小麦-黑麦代换系幼苗对盐胁迫的生理生态响应

苑泽宁，周幸，肖晶，VU THI SOAN

（哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，哈尔滨 150025）

小麦-黑麦代换系幼苗对盐胁迫的生理生态响应

苑泽宁，周幸，肖晶，VU THI SOAN

（哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，哈尔滨 150025）

以小麦-黑麦5A/5R代换系为试验材料，研究其幼苗在不同盐浓度下（0～250 mmol·L-1NaCl）根系活力、相对生长速率、含水量、叶绿素含量及生物量分配对盐胁迫的响应。结果表明，随着盐浓度的升高，根系活力呈先上升后下降趋势，100和150 mmol·L-1盐浓度下，根系活力显著高于对照组和其他处理组。当盐浓度低于100 mmol·L-1时，地上部分含水量与对照组差异不显著，但显著高于其他处理组，而盐胁迫对地下部分含水量无显著影响，表明根系在盐渍条件下保持正常的吸水能力，对于维持根系活力和保障向地上部分水分供应起关键作用。随着盐胁迫时间的延长，叶绿素含量有所上升。当盐浓度高于100 mmol·L-1时，相对生长速率（地上和地下）低于对照组，表明盐胁迫对植物生长产生抑制作用，而根冠比及生物量分配未受到盐胁迫的显著影响，说明盐胁迫没有影响植物体地下和地上部分的资源分配，代换系在幼苗生长阶段对盐胁迫具有较强的耐受力。

盐胁迫；生理生态特性；小麦-黑麦代换系；响应

土壤盐渍化是全球性的生态和资源问题，研究植物的耐盐性，根据其耐盐性充分利用盐渍土，是解决问题的关键和有效途径[1]。土壤中盐分对保持植物细胞生物膜的完整性和选择性具有重要作用[2]，植物生长受到盐离子和其他矿质离子交互作用的影响，使植物体内物质吸收、利用和分配不平衡[3]。

小麦是重要的经济作物之一，盐分过高对小麦根系活力、含水量及干物质分配都会产生影响，引起盐害[4]。黑麦为小麦的近缘种属，其抗逆能力强，黑麦幼苗受到盐胁迫后，基因表达产物与其耐盐性高度相关[5]。小麦-黑麦二体代换系是由普通小麦（Triticum aestivumLinn.）（染色体组为：AABBDD）与黑麦（Secale cerealeLinn.）（染色体组为：RR）杂交形成，代换系可作为中间材料，通过定向杂交，培育小麦新品系。小麦-黑麦代换系对小麦育种实践具有重要作用[6]。小麦-黑麦5A/5R二体代换系是哈尔滨师范大学遗传育种研究室选育的品系，具有穗大、籽粒饱满度好、耐旱抗病等优良性状。研究小麦-黑麦5A/5R二体代换系对盐胁迫的响应机制对于盐渍化土地的开发利用具有重要价值。研究结果不仅有助于揭示小麦遗传背景下黑麦基因组与植物耐盐性之间关系，对于丰富耐盐经济作物种质资源和改良小麦品种具有指导意义。

目前，有关小麦-黑麦代换系耐盐性研究报道尚少，本研究旨在阐明不同盐浓度对代换系幼苗生长特性和生理生态指标的影响，及代换系幼苗对盐胁迫的响应和适应机制，为育种实践提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦-黑麦5A/5R二体代换系种子由哈尔滨师范大学遗传教研室选育、提供，选择饱满、整齐的种子用于试验。

1.2 方法

1.2.1 幼苗培养

将种子用1%HClO消毒10 min，用清水冲洗干净，置于直径为9 cm的培养皿中浸种，待种子吸胀后，种在直径为17 cm，高20 cm的塑料盆中，用蛭石作固定物，Hoagland营养液浇透。置于室外，人工避雨。待小苗长出后，每盆定苗20株。试验期间采用自然光照培养，日温20～26℃，夜温14～20℃，以称重法确定失水量。

1.2.2 胁迫处理

小麦播种7 d后，选取长势一致的幼苗21盆，随机分成7组，其中一组为对照组，另1组在处理开始时取样，测定起始的生长指标，剩下的为胁迫处理组。以Hoagland营养液（0 mmol·L-1NaCl）为对照，胁迫液为含有50、100、150、200、250 mmol·L-1NaCl的Hoagland营养液，每个处理3个重复。为防止盐激效应，先用体积分数为1∶1的盐溶液和营养液的混合液处理2 d后，再用含NaCl的Hoagland溶液分别处理12 d，开始取样。

