不同燕麦种质萌发期耐盐性评价

王苗苗，周向睿，梁国玲，赵桂琴

(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070； 2.青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室，青海 西宁 810016)

土壤中过多的盐分积累会造成植物膜结构的完整性与稳定性下降，透性增加，离子吸收的平衡被破坏，生理生化代谢紊乱，生长受抑，同时还会使植物产生单盐毒害作用[1]。植物种子萌发期对盐胁迫比较敏感，种子萌发、生长发育都会受到高盐分的抑制[2]。研究证实盐胁迫对小麦，玉米以及苜蓿等种子表现为高浓度的盐分对其生长有抑制作用，低浓度的盐分对其生长影响较小，并具有一定的促进作用[3-4]。有研究报道，种子萌发期是植物能否在盐胁迫下完成生育周期最为关键的时期，对植物后期的生长具有一定的影响[5]。

燕麦是禾本科(Gramineae)燕麦属(Avena)一年生草本植物，属于长日照植物，分皮燕麦和裸燕麦两大类[6]。国外栽培以皮燕麦为主，而裸燕麦主要作为中国高寒区域粮饲兼用作物。燕麦作为一种优良的一年生饲用作物，具有耐寒、耐脊薄、耐适度盐碱的特点[7-8]。由于燕麦具有较高的抗盐碱能力，被广泛认为是盐碱地改良的替代作物。燕麦耐盐性研究从2000年以来引起人们的高度重视，对盐胁迫下燕麦的适应性研究发现，随着盐胁迫程度的增加，燕麦的株高、叶面积明显受到抑制，胁迫严重时会枯萎[9]。研究表明[10]，不同浓度盐处理对燕麦根长和芽长的影响不同，低浓度可以促进燕麦根系和幼苗的生长；高浓度抑制根系的伸长和芽的生长，而且，燕麦的耐盐性由于品种的不同存在很大差异。采用人工模拟盐胁迫的方法，对12个不同燕麦种质材料进行萌发期评价和综合比较，筛选出高浓度下比较耐盐的材料，为后期深入的研究其抗逆分子机制、挖掘耐盐基因以及燕麦育种提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试燕麦种质材料共12份(分别为440、474、473、白燕7号、876、青永久195、青永久30、424、479、110、126、初岛)，供试材料由甘肃农业大学草业学院提供。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计 试验设4个NaCl浓度梯度处理，分别为0%(对照)、0.3%、0.6%、0.9%，3次重复。采用发芽盒纸上发芽法，每个发芽盒加入10 mL NaCl盐溶液，放入50粒饱满度一致的燕麦种子，然后称其重量并记录，盐处理后通过称重法补充每天蒸发的水分，使发芽盒中盐浓度保持不变。从12份燕麦种质材料中筛选出5份耐盐性较好的材料，用Hoagland营养液进行幼苗培养，培养3周后加入0.9%盐溶液，幼苗在盐溶液中培养周后进行根、叶以及生理指标的测定。

1.2.2 萌发指标测定与方法

(1)发芽势：加盐后第5 d，统计每个培养皿中发芽的种子，计算各材料的发芽势[3](每皿正常发芽的种子数供试种子的百分比作为该培养皿的发芽势)。

相对发芽势=盐处理材料的发芽势/对照材料的发芽势×100%[3]

(2)发芽率：加盐后第10 d，统计每个培养皿中发芽的种子，计算各材料的发芽率[3](每皿正常发芽种子数占供试种子数的百分率作为该皿的发芽率)。

相对发芽率=盐处理材料的发芽率/对照材料的发芽率×100%[3]

1.2.3 生长指标测定

(1)根长：加盐后第10 d，用直尺测定每株苗从种子胚到最长根根尖的长度。

相对根长=盐处理植株的根长/对照植株的根长×100%[5]

(2)芽长：加盐后第10 d，用直尺测定每棵苗从种子胚到最长叶叶尖的长度。

相对芽长=盐处理植株的芽长/对照植株的芽长×100%[5]

