低盐胁迫对5个海水稻种质若干生理生化指标的影响

王旭明 赵夏夏 陈景阳 李震 陈佳媚 许江环 周鸿凯

摘要 以HH11、R15A14、Pokkali、FL478、IR29为材料，设0、2.5g/kg NaCl两种盐胁迫处理进行盆栽试验，研究不同盐浓度对水稻叶片的光合速率、叶绿素含量、游离脯氨酸含量、丙二醛含量、细胞膜透性以及农艺性状的影响。结果表明：在低盐胁迫条件下，HH11、R15A14与耐盐基因型（Pokkali和FL478）和盐敏感基因M（IR29）水稻相比：（1）5个海水稻叶绿素含量没有显著性差异，但是HH11低于pokkali而高于FL478耐盐品种;海水稻在低盐胁迫下光合速率变化较小，并且维持在较高水平;（2）不同海水稻体内的游离脯氨酸维持在较高水平，而HH11游离脯氨酸含量达到最大值;（3）HH11、R15A14和FL478丙二醛含量相近;相比其他种质，R15A14和Pokkali细胞膜透破坏程度相对较小，细胞膜透性仍处于稳定状态;（4）低盐胁迫下植株细胞聚集大量的丙二醛，细胞膜透性受伤害程度加剧，从而造成光合速率下降;而脯氨酸作为小分子渗透调节物质，以缓解细胞渗透压，维持细胞膜结构稳定，从而维持水稻植株叶片可以进行正常光合速率，植株保持正常生命活动;（5）HH11和R15A14这2份海水稻种质在盐胁迫下仍能进行正常生长并且具有显著抗盐胁迫能力，表现了较好的耐盐碱性，可作为耐盐碱灿稻资源加以利用。

关键词 海水稻;低盐胁迫;耐盐性;生理生化特性

中图分类号 S511 文献标识码 A

目前，全世界大约有20%农业用地的盐碱化程度在不断加重，预计到2050年将会有超过50%的耕地变得盐碱化[1]。盐胁迫又是目前制约农作物产量的主要逆境因素之一[2]，既有渗透胁迫又有离子胁迫[3]。水稻（Oryza sativa L.）既是禾本科植物的模式物种，也是一种对盐中度敏感的作物，可作为盐碱地开发利用的先锋植物。因此，水稻耐鹽性问题成为一个研究热点。高显颖研究发现，随着土壤盐浓度的增加，水稻的生育期延长、株高变矮、茎粗变细、有效穗数和产量有较大幅度地下降[4]。盐胁迫下水稻叶片中有机渗透调节物质（可溶性糖、可溶性蛋白以及脯氨酸）以及抗氧化酶（SOD、POD以及CAT）活性受胁迫强度和胁迫时间影响，喷施脯氨酸降低了MDA含量，有效抑制了膜脂过氧化Nguyen等[6]发现，在6d盐胁迫处理下的植株茎内盐诱导出一些含氮化合物，包括游离氨基酸和胺腮类物质，特别是脯氨酸含量显著增加并且游离氨基酸在茎的累积量随着NaCl浓度的增加而增加。汪宗立等[7]试验也证明，土壤盐渍下水稻连体叶片电解质外渗率增加，相对电导率增大程度与叶片伤害症状相一致，在追究质膜伤害的原因时发现，膜脂过氧化产物MDA在受盐害的水稻叶片中有大量的积累，并且MDA的增加与质膜透性的增大呈极显著的正相关。在一定NaCl浓度范围内，SOD和POD的活性与胁迫强度成正相关，游离脯氨酸和可溶性糖的含量也随着NaCl浓度的增加而增加，而CAT活性却没有规律性变化[8]。然而，低盐胁迫对5个海水稻种质的生理生化特征和农艺性状的影响及耐用性分析方面鲜有报道。因此，本文在低盐（2.5g/kg）胁迫下，对海水稻生理生化指标、农艺性状进行综合分析与评价，以期探索5个水稻耐盐种质对低盐胁迫的生理生化响应机制，旨为选育耐盐水稻耐盐品种以及利用海水稻对盐碱地土壤改良和生态修复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料品种为HH11、R15A14、Pokkali、FL478、IR29种子。其中Pokkali和FL478为国际水稻所提供的耐盐基因型海水稻品种，IR29为国际水稻所提供的感盐敏感基因型品种，HH11、R5A14海水稻均有广东海洋大学农学院提供。

1.2 方法

1.2.1 水稻幼苗的培养

人工精选饱满籽粒，先用蒸馏水浸泡5min后，去除不实籽粒。用10%的H₂O₂浸泡 20min后，用去离子水冲洗干净并均匀平铺于无菌培养皿中，放置30℃种子培养箱下催芽48h，期间换水6次并保持培养皿湿润，待种子露白后种植于广东海洋大学农学院水稻实验田中进行幼苗培育。

