3种盐胁迫下静乐藜麦种子与幼苗抗逆指标的检测

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(1.山西大同大学生命科学学院，　山西 大同 037009；　2.山西省农业科学院玉米研究所，　山西 忻州 034000)

藜麦(Chenopodiumquinoa)原产于南美洲安第斯山区，因具有很高的营养价值，被誉为“粮食之母”。“FAO”将藜麦列为全球10大健康营养食品之一[1]。山西静乐县因无工业污染，水质好，阳光足等优越的地理环境，与藜麦的种植完美结合，使其成为继南美洲安第斯山区、美国之后全球第三大藜麦种植基地，被称为“中国藜麦之乡”。藜麦籽粒中含有人体所需9种必需氨基酸，相近于动物的完全蛋白(蛋白质含量在15%左右)，约为稻米和玉米的2倍；藜麦籽实中的钙和锰等矿物质含量也高于常见谷物，容易被吸收利用；此外藜麦种子富含多种活性成分，其中多酚类化合物能够阻碍细胞间的通讯连接和抑制脂肪酸酶活性而达到抗氧化作用；黄酮类化合物中，槲皮素具有抗炎的功效。藜麦作为一种三低食物(低脂、低糖、低淀粉)恰当地使用能够减少糖尿病的发生[2]；除此之外，藜麦在工业上(如制油工业)、农业上(如生产饲料)、以至观赏方面都具有很高的研究价值和应用价值，是未来最具潜力的农作物之一。

当前土壤盐渍化是全球面临的主要问题之一。有统计显示，地球上97.5%的水都是咸水，全世界盐碱地面积超过8亿hm2，占全球陆地总面积的6%。随着世界人口的增加以及人类活动的加剧，盐渍化问题越来越严重[1]。就我国而言，当前盐渍土面积达3 500万hm2，虽已有部分开垦种植，但仍有1 700万hm2的潜在盐渍化土壤[3]。由于大多数作物表现对盐碱胁迫敏感，因此耐盐性的研究显得尤为重要。

鉴于此前王晨静等[4]研究了中性盐NaCl对藜麦生长的影响，结果为不同盐胁迫对藜麦种子发芽和幼苗生长表现出不同效应；Asish K P等[5]研究得出，植物在受到逆境胁迫时，会通过自身的抗氧化酶系统和抗氧化剂清除活性氧，提高其抗逆性；石福臣等[6]对于罗布麻盐胁迫的研究表明：低浓度中性盐可适当提高罗布麻种子发芽率，且在0～50 mmol/L时发芽率有明显增加趋势；盐种类不同，对罗布麻伤害不同，Na2CO3>NaCl>Na2SO4。

本实验在前人研究基础上继续探究不同盐类对藜麦生长的影响，对后期推广静乐藜麦在滩涂盐碱地种植及藜麦的耐盐性研究提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　材　料

试验种子由山西省农业科学院玉米研究所提供。

1.2　方法及处理

1.2.1材料处理

选取颗粒饱满的静乐藜麦种子，用自来水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗2～3次，晾干备用[7]。

1.2.2发芽试验

实验设为2组：在预先准备好的直径9 cm的培养皿中，各铺2层滤纸，每皿置50粒种子，然后各添加事先配置好的盐溶液4 mL(NaCl、NaHCO3和Na2CO3浓度分别为0，30，40，50 mmol/L和60 mmol/L)，对照组用蒸馏水处理，每个浓度设3组重复，置于25 ℃培养箱中培养，萌发条件为16 h光照/8 h黑暗，种子萌发以胚根露出种皮2 mm为标准，培养过程中及时补加处理液以保证其浓度[7]。

1.2.3栽培试验

种子萌发第2天进行移栽。将预先准备好的沙土用自来水浸透，静置一段时间后使用，每个纸杯装入3/4的沙土，每杯移栽15株，并浇灌各浓度盐溶液，置于培养架上培养。定期记录幼苗生长状况，考虑到营养需求，适时为其补充营养液。

1.3　指标测定

1.3.1种子发芽情况测定

定期记录种子的萌发数，第4天统计发芽势，第7天统计其发芽率，计算7 d内的种子发芽指数和活力指数，第8天每重复取10株幼苗测其株高及鲜重[8]。

发芽率(%)=7 d内的发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽势(%)=4 d内的发芽种子数/供试种子总数×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt )(式中：Gt为发芽数；Dt为相应的发芽天数)；

活力指数=发芽指数×幼苗平均鲜重[8]。

1.3.2静乐藜麦幼苗抗逆性指标测定

MDA含量的测定、脯氨酸含量测定、过化氢酶活性测定方法具体参考《植物生理学实验指导》[9]。

1.4　数据处理

采用Microsoft Excel 2010和IBM SPSS Statistics 24对数据进行分析。

2　结果与分析

2.1　3种盐对静乐藜麦种子萌发、株高及鲜重的影响

盐胁迫对静乐藜麦种子萌发的抑制作用，总体表现为使种子的发芽率、发芽势及发芽指数降低。由表1可知，NaCl处理的幼苗在30～50 mmol/L时，发芽率、发芽势及发芽指数逐渐升高，相比于对照组差异显著。在50 mmol/L时的活力指数达到最高值，与对照相比无明显差别。NaHCO3和Na2CO3处理下，幼苗的发芽率和发芽指数均比对照显著下降，NaHCO3处理的发芽率下降了8%, 而Na2CO3处理的下降10%。这2种处理的幼苗活力指数相比于对照组均有明显下降。

