宁夏野生沙芦草苗期耐盐性研究

高雪芹+伏兵哲+吴晓娟+兰剑+李小伟

摘要:为研究宁夏荒漠草原上生长的野生沙芦草(Agropyron mongolicum)的耐盐性,以宁夏荒漠草原上收集的7份野生沙芦草和蒙农1号蒙古冰草为材料,用不同浓度的NaCl和Na2SO4复合盐对其幼苗进行盐胁迫,测定其膜透性,叶绿素、类胡萝卜素、游离脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性等生理生化指标,并利用隶属函数对其耐盐性进行了综合评价。结果表明,随着盐胁迫浓度的增加,8份沙芦草材料幼苗的细胞膜透性、Pro含量、SOD活性均呈上升趋势;叶绿素和MDA含量呈下降趋势;类胡萝卜素含量无明显变化。通过隶属函数对8份沙芦草的耐盐性综合评价,其耐盐性排序为:蒙农1号蒙古冰草>3号沙芦草>4号沙芦草>2号沙芦草>5号沙芦草>7号沙芦草>6号沙芦草>1号沙芦草。

关键词:沙芦草(Agropyron mongolicum);幼苗期;耐盐性;盐胁迫

中图分类号:S54文献标识码:A文章编号:0439-8114(2014)11-2602-05

Salt Tolerance of Agropyron mongolicum at Seedling Stage

GAO Xue-qin,FU Bing-zhe,WU Xiao-Juan,LAN Jian,LI Xiao-wei

(Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

Abstract:In order to study the salt tolerance of Agropyron mongolicum in Ningxia desert-steppe, seven samples of mild Agropyron mongolicum and one sample of Agropyron mongolicum Meng Nong No.1 at seedling stage were treated with different concentrations of NaCl and Na2SO4 solution. Cell membrane permeability, the content of Chlorophyll, Carotenoid, Pro and MDA and SOD activity were determined to evaluate the salt tolerance by using membership functions. The results showed that when the salt stress concentration was increased, the cell membrane permeability, free proline content and SOD activity of the eight Agropyron mongolicum was all increased, while the content of chlorophyll, carotenoid and MAD was decreased. Through comprehensive evaluation, the salt tolerance from strong to weak was in order of Agropyron mongolicum Meng Nong No.1, mild Agropyron mongolicum NO.3,NO.4,NO.2>NO.5 ,NO.7, NO.6and NO. 1.

Key words: Agropyron mongolicum;seedling stage;salt tolerance;salt stress

基金项目:宁夏自然科学基金项目(NZ1163);宁夏高校科学研究项目(NGY2013026);“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD17B05)

中国西北地区的环境比较恶劣,干旱少雨,土壤沙化、盐渍化现象较为严重。随着人们的过度放牧及不合理开垦等,沙化、盐渍化土壤的面积不断扩大,极大地制约了畜牧业的发展。因此,筛选出一批适合当地气候条件的耐盐牧草,为耐盐新品种培育及干旱、盐渍化地区草地建植和补播提供适宜的牧草种质材料等具有重要意义。

当前,国内外研究牧草耐盐性主要分为直接鉴定和间接鉴定两类。直接鉴定即田间直接观察,通过比较各牧草间的形态特征进行鉴定;间接鉴定指在实验室内通过对各牧草的种子萌发期、幼苗期和种期的生理、生化指标的测定并进行评价排序来鉴定其耐盐性[1]。本试验以8份沙芦草(Agropyron mongolicum)为材料,通过对其幼苗期耐盐性研究,综合评价了8份沙芦草种质的耐盐能力,初步筛选出耐盐性较强的沙芦草种质材料,为今后耐盐沙芦草新品种培育和不同盐碱地区的引种提供理论基础。

1材料与方法

1.1材料

本试验所用的7份野生沙芦草材料是2011年7月在宁夏盐池的马儿庄、四墩子、罗山等地采集;对照蒙农1号蒙古冰草由内蒙古农业大学提供(表1)。

1.2试验方法

1.2.1幼苗培养采用温室盆栽。选用大田的壤土,过筛,装入塑料花盆(规格:口径为20 cm,高度为15 cm),每盆装土1.5 kg,置于宁夏大学农科学生实习基地的日光温室中。将宁夏荒漠草原上收集的7份野生沙芦草和1份蒙农1号蒙古冰草(栽培种)播种在花盆里,每份材料种植12盆,出苗后每盆(为1个居群)定株10株。定期浇水,以保证幼苗的正常生长。

