

2.3 NaCl處理對水稻不同品種幼苗葉綠素含量的影響

鹽脅迫處理后，各個品種水稻幼苗的葉綠素含量大部分呈降低趨勢。其中下降最顯著的是協(xié)B，下降率為62.9%，而R463的葉綠素含量提高了1.5%(圖4)。

圖4 NaCl處理對不同水稻品種幼苗葉綠素含量的影響Fig.4 Effect of NaCl stress on the chlorophyll content of different rice varieties during seedling stage

2.4 NaCl處理對水稻不同品種幼苗細胞質(zhì)膜透性的影響

細胞質(zhì)膜是細胞與環(huán)境之間的界面，各種逆境對細胞的影響首先作用于質(zhì)膜，逆境脅迫對質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和功能的影響通常表現(xiàn)為選擇透性的下降甚至喪失、電解質(zhì)與某些小分子有機物質(zhì)的大量外滲。鹽脅迫處理后，各個品種水稻幼苗相對電導(dǎo)率均呈增加趨勢。其中提高最顯著的是9311，提高率為275.4%，而協(xié)B增加最小，提高率為103.8%(圖5)。

圖5 NaCl處理對不同水稻品種幼苗相對電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effect of NaCl stress on the conductivity of different rice varieties during seedling stage

2.5 NaCl處理對水稻不同品種幼苗可溶性蛋白含量的影響

植物體內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加是植物在逆境的適應(yīng)表現(xiàn)，可作為鑒定植物相對抗性的指標。鹽脅迫處理后，協(xié)B、福伊B和9311幼苗的可溶性蛋白含量發(fā)生了顯著的提高，提高率分別為48.7%、20.4%以及12.6%，而紫稻的可溶性蛋白含量下降了8.2%，其它品種的含量并沒有發(fā)生顯著變化(圖6)。

圖6 NaCl處理對不同水稻品種幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.6 Effect of NaCl stress on the soluble protein content of different rice varieties during seedling stage

圖7 NaCl處理對不同水稻品種幼苗脯氨酸含量的影響Fig.7 Effect of NaCl stress on the proline content of different rice varieties during seedling stage

2.6 NaCl處理對水稻不同品種幼苗脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)一種小分子的滲透物質(zhì)，當(dāng)植物受到鹽脅迫時，脯氨酸的累積能提高植物的耐鹽性。在鹽脅迫下，各個品種水稻幼苗脯氨酸含量均明顯高于對照組，其中協(xié)B的脯氨酸含量提高的最為顯著，提高率為2 308.1%，而02428的提高程度最小，提高率為326.5%(圖7)。

2.7 NaCl處理對水稻不同品種幼苗MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，其量的變化可作為衡量逆境脅迫對植物造成氧化損害的指標。鹽脅迫下的水稻幼苗葉片的MDA含量均呈明顯上升趨勢。其中，日本晴的MDA含量與對照組相比增加了312.0%，而02428的增加的最少，增加率為53.3%(圖8)。

圖8 NaCl處理對不同水稻品種幼苗MDA含量的影響Fig.8 Effect of NaCl stress on the MDA content of different rice varieties during seedling stage

2.8 NaCl處理對水稻不同品種幼苗SOD活性的影響

SOD是重要的活性氧清除酶，當(dāng)外來脅迫導(dǎo)致大量活性氧產(chǎn)生時，它能及時有效清除自由基，保護細胞免受活性氧脅迫的傷害。鹽脅迫下的水稻幼苗的SOD活性與對照組相比發(fā)生了不同程度的增加。其中，協(xié)B的SOD活性提高的最為顯著，提高率為943.7%，而紫稻的提高程度最小，提高率為 2.0%(圖 9)。

圖9 NaCl處理對不同水稻品種幼苗SOD活性的影響Fig.9 Effect of NaCl stress on the SOD activity of different rice varieties during seedling stage

2.9 水稻不同品種幼苗耐鹽性綜合評價

利用隸屬函數(shù)計算方程，對9個生長及生理生化指標的變化率(表1)進行數(shù)量轉(zhuǎn)換，量化結(jié)果見表2。水稻耐鹽性是一個多因素作用的結(jié)果，因此單一指標很難真正反映品種的耐鹽性，而各種生長及生理生化指標的綜合評價更能揭示品種真實耐鹽力。各指標平均值最大的為協(xié)B，其值為0.683 9;其次為R463，其值為0.592 6;紫稻最小，僅為0.143 4;其它品種在0.352 6 ～0.558 4。從大到小依次依次為:協(xié)B、R463、9311、日本晴、福伊B、02428、紫稻(表2)。說明協(xié)B耐鹽性最強，紫稻耐鹽性最弱。

表1 各項生長及生理生化指標變化率Tab.1 The rate of change in the growth and physiological and biochemical characteristics

