NaCl胁迫对野生和栽培品种高粱种子萌发和幼苗生理特性的影响

徐 宁，曹 娜，王 闯，刘国娟，刘 敏，豆惠敏，孙晓慧

(1.聊城职业技术学院，山东聊城252000;2.山东省茌平县蔬菜技术推广中心，山东聊城252100)

目前，农业现代化改革进程逐步加速，我国每年次生盐渍化和盐碱化不断加重，土壤盐渍化问题已成为影响农业可持续发展的主要因素之一。研究作物的抗盐碱性机制，培育和筛选耐盐碱性作物品种，成为农业可持续发展的重要支撑［1］。

高粱作为光合效率较高的农作物之一，具有抗旱、耐涝、耐盐碱等特点［2］。高粱作物新品种育种目标已从简单的产量育种，发展到高产、优质与多抗等［3］。研究者开展种质资源创新和利用时，种质资源已从单一的普通栽培种扩展到高粱野生种、野生近缘种等，从而可进一步开发利用优势种质资源［4－5］。随着我国农业产业供给侧结构调整的深入，高粱品种遗传改良向高产、高抗、实用性等多方向发展，这就需要开发更多、更优势的种质资源以满足研发需求，对野生高粱种质资源研究及开发无疑成为最佳选择之一。本研究选用黄淮海地区野生红秆高粱与栽培品种高粱为材料，采用不同浓度NaCl胁迫处理，研究高粱种子萌发及幼苗生理特性等相关指标，探讨不同浓度处理下高粱耐盐生理机制，为筛选高粱耐盐品种及野生高粱种质资源利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

高粱栽培品种“半截莛”(市售)，野生高粱品种“红秆1号”(山东阳谷大地如意粮食种植合作社提供)。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发试验 试验于2016年在聊城职业技术学院科研试验基地进行。每个高粱品种挑选大小一致、籽粒饱满的种子，先用0.1%的HgCl2溶液消毒10 min，然后用自来水冲洗5次，去离子水冲洗3次。培养皿中用双层滤纸铺好，将种子表面水分吸干，置于培养皿中，每培养皿放30粒。分别采用 0(CK)、100、200、300 mmol/L NaCl溶液进行试验，重复3次。每培养皿中加入10 mL去离子水或NaCl溶液，放好种子后置于光照培养箱中，昼/夜温度为25℃/15℃，湿度为60%，光 照—黑 暗 时 间 为 12 h—12 h，光 照 度 为80 μmol/(m2·s)。

1.2.2 幼苗试验 每品种挑选大小一致、籽粒饱满的种子，先用0.1%的HgCl2溶液消毒10 min，然后用自来水冲洗5次，去离子水冲洗3次。待根长至3.0 cm左右时，转移至光照培养箱内，用Hoagland营养液培养，昼/夜温度为25℃/15℃，湿度为60%，光照—黑暗时间为12 h—12 h，光照度为80μmol/(m2·s)，每2 d更换1次营养液。幼苗长至3叶1心时，选用生长一致的植株，分别采用 0(CK)、100、200、300 mmol/L NaCl的Hoagland营养液培养，每个浓度设3个重复，处理20 d后取样测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 种子萌发期相关指标的测定 种子自培养开始每天统计发芽数，一直测到第7天，并在第7天测定胚根及胚芽等，每培养皿测定3株，取平均值。发芽以种子胚根长0.2 mm 为标准。

发芽势=前4 d内发芽种子数/供试种子数×100%;发芽率=发芽试验7 d发芽种子数/供试种子数×100%。

1.3.2 幼苗生长期相关生理指标的测定 叶绿素采用80%丙酮提取，比色法测定;根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定;丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定;脯氨酸含量采用茚三酮显色法测定［6］。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性参考植物生理生化实验原理和技术的方法［7］进行测定。称取0.5 g样品鲜样，用pH值7.8磷酸缓冲液0.05 mol/L进行冰浴研磨，匀浆于0～4℃，10 500 r/min离心20 min，上清液供SOD、POD、CAT活性的测定。SOD活性的测定，以抑制光化还原氮蓝四唑(NBT)50%为1个酶活性单位(U);POD活性的测定，以每分钟ΔD470nm变化0.1为1个酶活性单位(U);CAT活性的测定参照碘量法，以每分钟分解1μmol H2O2为1个酶活性单位(U)。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2003软件进行数据分析和作图。采用DPS软件对数据进行方差分析及最小显著差异性检验(Duncan's新复极差法，α =0.05)

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对高粱种子萌发的影响

由图1可以看出，随NaCl胁迫浓度增加，2个高粱品种种子发芽率和发芽势均呈现显著降低趋势(p＜0.05)。野生品种高粱的种子发芽率和发芽势较栽培品种高。在0 mmol/L NaCl浓度下，野生品种高粱种子的发芽率和发芽势分别是97.33%、73.67%，栽培品种高粱种子的发芽率和发芽势分别是94.67%、71.50%。在300 mmol/L NaCl胁迫下，野生品种高粱种子的发芽率和发芽势分别是 74.67%、51.33%，栽培品种高粱种子的发芽率和发芽势分别是72.33%、49.33%。