1.2.2盐胁迫待幼苗长到4叶1心时开始进行盐胁迫。分别用0、0.50%、1.00%、2.00%的NaCl和Na2SO4的复合盐(NaCl占60%,Na2SO4占40%)对幼苗处理7 d,每个处理3次重复。第七天上午8:00~9:00采样带回实验室,于4 ℃冰箱保存。

1.2.3指标测定指标测定参照李合生[2]、王学奎[3]的方法。采用电导率仪试验方法测定细胞膜透性;采用丙酮-乙醇萃取法测定叶绿素和类胡萝卜素含量;采用酸性茚三酮法测定游离脯氨酸(Pro)含量;采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量;采用氮蓝四唑光还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.3耐盐性综合评价方法

用模糊数学隶属法进行耐盐性综合评价[4],公式为:

X(u)=■ (1)

X(u)=1-■(2)

式中,X为参试植物某一耐盐指标的测定值,Xmax为该指标中的最大值,Xmin为该指标中的最小值。如果某一指标与耐盐性成正相关用公式(1);如果某一指标与耐盐性呈负相关,可通过公式(2)反隶属函数计算其耐盐性隶属函数值,先求出各份材料各个耐盐指标在不同盐浓度下的隶属值,然后把每一指标在不同浓度下的隶属值累加求平均值,最后再将每一材料各耐盐指标的隶属值累加,求其平均值。通过比较各材料的耐盐隶属值的平均值大小,确定其耐盐性的强弱。

2结果与分析

2.1盐胁迫下沙芦草细胞膜透性变化

细胞膜是活细胞和环境之间的界面和屏障,各种不良环境对细胞的影响往往首先作用于细胞膜。一般说来,盐胁迫处理后耐盐品种细胞膜系统遭到破坏的程度小,表现在细胞膜透性小;敏感品种细胞膜系统破坏严重,表现为细胞膜透性大。从图1中可以看出,随着盐胁迫浓度的增加,8份沙芦草材料幼苗叶片的细胞膜透性均呈增加趋势,从0(CK)至2.00%胁迫梯度下8份沙芦草相对电导率均值分别为23.01%、29.35%、37.07%、50.91%。经方差分析,在0.50%盐胁迫下1号和8号材料的相对电导率显著高于2号和3号材料;在1.00%盐胁迫时各材料之间的相对电导率差异均不显著;在2.00%盐胁迫下除7号材料的相对电导率显著低于1号和2号外,其他材料之间差异不显著。从总体来看,8份沙芦草在盐胁迫下细胞膜透性差异不明显。

2.2盐胁迫下沙芦草叶绿素和类胡萝卜素含量变化

在盐胁迫环境下,由于水分亏缺、矿质营养不良、能量不足等原因,植物的生理代谢过程受到干扰,致使与光合作用相关的膜结构受到损害,进而影响叶绿素的合成,造成植物光合强度的降低,导致植物生长发育受到抑制[5]。翁森红等[6]在牧草叶片的叶绿素含量与牧草耐盐性的关系中指出,叶绿素含量随着土壤盐分升高而降低,在同一盐分条件下,较耐盐品种比不耐盐品种叶绿素含量高。Rao等[7]研究发现,Cl-或Na+能提高叶绿素酶的活性,促进叶绿素分解,使叶绿素含量降低,从而影响植物光合作用的光反应和植物生长。

由表2可以看出,从0(CK)至1.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草叶绿素平均含量随盐胁迫强度的增强显著下降,在1.00%和2.00%的盐胁迫下溶液沙芦草叶绿素平均含量差异不显著。盐浓度0(CK)水平下,4号材料叶绿素含量与5号材料之间存在显著差异,而其他材料之间差异不显著;在0.50%水平盐胁迫下,3号材料叶绿素含量显著高于其他材料,7号材料叶绿素含量最低;在1.00%和2.00%水平盐胁迫下,均为5号材料叶绿素含量最高,7号材料叶绿素含量最低。

