不同鈉離子濃度下甜菜幼苗早期生理變化

王宇光 ，田 燁 ，耿 貴 *

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080）

在干旱條件下和半干旱的區(qū)域，由于蒸發(fā)強(qiáng)烈，地下水上升，使地下水所含有的鹽分留在土壤的表層，又由于較小的降水量，不能淋溶排走土壤表層鹽分，致使越來越多的鹽分聚集在土壤表面[1]。尤其是一些易溶解的鹽分，如NaCl、Na2SO4、Na2CO3等，導(dǎo)致了鹽漬化土壤的形成[2]。目前我國鹽漬化土地還沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，但關(guān)于黃河三角洲區(qū)域的一項(xiàng)區(qū)域性調(diào)查表明，每年有大面積的農(nóng)耕地因土壤的次生鹽漬化而被迫撂荒。我國鹽漬化土壤主要分布在地勢較低平，徑流滯緩、易匯集排水的地段、河流沖積的平原、盆地、湖泊、沼澤等地區(qū)，并且鹽漬化土地的總面積或者分布范圍都是世界上程度最大的[3]。如位于西北地區(qū)的河西走廊、銀川平原、吐魯番盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、哈密傾斜平原以及青藏高原的柴達(dá)木盆地、徨水流域、東北的松嫩平原等。同時，不正確的灌溉措施導(dǎo)致次生鹽漬化土壤的形成，使鹽漬土面積在不斷增多，土壤的鹽漬化形勢十分嚴(yán)峻，鹽漬化給農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境的進(jìn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了較大影響[4]。

目前仍沒有成型的技術(shù)體系來解決土壤鹽漬化[5]。特別是我國鹽堿地和鹽漬土面積還在進(jìn)一步擴(kuò)大，鹽漬化程度不斷加劇，同時在不斷增長的人口、相對匱乏的土地資源、日益惡化的生態(tài)環(huán)境形勢下，如何實(shí)施有效的措施來抑制土壤鹽堿化，改良并且利用現(xiàn)有鹽堿地，已成為研究中的熱點(diǎn)問題[6-8]。培養(yǎng)耐鹽農(nóng)作物品種及改良作物的耐鹽特性，已經(jīng)成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的主要課題[9]，也是解決土壤鹽漬化的一種重要手段。因此，對植物鹽脅迫下生理變化和耐鹽植物耐鹽機(jī)理的研究，為改良和提高植物對鹽的抗性及提高農(nóng)作物的產(chǎn)量起到重要的作用。

甜菜是產(chǎn)糖量僅次于甘蔗的糖料作物，也是21世紀(jì)一種新型可作為再生資源的農(nóng)作物，特別是其在燃料乙醇生產(chǎn)等方面的優(yōu)勢，使其具有良好科研價值和應(yīng)用前景[10]。甜菜是一種有著較強(qiáng)的抗鹽能力的作物，并且低濃度的鹽離子對甜菜的生長有促進(jìn)作用。雖然甜菜具有較強(qiáng)的耐鹽特性，但環(huán)境中的鹽離子濃度過高時，甜菜生長及各項(xiàng)生理指標(biāo)會受到抑制[11]。甜菜對鹽分最敏感的時期為甜菜幼苗的發(fā)芽期，這個時期耐鹽能力最弱，同時，在高鹽環(huán)境下，甜菜因?yàn)槲樟诉^多鹽分而減少了對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，并且影響了生理代謝而降低吸收營養(yǎng)物質(zhì)的量，進(jìn)而抑制了甜菜的生長[12]。本文對不同鹽離子濃度下甜菜生理相應(yīng)的變化進(jìn)行分析與研究，為甜菜鹽堿地栽培以及耐鹽品種選育奠定基礎(chǔ)。本研究通過分析不同鹽度處理對甜菜幼苗生長及各項(xiàng)生理指標(biāo)的影響，如分析甜菜幼苗的出芽率、葉片的干鮮重、相對含水量以及各種抗氧化酶活力等生理指標(biāo)，從而研究甜菜幼苗在不同鹽濃度下的生理生化特性變化，進(jìn)而找出適合甜菜生長的最佳鹽度范圍，為下一步甜菜在鹽堿地種植提供重要的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試甜菜品種：ST13092。主要藥品與試劑：三氯乙酸、三氯甲烷、硫酸、氫氧化鈉、蒸餾水、蔗糖、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉、雙氧水、KNO、FeSO4·7H2O、KH2PO4、MgSO4·7H2O、NaCl、K2HSO4、TCA、TBA。

1.2 培養(yǎng)方法

將甜菜ST13092種子在不同鹽濃度下的土壤中進(jìn)行種植，用氯化鈉和硫酸鈉按照1∶1的比例，配置成含有不同濃度鈉離子的混合鹽，將鹽離子與一定量的土壤混勻保證每千克土壤中鈉離子的濃度分別是0、25、50、100、150、200、250、300 mmol/L，然后按照正確的種植方式將甜菜種子進(jìn)行播種。每個處理樣品有4個重復(fù)。種植完甜菜種子后每10 d澆入100 mL營養(yǎng)液。甜菜幼苗培養(yǎng)條件為：光照14 h，黑暗10 h，光照培養(yǎng)溫度為24℃，黑暗培養(yǎng)溫度為20℃，培養(yǎng)箱的濕度達(dá)到70%～75%之間，培養(yǎng)箱的光照強(qiáng)度為200 Lux。

