加拿大披碱草新品系耐盐性生理研究

刘亚玲，赵 彦，张家赫，姜丽霞

（1.内蒙古蒙草生态环境（集团）股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010030；2.内蒙古农业大学草原与环境资源学院，内蒙古呼和浩特 010018；3.内蒙古农业广播电视学校，内蒙古呼和浩特 010011）

加拿大披碱草（Elymus canadensis L.），多年生草本植物，属于禾本科披碱草属，原产于北美。具有抗逆性强、适口性好、适应性广等优良特性[1-4]。20世纪80年代，云锦凤教授对该种在国内进行引种驯化。经过30年的研究，从中选育出了抗旱性、耐盐性表现突出的新种质材料，目前，已将其培育成加拿大披碱草新品系。本研究以加拿大披碱草新品系为试验材料，从生理生化水平上研究高盐胁迫下加拿大披碱草的耐盐性生理特征，为今后在干旱地区示范推广提供基础数据。

1 材料和方法

1.1 植物材料

本试验材料为加拿大披碱草新品系和老芒麦（Elymus sibiricicus L.），在人工智能温室进行幼苗耐盐试验，湿度为58%～62%，温度为27～30℃。试验采用盆栽法，种子在培养皿发芽后，栽植到含盐量极低的风干苗圃土的花盆中。花盆内径18.5 cm，底径12.5 cm，高14 cm。土与花盆共重2.5 kg。每盆定株10株，重复3次。待到植物分蘖期时，用浓度为2%的NaCl处理幼苗。以原始干土重计算，每盆浇注400 mL盐溶液，对照浇400 mL蒸馏水，盐胁迫期间每2 d称花盆的重量，用蒸馏水补充蒸发的水分，以保持盐浓度不变；在盐胁迫进行到第7天，试验材料表现出盐胁迫毒害的形态特征变化时，取供试材料的根部及叶片，对各项生理指标进行测试[5-6]。

1.2 方法

测定的生理指标包括细胞膜透性、丙二醛、游离脯氨酸、可溶性糖及叶绿素含量。测定方法：细胞膜透性采用电导率法，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法，游离脯氨酸含量采用茚三酮法，可溶性糖的测定采用蒽酮比色法，叶绿素的测定采用光电比色法[7]。

1.3 数据分析

对所测定的数据采用Excel处理后，再利用SAS9.0软件进行方差分析，并对5种抗盐性生理指标做相关分析。

2 结果与分析

2.1 细胞膜透性测定

不良环境会造成膜的伤害，细胞膜透性增加，电解质外渗，外渗的电解质引起溶液电导率的变化，以此来反映细胞膜的伤害程度[8]。

根据表1的方差分析，2%NaCl胁迫处理7 d，在对照和处理条件下，加拿大披碱草新品系根的电导率分别为0.13 μs/cm和0.82 μs/cm；叶片的电导率分别为0.63 μs/cm和0.95 μs/cm；加拿大披碱草的根和叶片电导率分别为对照的6.31倍和1.51倍。由此可见，在2%的盐浓度7 d的处理条件下，加拿大披碱草根和叶片的细胞膜透性都呈现显著增加的趋势（P<0.05）。

表1 盐胁迫下加拿大披碱草新品系电导率方差分析结果

据图1显示，加拿大披碱草叶片的细胞膜透性高于根，在2%盐浓度处理条件下，根的细胞膜透性增加幅度远大于叶片的增幅。

2.2 丙二醛含量的测定

丙二醛的含量用于表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱[9]。

由表2可见，在对照和处理条件下加拿大披碱草新品系叶片的丙二醛含量分别为38.72 nmol/g和137.85 nmol/g；根的丙二醛含量分别为55.76 nmol/g和112.88 nmol/g；2%NaCl处理下加拿大披碱草新品系的根和叶片丙二醛含量分别为对照的2.02倍和3.56倍。因此，在2%NaCl胁迫7 d条件下，加拿大披碱草新品系根和叶片的丙二醛含量都呈现显著增加（P<0.05）。