实验中3种盐对于静乐藜麦幼苗株高和鲜重，在设置的实验浓度内都表现出低促高抑的特点。其中NaCl相对于对照组在浓度范围内表现为较明显的促进作用，在50 mmol/L时株高为5.22 cm，相比于对照的3.42 cm差异显著，在60 mmol/L时促进作用减弱，说明静乐藜麦对于NaCl的抗逆性高于后两者；NaHCO3在各个浓度上对株高的促进作用与NaCl相比不明显；Na2CO3在3种盐中表现出抑制作用最强，这种抑制作用同样可在对于幼苗鲜重的影响上得知。

2.2　3种盐对静乐藜麦MDA含量的影响

逆境下植物体内活性氧会积累，从而诱发细胞膜过氧化。细胞受到的毒害作用越大，MDA含量越高[9]。由图1可知，随着盐浓度的增加，3种盐胁迫下静乐藜麦幼苗丙二醛含量均有不同程度的增加。其中，Na2CO3处理与对照组在各个浓度上差异显著，在60 mmo/L时含量达到8.98μmol/g(FW)； 而NaHCO3和NaCl处理在40 mmol/L浓度下，叶片中MDA含量与对照组无显著差异，之后随着盐浓度增加差异变得明显。3种盐处理中，Na2CO3处理幼苗中MDA含量最高，说明其过氧化程度最高，细胞膜受到伤害最严重。静乐藜麦对于3种盐抗性：NaCl>NaHCO3>Na2CO3。

表1不同盐类对静乐藜麦种子萌发、株高及鲜重的影响

盐类浓度(mmol/L)发芽率(%)发芽势(%)发芽指数(%)活力指数株高(cm)鲜重(g)089．30+5．20d85．60+5．77d10．13+2．14cd20．4+31．35ab3．42+0．03a0．12+0．43d3095．30+2．50ab94．06+2．84b20．35+2．41b15．9+41．91b4．26+0．38b0．12+0．34bcNaCl4095．30+4．31b94．60+1．91b15．93+1．65bc5．96+0．25c4．82+0．11ab0．13+0．34b5096．60+2．50a95．00+1．44a20．38+1．38a20．0+20．38a5．22+0．11a0．14+0．12a6092．00+4．38c86．00+5．20c10．76+1．91c3．48+0．71d4．04+0．38bc0．12+0．43c089．30+2．14a85．60+1．44b16．62+1．27a6．00+0．89a3．49+0．13d0．12+0．14a3085．30+3．54c88．00+3．82a11．40+1．76c2．84+0．42c3．63+0．49a0．11+0．34bNaHCO34086．00+3．12b87．3+3．82ab15．46+1．92ab4．83+0．77b3．60+0．49ab0．11+0．35c5083．30+5．20d83．30+1．86c9．27+0．69d1．76+0．22d3．45+0．13bc0．10+0．38de6081．30+7．14e78．00+2．34d3．91+0．35e0．62+0．33e3．49+0．34a0．10+0．38d089．30+3．25a88．00+1．44a10．14+0．40a1．84+0．57a3．49+0．34a0．12+0．17a3078．60+5．20cd76．00+3．84c9．13+0．16b0．95+0．12c3．09+0．56b0．11+0．28bNa2CO34078．20+5．20ce76．00+3．84cd6．04+0．65c0．44+0．15cd3．03+0．56bc0．11+0．39c5082．00+4．32b86．00+2．34b4．00+0．29d1．53+0．77b2．74+0．35bd0．10+0．47de6079．30+5．20c82．0+2．34bc7．99+0．05bc0．20+0．05d2．04+0．34c0．10+0．47d

图1　3种盐对静乐藜麦MDA含量的影响

2.3　3种盐对静乐藜麦脯氨酸含量的影响

非正常条件下生长的植物，体内游离脯氨酸含量会增加。因此可以通过测定其含量探究不同条件下植物的抗逆性[6]。从图2可以得知，NaCl处理在30～50 mmol/L时，幼苗的脯氨酸含量逐渐升高，且与对照组差异显著，此后脯氨酸含量开始下降，说明抗性逐渐减弱；在0～50 mmol/L时，NaHCO3和Na2CO3处理的脯氨酸含量差异明显，在50 mmol/L时，两处理的脯氨酸含量几近相等，此后随着盐浓度升高差异变得不明显。静乐藜麦对于3种盐的抗性：NaCl>NaHCO3>Na2CO3。