1.3 試驗(yàn)方法

培養(yǎng)箱中每天定時觀察甜菜的出苗情況，作好記錄，計(jì)算每個處理下出苗植株的棵數(shù)與總播種數(shù)的比值，記錄每天的出苗率。在甜菜播種20 d后，進(jìn)行取材，剪取甜菜幼苗的第二對真葉進(jìn)行低溫保存，做好標(biāo)記以便檢測，然后進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的監(jiān)測，主要包括APX、CAT等抗氧化酶的酶活；甜菜葉片的相對含水量、葉片的鮮重以及干重，具體試驗(yàn)步驟參考文獻(xiàn)[12]。

表1 不同鈉離子濃度下甜菜發(fā)苗率情況(平均值±SD)

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下甜菜出苗率分析

不同Na+濃度條件下，甜菜出苗率統(tǒng)計(jì)見表1。當(dāng)Na+濃度為0 mmol/L時，隨著播種天數(shù)的增長出苗率逐漸提高，第8天甜菜的出苗率已達(dá)到100%。在Na+濃度為25 mmol/L的條件下，甜菜的出苗率同0 mmol/L的出苗情況基本相似。Na+濃度為50 mmol/L時，在播種6～8 d時，出苗率較低，第9天甜菜的出苗率達(dá)到100%。在Na+濃度為150及200 mmol/L條件下，它們分別在第8天和第9天開始出苗，出苗率分別為15.4%和17.0%，之后出苗率逐漸增高直到第12天出苗率僅為65.9%和18.9%。在250 mmol/L鹽濃度下出苗率始終為0。綜上所述可以得知，Na+會對甜菜的出苗率產(chǎn)生一定的影響，隨著Na+濃度的增加出苗率將會顯著降低。此外，200 mmol/L Na+濃度下，甜菜幼苗個體生長較小，不能滿足生理測定需求。因此，在生理測定的過程中，選取0至150 mmol/L Na+的處理下的幼苗作為分析對象。

2.2 葉片鮮重及干重分析

在Na+濃度為25 mmol/L時，植株的鮮重明顯高于Na+濃度為0 mmol/L的植株鮮重（圖1），當(dāng)Na+濃度為50 mmol/L時植株的鮮重開始小于Na+濃度為0 mmol/L下的植株鮮重。隨著鹽濃度的增加，鮮重逐漸降低。鹽脅迫下甜菜葉片干重結(jié)果（圖2）與鮮重結(jié)果較為一致。以上結(jié)果表明低濃度的Na+對甜菜的植株生長具有促進(jìn)作用，但是高濃度的鹽離子會抑制植株的生長。

2.3 葉片相對含水量的測定

在Na+濃度為25 mmol/L的生長條件下，甜菜葉片的相對含水量同0 mmol/L條件下的數(shù)值基本相同（圖3）。在50及100 mmol/L Na+濃度下植物體含水量會發(fā)生顯著下降，因此，在低Na+濃度條件下不會對甜菜葉片的相對含水量產(chǎn)生影響，而隨著Na+濃度的不斷增加，葉片的相對含水量會顯著下降。

圖1 不同Na+濃度甜菜鮮重情況

圖2 不同Na+濃度甜菜干重情況

圖3 不同Na+濃度甜菜葉片相對含水量

2.4 抗氧化酶活性的測定及分析

過氧化氫酶（CAT）能夠?qū)⑦^氧化氫水解為水和氧氣，可起到清除活性氧自由基的作用。如圖4所示，在Na+濃度為25 mmol/L時，其CAT酶活力的大小與0 mmol/L相比沒有差異。當(dāng)Na+濃度超過50 mmol/L時與0 mmol/L相比葉片CAT酶活性顯著增強(qiáng)。綜上所述，Na+對甜菜CAT酶活性會起到一定的促進(jìn)作用。

抗壞血酸過氧化物酶（APX）是清除體內(nèi)超氧陰離子自由基(O2-)的重要酶類。在Na+濃度較低的情況下，APX酶活力沒有變化。同0 mmol/L Na+相比，在50、100、150 mmol/L Na+條件下，APX酶活力有一定程度增加。 同時，50、100、150 mmol/L Na+條件下的APX酶活性，三者并沒有顯著差異。

圖4 不同Na+濃度CAT酶活力

圖5 不同Na+濃度APX酶活力

3 討論

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以看出，在不同鹽濃度的處理下甜菜的各項(xiàng)生理指標(biāo)會發(fā)生不同程度的變化，如在25 mM Na+濃度處理下葉片的干鮮重及相對含水量會增加，之后隨著Na+濃度增加葉片干鮮重會逐漸降低，這些結(jié)果證明低濃度的Na+會在早期促進(jìn)甜菜幼苗的生長，這與其他報道較為相似[13]，此外，本研究證明甜菜體內(nèi)抗氧化酶類APX及CAT在高濃度Na+條件下抗氧化活力顯著增加，本研究進(jìn)一步證明了甜菜體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的高效性，可能對于甜菜耐鹽特性具有較大貢獻(xiàn)。有報道表明甜菜抗氧化系統(tǒng)與還原調(diào)控的結(jié)合作用，對于提高甜菜抗逆性具有較大影響[14]。