15个甜菜品种对盐碱胁迫的生理响应及耐盐碱性评价

黄春燕，苏文斌，郭晓霞，李 智，菅彩媛，田 露，樊福义，任霄云，宫前恒，张 强

（1.内蒙古自治区农牧业科学院特色作物研究所，内蒙古呼和浩特 010031；2.乌兰察布市农牧业科学研究院，内蒙古 集宁 012000）

土壤盐碱化是影响植物生长和作物产量最主要的非生物胁迫之一[1]。据估计全球至少1/3的灌溉土地受到土壤盐碱化的影响[2-3]。我国各类盐碱土面积共计约为1×106km2[4]，占我国耕地面积的6.62%，且主要分布在东北、华北及西北内陆地区[5]。研究表明，土壤盐碱胁迫主要由3种胁迫因子组成：渗透胁迫、离子胁迫以及高pH值引起的盐碱胁迫，导致植物细胞结构破坏[6]。由于盐碱胁迫不仅破坏植物叶绿体结构，伤害细胞膜，减弱光合能力，还会打破植物体内的渗透调节，抑制水分的吸收，造成生理干旱、叶片水势下降，导致各种代谢紊乱，并且降低植物生物量[7-8]。为适应盐碱胁迫，植物会发生一系列生理生化响应，如产生渗透调节物质、激活抗氧化酶活性[9-10]。盐碱胁迫对植物的生长发育有着重要的影响，通过研究植物的耐盐碱生理特性和耐盐碱能力，对合理利用耐盐碱种质资源及盐碱土，改善盐碱环境具有重要的现实意义。

甜菜是重要的糖料作物，具有极强的耐盐碱特性，对我国盐碱土的开发和利用有极大的发展潜力[11]。同时，甜菜是重要的耐盐碱植物，可以充分利用盐碱、滩涂等边缘土地资源，缓解我国耕地压力紧张的现象，同时起到生物脱盐的作用[12]。甜菜盐碱特性的研究主要集中于甜菜单盐胁迫、复盐胁迫和外源物质添加对盐胁迫的调节作用等的研究，而关于自然盐碱土壤条件下，甜菜不同品种耐盐差异生理响应的研究鲜见报道。因此，本试验研究了不同程度盐碱土壤条件下15个生产中主推甜菜品种的生理响应及其耐盐品种筛选，以期为甜菜耐盐碱科学评价提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料培养及处理

供试土壤取自内蒙古乌兰察布市凉城县岱海附近不同盐碱地0～20 cm 土层，按照盐碱程度不同将土壤划分为4种类型，分别为对照、轻度、中度和重度盐碱土壤，具体盐碱情况见表1。

表1 供试土壤盐碱情况

试验采用盆栽种植，在4种不同程度盐碱土壤中，设置15个生产中主推甜菜品种，分别为KWS1197、KWS1176、KWS2323、KWS9149、BETA5043、BETA5044、BETA379、MA3001、MA079、MA2070、内2499、SR496、H5304、ZM1162和FLORES，每个处理3盆。土壤于装盆前过筛，筛孔直径≤1 cm，每200 kg土壤加2 kg 甜菜纸筒育苗苗床专用肥，混匀后每盆装土20 kg，每盆播种30粒，于1 对真叶小米粒大小时喷施壮苗剂，于苗龄30 d 进行取样，测定各项指标。

1.2 测定指标及方法

在出苗第10天调查甜菜出苗率。将植株清洗干净后称量鲜重，在105℃杀青30 min，60℃烘干至恒重，称量干重。叶片质膜透性采用DDS-11A型电导率仪测定，以相对电导率表示细胞膜相对透性[13]。丙二醛含量利用南京建成生物工程研究所的丙二醛（MDA）测试盒测定。抗氧化酶活性利用南京建成生物工程研究所的植物超氧化物歧化酶（SOD）测试盒和过氧化物酶（POD）测试盒测定。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2007 软件进行数据处理与作图，采用SAS 9.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对甜菜出苗率的影响