1.2.2 盐胁迫处理

取过筛后的风干基土作为盐胁迫对照组，按照土壤含盐量百分比计算[土壤含盐量百分比=m（NaCl）/m（土壤）]，在此基土上添加不同质量的盐胁迫添加剂氯化钠（分析纯，西陇化工股份有限公司生产），依次形成0，0.25g/kg氯化钠处理组，每桶施4g复合肥作为基肥，随机区组试验设计，2个处理，每个处理组合15桶，共30桶。

选取长势均匀的3叶1心期的秧苗，移栽到试验桶中，6株/桶。将试验桶放在农研所温室内，每桶保持2cm水层，每桶插入相同刻度的标尺测定其水位，根据缺水情况，每桶补水至相同刻度。生长期间早晚观察水稻的生长状况，每天拍照记录，并除去杂草。并使用土壤含盐量测试仪（台湾衡欣Az8371型）监测桶内土壤含盐量，以保证整个生长过程桶内土壤含盐量长期保持相对稳定。

1.2.3 光合速率测定

光合速率测定方法[9]，利用LI-6400型便携式光合测定系统对水稻叶片进行光合速率测定。晴天的09：00～11：30，选取灌浆期大小相似的水稻叶片进行测定。每一海水稻取3株，每株做3个平行重复实验进行光合速率测定，计算结果取平均值。

1.2.4 生理生化指标的测定

选取灌浆期大小相似的水稻叶片进行测定。每一海水稻取3株，每株做3个平行重复实验，计算结果取平均值。叶绿素含量的测定采用浸提法[10];丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸显色法（TBA）法[11];细胞膜透性的测定按照汪月霞等的方法[12]进行;脯氨酸（Pro）含量的测定采用磺基水杨酸法[13]进行。

1.2.5 数据处理

用SPSS软件分析处理水稻灌浆期生理生化的指标数据，采用Duncan法进行两两比较。作图用Microsoft Excel 2007完成。

2 结果与分析

2.1 低盐胁迫对5个海水稻叶片叶绿素含量的影响

由图1可以看出，对照组中水稻不同种质体内叶绿素含量均高于盐胁迫组，其中HH11，R15A14相差达到两倍而且在低盐胁迫处理下5个海水稻的叶绿素含量均下降了。Pokkali，HH11，R15A14叶绿素含量受盐胁迫的影响程度相似。说明盐胁迫阻碍了水稻叶片叶绿素含量的合成，但是FL478，IR29受盐胁迫的影响较小。

2.2 低盐胁迫对水稻不同种质灌浆期叶片光合速率的影响

图2显示，不同的海水稻光合速率对照组高于盐胁迫组。盐胁迫下的5个海水稻净光合速率强弱的排序为Pokkali>HH11>R15A14>IR29>FL478。对照组净光合速率强弱排序为Pokkali>HH11>R15A14>IR29>FL478。经方差分析得，对照组各组呈现显著性差异（p<0.05）。HH11，R15A14和Pokkali三个海水稻对照组和盐胁迫组光合速率变化较小，并且3个海水稻光合速率维持在较高水平。5个海水稻中，Pokkali光合速率相对于其他4个种质较强，HH11和R15A14两种海水稻的光合速率与Pokkali较为接近。

2.3 低盐胁迫对水稻不同种质灌浆期叶片脯氨酸含量的影响

图3显示，在盐胁迫条件下，游离脯氨酸在不同海水稻中均有不同程度的积累。盐胁迫组不同海水稻体内游离脯氨酸含量均高于对照组，而且R15A14，FL478，IR29与对照组相比脯氨酸含量的积累相差3倍，HH11体内游离脯氨酸积累最多，HH11，R15A14脯氨酸的积累超过了Pokkali，FL478这2个耐盐基因型品种。根据方差分析得，盐胁迫组HH11与其他4个品种间存在显著性差异（p<0.05）。HH11种质在受到低盐胁迫影响下积累大量的游离脯氨酸来抵抗渗透胁迫是有效的渗透调节的体现，以能维持正常的生理活动。

2.4 低盐胁迫对水稻不同种质灌浆期叶片丙二醛（MDA）含量的影响

从图4可以看出，在水稻灌浆期，低盐胁迫下5个海水稻体内MDA含量均远远高于对照组。其中，在R15A14和pokkali两个海水稻低盐胁迫下MDA含量大约是对照组的6倍。方差分析显示，低盐胁迫下HH11、R15A14和FLA78这3个海水稻体内MDA含量无明显差异（p>0.05）。Pokkali与HH11、R15A14、FLA78、IR29这4个品种间有显著性差异（p<0.05））。IR29与HH11、R15A14、FL478这3个品种间也存在显著性差异（p<0.05）。由于盐胁迫下水稻体内膜脂过氧化，使得不同海水稻体内MDA含量维持较高水平。

2.5 低盐胁迫对水稻不同种质灌浆期叶片细胞质膜透性的影响

图5显示，低盐胁迫处理后不同海水稻幼苗相对电导率均呈不同程度的增加。在盐胁迫下，细胞膜受损情况明显。方差分析表明，在低盐胁迫下5个海水稻中HH11与FL478的电导率无显著性差异（p>0.05）。Pokkali、R15A14与IR29这3个种质间的电导率无显著性差异（p>0.05）。HH11与Pokkali、R15A14和IR29这3个种质间的细胞质电导率存在显著性差异（p<0.05）。FLA78与Pokkali，R15A14和IR29这3个品种间同样存在显著性差异（p<0.05）。其中，膜透性HH11与FL48相近，R15A14与Pokkali较为相近。