(3)根、叶鲜重：随机选取5株幼苗，清水洗净，将其分成地上和地下两部分,测定其根、叶鲜重。

1.2.4 生理指标测定

(1) 叶绿素含量：采用丙酮比色法[11]。按公式计算叶绿素含量

叶绿素含量(mg/g FW)=(8.02×D663 nm+20.20×D645 nm)×V/(1 000×W)

式中：V为丙酮提取液的体积(mL)；W为所取样品的鲜重(g)。

(2) 水分利用效率：在光强为1 000±50 μmol/(m2·s) 的卤素灯下，于上午9∶00～11∶30 用LI 6400 便携式光合仪(LI2COR,USA)测定叶片的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(E)，水分利用效率=Pn/E。

1.3 耐盐性评价

评价方法采用五级评分法[12]，即将各项指标的测定值经过换算进行定量表示，根据各指标的变异系数确定各指标参与综合评价的权重系数矩阵，经过权重分析，进行抗盐碱能力综合评价[13]。根据综合评价值的大小，确定材料的抗盐碱能力强弱，此方法可以消除各性状因数值大小和变化幅度的不同而产生的差异[14]。其换算公式：

(1)

(2)

式中：Hn：为各指标测定的最大值；HL：为各指标测定的最小值；H：为各指标测定的任意值；D：得分极差；E：应得分。

先将各个指标测定的最小值定为1分，求出D值代入公式(2)求出任意测定值的应得分。

根据各指标的变异系数确定各指标参与综合评价的权重系数。

任一指标的权重系数=任一指标的变异系数/各指标变异系数之和。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据通过Microsoft Excel 2010，SPSS 22.0数据分析软件进行整理、方差分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对燕麦发芽势的影响

在不同的盐浓度处理下各材料间的发芽势差异显著(P<0.05)(表1)，与CK相比，876，110和424材料在0.3%盐处理下的发芽势高；而440、474、876、青永久195、青永久30、424、479各个材料在0.6%的盐浓度下发芽势高，与对照相比，474和473两个材料在0.9%盐浓度下发芽势没有明显变化。在各盐浓度处理下材料青永久195和白燕7号的发芽势都较高，为高发芽势材料；110和424的发芽势都较低，为低发芽势材料。

在0.3%盐浓度下材料相对发芽势为69.31%～199.85%，在0.6%和0.9%的盐浓度处理下，材料的相对发芽势分别为77.75%～249.93%、46.70%～149.93%，说明不同的燕麦材料对盐胁迫的适应性存在差异(表2)。

2.2 盐胁迫对燕麦发芽率的影响

盐胁迫处理后第10 d随着盐浓度的增加，大部分材料的发芽率呈下降趋势，但在低盐浓度下，部分材料的发芽率有增大趋势(表3)。其中，474、473、青永久30、479、126、初岛在0.3%盐浓度的处理下，其发芽率显著高于对照；而440、青永久30、474、479在0.6%盐浓度处理下，其发芽率明显高于对照，在不同的盐处理下，青永久195整体发芽率都较高，为耐盐材料；110、424在各浓度下整体发芽率较低，为低发芽率材料。

表1 12份燕麦种质在不同盐胁迫下的发芽势(5 d)

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

表2 12份燕麦种质在不同盐胁迫下的相对发芽势

在0.3%盐浓度水平下，材料的相对发芽率变化为74.51%～144.09%，在0.6%、0.9%盐浓度处理下，相对发芽率分别为76.82%～149.17%、75.51%～147.47%，说明不同的材料对盐胁迫的耐受能力差异很大，其中474，876和青永久195的相对发芽率随盐浓度的增加而增加，424，110和126、初岛随盐浓度的增加相对发芽率有明显下降，其他材料均有不同程度的下降(表4)。

表3 12份燕麦种质在不同盐胁迫下的发芽率(10 d)

