NaCl脅迫對糜子種子萌發(fā)的影響

肖 菁,劉 寧,2,許明海,張金波,馬艷明,王 莉,徐麟

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所,烏魯木齊 830091;2.農(nóng)業(yè)部植物新品種測試(烏魯木齊)分中心,烏魯木齊 830091;3．疏勒縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,新疆疏勒 844200)

0 前 言

【研究意義】糜子(PanicummiliaceumL.)是 C4 植物,能夠在西北地區(qū)鹽堿、干旱、高溫等極端條件下生長,糜子籽粒蛋白質(zhì)含量豐富,富含有多種維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分[1]。新疆糜子種植面積逐漸增大,但土壤鹽漬化制約了糜子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2],新疆鹽堿土的面積為2 181.4×104hm2,占全國鹽堿土面積的22.01%,新疆受不同程度鹽漬化危害的耕地面積達122.88×104hm2[3]。研究糜子耐鹽性對耐鹽性種質(zhì)資源的篩選有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】張洪鵬等[4]利用180 mmol/L NaCl溶液模擬鹽脅迫條件,比較糜子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、根長、芽鮮重、根鮮重等指標的變化,評價6個不同來源的糜子品種耐鹽性,篩選出了4個耐鹽性較強的品種;袁雨豪等[1]利用1%NaCl溶液脅迫,評價100份糜子資源萌發(fā)期及苗期的耐鹽性,發(fā)現(xiàn)耐鹽性品種與鹽敏感性品種在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理指標上存在較大差異,鹽脅迫過程中,耐鹽性糜子品種葉表面出現(xiàn)鹽囊泡并增多變大,孔張開度變化不明顯,而鹽敏感性品種氣孔關(guān)閉,葉片表面蠟質(zhì)增多粗糙,氣孔保衛(wèi)細胞受損破裂出現(xiàn)凋亡。劉敏軒等[5]研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度增加,參試材料的發(fā)芽率、復(fù)萌率以及苗期的存活率均呈現(xiàn)下降趨勢,但苗高、根長、苗鮮重及根鮮重隨著鹽濃度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,且耐鹽材料的游離脯氨酸含量以及根中Na+含量和Na+/K+隨著鹽脅迫濃度的增加而增加,增加幅度要顯著大于耐鹽性較差的材料;李占成等[6]研究發(fā)現(xiàn)在NaCl、Na2SO4及MgCl2脅迫下,糜子種子發(fā)芽可忍耐的濃度分別為1.2%、1.6%、2.0%。在相同濃度下,各種鹽對糜子種子發(fā)芽抑制作用由大到小為NaCl、Na2SO4、MgCl2。 【本研究切入點】王綸等[7]對來源于我國14省(自治區(qū))的6 518份黍稷種質(zhì)資源,以苗期耐鹽級別作為綜合評價的標準,通過3次耐鹽性鑒定,選出高度耐鹽種質(zhì)22份,占鑒定種質(zhì)總數(shù)的0.34%,耐鹽種質(zhì)120份,占1.84%。 需分析比較內(nèi)蒙古糜子186和新疆黃糜MZ04的耐鹽性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】比較研究內(nèi)蒙古糜子186和新疆黃糜MZ04在不同的NaCl溶液下萌發(fā)狀況,分析參試材料的耐鹽半抑制濃度及引進品種與新疆品種耐鹽性,為新疆糜子種質(zhì)耐鹽性提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料為新疆黃糜MZ04和內(nèi)蒙古糜子186,由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所提供。表1

表1 參試材料來源及特性

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

參照王治江[8]方法。取直徑為11 cm玻璃培養(yǎng)皿,進行酒精消毒后,于80℃烘箱中8 h后取出,待其恢復(fù)室溫后,鋪放2層滅菌濾紙備用,挑選大小一致,飽滿程度一致的糜子種子,用75%酒精消毒3 min,消毒完成后,用蒸餾水清洗5次,用濾紙吸干外部水分。將NaCl分別配制(0、50、100、150、200和250 mmol/L)6種濃度梯度,將種子分別置于不同濃度NaCl溶液中4 h,從中隨機選取50粒種子,排列于培養(yǎng)皿中,在向培養(yǎng)皿中加入相應(yīng)濃度的NaCl溶液10 mL,至濾紙水分飽和,每處理3次重復(fù),并稱重記錄培養(yǎng)皿及種子的總重量,置于人工氣候室中發(fā)芽,白、夜溫度分別為16、17℃,時間分別為14、11 h,光強6 000 lx,試驗過程中,每天按照稱重補水法補充水分,保證培養(yǎng)皿中鹽濃度不變,并統(tǒng)計發(fā)芽率(發(fā)芽標準,胚根突破種皮,達到種子長度為發(fā)芽標準),第7 d測量測其胚芽、胚根長度及鮮重。