2.4　3种盐对静乐藜麦过氧化氢酶(CAT)活性的影响

过氧化氢酶是植物体内重要的保护酶之一，可通过清除代谢过程中产生的H2O2，减少因H2O2积累而造成的细胞毒害作用[6]。因而可通过测定其活性的高低判定植物的抗逆程度。由图3检测分析结果可知，在所设置的浓度范围内，NaCl处理和NaHCO3处理幼苗的CAT活性均与对照组差异显著，分别在30，50 mmol/L时达到最高，NaCl处理为372 U/(g·min)，NaHCO3处理为352 U/(g·min)。处理浓度为40～60 mmol/L时，Na2CO3处理与NaHCO3处理间差异极显著。其中Na2CO3处理的幼苗的CAT活性在50 mmol/L最低，比对照下降了28%，达显著水平。

图2　3种盐对静乐藜麦脯氨酸含量的影响

图3　3种盐对静乐藜麦CAT活性的影响

3　讨论与结论

藜麦作为一种兼性盐生植物，对于不同盐耐受程度不同，抗性不一。盐胁迫对于藜麦的影响表现在2个时期：芽期和苗期[10]。通过预实验发现一定浓度氯化钠、碳酸氢钠、碳酸钠三者对于静乐藜麦的生长均存在不同程度的胁迫作用，其中后两者的胁迫作用高于前者，其在种子萌发阶段没有明显的抑制作用，但在幼苗阶段即表现为使幼苗变黄，生长无力，后致幼苗死亡，种子变黑。其中60 mmol/L碳酸钠对于静乐藜麦为最大耐受限度。为了缓解这种负面作用，实验方法经改进，进行发芽和栽培实验，并设置对照组，对实验数据进行分析整理，并对幼苗进行抗逆生理指标检测。

在静乐藜麦种子的萌发过程中，盐胁迫表现出延迟发芽，这一点在3种盐处理下的萌发情况都有所体现，如在第1天时，对照组的发芽率为69.3%，30 mmol/L NaCl为66.7%、NaHCO3为58%、Na2CO3为62.7%，而在以后的萌发中发芽率越来越接近于对照组。 发芽率从第4天开始趋于平稳，NaCl处理先对于对照组差异显著，通过对发芽率的计算及对发芽情况的观察，Na2CO3较NaCl、NaHCO3有较明显的抑制作用。在设置的盐浓度范围内，NaCl处理在50 mmol/L时发芽率最大，相比于对照组差异显著，在60 mmol/L时则表现出促进作用减弱，这与王晨静[4]等的研究结果不同，可能是由于不同品种间存在差异。 NaHCO3和Na2CO3处理对发芽率的影响表现为随着钠离子浓度的增高抑制作用增强，其原因可能是由于在抗盐性上，钠氢反向泵的能力起重要作用，离子毒害作用增强[11]。有研究表明[12]NaCl处理能够促进小麦种子萌发，这与实验中出现发芽延迟现象有所不同，可能是由于材料不同所致。对比幼苗生长情况来说，静乐藜麦在芽期普遍表现出耐盐性，这与Koyro H.W等[10]的研究结果一致，其原因可能与毒性离子(Na+、Cl-)和必需离子从种皮到胚乳的梯度分布有关，这一点在Na2CO3胁迫的情况下体现最为明显；从幼苗长势、株高及鲜重各种数据来看，静乐藜麦对于实验中3种盐的抗性：NaCl>NaHCO3>Na2CO3，该实验结果在3种抗逆指标的检测结果上也得到了很好的验证。

3种盐胁迫下静乐藜麦幼苗的丙二醛含量均有不同程度的增加，NaCl处理与其他2种盐处理间差异显著，Na2CO3处理下静乐藜麦植株的膜脂过氧化程度最高，说明其细胞受到的毒害作用最强。研究表明积累的自由基会氧化脂质，其终产物为丙二醛，丙二醛会引起大分子交联聚合[13]，实验中苗长势不好可能与这些有害作用有关。 逆境胁迫下，抗逆性强的作物过氧化氢酶(CAT)活性会升高，清除积累的H2O2维护膜的稳定性。实验中的NaCl与NaHCO3处理下幼苗有较好的长势，正是由于其高的CAT活性，降低了过氧化氢的毒害作用；而Na2CO3处理的幼苗在重度盐胁迫下会使保护酶无法正常被激活。在逆境下，植物中脯氨酸含量会急剧上升用于提高植物抗逆性。研究表明积累的脯氨酸除了作为植物细胞质内渗透调节物质外，还能在能量库调节细胞氧化还原势等方面起作用，这些与丙二醛的细胞毒害作用相反。

藜麦是未来最具潜力的农作物之一。目前国内对于藜麦的深入研究还存在不足，要扩大藜麦市场，需保证其良好的田间生产管理。通过实验探究不同盐胁迫下静乐藜麦的生长状态，反应其对于不同盐类的抗逆性，对于进一步丰富藜麦品种的耐盐机制及推进藜麦产品的开发具有重要意义。

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