1.2.3 指标测定

将每盆中所有植株洗净根部，用蒸馏水冲洗全株，用滤纸吸去植株表面水分。每个处理随机取植株30株，即每个重复10株，共3个重复。从基部将植株分为地上部分和地下部分，分别测鲜重。然后于75℃下，48 h烘干至恒重，测干重。

计算日相对生长速率（Relative growth rate，RGR），RGR=（lnW2-lnW1）/（t2-t1）[7]，其中，W1为胁迫前的干重，W2为胁迫后的干重，ln为自然对数，（t1-t2）为胁迫持续时间（d）。本研究RGR采用各处理的RGR相对于对照组的百分比来表示。

含水量的计算，（FW-DW）/DW[8]，其中，FW为鲜重，DW为干重。

单株地上生物量分配的计算，DW上/DW全；单株地下生物量分配的计算，DW下/DW全[9]，其中，DW上为单株地上干重，DW下为单株地下干重，DW全为单株全株干重。

根系活力测定采用TTC法[10]，每个处理3个重复。

叶绿素含量采用叶绿素计读数（SPAD值）[11]，分别在盐胁迫第6天和第12天，用SPAD-502叶绿素计（Konica Minota，Tokyo，Japan）于9∶00～11∶00测定SPAD值。选择长势一致的植株，分别在第二片叶子的基部、中部、端部测定，取平均值，每个重复随即选10株，每个处理3次重复。

1.2.4 数据分析

整理后的数据采用SPSS 17.0中的one-way ANOVA进行差异显著性分析（P<0.05），通过Origin7.5绘图，图中数据以3次重复的平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 小麦-黑麦代换系幼苗根系活力和根冠比对盐胁迫的响应

从图1A中可以看出，根系活力随盐浓度的升高呈先上升后下降趋势。当盐浓度为100和150 mmol·L-1时，根系活力显著高于对照组（P<0.05），在高于200 mmol·L-1的盐浓度下，根系活力虽有所下降，但与对照组差异不显著，说明代换系幼苗根系的耐盐性较强。从图1B中可以看出，50和100 mmol·L-1盐浓度下，根冠比显著高于其他处理组（P<0.05），盐浓度高于150 mmol·L-1时，根冠比呈下降趋势，但与对照组差异不显著。

图1小麦-黑麦代换系幼苗根系活力和根冠比对不同盐浓度的响应Fig.1 Responses of root activity and root-canopy ratios of wheat-rye substitution line seedlings to different gradients of salt concentrations

2.2 小麦-黑麦代换系幼苗生长对盐胁迫的响应

地上和地下部分相对生长速率均随盐浓度的升高而下降（见图2）。当盐浓度为50 mmol·L-1时，地上和地下部分相对生长速率与对照组差异不显著。当盐浓度高于100 mmol·L-1时，均显著低于对照组（P<0.05），在250 mmol·L-1时，地上和地下部分RGR约下降到对照组的55%。表明较高浓度的盐胁迫对代换系幼苗的生长产生一定抑制作用。

2.3 小麦-黑麦代换系幼苗含水量对盐胁迫的响应

随着盐浓度的升高，地上和地下部分含水量均表现出先上升后下降的变化趋势，地上部分含水量高于地下部分（见图3）。当盐浓度为50、100、 200 mmol·L-1时，地上部分含水量与对照组差异不显著，150和250 mmol·L-1盐浓度下，地上部分含水量显著低于对照组（P<0.05）。与对照组相比，盐胁迫处理组的地下部分含水量变化不显著，但在50和100 mmol·L-1浓度下的含水量显著高于其他胁迫处理组（P<0.05）。

2.4 小麦-黑麦代换系幼苗叶绿素含量对盐胁迫的响应

代换系幼苗叶绿素含量随着盐浓度的升高呈下降趋势，对照组显著高于处理组（P<0.05）（见图4）。但随着胁迫时间的延长，叶绿素含量变化表现为上升趋势，即处理12 d时比6 d时叶绿素含量约高24.52%，表现出对盐胁迫的适应现象。

