5种菌草苗期抗盐性的评价

林兴生，林占熺，林冬梅，林 辉，罗海凌，胡应平，林春梅，朱朝枝

(1.福建农林大学菌草研究所/国家菌草工程技术研究中心;2.福建农林大学金山学院，福建福州350002)

1986年，福建农林大学发明了菌草技术，经过20多年的发展，已形成了配套综合技术.菌草技术具有太阳能利用率高、资源利用率高、投资少、周期短、见效快等优点，目前已传播到87个国家，已在我国31个省、市的386个县(市)应用.菌草是指营养适合食用菌、药用菌等微生物生长需要，太阳能利用率高，适应性强，具有某些优良特性，可作为食用菌、药用菌等微生物培养基并具有综合开发利用价值的草本植物.菌草技术是指菌草优良品种选育、栽培与加工、生物转化、综合利用的系列技术与工艺.菌草业是指菌草技术产业化形成的新兴产业［1］.利用菌草技术发展菌草业，既能增加农民收入，脱贫致富，又能改善生态环境，把社会、经济、生态三大效益有机结合起来，其发展前景十分广阔［2］，但作为新兴产业目前仍存在不少发展瓶颈，其瓶颈之一是菌草抗性(抗盐、抗碱、抗寒、抗旱等)品种的选育.

福建农林大学菌草研究所收集有45种菌草，其中，莱竹(Arundo sp.)、芦竹(Arundo donax)、巨菌草(Pennisetum sp.)、象草(Pennisetum purpureum)、稗草(Echinochloa crusgalli)等菌草被人工种植和广泛应用.莱竹从莱索托引进，莱索托位于非洲东南部，海拔1400－3482 m，是世界上平均海拔最高的国家，属大陆性亚热带气候，莱竹在莱索托全境均有分布，能正常越冬，耐旱、耐涝、耐瘠薄.芦竹为多年生草本植物，有地下茎，茎秆直立挺拔，叶片宽大鲜绿，在我国分布甚广，北起辽宁，南至广西，其适应能力很强，耐旱、耐涝、耐热、耐寒、耐贫瘠，在沼泽地、河滩地、河岸、沙荒或旷野地上都能生长［3］.巨菌草原产于非洲，隶属禾本科(Poaceae)狼尾草属(Pennisetum)，为多年生C4植物，直立、丛生，株高一般为300－580 cm，根系发达，分蘖能力强，年产鲜草200 t·hm－2以上.象草茎高200－300 cm，年产鲜草106－252 t·hm－2，喜温暖湿润气候，23－35℃时生长迅速［4］.稗草为高产优质的饲料作物，既耐低湿盐碱又抗高湿干旱，株高130－210 cm，每公顷产干草15 t以上、籽实4.5 t以上，具有较强的再生力［5］.

土壤盐渍化严重影响和限制植物生长，是当前危害资源与生态的世界性问题之一，我国盐渍土地面积达3000万hm2，是盐渍危害较严重的国家［6－7］.我国耕地面积逐年递减，利用盐渍土资源发展农业生产和改善生态环境是一项长期的重要任务，其意义重大［8］.前人对植物抗盐性做了大量研究，草的抗盐性研究主要集中在高羊茅、早熟禾、黑麦草、狗牙根、结缕草、芨芨草、翦股颖等草坪草［9］和苜蓿、白三叶、苏丹草、羊草、赖草、高冰草等牧草［10－11］.研究表明，植物在受到盐胁迫时，通过生理反应表现出不同程度的抗性.崔英［12］研究显示，高加索三叶草、红三叶草、白三叶草种子萌发期的耐盐半致死浓度分别为0.8%、0.7%、0.4%，耐盐极限浓度分别为 1.2%、1.2%、0.9%;杨华［13］研究认为，百喜草、假俭草、狗牙根、中华结缕草盐分胁迫极限浓度分别为0.6%、0.9%、1.2%、1.5%.目前对稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草等5种菌草的抗盐性研究鲜有报道，本试验通过研究5种菌草苗期的抗盐特性，旨在筛选出抗盐的菌草以满足国内外盐渍地区发展菌草业的需要.