从表3中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草类胡萝卜素含量的均值分别为0.32、0.25、0.22、0.21 mg/g FM。在3种盐胁迫浓度下沙芦草的类胡萝卜素含量较对照均有明显下降,但随着盐胁迫浓度的增加类胡萝卜素含量变化不显著。方差分析表明,在0.50%水平盐胁迫下,除3号材料的类胡萝卜素含量显著高于1号、7号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,1号、7号材料类胡萝卜素含量均显著低于8号材料;在2.00%水平盐胁迫下,6号、7号材料类胡萝卜素含量显著低于其他材料。

2.3盐胁迫下沙芦草Pro含量变化

Pro是植物体内有效的渗透调节剂之一,Pro的积累是植物体抵抗渗透胁迫的有效方式之一[8]。大量研究表明,许多植物在盐胁迫下Pro迅速积累[9]。

从表4中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草Pro含量的均值分别为115.46、160.98、208.89、294.04 μg/g FM。随着盐胁迫浓度的增加,8份沙芦草材料幼苗的Pro含量均值呈明显的上升趋势。在0.50%水平盐胁迫下,除6号材料的Pro含量显著低于8号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,1号、3号、4号、6号材料的Pro含量均显著低于8号材料;在2.00%水平盐胁迫下,4号、6号、7号材料的Pro含量均显著低于1号材料,其他材料之间差异不显著。

2.4 盐胁迫下沙芦草MDA含量变化

植物在逆境条件下诱发的自由基使膜脂质过氧化,MDA是膜脂质过氧化作用的产物,其含量多少可代表膜损伤程度的大小。从表5中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草MDA含量的均值分别为42.63、33.67、28.25、26.13 nmol/g,随着盐胁迫浓度的增加,沙芦草材料幼苗的MDA含量均值呈明显下降趋势。在0.50%盐胁迫下,除7号材料的MDA含量显著低于6号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,各材料之间MDA含量均无显著差异;在2.00%水平盐胁迫下,1号、2号、4号材料的MDA含量均显著低于3号材料,2号、4号材料的MDA含量均显著低于7号材料,其他材料之间差异不显著。

2.5盐胁迫下沙芦草叶片SOD活性变化

盐胁迫使植物产生大量自由基,它们能直接或间接启动膜脂的过氧化作用,导致膜的损伤或破坏。SOD是植物体内第一个清除活性氧的关键酶,其活性大小能较好地反映品种的耐盐性强弱[10]。从表6中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草SOD活性均值分别为48.87、64.72、75.41、109.53 U/g FM。随着盐胁迫浓度的增加,沙芦草幼苗中的SOD活性呈明显的上升趋势。在0.50%水平盐胁迫下,除4号材料的SOD活性显著低于3号材料外,其他材料之间差异不显著;在1.00%水平盐胁迫下,各材料之间的SOD活性差异均不显著;在2.00%水平盐胁迫下,8号材料SOD活性显著低于7号材料,其他材料之间差异均不显著。

2.6综合评价结果

为全面评价沙芦草幼苗期耐盐性的强弱,需要对测定的各指标进行综合评价。隶属函数综合评价值反映了各沙芦草种间的综合耐盐能力的大小,数值越大表明其越耐盐[11]。通过对盐胁迫下叶片的电导率、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量、MDA含量、SOD活性和Pro含量这6项指标的测定结果进行综合评价(表7),得到了8种沙芦草幼苗期的隶属函数平均值。利用隶属函数分析得出8个沙芦草品种的耐盐性强弱排序为:蒙农1号蒙古冰草>3号沙芦草>4号沙芦草>2号沙芦草>5号沙芦草>7号沙芦草>6号沙芦草>1号沙芦草。

