盐胁迫对宁夏水稻不同品种萌发指标和同工酶的影响

赵会君， 马名立， 代飞燕， 任慧聪

(北方民族大学生物科学与工程学院，宁夏银川 750021)

土壤盐渍化是土地资源面临的重大问题，据统计，我国现存的不同盐碱地类型面积大约为9 913万hm2，主要分布于柴达木盆地、银川平原、滨海地区、河西走廊、新疆等地区，约占全世界土地面积的25%[1]。宁夏回族自治区处于温带半干旱、干旱区，位于西北地区东部、黄河中上游，空气干旱，降水稀少(平均年降水量为292 mm)，致使蒸发强烈(水面蒸发量为 1 296 mm)，近年来由于黄河水的引灌而造成引黄灌区的土壤盐渍化问题逐年加重，引起了宁夏回族自治区政府及有关人员的高度关注[2]，宁夏土壤的盐碱化对于宁夏的粮食生产和某些作物的种植影响巨大，银川北部地区盐碱地已占总耕地面积的49%以上。水稻是宁夏平原地区的主栽粮食作物，也是引黄灌区的重点种植作物，因此筛选抗盐性较强的水稻品种是利用盐碱地的重要措施之一[2-3]。

植物一生中对逆境忍耐力最大的部位是种子，幼苗最小[4-5]。种子萌发是植物生长发育的一个关键时期，水稻种子中含有大量的淀粉颗粒，种子萌发时α-淀粉酶就具有活性，并在糊粉层中快速形成而将淀粉水解，α-淀粉酶与赤霉素的调控有关，随着时间的延长其活性不断增大[6]。α-淀粉酶的活性越高，种子中的淀粉转化成营养物质的能力越强，而盐胁迫对α-淀粉酶的影响是研究盐碱胁迫的重要生理参数。水稻萌发期是水稻生长的起始点，对植物的后期生长发育起着至关重要的作用。因此通过对逆境胁迫下种子萌发和生长的研究，可以筛选一些抗逆性的品种[7]。当形态建成后，幼苗进一步受到抗氧化系统的保护，在一般盐胁迫情况下，植物体内的过氧化物酶(POD)等的活性和植物的抗氧化胁迫能力呈正相关，另外，某些植物体内的过氧化物质如抗坏血酸也有清除体内自由基的生理功能[8]。因此，本研究以宁夏主栽水稻品种节七、宁粳41、宁粳28及日本晴为材料，研究盐胁迫对不同水稻品种萌发期形态、生理生化指标的影响，为后期盐碱地种质资源筛选和宁夏水稻种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 种子萌发及形态指标测量

试验于2017年1—5月在北方民族大学分子生物学实验室进行，所选择的水稻品种主要有宁夏主栽水稻品种宁粳28、宁粳41、节七及对照品种日本晴。选取大小均一、籽粒饱满的种子备用。种子用10%次氯酸钠消毒10 min，并用蒸馏水反复冲洗3～5次，将其依次摆放在铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿内放30粒。每个品种设置4个盐浓度梯度，分别为0(CK)、50、100、150 mmol/L，每个梯度设置3个重复，放置于30 ℃恒温生化培养箱内进行催芽。发芽期间每天定时记录萌发数(以种子露白为发芽标准)，萌发第2天开始测量胚芽鞘长度(mm)、主根长度(mm)、胚根数，每次随机挑选10粒进行测量，并计算各形态指标的平均值，统计萌发率。萌发率=发芽粒数/供试粒数×100%。所得数据采用GraphPad Prism 5.0统计软件进行分析。

1.2 酶液的提取及同工酶电泳和α-淀粉酶活性的测定

取处理不同时间的0.5 g新鲜组织，加入5 mL冰预冷的 50 mmol/L 磷酸缓冲液(pH值为7.0)于冰浴中研磨，4 ℃、12 000 r/min 离心20 min，收集上清液即为酶粗提液，可溶性总蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法。同工酶电泳采用北京六一仪器厂生产的垂直板凝胶电泳仪，电泳时α-同工酶、超氧化物歧化酶(SOD)、POD以及过氧化氢酶(CAT)采用10%分离胶和5%浓缩胶，总上样量为 35 μL，预电泳10 min，浓缩胶中稳定电压为80 V，进入分离胶后稳定电压为120 V，电流为200 mA。于冰浴中电泳3～4 h后当指示染料下行至距胶板末端1～2 cm时停止电泳。

