鹽脅迫對不同品種甜高粱種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

朱 亞，趙永平*，王致和，王 偉，秦曉潔，黨陽麗

(1.商洛學院 生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000；2.甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006)

鹽脅迫對不同品種甜高粱種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響

朱 亞1，趙永平1*，王致和2，王 偉1，秦曉潔1，黨陽麗1

(1.商洛學院 生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000；2.甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅 武威 733006)

以引進的10個甜高粱品種為試驗材料，研究了NaCl模擬鹽脅迫對不同品種甜高粱種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響。結(jié)果表明：不同濃度NaCl脅迫對甜高粱種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率，以及幼苗的SOD、POD、CAT活性均具有顯著的影響；隨著NaCl脅迫濃度增加，發(fā)芽勢和發(fā)芽率均逐漸下降，不同品種幼苗的SOD和CAT活性均隨著鹽脅迫濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢；當NaCl脅迫濃度為100～150 mmol/L時，SOD和CAT的活性均最大，而POD活性變化則因品種而異。隨著NaCl脅迫濃度的升高，不同品種甜高粱幼苗MDA含量也呈現(xiàn)上升趨勢，不同鹽脅迫處理間差異不顯著。

甜高粱；鹽脅迫；種子萌發(fā)；生理特性

甜高粱[Sorghumbicolor(L.) Moench]是禾本科高粱屬，綠色能源作物，具有光合速率高、抗旱、耐貧瘠、耐鹽堿等特性，因而在鹽堿、干旱等邊際土地上被廣泛種植，同時具有生長快、產(chǎn)量高、莖稈富含糖分的特點，所以被稱為生物能源系統(tǒng)中最有力的競爭者[1-3]。由于不可再生資源的過度使用，可利用資源的匱乏，人們在尋找新的能源，發(fā)現(xiàn)作為汽油替代者的酒精可以解決能源、環(huán)境、就業(yè)以及增加農(nóng)民收入等問題。在我國最適于制造酒精的作物之一是甜高粱[4]。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，能源問題已經(jīng)越來越受到重視，因此，開發(fā)甜高粱作為酒精燃料是社會發(fā)展的必然趨勢。

據(jù)相關研究表明，世界陸地面積的7%，耕地面積的20%，接近50%的灌溉土地受高鹽害的影響[5-11]，而中國鹽堿化和次生鹽堿化的土壤面積每年都在逐漸增加[12]。甜高粱耐鹽堿的特性可以使鹽堿化土地得到充分利用，發(fā)展綠色生物能源產(chǎn)業(yè)，符合我國“不與糧爭地、不與人爭糧”發(fā)展綠色生物能源政策導向，同時種植甜高粱可以有效緩解耕地資源緊張和國家糧食安全的壓力。因此，研究鹽脅迫下甜高粱幼苗的生理生化變化，篩選出耐鹽性高的甜高粱對有效利用鹽漬化土地和發(fā)展綠色生物能源具有重要意義。鑒于此，本課題研究了不同濃度NaCl脅迫下，不同品種的甜高粱種子萌發(fā)和幼苗酶活性等的變化，其目的在于在篩選耐鹽性強的甜高粱品種，為鹽堿度高的甜高粱栽培區(qū)選擇適宜耐鹽品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院提供的中科院1號、中科院4號、近物1號、大卡、高丹草樂食、海中、BJ0602、SF-83003、JGY616、SH-L-1共10個不同品種甜高粱種子。

1.2 試驗設計

選取飽滿、無破損的甜高粱種子，用0.1% HgCl2表面消毒10 min，然后用去離子水反復沖洗后備用。采用水培法培養(yǎng)，在水培盒中加入適量1/4 Hoagland營養(yǎng)液，用含有不同濃度的NaCl溶液進行脅迫實驗，NaCl脅迫設置50、100、150、200 mmol/L共4個處理，其中以0 mmol/L NaCl(用蒸餾水代替)作為對照組。將不同品種甜高粱種子點播在相應的水培籃中，每籃點播20粒種子，每處理設3次重復，25 ℃下培養(yǎng)7 d，第4天測發(fā)芽勢，第7天測發(fā)芽率，培養(yǎng)20 d后測定其生理指標。

1.3 測定方法

1.3.1 發(fā)芽勢和發(fā)芽率的測定及計算 發(fā)芽勢測定方法：發(fā)芽勢(%)=(4天內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%，實驗種子發(fā)芽均以胚根露白為發(fā)芽標準)。

發(fā)芽率測定方法：發(fā)芽率(%)=(第7天發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%，實驗種子發(fā)芽均以胚根露白為發(fā)芽標準。