3小结与讨论

1)本试验所测定的指标均是目前较常用且与耐盐性密切相关的生理生化指标,尽管随着研究进一步的深入,人们对于某些指标与耐盐性的关系产生了质疑。但可以肯定的是,这些指标与耐盐性是相关的,只是它们之间的关系可能并不是以前人们所认识的那样呈简单的线性关系。目前对于Pro是否适宜作为耐盐性指标的争议是最多的。最大的疑问在于,盐胁迫下Pro的累积途径有很多,既可能有适应性的意义,又可能是细胞结构和功能受损伤的表现[12]。由此可见,Pro的积累与植物的耐盐性之间可能并不是简单的正相关关系。但Pro在盐胁迫下大量积累,证明了其对盐的敏感性,本研究也证实了这一点,因此还是可以把它作为评判品种耐盐性强弱的指标或者参数。但是,在本试验中也出现了随着胁迫的加剧,某些沙芦草品种的Pro含量呈下降趋势的现象,这可能是沙芦草幼苗对于盐胁迫的一种适应性反应,其叶片可能产生了暂时性的生理休克[13]。试验中各沙芦草幼苗细胞膜透性增大的程度和开始增大时的浓度也因品种不同而不同,表现出了对盐胁迫的适应和抵抗能力。耐盐品种细胞膜透性增大程度小且起始浓度较大,相反地,敏感品种细胞膜透性增大幅度较大且起始浓度较小。8份沙芦草材料幼苗细胞膜透性、Pro含量、SOD活性均随着盐胁迫程度的加剧呈上升趋势,但不同材料在各浓度下的变化趋势存在明显的差异;叶绿素总含量和MDA含量随着盐胁迫程度的加剧呈下降趋势;类胡萝卜素含量没有明显的变化趋势,对盐胁迫不敏感。

2)植物在盐胁迫下表现出的耐盐性是一个复杂的过程,单一指标很难说明某种植物(品种)的耐盐性强弱,只有通过多种指标的综合评价分析才能客观地反映牧草的真实耐盐性[14]。因此,通过隶属函数对8份沙芦草6个指标进行综合评定,结果表明耐盐性较强的品种有蒙农1号蒙古冰草、3号沙芦草、4号沙芦草;耐盐性中等的品种有2号沙芦草、5号沙芦草;耐盐性较弱的品种有1号沙芦草、6号沙芦草和7号沙芦草。

参考文献:

[1] 谢振宇,杨光穗.牧草耐盐性研究进展[J].草业科学,2003, 20(8):11-17.

[2] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000.134-261.

[3] 王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M]. 第二版.北京:高等教育出版社,2006.

[4] 薛慧勤,甘信民,顾淑媛,等.花生种子萌发特性和抗旱性关系的高渗溶液法[J].中国油料,1997,19(3):30-33.

[5] 倪秀珍,张强.抗盐植物研究进展[J].特产研究,2004(4):58-62.

[6] 翁森红,徐柱,师文贵,等.牧草叶片的叶绿素含量与牧草耐盐性的关系[J].四川草原,1999(1):11-13,17.

[7] RAO G G, RAO G R. Rigment composition and chlorphyllase activity in pigeon pea and ginegelley and NaCl salinity[J].Indian Journal Experimental Biology,1981,19: 768-770.

[8] 刘小京,刘孟雨.八个苜蓿品种的耐盐性分析[A].盐生植物利用与区域农业可持续发展[M].北京:气象出版社,2002.275-277.

[9] 周荣仁,杨燮荣,余叔文.利用组织培养选择烟草耐盐愈伤组织变异体并分化出再生植株[J].实验生物学报,1986,19(3):279-287.

[10] 王洪春.植物抗性生理[J].植物生理学通讯,1981(6):72-73.

[11] 陈德明,俞仁培,杨劲松.盐渍条件下小麦抗盐性的隶属函数值法评价[J].土壤学报,2002,39(3):368-374.

[12] 刘娥娥,宗会,郭振飞,等.干旱、盐和低温胁迫对水稻幼苗脯氨酸含量的影响[J].热带亚热带植物学报,2000,8(3):235-238.

[13] 钱永常,余叔文.大豆对SO2的适应性反应[J].植物生理学报,1991,17(3):232-238.

[14] 郭美兰.小麦族10种多年生禾草耐盐性综合评价[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2006.