由图2可知，随NaCl胁迫浓度增加，野生品种和栽培品种高粱胚根和胚芽长逐渐降低且差异显著(p＜0.05)。在0 mmol/L NaCl浓度下，野生品种高粱种子的胚根长和胚芽长分别是8.77、9.23 cm，栽培品种高粱种子的胚根长和胚芽长分别是9.07、9.77 cm，栽培品种比野生品种胚根长和胚芽长高 3.42%、5.85%。在 100、200、300 mmol/L NaCl胁迫下，野生品种高粱种子的胚根长和胚芽长均高于栽培品种。

2.2 NaCl胁迫对高粱幼苗根系活力和叶片叶绿素的影响

由图3可知，随NaCl胁迫浓度增加，野生品种和栽培品种高粱根系活力和叶片叶绿素含量呈显著降低趋势(p＜0.05)。野生高粱品种的根系活力较栽培品种高，而叶片叶绿素含量较栽培品种低。在300 mmol/L NaCl胁迫下，野生品种的根系活力和叶片叶绿素含量分别比CK低85.98%、84.85%，栽培品种的根系活力和叶片叶绿素含量分别比CK低 89.41%、84.56%。

2.3 NaCl胁迫对高粱幼苗叶片MDA和脯氨酸含量的影响

由图4可知，随NaCl胁迫浓度增加，高粱野生品种和栽培品种叶片MDA和脯氨酸含量均显著增加(p＜0.05)，不同NaCl浓度下，野生品种叶片MDA和脯氨酸含量均较栽培品种低。在300 mmol/L NaCl胁迫下，野生高粱叶片MDA和脯氨酸含量分别比CK高111.90%、114.44%，栽培品种叶片MDA和脯氨酸含量分别比CK高117.42%、118.21%。

2.4 NaCl胁迫对高粱幼苗叶片保护酶活性的影响

由表1 可知，在 100、200、300 mmol/L NaCl胁迫下，2 个高粱品种叶片 SOD和 CAT活性均较 CK高。其中，在200 mmol/L NaCl胁迫下，栽培高粱叶片SOD和CAT活性最高，分别较CK高123.06%、83.33%，野生品种高粱叶片SOD和CAT活性最高，分别较 CK高 123.40%、69.70%。在100 mmol/L NaCl胁迫下，2个高粱品种POD活性最高，高粱栽培品种叶片POD活性比CK高25.00%，野生品种叶片POD活性比CK高23.91%。

表1 NaCl胁迫对高粱幼苗叶片保护酶活性的影响

3 结论与讨论

本研究表明，种子萌发期NaCl胁迫浓度增加，2个高粱品种种子发芽率、发芽势、胚根长、胚芽长均呈降低趋势，NaCl胁迫影响高粱作物种子萌发，这与在玉米［8］、小麦［9］上的研究结果一致。NaCl胁迫下种子的萌发情况同植物本身的耐盐性有一定关系，NaCl胁迫下植物种子发芽情况是作物耐盐性评估的重要依据之一［10］。NaCl胁迫过程中，野生高粱品种的上述指标较栽培品种高，野生高粱种子萌发期的耐盐性强于栽培品种，这与野生作物栽培环境适应性强有关。

NaCl胁迫环境下，高粱野生品种和栽培品种根系活力和叶片叶绿素含量呈降低趋势，叶片MDA含量和脯氨酸含量呈增加趋势。野生高粱栽培环境适应性强，其根系活力显著强于栽培品种，而叶片叶绿素、MDA和脯氨酸含量均较栽培品种低。NaCl胁迫会打破作物体内新陈代谢体系平衡，作物会产生大量的活性氧和自由基，对其生长发育造成氧化胁迫伤害［11］。SOD参与作物体内的歧化反应，使超氧阴离子转化为H2O2和O2，H2O2再通过POD和CAT的作用分解成H2O和O2，作物就会免受胁迫伤害［12－14］。本试验中，低浓度NaCl处理后，细胞中活性氧和自由基产生较少，较高的SOD、POD和CAT酶活性消除高粱体内的活性氧和自由基，但在100 mmol/L以上的NaCl处理后，POD酶活性受到抑制，而SOD和CAT活性变化趋势一致，在200 mmol/L NaCl浓度以上处理后，SOD和CAT活性降低，导致活性氧和自由基积累过多，这与前人的研究结果［10，15］一致。

总而言之，黄淮海地区的野生红秆高粱耐盐性较栽培品种强，可以为研究高粱耐盐机制和遗传特性以及盐碱地开发利用提供优良种质资源，但其耐盐机制还需进一步研究。