1.3.2 生理指標測定 超氧物歧化酶(SOD)活性采用氮藍四唑(NBT)法測定[13]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[13]；過氧化氫酶(CAT)活性采用分光光度法測定[13]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對不同品種甜高粱種子發(fā)芽勢及發(fā)芽率的影響

發(fā)芽勢和發(fā)芽率是種子發(fā)芽速度和整齊度的主要指標，也是種子質(zhì)量評價的重要依據(jù)。由表1可以看出，NaCl脅迫對不同品種甜高粱種子發(fā)芽勢及發(fā)芽率均具有顯著的影響，在不同濃度鹽脅迫下，不同品種甜高粱種子發(fā)芽勢均呈現(xiàn)隨鹽脅迫濃度的升高而降低的趨勢。在低鹽脅迫下，不同品種甜高粱種子發(fā)芽率變化幅度不大，維持在一個較小的范圍內(nèi)，隨著NaCl脅迫濃度的升高，發(fā)芽率快速降低，當NaCl脅迫濃度達到100 mmol/L時，高丹草樂食種子的發(fā)芽率最高，達到100%。在不同濃度鹽脅迫下，SH-L-1種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均相對低于其他品種。

表1 鹽脅迫對不同品種甜高粱種子萌發(fā)的影響 %

2.2 鹽脅迫對甜高粱幼苗保護酶系統(tǒng)的影響

2.2.1 鹽脅迫對不同品種甜高粱幼苗葉片SOD活性的影響 超氧化物歧化酶(SOD)作為重要的保護酶，主要清除植物因受到逆境脅迫而產(chǎn)生的過量活性氧，維持體內(nèi)的活性氧代謝平衡，防止其對膜系統(tǒng)造成的損傷[14]。由圖1可知，不同濃度NaCl脅迫對各品種甜高粱幼苗SOD活性變化均具有顯著的影響，且各品種幼苗SOD活性均隨著鹽脅迫濃度的增加而升高，但是當NaCl脅迫濃度增加到100～150 mmol/L時，SOD活性均呈現(xiàn)下降的變化趨勢。在相同的NaCl脅迫條件下，不同品種間的SOD活性也存在顯著差異，其中，當NaCl脅迫濃度增加到150 mmol/L時，JGY161、SF-830003、中科4號3個品種的SOD活性最高，分別達到36.22、35.35、35.92 U/g。

圖1 鹽脅迫對不同品種甜高粱幼苗SOD活性的影響

2.2.2 鹽脅迫對甜高粱幼苗葉片POD活性的影響 由圖2可以看出，在相同的NaCl脅迫條件下，不同品種甜高粱幼苗過氧化物酶(POD)活性存在顯著差異，JGY161、大卡、中科4號、SH-L-1品種的POD活性均隨著NaCl脅迫濃度的增加而升高，當脅迫濃度達到200 mmol/L時，其POD活性均達到最大值，而其他6個品種的POD活性均隨著NaCl脅迫濃度的增加而呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。中科1號、JGY161、SH-L-1的POD活性受鹽脅迫的變化幅度最大。

圖2 鹽脅迫對不同品種甜高粱幼苗POD活性的影響

2.2.3 鹽脅迫對甜高粱幼苗葉片CAT活性的影響 過氧化氫酶(CAT)作為植物內(nèi)源的活性氧清除劑與SOD、POD共同作用，起著維持植物活性氧代謝平衡和保護膜結(jié)構(gòu)功能[11]。由圖3可知，不同品種甜高粱幼苗CAT活性均隨著NaCl脅迫濃度的增加先升后降，當NaCl脅迫濃度增加到100～150 mmol/L時，CAT活性均達到峰值，其中NaCl脅迫濃度為100 mmol/L時，BJ0602的CAT活性最高，為14.28 U/g。但是，不同品種間的CAT活性變化差異不顯著。

2.3 鹽脅迫對甜高粱幼苗質(zhì)膜透性的影響

2.3.1 鹽脅迫對甜高粱幼苗葉片MDA含量的影響丙二醛(MDA)是細胞膜不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化物作用得到的最終產(chǎn)物，從MDA含量的多少可以看作細胞膜膜質(zhì)損傷程度的高低[15-16]。從圖4可以看出，不同濃度NaCl脅迫對甜高粱幼苗MDA含量變化均具有顯著的影響，且各品種幼苗MDA含量均隨著鹽脅迫濃度的增加而升高，當NaCl脅迫濃度由0增加到100 mmol/L時，各品種的MDA含量呈現(xiàn)緩慢升高的趨勢，但是，當NaCl脅迫濃度進一步增加時，MDA含量急劇升高。在相同的鹽脅迫條件下，不同品種間的MDA含量變化差異不顯著。