2.2盐胁迫下沙芦草叶绿素和类胡萝卜素含量变化

在盐胁迫环境下,由于水分亏缺、矿质营养不良、能量不足等原因,植物的生理代谢过程受到干扰,致使与光合作用相关的膜结构受到损害,进而影响叶绿素的合成,造成植物光合强度的降低,导致植物生长发育受到抑制[5]。翁森红等[6]在牧草叶片的叶绿素含量与牧草耐盐性的关系中指出,叶绿素含量随着土壤盐分升高而降低,在同一盐分条件下,较耐盐品种比不耐盐品种叶绿素含量高。Rao等[7]研究发现,Cl-或Na+能提高叶绿素酶的活性,促进叶绿素分解,使叶绿素含量降低,从而影响植物光合作用的光反应和植物生长。

由表2可以看出,从0(CK)至1.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草叶绿素平均含量随盐胁迫强度的增强显著下降,在1.00%和2.00%的盐胁迫下溶液沙芦草叶绿素平均含量差异不显著。盐浓度0(CK)水平下,4号材料叶绿素含量与5号材料之间存在显著差异,而其他材料之间差异不显著;在0.50%水平盐胁迫下,3号材料叶绿素含量显著高于其他材料,7号材料叶绿素含量最低;在1.00%和2.00%水平盐胁迫下,均为5号材料叶绿素含量最高,7号材料叶绿素含量最低。

从表3中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草类胡萝卜素含量的均值分别为0.32、0.25、0.22、0.21 mg/g FM。在3种盐胁迫浓度下沙芦草的类胡萝卜素含量较对照均有明显下降,但随着盐胁迫浓度的增加类胡萝卜素含量变化不显著。方差分析表明,在0.50%水平盐胁迫下,除3号材料的类胡萝卜素含量显著高于1号、7号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,1号、7号材料类胡萝卜素含量均显著低于8号材料;在2.00%水平盐胁迫下,6号、7号材料类胡萝卜素含量显著低于其他材料。

2.3盐胁迫下沙芦草Pro含量变化

Pro是植物体内有效的渗透调节剂之一,Pro的积累是植物体抵抗渗透胁迫的有效方式之一[8]。大量研究表明,许多植物在盐胁迫下Pro迅速积累[9]。

从表4中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草Pro含量的均值分别为115.46、160.98、208.89、294.04 μg/g FM。随着盐胁迫浓度的增加,8份沙芦草材料幼苗的Pro含量均值呈明显的上升趋势。在0.50%水平盐胁迫下,除6号材料的Pro含量显著低于8号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,1号、3号、4号、6号材料的Pro含量均显著低于8号材料;在2.00%水平盐胁迫下,4号、6号、7号材料的Pro含量均显著低于1号材料,其他材料之间差异不显著。

2.4 盐胁迫下沙芦草MDA含量变化

植物在逆境条件下诱发的自由基使膜脂质过氧化,MDA是膜脂质过氧化作用的产物,其含量多少可代表膜损伤程度的大小。从表5中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草MDA含量的均值分别为42.63、33.67、28.25、26.13 nmol/g,随着盐胁迫浓度的增加,沙芦草材料幼苗的MDA含量均值呈明显下降趋势。在0.50%盐胁迫下,除7号材料的MDA含量显著低于6号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,各材料之间MDA含量均无显著差异;在2.00%水平盐胁迫下,1号、2号、4号材料的MDA含量均显著低于3号材料,2号、4号材料的MDA含量均显著低于7号材料,其他材料之间差异不显著。

2.5盐胁迫下沙芦草叶片SOD活性变化

盐胁迫使植物产生大量自由基,它们能直接或间接启动膜脂的过氧化作用,导致膜的损伤或破坏。SOD是植物体内第一个清除活性氧的关键酶,其活性大小能较好地反映品种的耐盐性强弱[10]。从表6中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草SOD活性均值分别为48.87、64.72、75.41、109.53 U/g FM。随着盐胁迫浓度的增加,沙芦草幼苗中的SOD活性呈明显的上升趋势。在0.50%水平盐胁迫下,除4号材料的SOD活性显著低于3号材料外,其他材料之间差异不显著;在1.00%水平盐胁迫下,各材料之间的SOD活性差异均不显著;在2.00%水平盐胁迫下,8号材料SOD活性显著低于7号材料,其他材料之间差异均不显著。