表4 12份燕麦种质在不同盐胁迫下的相对发芽率

2.3 盐胁迫对燕麦种质相对根长的影响

盐胁迫后第10 d不同燕麦种质材料间的相对根长与对照相比，随盐浓度的增大有变短的趋势(表5)，在0.3%和0.6%盐浓度水平下，相对根长变化分别为46.01%～134.46%和36.19%～114.28%，部分材料的相对根长增加，说明低盐浓度对部分燕麦萌发期根长有一定的促进作用。在0.9%盐浓度下，相对根长变化为18.52%～96.00%，其中876、青永久195、初岛与其他各材料之间存在较明显的差异。材料473随盐浓度的增加，根长受抑制作用较小。材料474、424随盐浓度的增加根长受到很大抑制作用。

2.4 盐胁迫对燕麦种质相对芽长的影响

盐胁迫后第10 d不同燕麦种质之间的相对芽长随盐浓度的增加较对照有明显变短的趋势，但在低盐浓度下，部分燕麦种质材料的相对芽长增加，说明较低盐浓度处理对燕麦萌发期芽长的生长有促进作用。在0.3%、0.6%、0.9%盐浓度胁迫下，燕麦种质的相对芽长分别为76.09%～126.7%，56.54%～130.13%和48.23%～96.77%，说明不同的材料对盐胁迫的耐受能力不同，较高的盐浓度对材料萌发期芽长的生长有抑制作用。其中440、424、126随盐浓度增加明显下降，说明耐盐性差；白燕7号、479、初岛随盐浓度的增加没有明显变化，说明耐盐性好，其他材料随盐浓度的增加都有不同程度的下降(表6)。

表5 12份燕麦种质在不同盐胁迫下的相对根长

表6 12份燕麦种质在不同盐胁迫下的相对芽长

2.5 12个燕麦种质耐盐性综合评价

采用五级评分法在0.6%盐浓度下进行燕麦种质种质耐盐性的综合评价，耐盐性最好的材料是青永久195、青永久30和126。耐盐性最差的材料是110(表7)。而在0.9%的盐浓度下，耐盐性好的为：青永久195、青永久30和白燕7号(表7)。综合0.6%和0.9%盐处理，最终选出耐盐性较好的材料为青永久195、青永久30、白燕7号、126、474(表8)。

表7 12份燕麦种质在0.6%和0.9%盐处理下的得分及变异系数

表8 12份燕麦种质在0.6%和0.9%盐水平下的综合评价值

2.6 盐胁迫对叶绿素含量、根和叶鲜重及水分利用效率的影响

根据评价结果选取耐盐性前5名的燕麦种质分别测定了0.9%盐浓度下其叶绿素含量，根叶鲜重及水分利用效率。结果表明，在盐胁迫下，叶绿素含量最高的是白燕7号，为22.1 mg/g，最低的是474，为18.26 mg/g；与对照相比，青永久30、126、青永久195燕麦种质的叶绿素含量降低，分别为10.29%、6.92%、20.67%，而474、白燕7号两个材料升高，分别为13.9%、16.05%。在盐胁迫下，青永久195根和叶的鲜重最高，与其他4份材料相比差异显著；与对照相比，5份燕麦材料的根叶鲜重均有所降低。在盐胁迫下，水分利用效率最高的是青永久195，最小的是青永久30；与对照相比青永久30、474、青永久195的水分利用效率有所下降，分别为6.06%，3.39%和0.87%，而白燕7号和126两个燕麦种质都提高，分别为7.23%、11.3%(表4)。综合以上结果，青永久195的耐盐性在试验中表现最强。