圖3 鹽脅迫對不同品種甜高粱幼苗CAT活性的影響

圖4 鹽脅迫對不同品種甜高粱幼苗MDA含量的影響

3 結(jié)論與討論

土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)的主要因子之一，在我國西北干旱半干旱地區(qū)表現(xiàn)得尤為突出，而植物種子的萌發(fā)和幼苗的生長是對逆境脅迫最為敏感的時期，因此常將此時期植物的生長作為評價植物脅迫的重要依據(jù)[17-18]。本文主要研究了NaCl脅迫對不同品種甜高粱種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響，主要分析了甜高粱種子萌發(fā)、保護酶和質(zhì)膜氧化等指標的變化，結(jié)果表明：NaCl脅迫對不同品種甜高粱種子發(fā)芽勢及發(fā)芽率均具有顯著的影響，在低鹽脅迫下，不同品種甜高粱種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率變化幅度不大，但是當脅迫濃度繼續(xù)升高，發(fā)芽勢和發(fā)芽率普遍呈下降趨勢降低，說明NaCl脅迫濃度的增加，顯著影響了甜高粱種子的萌發(fā)，這與許多學者的研究相似。

植物在逆境脅迫下，體內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧和H2O2，而SOD作為清除植株體內(nèi)活性氧的關鍵酶類、POD、CAT作為清除H2O2的主要酶類，它們協(xié)同作用，使植物能夠忍受或抵御一定程度的逆境脅迫所造成的傷害[11]。本研究結(jié)果表明，不同濃度NaCl脅迫對各品種甜高粱幼苗SOD、POD、CAT活性變化均具有顯著的影響，不同品種間的SOD活性存在顯著差異，不同品種幼苗SOD和CAT活性均隨著鹽脅迫濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，當NaCl脅迫濃度增加到100～150 mmol/L時，SOD和CAT活性均達到最大值。而POD活性隨NaCl脅迫濃度的變化趨勢因品種而異，其中中科1號、JGY161、SH-L-1的POD活性受鹽脅迫的變化幅度最大。鹽脅迫對植物體所造成的傷害主要是通過破壞生物膜的生理功能而引起的，而細胞膜是遭受傷害的主要部位，細胞膜膜質(zhì)損傷程度通常是以MDA含量的高低來判斷[11-12]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著NaCl脅迫濃度的升高，不同品種甜高粱幼苗MDA含量也呈現(xiàn)上升趨勢，且不同鹽脅迫處理間差異顯著。

綜上所述,不同濃度NaCl脅迫對甜高粱種子萌發(fā)、幼苗的SOD、POD、CAT活性，以及MDA含量的變化均具有顯著的影響，低濃度鹽脅迫時，植株會通過自身的調(diào)節(jié)作用以適應脅迫環(huán)境，對植株生長具有一定的促進作用，但在高濃度鹽脅迫下，則會對植株生長產(chǎn)生抑制作用而造成減產(chǎn)。

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(責任編輯：曾小軍)

Effects of Salt Stress on Seed Germination and Seedling Physiological Characteristics of Different Sweet Sorghum Varieties

ZHU Ya1, ZHAO Yong-ping1*, WANG Zhi-he2, WANG Wei1, QIN Xiao-jie1, DANG Yang-li1

(1. College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China;2. Gansu Academy of Agricultural Engineering and Technology, Wuwei 733006, China)

The effects of salt stress on the seed germination and seedling physiological characteristics of introduced 10 sweet sorghum varieties were studied. The results indicated that different concentrations of NaCl stress had significant effects on the seed germination potential, germination rate and seedling SOD, POD and CAT activities of sweet sorghum. When the concentration of NaCl stress increased, both the germination potential and the germination rate decreased gradually, and the activity of SOD and CAT in seedlings of different varieties all revealed the trend of increasing first and then decreasing. When the concentration of NaCl stress was 100～150 mmol/L, the activity of both SOD and CAT was the highest, while the change in POD activity in different varieties under NaCl stress was different. Along with the increase in the concentrations of NaCl stress, the MDA content in seedlings of different sweet sorghum varieties all showed an increasing trend, and there was no significant difference in MDA content among different salt stress treatments.

Sweet sorghum; Salt stress; Seed germination; Physiological characteristics

2017-03-24

商洛學院引進人才專項科研啟動經(jīng)費項目(14SKY027)。

朱亞(1982─)，女，陜西三原人，碩士，主要從事植物營養(yǎng)與食品分析研究。*通訊作者：趙永平。

S566.5

A

1001-8581(2017)07-0009-05