2.6综合评价结果

为全面评价沙芦草幼苗期耐盐性的强弱,需要对测定的各指标进行综合评价。隶属函数综合评价值反映了各沙芦草种间的综合耐盐能力的大小,数值越大表明其越耐盐[11]。通过对盐胁迫下叶片的电导率、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量、MDA含量、SOD活性和Pro含量这6项指标的测定结果进行综合评价(表7),得到了8种沙芦草幼苗期的隶属函数平均值。利用隶属函数分析得出8个沙芦草品种的耐盐性强弱排序为:蒙农1号蒙古冰草>3号沙芦草>4号沙芦草>2号沙芦草>5号沙芦草>7号沙芦草>6号沙芦草>1号沙芦草。

3小结与讨论

1)本试验所测定的指标均是目前较常用且与耐盐性密切相关的生理生化指标,尽管随着研究进一步的深入,人们对于某些指标与耐盐性的关系产生了质疑。但可以肯定的是,这些指标与耐盐性是相关的,只是它们之间的关系可能并不是以前人们所认识的那样呈简单的线性关系。目前对于Pro是否适宜作为耐盐性指标的争议是最多的。最大的疑问在于,盐胁迫下Pro的累积途径有很多,既可能有适应性的意义,又可能是细胞结构和功能受损伤的表现[12]。由此可见,Pro的积累与植物的耐盐性之间可能并不是简单的正相关关系。但Pro在盐胁迫下大量积累,证明了其对盐的敏感性,本研究也证实了这一点,因此还是可以把它作为评判品种耐盐性强弱的指标或者参数。但是,在本试验中也出现了随着胁迫的加剧,某些沙芦草品种的Pro含量呈下降趋势的现象,这可能是沙芦草幼苗对于盐胁迫的一种适应性反应,其叶片可能产生了暂时性的生理休克[13]。试验中各沙芦草幼苗细胞膜透性增大的程度和开始增大时的浓度也因品种不同而不同,表现出了对盐胁迫的适应和抵抗能力。耐盐品种细胞膜透性增大程度小且起始浓度较大,相反地,敏感品种细胞膜透性增大幅度较大且起始浓度较小。8份沙芦草材料幼苗细胞膜透性、Pro含量、SOD活性均随着盐胁迫程度的加剧呈上升趋势,但不同材料在各浓度下的变化趋势存在明显的差异;叶绿素总含量和MDA含量随着盐胁迫程度的加剧呈下降趋势;类胡萝卜素含量没有明显的变化趋势,对盐胁迫不敏感。

2)植物在盐胁迫下表现出的耐盐性是一个复杂的过程,单一指标很难说明某种植物(品种)的耐盐性强弱,只有通过多种指标的综合评价分析才能客观地反映牧草的真实耐盐性[14]。因此,通过隶属函数对8份沙芦草6个指标进行综合评定,结果表明耐盐性较强的品种有蒙农1号蒙古冰草、3号沙芦草、4号沙芦草;耐盐性中等的品种有2号沙芦草、5号沙芦草;耐盐性较弱的品种有1号沙芦草、6号沙芦草和7号沙芦草。

参考文献:

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[5] 倪秀珍,张强.抗盐植物研究进展[J].特产研究,2004(4):58-62.

[6] 翁森红,徐柱,师文贵,等.牧草叶片的叶绿素含量与牧草耐盐性的关系[J].四川草原,1999(1):11-13,17.

[7] RAO G G, RAO G R. Rigment composition and chlorphyllase activity in pigeon pea and ginegelley and NaCl salinity[J].Indian Journal Experimental Biology,1981,19: 768-770.

[8] 刘小京,刘孟雨.八个苜蓿品种的耐盐性分析[A].盐生植物利用与区域农业可持续发展[M].北京:气象出版社,2002.275-277.

[9] 周荣仁,杨燮荣,余叔文.利用组织培养选择烟草耐盐愈伤组织变异体并分化出再生植株[J].实验生物学报,1986,19(3):279-287.