表2 不同品種在鹽分脅迫下指標數(shù)量轉(zhuǎn)換Tab.2 The index conversion of different rice varieties under salt stress

3 討論

水稻耐鹽性是一種復(fù)雜的生理特性，目前對水稻耐鹽性的評價主要通過表型指標和生理生化指標進行［17］。鹽脅迫處理對植物的生長發(fā)育有明顯的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)NaCl脅迫處理對水稻以及甜椒幼苗的株高、根長都有顯著的影響［18-19］。本研究結(jié)果表明，經(jīng)過5 d的200 mmol/L NaCl處理后，7個水稻品種幼苗表現(xiàn)出不同程度的株高變矮、根長變短(除9311以外)，說明水稻幼苗生長受到抑制。

葉片相對含水量是植物葉片細胞水分生理狀態(tài)的反映，在一定程度上反映了植物組織水分虧缺程度。本實驗結(jié)果表明，鹽脅迫處理后，各個品種水稻幼苗的葉片含水量均發(fā)生了不同程度的降低，這個研究結(jié)果與金美芳等［18］的研究結(jié)果是一致的，其機理可能是鹽脅迫導(dǎo)致水稻幼苗內(nèi)離子的過量積累，造成外界溶液的水勢降低，產(chǎn)生滲透脅迫引起細胞脫水，水稻組織出現(xiàn)生理性缺水。

葉綠素含量是體現(xiàn)葉片衰老程度的指標之一，很多研究表明，各種細胞器中受鹽分影響比較敏感的是葉綠素。鹽脅迫下植物葉片中葉綠素含量下降，可能是由于葉綠素酶活性增強，促使葉綠素分解［20］。鹽脅迫下植物體內(nèi)葉綠素含量的變化較為復(fù)雜，本試驗結(jié)果表明，鹽脅迫處理后，除R463幼苗的葉綠素含量無明顯變化外，其余6個品種的水稻幼苗的葉綠素含量都發(fā)生了明顯的下降。下降程度由高到低依次為協(xié) B、紫稻、福伊 B、日本晴、02428、9311、R463。

研究發(fā)現(xiàn)，細胞膜是逆境對植物傷害的原初位點，尤以質(zhì)膜的傷害最為嚴重。質(zhì)膜在受到鹽脅迫后透性增大和膜脂過氧化，從而損害膜的正常生理功能，進而影響細胞的代謝作用，最終導(dǎo)致植物代謝過程發(fā)生紊亂［21］。本研究中，鹽脅迫下各個品種水稻幼苗的電導(dǎo)率都發(fā)生了明顯的增加，說明NaCl處理后，水稻幼苗葉片的選擇透性明顯降低，電解質(zhì)以及某些小分子有機物質(zhì)發(fā)生大量外滲，從而影響幼苗的生長發(fā)育。

研究發(fā)現(xiàn)，滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽脅迫的基本特征之一，鹽脅迫可提高水稻幼苗可溶性蛋白和脯氨酸等的含量［22］。可溶性蛋白含量與植物的抗逆性之間存在正相關(guān)，植物抗逆性的提高可能涉及特異可溶性蛋白質(zhì)形成［14］。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫處理后，只有部分品種(協(xié)B、福伊B、9311)水稻幼苗的可溶性蛋白含量提高了，具體機理還有待進一步研究。Hichri等［23］的研究結(jié)果表明，鹽脅迫條件下，植物體內(nèi)大量積累脯氨酸。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，各個品種水稻幼苗的脯氨酸含量都發(fā)生了明顯的增加，說明脯氨酸作為滲透溶質(zhì)增強植物的抗逆性。

MDA是細胞膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物，它的積累可作為植物葉片細胞膜受破壞程度的指標。此外，MDA含量與植物耐鹽性密切相關(guān)，許多研究表明，耐鹽的植物MDA含量比較低［24］。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，7個水稻品種幼苗的MDA含量都有大幅度的上升，說明各個水稻品種的細胞膜均受到一定程度的傷害。

許多植物抗逆研究已經(jīng)表明SOD酶活性與植物抗逆性有極為密切的關(guān)系［25］。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，除紫稻外，其余6個品種的水稻幼苗的SOD活性都發(fā)生了顯著的提高。水稻耐鹽性是一個多因素作用的結(jié)果，機理復(fù)雜，隸屬函數(shù)分析提供了一條在多指標測定基礎(chǔ)上對材料特性進行綜合評價的途徑，將其應(yīng)用于水稻耐鹽育種的研究，可大大提高水稻耐鹽性篩選的可靠性［16］。本研究利用隸屬函數(shù)法對各項生長及生理生化指標進行綜合評價，發(fā)現(xiàn)在所試驗的7個水稻品種中協(xié)B是相對比較耐鹽的。

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