由表2可知，随着盐碱化程度的增加，15个甜菜品种出苗率基本表现为下降的趋势，其中，KWS1197、BETA5043、BETA5044、BETA379、内2499、SR496、H5304和ZM1162 处理间差异显著。出苗率降低幅度由大到小排名前5位的品种是ZM1162、H5304、BETA5044、SR496和KWS1197，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，ZM1162的出苗率分别降低9.62%、15.39%和48.08%，H5304分别降低5.26%、8.77%和21.05%，BETA5044分别降低1.69%、5.08%和20.34%，SR496分别降低0、3.70%和14.81%，KWS1197分别降低1.69%、3.39%和13.56%；出苗率降低幅度由小到大排名前5位的品种是MA3001、MA2070、KWS1176、KWS9149和MA079，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，MA3001的出苗率分别降低1.67%、1.67%和1.67%，MA2070分别降低0、1.67%和5.00%，KWS1176分别降低0、3.45%和5.18%，KWS9149分别降低1.85%、3.70%和5.56%，MA079分别降低7.70%、7.70%和7.70%。

表2 盐碱胁迫对甜菜出苗率的影响 单位：%

2.2 盐碱胁迫对甜菜鲜重和干重的影响

由图1可知，随着盐碱化程度的增加，15个甜菜品种鲜重也表现为下降的变化规律。其中鲜重降低幅度由大到小排名前5位的品种是BETA5044、ZM1162、MA079、KWS9149和SR496，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，BETA5044的鲜重分别降低39.87%、61.70%和106.30%，ZM1162分别降低21.97%、33.45%和89.84%，MA079分别降低21.77%、49.38%和81.17%，KWS9149分别降低22.32%、29.35%和80.58%，SR496分别降低19.81%、16.58%和76.49%；鲜重降低幅度由小到大排名前5位的品种是MA3001、KWS1176、KWS2323、内2499和BETA379，与对照相比，轻度、中度和重度土壤条件下，MA3001的鲜重分别降低了6.31%、18.02%和55.63%，KWS1176分别降低8.61%、25.35%和59.28%，KWS2323分别降低14.83%、68.97%和63.11%，内2499分别降低23.00%、71.68%和68.14%，BETA379分别降低16.35%、22.19%和16.35%、22.19%和68.49%。

由图2可知，随着盐碱化程度的增加，甜菜幼苗干重变化规律基本与鲜重一致。处理间干重降低幅度由大到小排名前5位的品种是ZM1162、BETA5044、KWS2323、SR496和KWS9149，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，ZM1162的干重分别降低12.12%、46.97%和90.91%，BETA5044分别降低3.85%、51.92%和86.54%，KWS2323分别降低44.57%、68.67%和79.52%，SR496分别降低26.00%、36.00%和78.00%，KWS9149分别降低30.00%、24.00%和78.00%；干重降低幅度由小到大排名前5位的品种是KWS1176、BETA5043、MA3001、MA079和BETA379，与对照相比，轻度、中度和重度土壤条件下，KWS1176分别降低-2.45%、14.62%和46.33%，BETA5043分别降低15.90%、11.35%和59.09%，MA3001分别降低29.10%、20.01%和61.82%，MA079分别降低-28.13%、-31.25%和62.50%，BETA379分别降低了11.99%、1.99%和66.00%，说明盐碱胁迫对这5个品种幼苗的生长抑制作用较小。