[10] 王洪春.植物抗性生理[J].植物生理学通讯,1981(6):72-73.

[11] 陈德明,俞仁培,杨劲松.盐渍条件下小麦抗盐性的隶属函数值法评价[J].土壤学报,2002,39(3):368-374.

[12] 刘娥娥,宗会,郭振飞,等.干旱、盐和低温胁迫对水稻幼苗脯氨酸含量的影响[J].热带亚热带植物学报,2000,8(3):235-238.

[13] 钱永常,余叔文.大豆对SO2的适应性反应[J].植物生理学报,1991,17(3):232-238.

[14] 郭美兰.小麦族10种多年生禾草耐盐性综合评价[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2006.

2.2盐胁迫下沙芦草叶绿素和类胡萝卜素含量变化

在盐胁迫环境下,由于水分亏缺、矿质营养不良、能量不足等原因,植物的生理代谢过程受到干扰,致使与光合作用相关的膜结构受到损害,进而影响叶绿素的合成,造成植物光合强度的降低,导致植物生长发育受到抑制[5]。翁森红等[6]在牧草叶片的叶绿素含量与牧草耐盐性的关系中指出,叶绿素含量随着土壤盐分升高而降低,在同一盐分条件下,较耐盐品种比不耐盐品种叶绿素含量高。Rao等[7]研究发现,Cl-或Na+能提高叶绿素酶的活性,促进叶绿素分解,使叶绿素含量降低,从而影响植物光合作用的光反应和植物生长。

由表2可以看出,从0(CK)至1.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草叶绿素平均含量随盐胁迫强度的增强显著下降,在1.00%和2.00%的盐胁迫下溶液沙芦草叶绿素平均含量差异不显著。盐浓度0(CK)水平下,4号材料叶绿素含量与5号材料之间存在显著差异,而其他材料之间差异不显著;在0.50%水平盐胁迫下,3号材料叶绿素含量显著高于其他材料,7号材料叶绿素含量最低;在1.00%和2.00%水平盐胁迫下,均为5号材料叶绿素含量最高,7号材料叶绿素含量最低。

从表3中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草类胡萝卜素含量的均值分别为0.32、0.25、0.22、0.21 mg/g FM。在3种盐胁迫浓度下沙芦草的类胡萝卜素含量较对照均有明显下降,但随着盐胁迫浓度的增加类胡萝卜素含量变化不显著。方差分析表明,在0.50%水平盐胁迫下,除3号材料的类胡萝卜素含量显著高于1号、7号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,1号、7号材料类胡萝卜素含量均显著低于8号材料;在2.00%水平盐胁迫下,6号、7号材料类胡萝卜素含量显著低于其他材料。

2.3盐胁迫下沙芦草Pro含量变化

Pro是植物体内有效的渗透调节剂之一,Pro的积累是植物体抵抗渗透胁迫的有效方式之一[8]。大量研究表明,许多植物在盐胁迫下Pro迅速积累[9]。

从表4中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草Pro含量的均值分别为115.46、160.98、208.89、294.04 μg/g FM。随着盐胁迫浓度的增加,8份沙芦草材料幼苗的Pro含量均值呈明显的上升趋势。在0.50%水平盐胁迫下,除6号材料的Pro含量显著低于8号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,1号、3号、4号、6号材料的Pro含量均显著低于8号材料;在2.00%水平盐胁迫下,4号、6号、7号材料的Pro含量均显著低于1号材料,其他材料之间差异不显著。

2.4 盐胁迫下沙芦草MDA含量变化

植物在逆境条件下诱发的自由基使膜脂质过氧化,MDA是膜脂质过氧化作用的产物,其含量多少可代表膜损伤程度的大小。从表5中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草MDA含量的均值分别为42.63、33.67、28.25、26.13 nmol/g,随着盐胁迫浓度的增加,沙芦草材料幼苗的MDA含量均值呈明显下降趋势。在0.50%盐胁迫下,除7号材料的MDA含量显著低于6号材料外,其他材料之间差异均不显著;在1.00%水平盐胁迫下,各材料之间MDA含量均无显著差异;在2.00%水平盐胁迫下,1号、2号、4号材料的MDA含量均显著低于3号材料,2号、4号材料的MDA含量均显著低于7号材料,其他材料之间差异不显著。