图2 小麦-黑麦代换系幼苗相对生长速率对不同盐浓度的响应Fig.2 Responses of relative growth rate of wheat-rye substitution line seedlings to different gradients of salt concentrations

图3 小麦-黑麦代换系幼苗含水量对不同盐浓度的响应Fig.3 Responses of water content of wheat-rye substitution line seedlings to different gradients of salt concentrations

图4 小麦-黑麦代换系幼苗叶绿素含量对不同盐浓度的响应Fig.4 Responses of leaf chlorophyll content of wheat-rye substitution line seedlings to different gradients of salt concentrations

2.5 小麦-黑麦代换系幼苗生物量分配对盐胁迫的响应

地上生物量分配和地下生物量分配随着盐浓度的升高，变化趋势不明显，与对照组差异不显著，不同盐浓度处理间的差异也不显著，说明盐胁迫对地上及地下部分生物量的分配未产生显著的影响。地上部分生物量分配高于地下部分（见图5），与对照组无显著差异，说明盐胁迫下代换系将更多的营养物质分配到地上部分，有利于植株地上部分营养物质的积累和生长。

图5 小麦-黑麦代换系幼苗生物量分配对不同盐浓度的响应Fig.5 Responses of biomass allocation of wheat-rye substitution line seedlings to different gradients of salt concentrations

2.6 盐胁迫特点分析

各指标与盐胁迫之间的回归分析见表1。

由表1可知，不同指标与盐胁迫之间的回归分析表明，根冠比、植株相对生长速率、地上含水量以及不同胁迫时间叶绿素含量变化与盐浓度呈线性负相关，结合差异显著性分析可以看出，当盐浓度超过一定数值时，以上指标表现出明显下降趋势，说明随着盐浓度的升高，盐胁迫产生的抑制作用逐渐增强。

而根系活力和地下含水量变化与盐浓度之间则表现多元方程的相关性，结合差异显著性分析看出，当盐浓度低于150 mmol·L-1，这两项指标均表现出先升高再下降趋势随着盐浓度的升高，根系活力和根系含水量上升，表现出植物对盐胁迫响应的调整过程，但高于150 mmol·L-1的盐浓度对二者也产生抑制作用。

表1 各指标与盐胁迫之间的回归分析Table 1 Results of regression between each index and the stress factor of wheat-rye substitution line seedlings(P<0.05)

3 讨论

小麦-黑麦5A/5R代换系幼苗的生长特性及生理生态指标对盐胁迫的反应不同。生长在盐渍环境中的植物，其根部感受到盐胁迫后将信息向地上部分传递，经过一系列反应和调整，做出对盐胁迫的响应。根的活力水平和生长情况直接影响地上部的营养状况和产量[12]，根系活力变化也反映出植物在胁迫下的受害程度及适应特性。在本研究中，小麦-黑麦代换系的根系活力在100和150 mmol·L-1的盐浓度下显著高于对照组，保持在较高水平，这是根系对盐胁迫的适应性调整，通过提高根系活力来增强植物对盐渍生境的耐受性，说明小麦-黑麦代换系幼苗根系具有较强的耐盐性。较高水平的根系活力使根系保持较强的吸收功能和代谢能力，有利于植物生长。

虽然盐胁迫会抑制植物生长，但耐盐性较强的植物对盐胁迫仍表现出一定的抗性和适应性[13]。在50 mmol·L-1的盐浓度下，小麦-黑麦代换系地上和地下部分的相对生长速率与对照组相比没有显著变化，表明一定浓度的Na+对植物生长没产生有害作用，这与Na+对植物细胞生长和水分平衡的调节效应有关[14]。随着盐浓度的升高，相对生长速率呈下降的趋势。在250 mmol·L-1的盐浓度下，地上部分和地下部分的相对生长速率分别下降到对照组的56.96%和54.60%，按照胁迫处理组的数值下降至对照组50%为衡量耐盐能力的标准[15]，则代换系对于高浓度的盐胁迫，仍有一定的抗性和适应性。盐胁迫对植物光合作用的抑制与盐胁迫所导致的叶绿素含量的下降有关[16]。本研究中，当盐浓度介于50～250 mmol·L-1时，叶绿素含量变化不显著，在处理6 d时，含量约为对照组87.04%～91.95%，处理12 d时，约为对照组的84.80%～89.91%，并且处理12 d的含量比6 d平均高出约24.52%。表明盐胁迫对植物的叶绿素含量产生了一定的影响，但随着时间的延长，植物体表现出了较强的适应力，无显著影响光能吸收，对植物的生长起到保障作用。