1 材料与方法

1.1 菌草来源

供试5种菌草分别为稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草.其中，莱竹从莱索托引进，巨菌草从南非引进，莱竹、巨菌草尚未定名，稗草为北方抗盐碱品种.5种菌草均种植在福建农林大学菌草研究所菌草圃.

1.2 试验设计

以土壤条件一致的砂质土为培养基质，用塑料营养袋作栽培容器.由于5种菌草繁殖方式不同，莱竹、芦竹扦插难以成活，故采用组培苗移苗栽培;稗草采用播种法育苗;巨菌草和象草采用扦插法育苗.每种菌草每个处理种植30袋，设3个重复.莱竹、芦竹、稗草每袋种植10株，巨菌草、象草每袋5株，待不同菌草植株长至20 cm高时，用不同浓度的NaCl进行处理模拟盐胁迫.NaCl浓度分别为0(CK)、50、100、150、200、250 mmol·L－1，每个处理重复3次.每天上午8:00和下午16:30各用NaCl浇透，共处理5 d，处理后分两组:一组随机剪取叶片，测定苗期相应的生理生化指标;另一组在自然条件下进行恢复试验，用清水浇灌，观察苗期的生长情况并测定死亡率.

1.3 指标测定

可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，细胞膜透性采用电导仪法测定，丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定，过氧化氢酶(catalase，CAT)活性采用紫外吸收法测定［14］;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性采用NBT还原法测定，过氧化物酶活性(peroxidase，POD)活性采用愈创木酚比色法测定［15］.

1.4 抗盐能力综合评价

根据各项生理指标的高低和变化幅度的大小，应用隶属函数法进行综合分析.指标与抗盐能力呈正相关时采用方程:X(μ)=(Xij－Xmin)/(Xmax－Xmin)，指标与抗盐能力呈负相关时采用方程:X(μ)=1－(Xij－Xmin)/(Xmax－Xmin).式中，X(μ)为隶属函数值，Xij为各指标的值或变化值，Xmax为各种对应指标的最大值，Xmin为各种对应指标的最小值［16］.累加各品种各指标的具体隶属值，并求出平均值后进行比较.平均值越大，抗盐能力越强.

1.5 数据分析

采用SPSS、Excel 2010软件进行数据分析，用单因素方差分析处理间的差异.

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对5种菌草苗期死亡率的影响

在不同浓度NaCl胁迫下恢复试验20 d后，不同菌草的外部形态特征变化不同.50 mmol·L－1NaCl胁迫下，莱竹、芦竹、稗草生长旺盛，未现受害特征;巨菌草、象草少数植株叶片呈轻微的失绿症状.100 mmol·L－1NaCl胁迫下，芦竹生长旺盛，未现受害特征;稗草、莱竹叶片呈失绿症状;巨菌草、象草叶片发黄，绿色叶片少，部分植株根系呈明显的受害症状.150 mmol·L－1NaCl胁迫下，芦竹部分叶片发黄，根系出现受害症状;稗草、莱竹地上部分受害症状加重，叶片枯黄，根系呈明显受害症状;巨菌草、象草叶片枯黄，根系现严重受害症状，失去弹性，色泽暗，植株死亡.200 mmol·L－1NaCl胁迫下，除芦竹部分植株存活，其余4种菌草已死亡.250 mmol·L－1NaCl胁迫下，5种菌草均死亡.

从表1可以看出，5种菌草苗期的死亡率随着NaCl浓度的升高呈增大的趋势.NaCl浓度为50 mmol·L－1时对各种菌草的生长几乎没有影响.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，芦竹的死亡率最低，为39%，与其他菌草的差异显著;莱竹、稗草的死亡率差异不显著，分别为73%、68%;象草、巨菌草的死亡率差异不显著，分别为98%、96%.NaCl浓度为200 mmol·L－1时，芦竹的死亡率最低，为78%，与其他菌草的差异显著;稗草的死亡率为98%，莱竹、象草、巨菌草均不能成活，4种菌草的死亡率差异不显著.NaCl浓度为250 mmol·L－1时，5 种菌草均不能成活.

表1 NaCl胁迫下5种菌草苗期的死亡率1)Table 1 The mortality rate of 5 species of Juncao stressed by different concentration of NaCl solution at seedling stage %

对菌草苗期死亡率与NaCl胁迫浓度进行回归分析.结果(表2)表明，稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草的半致死 NaCl胁迫浓度分别为 132.6、129.8、164.1、114.9、105.9 mmol·L－1，极限浓度分别为 223.7、219.5、250.0、204.4、202.3 mmol·L－1.5 种菌草抗盐能力的强弱为:芦竹 ＞稗草 ＞莱竹 ＞巨菌草 ＞ 象草.