2.3 盐碱胁迫对甜菜叶片质膜透性的影响

由图3可知，随着盐碱化程度的增加，15个甜菜品种叶片质膜透性整体表现为上升的趋势。其中，叶片质膜透性升高幅度由大到小排名前5位的品种是FLORES、BETA5044、SR496、BETA5043和ZM1162，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，FLORES的叶片质膜透性分别增加55.67%、59.01%和105.90%，BETA5044分别增加32.33%、52.87%和104.22%，SR496分别增加17.04%、24.75%和102.33%，BETA5043分别增加18.40%、34.55%和102.00%，ZM1162分别增加28.09%、61.64%和98.22%；叶片质膜透性升高幅度由小到大排名前5位品种的是MA3001、KWS2323、BETA379、KWS1176和KWS9149，与对照相比，轻度、中度和重度土壤条件下，MA3001分别增加3.81%、30.81%和31.50%，KWS2323分别增加15.06%、19.15%和32.05%，BETA379分别增加9.25%、39.71%和44.80%，KWS1176分别增加28.46%、49.39%和55.94%，KWS9149分别增加11.66%、23.37%和61.33%，说明盐碱胁迫增加了甜菜幼苗叶片质膜透性。

2.4 盐碱胁迫对甜菜丙二醛含量的影响

由图4可知，随着盐碱化程度的增加，15个甜菜品种丙二醛含量基本表现为上升的趋势。其中，丙二醛含量升高幅度由大到小排名前5位的品种是BETA5043、BETA5044、ZM1162、FLORES和SR496，与叶片质膜透性差异品种一致，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，BETA5043的丙二醛含量分别增加96.03%、139.34%和344.45%，BETA5044分别增加101.88%、198.73%和327.01%，ZM1162分别增加5.46%、168.58%和253.63%，FLORES分别增加133.98%、165.12%和231.19%，SR496分别增加75.26%、165.44%和225.33%；丙二醛含量升高幅度由小到大排名前5位的品种是MA2070、MA3001、KWS1176、MA079和KWS1197，与对照相比，轻度、中度和重度土壤条件下，MA2070分别增加5.46%、50.24%和32.79%，MA3001分别增加20.78%、27.16%和58.82%，KWS1176分别增加49.76%、45.50%和65.51%，MA079分别增加38.05%、59.34%和73.88%，KWS1197分别增加-9.75%、102.44%和119.52%，说明丙二醛含量随盐碱胁迫程度的增加而增加。

2.5 盐碱胁迫对甜菜抗氧化酶活性的影响

由图5可知，随着盐碱化程度的增加，15个甜菜品种超氧化物歧化酶活性不同品种表现不一，其中KWS1197、KWS1176、KWS9149、BETA379、MA3001、MA079、内2499和FLORES的幼苗超氧化物歧化酶活性表现为单峰曲线变化，而KWS2323、BETA5043、BETA5044、MA2070、SR496、H5304和ZM1162则表现为降低的趋势。超氧化物歧化酶活性降低幅度由大到小排名前5位的品种是SR496、ZM1162、BETA5043、KWS2323和H5304，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤条件下，SR496的超氧化物歧化酶活性分别降低21.81%、17.28%和70.73%，ZM1162分别降低32.97%、48.86%和66.90%，BETA5043分别降低57.08%、38.88%和66.03%，KWS2323分别降低23.40%、50.26%和63.63%，H5304分别降低49.67%、54.50%和57.59%；超氧化物歧化酶活性降低幅度由小到大排名前5位的品种是MA3001、MA079、KWS1197、KWS1176和内2499，与对照相比，重度盐碱土壤条件下，5个品种超氧化物歧化酶活性分别降低2.03%、3.98%、5.02%、-6.03%和23.15%，说明在盐碱胁迫条件下清除自由基的能力较强。

