4个甜高粱品种(系)发芽期耐盐性比较分析

杜 浩，张 彬，黄 萍，3，杜道林，3，庄义庆

(1.江苏大学环境与安全工程学院，江苏镇江 212013； 2.江苏丘陵地区镇江农业科学研究所，江苏句容 212013；3.江苏大学农业工程研究院，江苏镇江 212013)

甜高粱[Sorghumbicolor(L.) Moench]起源于非洲，是一种C4植物，由于生长速度快、产量高、植物茎干含糖量高且具有较强的耐盐碱、抗旱、耐高温等特点，适宜在盐碱滩涂及干旱等边际土壤大规模种植，因此也被誉为“作物中的骆驼”。我国盐碱地面积约为9 913万hm2，且盐碱化和次生盐碱地面积逐年增加[1]。而江苏省沿海滩涂总面积居全国首位，并且以每年1 333 hm2的速度增长[2]。研究甜高粱的耐盐性，充分利用这些边际性土地发展甜高粱生物质能源，可以有效缓解我国耕地面积紧缺和粮食安全压力，也符合“不与人争粮，不与粮争地”的政策。因此，筛选耐盐碱甜高粱品种(系)具有十分重要的意义。

本试验以不同浓度的盐胁迫(NaCl)处理对种子萌发和幼苗生长的影响程度为指标，对4个甜高粱品种(系)发芽期耐盐性进行初步的鉴定与评价，旨在为甜高粱耐盐性研究和品种筛选提供更多理论依据，进而为江苏沿海滩涂甜高粱品种的选择提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

用于研究的4个甜高粱品种(系)分别为大力王(DLW)、牛魔王(NMW)、海牛(HN)和帕卡(PK)，均购自郑州华丰草业有限公司。选取籽粒饱满、大小均一的种子备用。NaCl试剂由国药集团化学试剂有限公司生产，MS培养基购自上海宇涵生物科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 种子预处理 选取颗粒饱满、大小均一的DLW、NMW、HN和PK种子，在37 ℃通风放置7 d后统一置于4 ℃冰箱保存备用。用6% NaClO进行表面消毒20 min，然后用无菌水清洗3～5遍，在无菌操作台中，接种于含有不同浓度NaCl的MS固体培养基上。

1.2.2 盐胁迫处理 配制1 mol/L NaCl母液，在MS固体培养基中分别添加至NaCl终浓度为0、80、160、240 mmol/L，121 ℃ 高温灭菌20 min后摇匀，待冷却至50～60 ℃倒入 9 cm 培养皿中放置冷却凝固，然后将消毒处理后的种子接种到培养基上进行培养。每个培养皿接10粒种子，每个品种4个处理，每个处理7个重复，培养皿置于25～28 ℃恒温光照培养箱中培养，光照时间14 h/d。

1.2.3 种子发芽指标的测定 种子发芽能力的检测参照GB/T 3543.4—1995《农作物种子检验规程 发芽试验》，按以下公式计算萌发率：

种子萌发率=N1/N×100%。

式中：N1为全部正常发芽种子数，粒；N为供试种子数，粒。种子发芽以胚根突破种皮为标准，发芽期间每天统计发芽数，共计8 d。

1.2.4 形态指标的测定 发芽试验结束后15 d测定幼苗的根长、株高以及干质量。

平均根长和株高：种子发芽15 d后，将幼苗从培养皿中取出洗净，用吸水纸吸去水分，进行拍照，以标尺作为对照。从每个处理的7个重复中各取20株幼苗，用Image J软件测出根长和株高，取平均值。

干质量：种子发芽后15 d，将幼苗从培养皿中取出，在 110 ℃ 杀青2 h，然后放入65 ℃烘箱内烘至恒质量，待冷却至室温后用FA1604电子天平称取植株的干质量，并记录。

1.3 生化指标的测定

1.3.1 丙二醛(MDA)含量的测定 采用硫代巴比妥酸法[3]测定。取上清液在Infinite M1000 PRO(TECAN)下分别测定600、532、450 nm下的吸光度。

1.3.2 脯氨酸含量的测定 参照酸性茚三酮法[4]测定，并对过程稍作优化。

1.3.3 保护酶活性的测定 过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚显色法[5]，用Infinite M1000 PRO(TECAN)在470 nm波长下测量吸光度，以1 min内D470 nm变化0.01为1个酶活性单位。

过氧化氢酶(CAT)活性的测定采用紫外吸收法[6]，用Infinite M1000 PRO(TECAN)在240 nm下测量吸光度，以 1 min 内D240 nm减少0.1为1个酶活性单位。