1.2.2 測定指標

(1)發(fā)芽勢=(3 d種子萌發(fā)數(shù)/種子總數(shù))×100%;

(2)發(fā)芽率=(7 d種子萌發(fā)數(shù)/種子總數(shù))×100%;

(3)發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)(Gt:第t d的發(fā)芽率;Dt:天數(shù));

(4)活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×幼苗鮮重;

(5)胚芽、胚根長度及鮮重的測定:處理第7 d后,每培養(yǎng)皿取10株長勢基本一致的胚苗。用蒸餾水沖洗干凈,用濾紙吸干,測其胚芽、胚根長度及鮮重;

(6)耐鹽半抑制濃度:相應(yīng)指標降低到對照的一半時,所對應(yīng)的NaCl溶液濃度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0 進行數(shù)據(jù)分析,WPS 2020進行相關(guān)數(shù)量整理、作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對糜子種子發(fā)芽勢的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子發(fā)芽勢差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,發(fā)芽勢降低,在100、150 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04與內(nèi)蒙古糜子186發(fā)芽勢差異顯著,且新疆黃糜MZ04的發(fā)芽勢高于內(nèi)蒙古糜子186, 150 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04發(fā)芽勢為50.67%,而內(nèi)蒙古糜子186的發(fā)芽勢為9.33%;但在200、250 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04發(fā)芽勢分別為0.67%、0,內(nèi)蒙古糜子186的發(fā)芽勢分別為2.00%、5.33%。圖1

圖1 不同處理下參試材料發(fā)芽勢變化

2.2 NaCl脅迫對糜子種子發(fā)芽率的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子發(fā)芽率差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,發(fā)芽率降低,且在150、200和250 mmol/L處理下差異顯著,內(nèi)蒙古糜子186在200 mmol/L處理下發(fā)芽率降低到11.33%;新疆黃糜MZ04在200 mmol/L處理下發(fā)芽率為68.00%,較內(nèi)蒙古糜子186高56.67%,在250 mmol/L處理下發(fā)芽率為31.33%,明顯高于內(nèi)蒙古糜子186。圖2

圖2 不同處理下參試材料發(fā)芽率變化

2.3 NaCl脅迫對糜子種子發(fā)芽指數(shù)的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子發(fā)芽指數(shù)差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,發(fā)芽指數(shù)降低,其中內(nèi)蒙古糜子186與新疆黃糜MZ04在150、200、250 mmol/L處理下差異顯著,且內(nèi)蒙古糜子186在200 mmol/L處理下發(fā)芽指數(shù)降低到0.11;新疆黃糜MZ04在200 mmol/L處理下發(fā)芽指數(shù)為0.67,較內(nèi)蒙古糜子186高0.55,在250 mmol/L處理下發(fā)芽指數(shù)為0.31,較內(nèi)蒙古糜子186高0.26。圖3

圖3 不同濃度處理下參試材料發(fā)芽指數(shù)變化

2.4 NaCl脅迫對糜子種子活力指數(shù)的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料種子活力指數(shù)差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,活力指數(shù)降低,其中內(nèi)蒙古糜子186在150、200 mmol/L處理下差異顯著,在200 mmol/L處理下發(fā)芽指數(shù)降低到0.01;新疆黃糜MZ04在200、250 mmol/L處理下差異顯著,在200 mmol/L處理下發(fā)芽指數(shù)為0.13,較內(nèi)蒙古糜子186高0.12;在250 mmol/L處理下活力指數(shù)降低到最低新疆黃糜MZ04為0.05,內(nèi)蒙古糜子186活力指數(shù)為0。圖4

圖 4 不同濃度處理下參試材料活力指數(shù)變化

2.5 NaCl脅迫對糜子胚苗生長的影響

研究表明,NaCl脅迫過程中,參試材料胚根、胚莖長度差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,胚根、胚芽莖長度降低。在不同濃度NaCl處理下新疆黃糜MZ04的胚根、胚莖長度均高于內(nèi)蒙古糜子186;內(nèi)蒙古糜子186在50 mmol/L處理下胚根、胚莖長度差異顯著,較對照分別降低了32.686、9.67 cm;新疆黃糜MZ04在50 mmol/L處理下胚根、胚莖長度較對照分別降低了15.67 cm、6.04;在NaCl處理過程中新疆黃糜MZ04胚苗生長明顯優(yōu)于內(nèi)蒙古糜子186。圖5、6