由图6可知，随着盐碱化程度的增加，15个甜菜品种过氧化物酶活性均表现为单峰曲线变化。其中，过氧化物酶活性降低幅度由大到小排名前5位的品种是KWS9149、ZM1162、SR496、H5304和BETA379，与对照相比，轻度盐碱土壤幼苗过氧化物酶活性基本增强，而重度盐碱土壤幼苗过氧化物酶活性均降低，5个品种降低幅度分别为48.66%、38.18%、33.74%、32.62%和32.38%；过氧化物酶活性降低幅度由小到大排名前5位的品种是KWS1197、KWS1176、MA079、MA3001和KWS2323，与对照相比，轻度盐碱土壤幼苗过氧化物酶活性均增强，而重度盐碱土壤幼苗酶活性均降低，5个品种降低幅度分别为5.12%、8.28%、11.07%、15.26%和17.59%，说明轻度盐碱胁迫激活了幼苗过氧化物酶活性，酶活力增强，自由基清除能力增强，而重度盐碱胁迫抑制了酶活性的增强，清除能力降低，自由基大量积累，破坏细胞结构。

3 讨论与结论

植物能否在盐碱化环境下生长主要取决于其种子萌发和早期幼苗生长的状况[14]。植物生长发育过程中幼苗期是感受土壤盐碱含量变化最敏感的时期，其生长形态指标的变化量是评估盐碱胁迫程度和植物耐盐碱能力的可靠标准[15]。生物量是植物对盐碱胁迫反应的综合体现，也是体现植物耐盐性的直接指标之一[16]。盐碱胁迫对种子萌发和幼苗生长的伤害概括为3个方面：一是渗透胁迫，造成种子吸水进程迟缓，发芽势小，种子萌发慢；二是离子毒害；三是盐分对酶活性的抑制[17]。本研究中，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤15个甜菜品种出苗率及幼苗鲜重、干重均不同程度降低，出苗率降低幅度由小到大排名前5位的品种是MA3001、MA2070、KWS1176、KWS9149和MA079，鲜重降低幅度由小到大前5位的品种是MA3001、KWS1176、KWS2323、内2499和BETA379，干重降低幅度由小到大前5位的品种是KWS1176、BETA5043、MA3001、MA079和BETA379，综合考虑出苗率及幼苗鲜重、干重，认为MA3001和KWS1176的耐盐碱型较强，而造成这一现象的原因可能是不同品种甜菜的耐盐碱性不同，较高的盐碱胁迫环境下种子不能吸收足够的水分来合成萌发所需的各种酶和结构蛋白，导致出苗率降低[18]，且较高的盐碱胁迫抑制了甜菜幼苗叶片的光合能力，植株生长受到抑制。

盐碱胁迫导致的氧化胁迫会使细胞膜的透性发生改变，一方面对离子的选择性、流速、运输等产生影响；另一方面也造成了磷和有机物质的外渗，细胞的生命活动受到影响[19]。MDA是植物逆境胁迫下产生的主要膜脂过氧化产物，其含量高低直接反映细胞受伤害程度[20]。SOD和POD是植物体内重要的抗氧化酶，清除逆境胁迫产生的活性氧，维持活性氧代谢平衡，保护膜结构，增强植物抗逆境胁迫的能力[15，21]。本研究中，与对照相比，轻度、中度和重度盐碱土壤15个甜菜品种幼苗叶片质膜透性和丙二醛含量均不同程度升高，且耐盐碱型甜菜幼苗的升高幅度较小；SOD活性不同品种间变化规律不同，且耐盐碱型甜菜品种的变化幅度较小；POD活性重度盐碱土壤耐盐碱型甜菜品种降低幅度较小，说明耐盐碱型甜菜品种幼苗抗氧化酶可以较好地清除细胞内产生的活性氧代谢物质，保护膜系统的完整性，但重度盐碱胁迫条件下，甜菜体内活性氧的产生速度大于降解速度，导致细胞膜损伤，蛋白质降解，抗氧化酶活性降低，清除活性氧能力下降[22]。

综上所述，盐碱胁迫条件下，甜菜幼苗的出苗率、鲜重和干重均不同程度降低，MA3001和KWS1176为耐盐碱型甜菜品种，甜菜幼苗可通过提高SOD活性和POD活性，降低叶片质膜透性和丙二醛含量，增强植株抗盐碱胁迫的能力。