表2 盐胁迫下加拿大披碱草新品系丙二醛方差分析结果

据图2显示，加拿大披碱草叶片的丙二醛含量低于根，叶片的丙二醛含量增加幅度高于根，这说明在高盐胁迫下，加拿大披碱草新品系叶片受到伤害程度明显大于根部。

2.3 游离脯氨酸含量的测定

植物体内脯胺酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性[10]。

由表3可见，在对照和处理条件下加拿大披碱草新品系叶片的脯氨酸含量分别为8.69 μg/g和15.97 μg/g；根的脯氨酸含量分别为 9.56 μg/g 和29.59 μg/g；2%盐浓度处理下加拿大披碱草的根和叶片脯氨酸含量分别为对照的3.10倍和1.84倍。由此，在2%NaCl处理7 d的条件下，加拿大披碱草新品系的根和叶片脯氨酸含量都呈现显著增加（P<0.05）。

表3 盐胁迫下加拿大披碱草新品系游离脯氨酸方差分析结果

据图3显示，加拿大披碱草新品系叶片的脯氨酸含量和增加幅度都小于根部，这说明在2%NaCl处理条件下，加拿大披碱草新品系叶片受到高盐胁迫的伤害要小于根部。

2.4 可溶性糖含量的测定

根据表4，在2%NaCl 7 d处理下，对照和处理条件下加拿大披碱草新品系叶片可溶性糖含量分别为0.08%和0.22%；根的可溶性糖含量分别为0.09%和0.14%；2%盐浓度处理下加拿大披碱草的根和叶片可溶性糖含量分别为对照的1.56倍和2.75倍。由此可见，在2%的盐浓度7 d的处理条件下，加拿大披碱草根和叶片的可溶性糖含量都呈现显著增加（P<0.05）。

表4 盐胁迫下加拿大披碱草新品系可溶性糖方差分析结果

据图4显示，加拿大披碱草新品系叶片和根部可溶性糖含量基本相当，但在2%盐浓度处理条件下，叶片的可溶性糖含量增加幅度高于根部。

2.5 叶绿素含量的测定

叶片叶绿素含量多少与植物光合作用密切相关，叶绿素含量的测定无论在生理上还是选育品种以及抗性研究等方面都十分必要。

由表5和图5可知，在2%NaCl处理7 d条件下，加拿大披碱草新品系叶绿素a含量对照和处理分别为25.94 mg/g和20.32 mg/g，叶绿素b含量对照和处理分别为35.18 mg/g和27.57 mg/g，总叶绿素含量对照和处理分别为61.12 mg/g和47.89 mg/g；2%NaCl处理加拿大披碱草新品系叶绿素a、叶绿素b含量和总叶绿素含量分别为对照的78.33%、78.37%和77.59%。由此可见，在2%NaCl处理7 d条件下，加拿大披碱草新品系叶片的叶绿素含量都呈显著降低（P＜0.05）。

表5 盐胁迫下加拿大披碱草新品系叶绿素方差分析结果

2.6 加拿大披碱草新品系耐盐生理生化指标的相关系数

由表6可知，2%NaCl胁迫下，加拿大披碱草新品系电导率与丙二醛含量呈显著正相关（P＜0.05），与脯氨酸含量和可溶性糖含量呈正相关性，但相关性不显著（P＞0.05），与叶绿素呈显著负相关（P＜0.05）；丙二醛含量与脯氨酸含量和可溶性糖含量呈正相关性，但相关性不显著（P＞0.05），与叶绿素呈显著负相关（P＜0.10）；脯氨酸含量和可溶性糖呈显著正相关（P＜0.10），叶绿素呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05）；可溶性糖与叶绿素呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05）。