较高的盐分形成的渗透胁迫会导致植物体内含水量下降[17]，本研究中，在50～100 mmol·L-1的盐浓度下，代换系地上部分含水量与对照组差异不显著，表明盐渍条件对植物体没有产生渗透胁迫，茎与叶片内的水分吸收和运输未受到影响。盐浓度高于150 mmol·L-1时，地上部分的含水量呈下降趋势。在一定范围内，植物含水量的下降是植物通过渗透调节对胁迫作出的快速有效的反应，可降低细胞内的代谢水平，减小能量的损耗，增强对盐胁迫的适应。在50～100 mmol·L-1盐浓度下，地下部分的含水量呈上升趋势，可能与一定浓度的盐离子促进根系吸收水分有关。在逆境下，根系细胞通过渗透调节维持细胞膨压，保持正常的生理过程，尤其是向上运输水分，这是对逆境的积极响应，是保证盐渍条件下植物体对水分需求和植株生长的重要基础。当盐浓度高于150 mmol·L-1时，地下部分的含水量与对照组差异不显著，说明较高浓度的盐渍环境未显著影响根系吸收水分，这有利于维持较高水平的根系活力，增强植物对盐渍生境的适应性。

生物量的累积能反映盐胁迫的程度和植物的耐盐能力[18]。当可利用水资源减少时，植物减少对地上部分茎、叶片分配的生物量，而将相对多的生物量分配给植物的地下部分[19]，使根冠比发生变化。在盐渍条件下，不同植物在生物量分配方面对盐胁迫的响应存在差异，对生境中可利用的资源，在适应对策上也存在差异[19]。本研究中，盐胁迫对代换系地上和地下部分生物量的分配及根冠比没有显著影响，盐渍环境在植物的资源分配上没有产生明显的胁迫效应，说明代换系对于盐胁迫的耐受性较强。资源分配的适应对策是植物在逆境中调整以达到最优分配，有效的抵抗逆境和适应环境，对于小麦-黑麦代换系在长时间盐胁迫下，生物量分配的可塑性调整策略与机制还有待于深入研究。

4 结论

小麦-黑麦代换系幼苗在盐胁迫下表现出一定的耐受力和适应性。在100～150 mmol·L-1盐浓度下，根系活力保持在较高水平，当盐浓度低于100 mmol·L-1时，地上部分含水量显著高于其他盐处理组，地下部分含水量未受到显著影响，盐胁迫对根冠比和生物量分配无显著影响，植株表现出对盐胁迫耐受力。叶片中叶绿素含量随盐浓度上升而下降，但随胁迫时间延长而升高，表现出对盐胁迫的适应性。同时，高浓度的盐胁迫对植物生长产生抑制作用。

[1]张世绥.盐碱地绿化的优良树种——白刺[J].林业实用技术, 2006(3):27-29.

[2]程玲,邱永福,李显榕,等.土壤改良剂对盐胁迫下棉花生长及与耐盐有关的几个生理生化指标的影响[J].东北农业大学学报,2010,41(11):22-27.

[3]侯振安,李品芳,龚元石.盐渍条件下苜蓿和羊草生长与营养吸收的比较研究[J].草业学报,2000,9(4):68-73.

[4]谷艳芳,丁圣彦,李婷婷,等.盐胁迫对冬小麦幼苗干物质分配和生理生态特性影响[J].生态学报,2009,29(2):840-845.

[5]王振英,彭永康,郑坚瑜.黑麦中与耐盐性相关的cDNA片段的克隆与序列分析[J].植物研究,2005,25(4):427-431.

[6]Sears E R.The aneuploids of common wheat[J].Mo Agr Exp Sta Res Bull,1954,572:1-58.

[7]Kingsbury R W,Epstein E,Pearcy R W.Physiological responses to salinity in selected lines of wheat[J].Plant Physiol,1984,74 (2):417-423.

[8]Yang C W,Chong J N,Li Ch Y,et al.Osmotic adjustment and ion balance traits of an alkali resistant halophyte Kochia sieversiana during adaptation to salt and alkali conditions[J].Plant Soil,2007, 294:263-276.