表2 5种菌草苗期死亡率与NaCl浓度的回归分析Table 2 Regress analysis on the mortality rate of 5 species of Juncao and NaCl concentrations at seedling stage

2.2 NaCl胁迫对5种菌草苗期可溶性糖含量的影响

可溶性糖可提高细胞液的浓度，增强植物细胞的保水力，从而提高植物的抗逆性，是植物体内渗透保护物质［17］.除芦竹外，其余菌草可溶性糖含量随着NaCl浓度的升高总体上呈先升后降的趋势，芦竹增幅最大.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草的可溶性糖含量均显著高于对照(P ＜0.05)，其增幅分别为 78.8%、64.7%、120.8%、59.5%、53.7%，5 种菌草积累可溶性糖，通过渗透调节以抵御逆境的能力大小为:芦竹＞稗草＞莱竹＞巨菌草＞象草(表3).

表3 NaCl胁迫下5种菌草苗期的可溶性糖含量1)Table 3 Soluble sugar content of 5 species of Juncao stressed by different concentration of NaCl solution at seedling stage

2.3 NaCl胁迫对5种菌草苗期SOD活性的影响

SOD能催化细胞内O2活化的第一个中间产物O2·－发生歧化反应生成O2和H2O2，是植物体内清除的关键［18］.莱竹、芦竹的SOD活性随着NaCl浓度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的SOD活性总体上呈先升后降的趋势.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草的SOD活性均显著高于对照(P ＜0.05)，其增幅分别为 169.0%、144.7%、242.9%、90.2%、89.4%，5 种菌草 SOD 活性的变化幅度及大小为:芦竹＞稗草＞莱竹＞巨菌草＞象草(表4).

表4 NaCl胁迫下5种菌草苗期的SOD活性1)Table 4 Activity of superoxide dismutase of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

2.4 NaCl胁迫对5种菌草苗期POD活性的影响

POD能催化H2O2生成H2O和O2，从而使细胞中H2O2的含量维持在一定的水平，消除过多的H2O2对细胞的氧化损伤［18］.莱竹、芦竹的POD活性随着NaCl浓度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的POD活性总体上呈先升后降的趋势.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草的POD活性均显著高于对照(P ＜0.05)，其增幅分别为 88.5%、101.7%、129.9%、50.9%、58.8%，5 种菌草 POD 活性的变化幅度及大小为:芦竹＞莱竹＞稗草＞象草＞巨菌草(表5).1)－表示幼苗已死亡;同列数据后附不同字母者表示差异显著(P＜0.05)，附相同字母者表示差异不显著(P＞0.05).

表5 NaCl胁迫下5种菌草苗期的POD活性1)Table 5 Activity of peroxidase of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

2.5 NaCl胁迫对5种菌草苗期CAT活性的影响

CAT与POD、SOD均是植物对膜脂过氧化的酶促防御系统的保护酶，逆境条件下，这些保护酶实际上是一个抗氧化的膜保护系统，能够清除体内多余的自由基［19］.莱竹、芦竹的CAT活性随着NaCl浓度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的CAT活性总体上呈先升后降的趋势.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，稗草、莱竹、芦竹的CAT活性分别比对照高214.3%、136.3%、128.6%，而巨菌草、象草则分别比对照低10.5%、17.3%，5种菌草CAT活性的变化幅度及大小为:稗草＞莱竹＞芦竹＞巨菌草＞象草(表6).

表6 NaCl胁迫下5种菌草苗期的CAT活性1)Table 6 Activity of catalase of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

2.6 NaCl胁迫对5种菌草苗期细胞膜透性的影响

植物细胞膜受损程度与其组织导电能力密切相关，电导率可表示细胞膜透性的大小，并反映在逆境条件下的透性变化和受损程度，电导率提高，表明膜受损程度加重［20－21］.5种菌草的细胞膜透性随着NaCl浓度的升高而增大.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草的电导率均显著高于对照(P ＜0.05)，其增幅分别为 99.1%、104.1%、72.9%、130.5%、131.6%，5 种菌草膜脂受损程度的大小为:象草＞巨菌草＞莱竹＞稗草＞芦竹(表7).