1.4 数据分析

对植物拍照后，采用Image J软件测量根长和株高；采用SPSS 22.0软件，利用差异分析法(即LSD法)进行分析；利用Origin 9.1对统计分析结果进行作图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对甜高粱生长的影响

对4个品种的甜高粱进行耐盐试验，结果表明盐胁迫处理能明显抑制甜高粱种子的萌发，并且随着盐浓度的增加，不同品种甜高粱种子的萌发率均逐渐降低(图1、图2)。在正常情况下(无盐胁迫)，DLW、NMW、HN品种之间无显著差异，萌发率接近100%，PK萌发率约为90%。在低浓度盐胁迫(80 mmol/L)处理下，不同甜高粱品种之间的萌发率差异不明显，与正常情况相比，DLW、NMW、HN的萌发率无明显差异。而高浓度盐胁迫(160 mmol/L)处理使不同甜高粱品种的萌发率均受到明显抑制。在高浓度盐胁迫(160 mmol/L)处理下，DLW萌发率降低76%，NMW萌发率降低10%，HN和PK的萌发率几乎为0(图1、图2)。

植物根系是吸收矿质营养和水分的重要器官，是盐胁迫原初效应的发生部位，对地上部分的生命活动以及整个植株的生长发育具有重要调节作用[7]。由图3可以看出，NaCl对根长具有抑制作用，4个甜高粱品种的根长均随着盐浓度的升高而减小。在正常情况下(无盐胁迫)，不同品种甜高粱的根长并无显著差异，但当盐胁迫浓度为80 mmol/L时，不同品种甜高粱根长的相对减少量不同，NMW根长降幅最小，减少 35.90%，其次是DLW、PK，分别减少43.58%、43.63%，最后是HN，减少71.24%。当盐胁迫浓度为160 mmol/L时，DLW、NMW的根长与正常情况下(无盐胁迫)相比，分别减少89.67%、86.30%，而HN和PK的根长生长完全受到抑制(图3)。

盐胁迫对株高的抑制作用与对根长的抑制作用类似，由图4可以看出，随着盐胁迫浓度的增加，不同品种的株高均呈下降趋势，但不同品种之间存在差异。与正常情况(无盐胁迫)相比，低浓度(80 mmol/L)的盐胁迫处理使PK的株高减少43.4%，其次是HN(减少40.8%)，最后是NMW(减少36.6%)和DLW(减少24.6%)，且NMW和DLW两者之间无显著差异。而当盐胁迫浓度为160 mmol/L时，DLW的株高显著高于NMW(P<0.05)，而HN和PK的生长则完全被盐胁迫抑制。

2.2 盐胁迫对甜高粱生物量的影响

由图5可以看出，在正常情况(无盐胁迫)下，NMW的干质量显著高于其他3个品种，DLW、HN、PK之间差异不显著。随着盐胁迫浓度的增加，不同品种甜高粱的干质量均显著降低(P<0.05)，其中NMW较其他3个品种的干质量减少的最少，DLW干质量减少的较少，其次是HN，PK减少的最多。NMW在不同盐胁迫下的干质量均显著高于其他3个品种(P<0.05)。在低浓度(80 mmol/L)盐胁迫下，DLW、HN、PK 3个品种干质量差异不显著，而在高浓度(160 mmol/L)盐胁迫下，DLW的干质量要显著高于HN(P<0.05)。

2.3 盐胁迫对甜高粱抗氧化系统的影响

丙二醛是细胞膜不饱和脂肪酸发生过氧化作用的终产物，其含量多少可以衡量细胞膜受损伤的程度[8]。由图6可以看出，随着盐浓度的变化，各品种甜高粱MDA含量变化趋势基本一致，都是先升高后降低。在正常情况(无盐胁迫)下，NMW的叶片MDA含量显著低于其他3个品种(P<0.05)，而且在0.80 mmol/L盐浓度胁迫处理下均处于最低水平。在低浓度盐胁迫处理下(80 mmol/L)，各品种MDA含量均显著上升，且不同品种之间无显著差异。当盐胁迫浓度为 160 mmol/L 时，DLW和NMW的MDA含量均明显下降，且DLW的MDA含量显著高于NMW(P<0.05)。