2.6 低盐胁迫对水稻不同种质灌浆期生理生化指标之间的相关性分析

参照周鸿凯等[14]的方法，通过双变量相关性分析对丙二醛、脯氨酸、细胞膜透性和光合速率4个指标进行相关性分析如表1所示。

简单相关分析发现，光合速率与丙二醛、细胞膜透性呈负相关关系，且达到极显著差异水平，而与叶绿素呈正相关;细胞膜透性與丙二醛、脯氨酸呈正相关性，且达到极显著差异水平。说明低盐胁迫下，植株细胞聚集大量的丙二醛，细胞膜透性受伤害程度加剧，从而造成光合速率下降;而脯氨酸作为小分子渗透调节物质，可以缓解细胞渗透压，维持细胞膜结构稳定，从而维持水稻植株叶片可以进行正常光合速率，使植株保持正常生命活动。

3 讨论

通过对盐胁迫影响的水稻与正常生长环境下水稻相对比，盐胁迫的水稻出现几个特征。

（1）叶绿素是重要的光合作用物质，其含量在一定程度上反映植物光合作用的强度，并影响植物的正常生长[15]。本研究中，盐胁迫处理下5个水稻品种的叶绿素含量均下降，并且相差达到了2倍。并且不同海水稻出现黄叶，部分叶片出现衰老死亡现象，其中IR29品种枯死叶片较多。说明盐胁迫阻碍水稻叶片叶绿素的正常合成。在盐胁迫处理下，叶绿体中的钠离子和氯离子增高，使得叶绿素和叶绿体蛋白间的结合变得松弛[16]，阻碍叶绿素合成与光合作用。同时叶绿素合成受阻导致水稻光合速率下降以及生育期延后。

（2）光合速率是反映植物耐盐性的一个重要生理指标，而且其强弱直接影响水稻的产量和品质。5个海水稻中，pokkali光合速率相对于其他4个种质较强，HH11和R15A14两种海水稻的光合速率与Pokkali品种较为接近。从王仁雷和华春所研究的结论得知，盐胁迫下水稻叶绿体中钠离子和氯离子积累导致叶片净光合速率下降。盐胁迫对水稻光合速率影响主要与叶片中钠离子和氯离子的增加有关[17]。说明可能低盐胁迫下这3个海水稻叶片中钠离子和氯离子相对积累较少，受盐害的影响较小，能够保持稳定的产量。

（3）在盐胁迫下，植物通过积累渗透调节物质用于调节渗透平衡[18]。研究结果表明，在盐胁迫下HH11种质体内游离脯氨酸的积累最多。而其他4种海水稻变化较小，HH11体内累积大量的脯氨酸是调节渗透平衡有效途径，增强了抗盐害的能力。这与赫买良研究脯氨酸累积与植物耐盐性[19]一文结论一致。

（4）盐胁迫使得植物部分组织遭到破坏，水稻体内丙二醛含量增加，导致细胞膜脂质过氧化增强。细胞膜透性可反映植物叶片细胞膜的完整性及其受到伤害的程度，在正常的生长条件下，植物的质膜透性均较小[20]。细胞质膜不仅是分隔细胞内与细胞的屏障，同时也是细胞与环境进行物质交换的主要通道，也是细胞感受环境最敏感的部位[21-22]。质膜透性改变标志着膜结构与功能的变化[23]。盐胁迫下不同海水稻体内丙二醛的积累维持在较高水平，而水稻膜透性的也明显增加。说明随着丙二醛的积累，造成质膜透性改变，以及膜结构紊乱功能丧失，也标志着膜结构与功能的变化，丙二醛的积累与脂膜过氧化程度之间呈现正相关。根据方差分析盐胁迫组5个水稻品种的细胞膜透性得出，HH11与FLA78细胞膜透性呈现显著性相关，两个水稻品种细胞膜受伤害的程度较大，而R15A14、Pokkali细胞膜透性受盐胁迫的影响相对较小，因此说明R15A14、Pokkali抗盐胁迫的能力相对较强。

综上，水稻耐盐性是多基因控制作用的结果，机理复杂，在对多指标进行测定基础上对材料特性进行综合评价的方法，应用于水稻耐盐育种的研究，可大大提高水稻耐盐性筛选的可靠性。低盐胁迫下植株细胞聚集大量的丙二醛，细胞膜透性受伤害程度加剧，从而造成光合速率下降;而脯氨酸作为小分子渗透调节物质，以缓解细胞渗透压，维持细胞膜结构稳定，从而维持水稻植株叶片可以进行正常光合速率，植株保持正常生命活动。HH11、R15A14具有显著抗盐胁迫能力，最终筛选HH11、R15A14这2个海水稻种质，适合在盐碱地进行规模种植。

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