表7 NaCl胁迫下5种菌草苗期的相对电导率1)Table 7 Relative electric conductivity of 5 species of Juncao stressed by different concentration of NaCl solution at seedling stage %

2.7 NaCl胁迫对5种菌草苗期MDA含量的影响

MDA通过与膜结构上的蛋白质和酶结合、交联而使其失去活性，是细胞毒性物质，会破坏膜结构，是膜脂过氧化的主要产物，其量的多少可反映逆境胁迫对植物造成氧化损害的程度［22］.莱竹、芦竹的MDA含量随着NaCl浓度的升高而增大，稗草、巨菌草、象草的MDA含量总体上呈先升后降的趋势，这可能是因为随着NaCl浓度的升高，酶系统功能加强，清除了体内积累的O－·2，从而使MDA含量下降，方志红等［23］在NaCl胁迫影响碱蒿活性氧产生及抗氧化酶活性的研究中，得出相同的结果.NaCl浓度为150 mmol·L－1时，稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草的 MDA含量均显著高于对照(P＜0.05)，其增幅分别为201.5%、220.5%、171.0%、229.8%、243.2%，5种菌草膜脂受损程度大小为:象草 ＞巨菌草 ＞莱竹 ＞稗草 ＞芦竹(表8).

2.8 5种菌草苗期抗盐性的综合评价

对各种生理指标的隶属函数分析可知，芦竹的隶属函数平均值最高，达0.94，其次是稗草，为0.58，象草最低，为0.02.5种菌草抗盐能力强弱为:芦竹＞稗草＞莱竹＞巨菌草＞象草(表9).

表8 NaCl胁迫下5种菌草苗期的MDA含量1)Table 8 Malondialdehyde content of 5 species of Juncao stressed by different NaCl concentration at seedling stage

表9 5种菌草苗期抗盐能力的综合评价Table 9 Comprehensive appraisal of the salt-resistance ability of 5 species of Juncao at seedling stage

3 讨论

(1)植物耐盐性在种间、品种(系)间及不同个体间都存在显著差异，盐分对植物的胁迫主要是渗透胁迫和盐分胁迫［24］.本试验结果表明，可溶性糖含量，SOD、POD、CAT活性，细胞膜透性，MDA含量等可作为衡量稗草、莱竹、芦竹、巨菌草、象草等5种菌草膜系统的损伤程度及抗盐能力强弱的重要指标，结合恢复试验死亡率，5种菌草抗盐能力的大小为:芦竹＞稗草＞莱竹＞巨菌草＞象草.

(2)耐盐性是一个受多种因素影响的复杂数量性状，不同物种对某一具体指标的耐盐性反应不一定相同，因此，单一指标难以全面准确地反映耐盐性的强弱［25］.张国新等［16］采用隶属函数法鉴定水稻品种耐盐性的结果表明，隶属函数分析提供了一条在多指标测定的基础上对材料特性进行综合评价的途径，将其应用于水稻耐盐育种的研究，可大大提高水稻耐盐性筛选的可靠性.魏永胜等［26］采用隶属函数法评价苜蓿抗旱性的结果表明，隶属函数分析虽然不是绝对的抗旱分析方法，但通过充分利用多个指标进行综合评价，可克服仅利用少数指标对品种进行评价的不足，更能揭示不同植物或同种植物不同品种间差异的实质，从而提高抗旱鉴定的准确性.本试验中，可能因为不同品种菌草对盐胁迫的反应不同，因此不同生理指标的变化有差异，单一指标难以区分不同菌草的抗盐能力，通过隶属函数综合评价不同菌草的抗盐能力，其结果与恢复试验的结果一致，提高了抗盐品种筛选的可靠性和准确性.

(3)植物的生长受环境、气候及各种因素的影响，其抗盐能力也是受综合因素影响的，植物对盐胁迫的反应通过生长发育、代谢过程及生理生态适应等方面的协同表现，只有通过适应性及各种环境条件下栽培，才能更准确地反应其真正的抗盐能力，5种菌草将在多点多地的实际推广应用中进一步验证其现实的抗盐能力.

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