脯氨酸是植物在盐胁迫下产生的一种渗透调节物质，有助于细胞或组织的保水，同时还可作为碳水化合物来源以及酶和细胞结构的保护剂[9-10]。由图7可以看出，随着盐胁迫浓度的升高，4个品种甜高粱的脯氨酸含量均呈明显上升趋势。与正常情况(无盐胁迫)相比，当盐胁迫浓度为 80 mmol/L 时，PK和HN脯氨酸含量上升幅度显著高于其他2个品种，分别升高3.87倍和3.57倍；而NMW和DLW则分别上升2.72倍和2.41倍。当盐浓度为160 mmol/L时，与无盐胁迫相比，NMW和DLW脯氨酸含量急剧增加，分别增加20.5倍和9.8倍。

2.4 盐胁迫对植物保护酶系统的影响

过氧化氢酶是膜保护系统的一种酶，能够在逆境胁迫中清除植物体内的过氧化氢，减少氧自由基的形成，维持体内的活性氧代谢平衡，保护膜结构，减轻有毒物质对生活细胞的毒害，延迟或阻碍细胞结构的破坏，使组织保持活力[11]。过氧化物酶作为自由基清除剂，其活性提高也可以减轻自由基对膜的伤害[12]。由图8、图9可以看出，随着盐胁迫的增加，CAT和POD活性均先升高后降低，不同品种(系)甜高粱变化趋势不同。与正常情况(无盐胁迫)相比，在低浓度(80 mmol/L)盐胁迫处理下，除了NMW，其他3个品种的CAT活性均有所升高，其中HN活性最高，其次是PK，最后是DLW。低浓度盐胁迫处理下DLW的POD活性最高，其次是PK和HN。高浓度(160 mmol/L)的盐胁迫处理使不同甜高粱品种的抗氧化酶系统均受到了不可逆的损伤，DLW和NMW的酶活性均急剧下降(图8、图9)。

3 讨论与结论

在盐胁迫中，种子最先也最容易受到盐害作用[13]。不同品种(系)甜高粱的萌发率是表征耐盐性的重要依据之一。在盐胁迫下种子的萌发情况与植物本身的耐盐性有一定关系[14]，从萌发率来看，NMW耐盐性最强，其他品种依次是DLW、HN、PK。

根长和芽长是影响植物耐盐性的一个重要因素，根系的生长对地上部分和干质量具有重要影响。当根部盐胁迫增强时，高浓度的盐产生较高的渗透压，因此地上部分的生长率就会显著减少[15]。柴媛媛等认为，相对根长和相对芽长数值越大说明耐盐性越强[16]。综合考虑根长、芽长及干质量的相对与绝对生长量，本试验结果表明，幼苗的耐盐性排序依次是NMW>DLW>PK>HN。

在正常条件下，细胞内自由基的产生和清除处于一种动态平衡状态，平衡体系的破坏导致自由基的积累，从而使膜内磷脂双分子层中含有的不饱和脂肪酸链易于被过氧化分解，造成膜整体的破坏[11]。POD和CAT均是植物体内的自由基清除剂，属于保护酶系统。一般情况下，盐胁迫下保护酶活性增强，使体内的活性氧自由基保持在较低的水平，在一定的盐胁迫下防止生物膜结构和功能的破坏。

本试验中，低浓度(80 mmol/L)盐胁迫处理下，不同品种甜高粱MDA含量均明显升高，说明植物受到了盐害作用。与之对应的，CAT和POD 2种抗氧化酶的活性升高，表明盐害刺激引起了甜高粱体内的抗氧化保护机制，机体内清除活性氧的机制启动，保护植物不受盐分损伤。与此同时，不同品种甜高粱脯氨酸含量的增加，说明甜高粱通过渗透调节物质含量的提高来增强细胞的渗透调节能力，以减少盐离子对植物细胞造成的损伤。当盐浓度达到160 mmol/L时，HN和PK均不能萌发，而NMW和DLW根长、株高、生物量都受到了明显的抑制，并且抗氧化酶系统也受到了破坏，活性降低，虽然脯氨酸含量均急剧升高，却不能抑制这种不可逆的损伤。脯氨酸不仅具有渗透压调节功能，还是活性氧清除剂，因而在胁迫条件下可能起到稳定蛋白质和膜结构的作用[17-18]。这可能是NMW在相同浓度盐胁迫下，其酶活性较低而生物量较高的一个原因。

从不同品种甜高粱在不同盐浓度下的萌发率、根长、株高、干质量、MDA含量、脯氨酸含量及保护酶活性的变化可以看出，NMW相对其他品种的耐盐性最强，其次是DLW，而PK和HN易受盐胁迫影响。当盐胁迫浓度较低时，保护酶活性升高及渗透压调节物质的增加有利于甜高粱品种耐盐性的提高，而当盐胁迫浓度较高时，植物的保护酶系统产生不可逆损伤，此时渗透压调节物质对保护植物起到重要的作用。