[9]Yuan Z N,Lu J M,Chen J Y,et al.Patterns of resource allocation in different habitats of Kalimeris intergrifolia in Northeast China [J].Span J Agric Res,2011,9(4):1224-1232.

[10]Comas L H,Eissenstat D M,Lakso A N.Assessing root death and root system dynamics in a study of grape canopy pruning[J].New Phytol,2000,147(1):171-178.

[11]马新明,熊淑萍,李琳,等.土壤水分对不同专用小麦后期光合特性及产量的影响[J].应用生态学报,2005,16(1):83-87.

[12]张家恩.生态学常用实验研究方法与技术[M].北京:化学工业出版社,2007.

[13]Koyro H W.Effect of salinity on growth,photosynthesis,water relations and solute composition of the potential cash crop halophyte Plantago coronopus(L.)[J].Environ Exp Bot,2006,56 (2):136-146.

[14]赵可夫,范海.盐生植物及其对盐渍生境的适应生理[M].北京:科学出版社,2005.

[15]Alshammary S F,Qian Y L,Wallner S J.Growth response of four turfgrass species to salinity[J].Agric Water Manag,2004,66(2): 97-111.

[16]陈托兄,陈水红,卢欣石.NaCl胁迫下秋眠型紫花苜蓿光合作用特性的研究[J].东北农业大学学报,2010,41(11):96-102.

[17]Yang C W,Xu H H,Wang L L,et al.Comparative effects of salt-stress and alkali-stress on the growth,photosynthesis,solute accumulation,and ion balance of barley plants[J].Photosynthetica,2009,47(1):79-86.

[18]Ben Amor N,Ben Hamed K,Debez A,et al.Physiological and antioxidant responses of the perennial halophyte Crithmummaritimum to salinity[J].Plant Sci,2005,168(4):889-899.

[19]贺海波,李彦.干旱、盐胁迫条件下两种盐生植物生物量分配对策研究[J].干旱区研究,2008,25(2):242-247.

Physiological and biological responses of wheat-rye substitution line seedlings to salt stress

YUAN Zening,ZHOU Xing,XIAO Jing,VU THI SOAN
(School of Life Sciences and Technology,Harbin Normal University,Harbin 150025,China)

The response of root activity,relative growth rate,water content,chlorophyll content and biomass allocation of the wheat-rye substitution line seedlings were investigated under different salt concentrations(0-250 mmol·L-1NaCl).The results indicated that the root activity exhibited the trend of up-down with the increasing of the salt concentration.Under 100 and 150 mmol·L-1salt concentrations,the root activity was higher than both the control and the salt treatments.Compared with the control,the values of the water content of aboveground were not significantly different,whereas these values were higher than those of the salt treatments when the salt concentration was no more than 100 mmol·L-1.There was no significant difference in the water content of underground,which suggested that the root retained the optimal ability of absorbing water.It was crucial for the plant to maintain the root activity and transport water up to the aboveground.With the prolongation time of the salt stress,the chlorophyll content increased.The relative growth rate of aboveground and underground was lower than the control when the salt concentration was surpassed 100 mmol·L-1,indicating that the plant growth was inhibited under the salt stress.However,the root-canopy ratio and biomass allocation of theseedlings were not affected significantly under the salt stress.The results indicated that the resource allocation of the aboveground and underground were not affected under the salt stress.Overall,the seedlings of the substitution line had the endurance to the salt stress.

salt stress;physiological and biological character;wheat-rye substitution line;response

Q945.78

A

1005-9369（2014）01-0017-06

2012-12-25

哈尔滨师范大学大学生创新基金（Sj060807）

苑泽宁（1971-），女，副教授，博士，硕士生导师，研究方向为植物生理生态学。E-mail:xiaoyuan168ok@126.com

时间2014-1-9 22:49:47[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140109.2249.016.html

苑泽宁,周幸,肖晶,等.小麦-黑麦代换系幼苗对盐胁迫的生理生态响应[J].东北农业大学学报,2014,45(1):17-22.

Yuan Zening,Zhou Xing,Xiao Jing,et al.Physiological and biological responses of wheat-rye substitution line seedlings to salt stress[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(1):17-22.(in Chinese with English abstract)