2.5盐胁迫下沙芦草叶片SOD活性变化

盐胁迫使植物产生大量自由基,它们能直接或间接启动膜脂的过氧化作用,导致膜的损伤或破坏。SOD是植物体内第一个清除活性氧的关键酶,其活性大小能较好地反映品种的耐盐性强弱[10]。从表6中可以看出,从0(CK)至2.00%盐胁迫梯度下,8份沙芦草SOD活性均值分别为48.87、64.72、75.41、109.53 U/g FM。随着盐胁迫浓度的增加,沙芦草幼苗中的SOD活性呈明显的上升趋势。在0.50%水平盐胁迫下,除4号材料的SOD活性显著低于3号材料外,其他材料之间差异不显著;在1.00%水平盐胁迫下,各材料之间的SOD活性差异均不显著;在2.00%水平盐胁迫下,8号材料SOD活性显著低于7号材料,其他材料之间差异均不显著。

2.6综合评价结果

为全面评价沙芦草幼苗期耐盐性的强弱,需要对测定的各指标进行综合评价。隶属函数综合评价值反映了各沙芦草种间的综合耐盐能力的大小,数值越大表明其越耐盐[11]。通过对盐胁迫下叶片的电导率、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量、MDA含量、SOD活性和Pro含量这6项指标的测定结果进行综合评价(表7),得到了8种沙芦草幼苗期的隶属函数平均值。利用隶属函数分析得出8个沙芦草品种的耐盐性强弱排序为:蒙农1号蒙古冰草>3号沙芦草>4号沙芦草>2号沙芦草>5号沙芦草>7号沙芦草>6号沙芦草>1号沙芦草。

3小结与讨论

1)本试验所测定的指标均是目前较常用且与耐盐性密切相关的生理生化指标,尽管随着研究进一步的深入,人们对于某些指标与耐盐性的关系产生了质疑。但可以肯定的是,这些指标与耐盐性是相关的,只是它们之间的关系可能并不是以前人们所认识的那样呈简单的线性关系。目前对于Pro是否适宜作为耐盐性指标的争议是最多的。最大的疑问在于,盐胁迫下Pro的累积途径有很多,既可能有适应性的意义,又可能是细胞结构和功能受损伤的表现[12]。由此可见,Pro的积累与植物的耐盐性之间可能并不是简单的正相关关系。但Pro在盐胁迫下大量积累,证明了其对盐的敏感性,本研究也证实了这一点,因此还是可以把它作为评判品种耐盐性强弱的指标或者参数。但是,在本试验中也出现了随着胁迫的加剧,某些沙芦草品种的Pro含量呈下降趋势的现象,这可能是沙芦草幼苗对于盐胁迫的一种适应性反应,其叶片可能产生了暂时性的生理休克[13]。试验中各沙芦草幼苗细胞膜透性增大的程度和开始增大时的浓度也因品种不同而不同,表现出了对盐胁迫的适应和抵抗能力。耐盐品种细胞膜透性增大程度小且起始浓度较大,相反地,敏感品种细胞膜透性增大幅度较大且起始浓度较小。8份沙芦草材料幼苗细胞膜透性、Pro含量、SOD活性均随着盐胁迫程度的加剧呈上升趋势,但不同材料在各浓度下的变化趋势存在明显的差异;叶绿素总含量和MDA含量随着盐胁迫程度的加剧呈下降趋势;类胡萝卜素含量没有明显的变化趋势,对盐胁迫不敏感。

2)植物在盐胁迫下表现出的耐盐性是一个复杂的过程,单一指标很难说明某种植物(品种)的耐盐性强弱,只有通过多种指标的综合评价分析才能客观地反映牧草的真实耐盐性[14]。因此,通过隶属函数对8份沙芦草6个指标进行综合评定,结果表明耐盐性较强的品种有蒙农1号蒙古冰草、3号沙芦草、4号沙芦草;耐盐性中等的品种有2号沙芦草、5号沙芦草;耐盐性较弱的品种有1号沙芦草、6号沙芦草和7号沙芦草。

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