表6 盐胁迫下加拿大披碱草新品系各生理生化指标的相关系数

2.7 加拿大披碱草新品系与老芒麦耐盐性比较

根据图6可知，在2%NaCl处理7 d的条件下，老芒麦叶片的电导率、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量分别为0.54 μs/cm、54.43 nmol/g、19.12 μg/g和0.10%；老芒麦的根部电导率、丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量分别为0.18 μs/cm、52.88 nmol/g、9.82 μg/g 和 0.07%；老芒麦叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量分别为14.47 mg/g、26.17 mg/g和 40.63 mg/g。老芒麦的各项指标都显著低于加拿大披碱草新品系。由此可见，老芒麦的耐盐性低于加拿大披碱草新品系。

3 讨论

3.1 细胞膜系统对盐胁迫的响应

肖雯等[11]研究证实，膜透性的大小可以反映质膜受损伤的程度，数值越大质膜受到的伤害就越大。细胞膜受伤害程度可以通过细胞组织的相对外渗电导率进行了解，膜的伤害程度越大、细胞的电导率值越大。本试验中，在高盐胁迫下，加拿大披碱草新品系根部及叶片电导率均显著增加，加拿大披碱草新品系根部在NaCl胁迫下，电导率增加较叶片缓慢，说明根部细胞膜受伤害程度较低，对盐胁迫耐受能力较叶片强。

丙二醛（MDA）是细胞膜质过氧化指标，表示细胞膜质过氧化程度与植物对逆境条件反应的强弱。当丙二醛含量大幅度上升时，表明植物体内细胞受到严重破坏，因此，其含量也可以说明植物遭受逆境伤害的程度大小；增幅越大，植物细胞受伤害程度越大[12-13]。本试验结果表明，在高盐胁迫下，加拿大披碱草新品系根和叶片丙二醛含量均显著增加，并且，与根的丙二醛含量相比较，叶片增加较多，说明叶片细胞膜系统受伤害较大。

3.2 脯氨酸和可溶性糖对盐胁迫的响应

植物在正常生长条件下，脯氨酸的含量低，但在逆境时，脯氨酸在细胞质中会大量积累达几十倍甚至几百倍以进行渗透调节。在本试验中，在2%浓度盐胁迫下，加拿大披碱草新品系根部和叶片的游离脯氨酸均呈现显著增加的趋势。游离脯氨酸变化与胁迫强度，抗性之间关系有待进一步研究。

可溶性糖是逆境条件下许多非盐生植物的渗透调节剂[14]，植物体内累积可溶性糖是对水分胁迫的应激反应[15]。虽然一般认为在渗透胁迫压力下游离脯氨酸和可溶性糖作为有机渗透物质而积累，但普遍认为可溶性糖含量的增加是植物对水分胁迫的一种适应机制。本研究中加拿大披碱草新品系可溶性糖含量在盐胁迫下呈增加趋势。

3.3 叶绿素对盐胁迫的响应

叶绿素作为光合色素，参与光能的吸收、传递和转化，在植物光合作用中起着关键性的作用。本研究结果表明，加拿大披碱草叶片中叶绿素a、叶绿素b含量及总叶绿素含量在2%NaCl胁迫下显著降低，这主要是由于盐胁迫使叶绿素与叶绿体蛋白结合变松，更多的叶绿素遭到破坏，最终导致光合作用降低，尤其是过量的O-渗入细胞后，使原生质凝聚，叶绿素破坏。王泽港等[16]研究水稻干旱认为，叶绿素a比叶绿素b的影响更大。

4 结论

在本研究中，通过对浓度为2%NaCl胁迫7 d条件下，加拿大披碱草新品系耐盐性生理特性的分析，得出如下结论：1○电导率上升，即细胞膜透性增大；丙二醛含量增加，游离脯氨酸含量增加，可溶性糖含量增加，叶绿素含量降低。2○根据加拿大披碱草新品系5个生理指标的分析，得出加拿大披碱草在2%浓度的盐胁迫条件下，其叶片的受害程度大于根部。3○加拿大披碱草新品系的耐盐性高于对照品种老芒麦。

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