表9 5份燕麦种质材料在0.9% NaCl下的叶绿素含量、根叶鲜重及水分利用效率

3 讨论

种子萌发需要一定的离子浓度，离子的渗入可以激活代谢过程中的某些酶，能更加充分的合成发芽所需物质,因此，使其发芽更加迅速,超过一定浓度范围后，随着盐浓度的增加，盐分会抑制燕麦种子萌发、幼苗的生长[15-16]。当0.3%盐浓度下，燕麦的发芽势、发芽率、相对根长和相对芽长较对照好，随着浓度的增加，燕麦的发芽率和发芽势明显低于对照，这与前人对燕麦盐胁迫的研究一致[15]。说明低浓度的NaCl能促进某些植物种子萌发，而高浓度时抑制，这种现象与低盐促进细胞膜渗透调节有关，在高浓度NaCl胁迫下，由于溶液中盐分过多，水势降低，种子幼芽吸水困难，使植物细胞造成渗透胁迫,使种子萌发过程中生理缺水，因而抑制种子的萌发[17]。试验中青永久195和474材料在0.6%和0.9%盐浓度下的相对发芽率较对照没有明显变化,这说明中高浓度盐胁迫可能不会影响燕麦种质细胞膜的渗透平衡，也就是在萌发期较高浓度NaCl下可以继续维持燕麦种质的渗透平衡，从而减缓高盐胁迫对燕麦萌发期的伤害。燕麦作为耐盐性作物，生长发育需要适量的离子浓度参与各种生理代谢以保持离子平衡[18]。试验中，在0.6%盐水平下对部分燕麦的萌发和生长抑制的程度并不大，在0.9%盐水平下，少许材料的燕麦萌发和生长没有受到明显抑制，表现出了极强的耐盐性。

叶绿素是植物光合作用必不可少的重要物质,叶绿素的变化直接影响植物体内有机物质的合成和自身生长。研究报道植物遭受盐胁迫后叶绿素含量会减少，而试验中青永久195，白燕7号和126的叶绿素含量有所升高，这与时丽冉[11]在小麦杂交品种衡9966苗期耐盐性分析中相同，说明了在盐胁迫下燕麦种质材料通过增加叶绿素含量来缓解盐胁迫造成的危害。盐胁迫下植物叶绿素含量升高的现象在小麦中也有所报道[20-21],这与盐胁迫处理时间有关。水分利用效率由净光合速率和蒸腾速率共同决定，试验中白燕7号和126两个材料水分利用效率提高，说明材料的耐盐性好且水分利用效率的提高有利于干物质积累，限制Na+进入叶片，从而相对减少了毒害离子( Na+) 的吸收[21]。因此，在盐胁迫下，燕麦叶片水分利用效率提高是一种适应性反应，既属于非盐生植物的避Na+机制，也是植物适应渗透胁迫的重要机制之一。

植物在盐胁迫下表现出的耐盐性是一个复杂的过程，其耐盐能力的大小是多种因素影响的综合表现,如果只根据单一的指标来评价植物的耐盐性高低,不能客观的反映植物的真实耐盐性[22]。植物的抗逆性主要由植物本身的基因决定，而燕麦种质材料的耐盐性也因材料会表现出差异[23]，筛选出耐盐性好的材料，以便对燕麦的耐盐机理进一步的研究。燕麦萌发期的耐盐性受多种因素的影响，不能一概而论，耐盐性的评价要进行综合考虑，试验采用五级评分法，综合不同材料在0.9%盐胁迫下其发芽势、发芽率、芽长和根长指标的测定值，进行定量表示，计算其变异系数和权重分析，最后得到12个燕麦材料的耐盐性排名。并对耐盐性好的材料进行了高盐胁迫处理，进一步验证耐盐性。

4 结论

(1) 通过试验研究发现，在低盐浓度下，部分供试材料的发芽势、发芽率、相对根长、相对芽长较对照有明显增加的趋势，说明低浓度盐胁迫对燕麦种质萌发和生长有一定的促进作用。但随盐浓度的增加，特别是在0.9%盐浓度下，440、126、青永久30、初岛四份材料的发芽势和发芽率明显下降，12份材料的相对芽长和相对根长均下降，说明高浓度盐胁迫对燕麦种质萌发和生长有明显的抑制作用。

(2) 在0.9%盐处理下，供试材料青永久195的水分利用效率、根和叶的鲜重最高，与其它4份材料相比差异显著。因此，通过五级评分法和生理指标的测定，筛选出青永久195耐盐性比较强，可以作为进一步挖掘耐盐基因的燕麦种质。