圖5 不同濃度處理下參試材料培根長度變化

圖6 不同濃度處理下參試材料胚芽長度變化

2.6 糜子種子萌發(fā)期各指標與NaCl濃度相關(guān)性

研究表明,新疆黃糜MZ04各個指標的耐鹽半抑制濃度均高于內(nèi)蒙古糜子186;新疆黃糜MZ04的發(fā)芽率耐鹽半抑制濃度為107.39 mmol/L,較內(nèi)蒙古糜子186高出4.18 mmol/L,活力指數(shù)耐鹽半抑制濃度為45.81 mmol/L,較內(nèi)蒙古糜子186高出5.2 mmol/L;新疆黃糜MZ04種子萌發(fā)期的耐鹽性高于內(nèi)蒙古糜子186,且差異顯著。表2

3 討 論

糜子種子萌發(fā)期是整個生長發(fā)育過程中對鹽脅迫最敏感的時期[8],糜子在鹽堿地中是否能夠存活首先決定于能否發(fā)芽,及發(fā)芽勢的高低、胚根、胚莖的生長速度,其次決定于生長環(huán)境中鹽堿的種類、濃度以及品種的遺傳特性;土壤中鹽堿種類及濃度影響種子萌發(fā)的主要原因一是土壤中鹽堿濃度增大,種子萌發(fā)過程中很難收到水分,造成種子生理干旱,很難打破休眠,萌發(fā);二是鹽堿種類過多,離子濃度增加,造成離子中毒[9]。研究發(fā)現(xiàn)參試品種在NaCl溶液處理過程中,隨著濃度的增加,發(fā)芽勢、發(fā)芽率等指標均呈降低趨勢;且2個品種之間也存在差異,糜子在鹽脅迫過程中,萌發(fā)相關(guān)指標主要是由鹽濃度及品種的耐鹽特性決定,與劉敏軒等[5],李占成等[6],在糜子種質(zhì)資源芽、苗期耐鹽機理研究結(jié)果一致,與白菜型油菜[8]、煙草[10]、青稞[11]、玉米[12]、苜蓿[13]、冬小麥[14]、水稻等[15]研究結(jié)果相似。

研究發(fā)現(xiàn)在NaCl脅迫過程中,參試材料胚根長度大于胚莖長度,耐鹽性強的新疆黃糜MZ04在不同NaCl濃度處理下,胚根長度大于耐鹽性較弱的內(nèi)蒙古糜子186,在脅迫過程中胚根的生長可以緩解鹽脅迫造成的損傷;研究表明植物根系是最先感知環(huán)境變化的器官,在植物幼苗期進行脅迫處理,發(fā)現(xiàn)單株平均根數(shù)減少、幼苗主根變短、側(cè)根數(shù)變少、根系鮮重下降、根總面積減小[16,17];在種子萌發(fā)過程中,研究發(fā)現(xiàn),低濃度的鹽處理可以促進根系生長[18];研究發(fā)現(xiàn),在隨著NaCl溶液濃度的增加,糜子胚根生長的長度減少,與權(quán)有娟等[19]研究發(fā)現(xiàn)胚根隨著鹽處理濃度的增加而縮短結(jié)果相似?？梢酝ㄟ^高鹽濃度對糜子種子萌發(fā)進行脅迫,不同糜子品種胚根生長速度、生長長度差異明顯,可以作為判定糜子種質(zhì)資源耐鹽性的可靠指標;研究發(fā)現(xiàn)植株胚在高鹽濃度下生存,會從根莖生長點發(fā)出新的根,來適應(yīng)環(huán)境,出現(xiàn)這種植株,是十分難得的耐鹽材料,與品種、鹽濃度、鹽成分沒有任何關(guān)系,是個體差異變異[20,21]而新疆糜子種植地是復(fù)合鹽堿地,還需進一步對參試材料進行鑒定。

4 結(jié) 論

NaCl脅迫過程中,參試材料種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根、胚莖長度差異顯著,隨著NaCl溶液濃度的增加,各個指標均降低,在200、250 mmol/L處理下新疆黃糜MZ04的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)明顯高于內(nèi)蒙古糜子186;且在不同濃度NaCl處理下新疆黃糜MZ04的胚根、胚莖長度均高于內(nèi)蒙古糜子186;NaCl脅迫過程中,糜子種子萌發(fā)期各指標NaCl濃度呈負相關(guān),新疆黃糜MZ04各個指標的耐鹽半抑制濃度均高于內(nèi)蒙古糜子186;新疆黃糜MZ04的發(fā)芽率耐鹽半抑制濃度為107.39 mmol/L,較內(nèi)蒙古糜子186高出4.18 mmol/L,活力指數(shù)耐鹽半抑制濃度為45.81 mmol/L,較內(nèi)蒙古糜子186高出5.2 mmol/L;新疆黃糜MZ04種子萌發(fā)期的耐鹽性高于內(nèi)蒙古糜子186。