α-淀粉酶同工酶染色采用淀粉法[7]，SOD同工酶染色采用氮蓝四唑法[9]，POD同工酶染色采用醋酸-联苯胺法[10]，CAT染色采用淀粉法[11]。根据染色的酶谱计算相对迁移率Rf(Rf=酶带迁移距离/前沿指示剂距离)。

2 结果与分析

2.1 不同处理浓度和时间下4个水稻品种的萌发趋势

如图1所示，4个水稻品种在不同盐胁迫下的萌发率随着盐浓度的增大而不断降低，说明盐胁迫抑制了种子的萌发，但是节七在5 d内的萌发趋势基本一致(图1-a)，在最高浓度的盐胁迫下第2天萌发率就已达到78%，宁粳28的萌发率在第2天达到50%左右，宁粳41的萌发率在第4天达到30%左右，而日本晴在第4天才开始发芽。这显示节七在高浓度的盐胁迫下保持了较高的萌发率，可能对盐胁迫有较高的抗性。

2.2 不同水稻品种在盐胁迫下萌发形态的差异

如表1所示，与对照相比，所有品种经过盐胁迫后，胚芽鞘长和胚根数、胚根长都受到极显著抑制(P<0.001)，而宁粳41和宁粳28以及节七品种相比日本晴，抑制程度较轻，这表现在胚芽鞘长和胚根长受抑制程度上，这些形态指标是早期鉴定伤害的重要指标。

表1 萌发第3天的形态指标

注：所有数据来源于3次重复±标准误，大写字母A表示与CK相比在0.001水平差异显著。

2.3 不同盐浓度处理对节七α-淀粉酶同工酶的影响

以盐胁迫下萌发率较高的品种节七为研究材料，α-淀粉酶-同工酶图谱如图2所示。由图2可以看出，在非胁迫情况下，在萌发第1天，种子中出现了1条迁移率为0.34的条带，在萌发第2天，出现了2条迁移率分别为0.34、0.43的条带，显示种子中的淀粉酶随着萌发时间的延长出现条带增多和强度增加的趋势。在盐胁迫条件下，萌发第1天，α-淀粉酶-同工酶出现被抑制的现象，表现在随着盐胁迫时间延长及浓度的增加，酶带亮度减小，宽度减少，说明盐胁迫导致α-淀粉酶同工酶活性下降，而在处理第2天，与对照相比同工酶仍然呈被抑制趋势。

2.4 不同浓度处理下节七抗氧化同工酶的变化情况

由图3可知，与对照相比，盐胁迫后SOD亮度和条带数增加，说明SOD同工酶受盐胁迫的诱导；CAT同工酶第3个亚基酶带宽度增加，POD同工酶表现在随着处理浓度的增加酶带减少和亮度降低，这显示POD也受到了抑制。以上结果说明，盐胁迫早期就已经对抗氧化酶系统进行了修饰，而CAT和SOD可能主要参与了盐胁迫早期的活性氧物质的清除。

3 结论与讨论

土壤理化环境是影响种子萌发及幼苗生长的重要生态因子，种子的抗逆能力在一定程度上反映了该物种的抗逆程度，植物种子耐盐性是耐盐碱植物筛选与早期鉴定的主要依据之一，种子能否在盐胁迫下萌发成苗，幼苗能否顺利度过成熟期，是植物在盐碱条件下生长发育的前提，因此，研究盐胁迫下种子萌发生理和幼苗生长具有重要意义[12-14]。筛选抗逆性品种是农业生产中的关键因素，这关系到幼苗的形态建成以及后期的产量形成。

种子发芽速率取决于种子吸水速率，种子从外界吸足水分后，贮存在干燥种子中的酶原被激活，种子萌发所需的酶被合成，种子的萌发与α-淀粉酶基因的表达有重要的关系，而盐胁迫抑制种子萌发的重要限制因素就是低水势胁迫[14]，本研究发现盐胁迫对水稻种子中α-淀粉酶同工酶产生了抑制，这是种子萌发率降低的重要原因之一，这一结果也与赵会君等在小麦中的研究结果[7]相似。盐胁迫对水稻萌发期形态指标的伤害主要表现在胚芽鞘、胚根生长被抑制和胚根数减少，这与蔺吉祥等的研究结果[13]相似，可能是过量的Na+在根系的累积导致的毒害症状，高浓度的盐碱胁迫还会抑制植物根系有丝分裂指数而抑制根系生长[15]。而节七品种在较高浓度的盐碱胁迫下保持着较高的萌发势，可能对盐碱具有较强的耐受性，可以作为重要的抗盐品种在盐碱地推广种植。