NaCl溶液下加拿大桑根草种子萌发及幼苗生理响应

刘 梦，李 莉，郑逢令，王 璐，梁维维，柯 梅

（新疆畜牧科学院草业研究所，乌鲁木齐830000）

草畜不平衡一直是制约新疆畜牧业生产发展的一个主要原因，选择一种在适合干旱少雨，土地盐碱化程度高的地区依然能顽强生长的饲草料作物，成为解决这一难题的途径之一。桑根草是杂交苏丹草系品种，具有产量高、粗蛋白含量高、可消化利用率高、耐盐碱、抗干旱、单宁含量低，几乎不含氢氰酸等优良特性[1]。桑根草能在盐度千分之10～11，pH 8.5左右的盐碱地生长，鲜草产量可达5～10 t。适宜生长温度为24℃～35℃，在4～10月的生长期中，一次播种多次刈割。头茬生长期在50～55 d左右，每颗种子发苗2～3株。头茬刈割后留茬15 cm，施尿素10 kg/亩，浇水一次。二茬，三茬均在25～30 d左右，分蘖7～18株，对南疆的自然环境有很强的适应性[2]。桑根草亩产干草可达2.5 t左右，以市面价格1 500～1 800元每吨干草计算，每年每亩可实现毛利约4 000元，经济收益非常可观。不但能解决南疆牲畜缺粮的问题，同时也能够极大地帮助当地的农户脱贫致富。本研究以加拿大桑根草为研究材料，在室内盆栽条件下，开展盐胁迫的生理生化变化规律的研究，明晰加拿大桑根草的耐盐生理特征与机理，从而确定加拿大桑根草耐盐阈值，为盐碱土地种植桑根草提供理论依据[3]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用加拿大桑根草种子由中国检验认证集团新疆有限公司提供，千粒重12.44 g，冰箱4℃保存。2020年9月试验在新疆畜牧科学院草业研究所生理生化实验室进行。

1.2 方法

1.2.1 NaCl胁迫下种子发芽试验

发芽试验参照《国际种子检验规程》[4]。NaCl溶液设置0、50、100、150、200 mM/L共5个处理浓度，三个重复。将经过挑选的饱满均匀的100粒种子，放置在提前用蒸馏水和NaCl处理液润湿的滤纸上，然后将玻璃培养皿放置于光照培养箱内，温度设置25℃，盐浓度需保持恒定，每天用称重法补充蒸发失去的水分。试验期间每日统计发芽数，发芽以胚芽突破种皮为标准，连续统计12日停止萌发后，计算萌发率。

萌发率(%)=(发芽终止期全部正常发芽的种子数/供试种子数)×100%

1.2.2 幼苗性状测定

选取塑料花盆直径为20 cm，将提前充分洗净的细砂等量装在花盆内，然后将设有梯度NaCl溶液的营养液充分灌透砂子，以模拟天然盐性条件，同样设0、50、100、150、200 mM/L共5个处理浓度。挑选饱满均匀的种子，每穴2粒，每盆共10个穴，每个处理3个重复。播种后每隔2 d各处理组浇灌相应浓度NaCl溶液，对照组（0 mM）浇灌等量的完全营养液，PH值为5.6。其余时间用蒸馏水补充所失水分。苗出齐15 d后采集叶片，测定脯氨酸含量用酸性茚三酮法[5]；测定丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法[6]；分光光度计法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性[7]。

1.2.3 数据分析

试验数据采用SPSS12.0软件进行数据分析，对各指标在不同NaCl胁迫下的差异性进行比较（P<0.05），采用Excel2010制图。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对种子萌发率的影响

由图1可见，随着NaCl溶液胁迫浓度的增加，萌发率呈下降趋势。在NaCl溶液胁迫低浓度时，加拿大桑根草种子对盐性环境有较强的适应性，萌发率没有受到太大到影响。在50 mM/L的处理液中，桑根草种子发芽率超过85%，与对照相比略低，但差异不显著（P<0.05），出现低浓度NaCl溶液处理会促进种子萌发的现象；当NaCl溶液胁迫浓度在100 mM/L时，种子萌发率相比对照下降40%，具有显著差异（P<0.05）；在浓度为150 mM/L时，萌发率仅为对照（CK）的34%，具有显著差异（P<0.05），并且与100 mM/L时也存在显著差异（P<0.05）；当浓度为200 mM/L时，萌发率仅为8%，与对照（CK）和各处理浓度均有显著差异（P<0.05）。

图1 NaCl胁迫下加拿大桑根草种子萌发的变化(%)

2.2 NaCl溶液胁迫对电导率的影响

由图2可见，随着NaCl浓度的增加，叶片的电导率呈现增加趋势。在NaCl胁迫低浓度时，加拿大桑根草幼苗对环境具有一定的适应性，NaCl 50 mM/L的处理液中，电导率没有显著的增加。当NaCl胁迫浓度在100 mM/L和150 mM/L时，与对照相比电导率显著增加（P<0.05）。当NaCl浓度为200 mM/L时，与对照（CK）和各处理浓度均有显著差异（P<0.05）。

图2 NaCl溶液胁迫下加拿大桑根草相对电导率的变化(%)

2.3 NaCl溶液胁迫下脯氨酸含量变化

脯氨酸作为有机渗透调节物质广泛分布在植物体内，主要作用是维持生物大分子结构稳定性，调节细胞氧化还原势、解除氨毒等重要作用[8]。因此，植物在盐碱逆境中脯氨酸的积累是一种防御性行为。由图3可见，随着NaCl溶液浓度增加，加拿大桑根草脯氨酸含量呈现升高趋势。在NaCl浓度50 mM/L的处理液中，脯氨酸含量呈增加趋势，与对照相比差异不显著。当NaCl浓度为150 mM/L时，与对照（CK）相比显著差异（P<0.05），但是与50和100 mM/L浓度没有显著差异。当NaCl浓度为200 mM/L时，与对照（CK）和50、100 mM/L浓度有显著差异（P<0.05）。

图3 NaCl溶液胁迫下加拿大桑根草脯氨酸含量的变化（ug/mL）

2.4 NaCl溶液胁迫下丙二醛含量的变化

由图4可见，随着NaCl溶液浓度的增加，加拿大桑根草的丙二醛的含量呈现升高趋势。在NaCl浓度为100 mM/L和150 mM/L的处理液中，丙二醛含量与对照和50 mM/L的处理液有显著差异（P<0.05）。当NaCl浓度为200 mM/L时，丙二醛的含量达到最大值与对照相比显著（P<0.05）。同时与50和100 mM/L浓度相比显著差异（P<0.05）。

图4 NaCl溶液胁迫下加拿大桑根草丙二醛含量变化（mM/g）

2.5 NaCl胁迫下SOD活性变化

由图5可见，随着NaCl溶液的增加，加拿大桑根草的超氧化歧化酶（SOD）活性的变化呈现先升高后降低的趋势。在NaCl浓度为150 mM/L的处理液中，脯氨酸的含量达到最大值与对照相比显著（P<0.05）。当NaCl浓度为200 mM/L时，脯氨酸的含量出现下降趋势与对照（CK）相比差异显著（P<0.05），但是与50和100 mM/L浓度显著不差异。

图5 NaCl溶液胁迫下加拿大桑根草超氧化物歧化酶活性变化

3 讨 论

种子的萌发是指种胚从相对静止的状态开始进行相关的生理生化和外部形态生长的活动过程[9]。此时种子的萌发不仅会受到自身的因素影响，而且外部的环境也会对其造成很大的影响。其中干旱和盐胁迫是最为严重的影响因素[10]，大量的研究统计，不同程度的盐胁迫会破坏种子细胞的结构和功能，导致其生理生化代谢紊乱，从而大大降低种子萌发的活力甚至丧失萌发的能力[11]。加拿大桑根草随着盐胁迫浓度的增加，萌发率呈下降趋势。在盐胁迫低浓度时，加拿大桑根草种子对盐性环境有较强的适应性，萌发率没有受到太大到影响。当浓度为200 mM/L时，萌发率仅为8%，表明高浓度的盐胁迫对细胞膜有破坏，严重影响种子吸收水分，从而导致种子萌发受阻。

丙二醛（MDA）作为膜脂过氧化过程中最为重要的产物之一，它的产生将会加剧膜系统损伤并加快细胞衰老的进程[12]。因此，可以作为植物抗逆性重要指标，MDA反映其遭受逆境损害程度[13]，如果MDA含量升高，表明细胞膜结构及膜透性的损伤程度也加剧。盐胁迫的主要危害是水分胁迫，细胞严重失水会发生细胞壁分离，死亡等情况。脯氨酸是一种重要和有效的调节物质，通过调节细胞的渗透势，保持细胞膜的稳定性，从而起到防止水分大量散失的作用。加拿大桑根草丙二醛含量和脯氨酸都出现升高的趋势，表明高浓度盐胁迫对加拿大桑根草造成了一定的伤害，而低浓度的盐胁迫对其影响不大。

植物在盐胁迫下,产生大量活性氧自由基，会氧化细胞膜，细胞膜结构的损伤和破坏，最终可以导致植物死亡。此时，植物体通过产生一系列抗氧化酶或提高这些酶的活性，来清除植物体内的活性氧自由基，阻止细胞膜被氧化破坏[14]。随着盐浓度的增加，加拿大桑根草的超氧化歧化酶（SOD）活性的变化呈现先升高后降低的趋势。表明低浓度的盐胁迫，活性氧的产生和清除处于动态平衡状态，不会对植物造成伤害。当盐胁迫浓度增大时，活性氧的累积数量超过了其伤害阈值[15]，就会对植物产生氧化损伤。攻击细胞膜系统，破坏植物细胞膜系统的完整性[16]。

4 结 论

研究结果表明：在不同浓度的NaCl胁迫下，种子的萌发率呈现下降趋势，电导率显著下降；丙二醛（MDA）含量上升；脯氨酸和超氧化物歧化酶（SOD）含量均表现出先升高后降低的趋势。加拿大桑根草对盐胁迫具有一定的耐受性，在盐胁迫浓度≤100 mM/L，萌发和生长不会受到影响；当盐胁迫浓度≥150 mM/L，萌发和生长会明显受到抑制。因此，本试验得出，加拿大桑根草种子的耐盐临界度为100 mM/L，极限耐盐度为150 mM/L。加拿大桑根幼苗生长的最大耐盐性范围为盐胁迫浓度≤100 mM/L。