伊犁河谷不同藜麦品种对盐胁迫的生理响应及耐盐评价

崔宏亮， 宋晓晓， 姚庆， 安万刚， 邢宝， 秦培友*

（1.新疆伊犁州农业科学研究所，新疆 伊宁 835000；2.新疆伊宁市园林管理中心，新疆 伊宁 835000；3.中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081）

土壤盐渍化是制约农业生产的主要因素之一[1]。伊犁河谷作为新疆重要的粮食生产基地，可利用耕地面积29.8万hm2，其中盐渍化土地1.96万hm2。选育耐盐作物及耐盐品种是应对土壤盐渍化最直接有效的途径，但可种植的耐盐作物品种少。藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)原产于南美洲安第斯山区，属苋科藜属一年生自花授粉植物[2]，具有耐盐、耐寒、耐旱、耐贫瘠等特性。Prado等[3]研究发现，藜麦耐盐性强，是应对土壤盐渍化的理想作物。新疆自2014年开始引种，伊犁是最先引种的地区。长期理论研究发现，盐胁迫对植物的伤害主要表现为渗透胁迫、离子毒害、营养失衡和氧化破坏[4]。当植物遭受盐胁迫时，可通过改变渗透势、启动抗氧化酶促系统等途径在一定程度上缓解盐胁迫所造成的损伤。耐盐性不同的植物自身调节能力不同，相关指标变化各异。目前对藜麦在盐胁迫下生理响应及机理研究尚不多，本试验首次以伊犁地区种植藜麦品种为材料，以蒸馏水为对照，设置了8个NaCl浓度梯度，分析了不同NaCl浓度下藜麦种子的萌发、幼苗生长及生理指标，研究藜麦种子及幼苗在盐胁迫下的生理响应，并选育耐盐品种，对缓解当地盐胁迫对藜麦生长发育的不良影响、改良盐渍化条件下农业生产具有一定的理论指导和现实意义，使藜麦在伊犁地区更好地引种和适种。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试藜麦品种为 NXSG56、NXSG85、HP9、GY3、QA13-9，千粒重分别为 3.54 、3.61、3.85、3.25、3.42 g，来源于中国农业科学院作物科学研究所。

1.2 试验设计

1.2.1 种子萌发试验 试验于2019年6—7月在伊犁州农业科学研究所实验室进行。从供试藜麦品种中分别挑选无病虫害、籽粒饱满且大小接近的种子，用75%酒精消毒60 s后，用蒸馏水反复冲洗8～10次后将种子置于垫有双层滤纸的培养皿中 ，分 别 用 50、100、150、200、250、300、350、400 mmol·L-1NaCl溶液处理，以蒸馏水为对照（CK），每皿均匀放入50粒种子，加入8 mL处理液，每个浓度重复3次。将所用培养皿置于温度25℃、12 h光照/12 h黑暗、相对湿度80%的光照培养箱中培养7 d，每天统计种子萌发情况。

1.2.2 幼苗生长期试验 试验于2019年8—10月在伊犁州农业科学研究所进行。从供试藜麦品种中分别选取无病虫害、籽粒饱满且大小接近的种子，用75%乙醇消毒60 s后用蒸馏水反复冲洗8～10次后风干，播于装有相同质量蛭石和珍珠岩（体积比1∶1）混合基质的花盆中，花盆口径28 cm、高10 cm，每盆播40粒种子，正常田间管理，待幼苗4片真叶时选择长势一致的幼苗按10株·盆-1均匀定苗。定苗后7 d，以蒸馏水为对照（CK），分别向各花盆中加入等量 50、100、150、200、250、300、350、400 mmol·L-1NaCl溶液进行胁迫处理，每个处理重复5次，处理后第5、10、15天分别随机取样，每次每个处理取3株幼苗，测定相关生长及生理指标。

1.3 常规指标测定方法

1.3.1 种子发芽指标测定 根据以下公式计算种子各发芽指标［5］。

1.3.2 生长指标测定 胚根长度在种子处理第7天用游标卡尺测量，每处理取5株，取平均值。根长抑制率用以下公式计算。

NaCl处理幼苗第5、10、15天，取植物全株，洗净并用滤纸吸干表面水分，在分析天平上称量地上部分鲜重、地下部分鲜重，然后将鲜样放入105℃烤箱杀青15 min后在70℃下烘干至恒重，用分析天平称量地上部分鲜重、地下部分干重，重复测定3次。

1.3.3 生理指标测定 NaCl处理幼苗第5、10、15天，分别取样测定叶片相对电导率，叶片叶绿素、可溶性糖、脯氨酸含量；幼苗处理第15天，取样测定叶片纤维素、丙二醛（malondialdehyde，MDA）、叶片Na+、K+含量及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性。采取电导仪法[6]测定叶片相对电导率，采用乙醇提取法[6]测定叶绿素含量，采用蒽酮比色法[6]测定可溶性糖含量，采用水合茚三酮法[6]测定脯氨酸含量，采用比色法[6]测定纤维素含量，采用硫代巴比妥酸法[6]测定MDA含量，采用氮蓝四唑法[6]测定SOD活性，采用火焰光度法[7]测定叶片Na+、K+含量。每个指标重复测定3次。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SAS 8.1软件进行数据统计分析及差异性检验。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对不同品种藜麦种子萌发的影响

发芽率是衡量种子质量的重要指标。由表1可知，NaCl浓度对不同品种藜麦种子萌发的影响不同。随着NaCl浓度升高，5种藜麦种子的发芽率及发芽势均呈先升高后下降的趋势。当NaCl浓度为100 mmol·L-1时，各藜麦品种种子发芽率和发芽势均达到最大；当NaCl浓度为300 mmol·L-1时，各品种种子发芽率及发芽势急剧下降；除QA13-9种子发芽势在NaCl浓度为350 mmol·L-1时最低外，其余各品种发芽率及发芽势均在NaCl浓度为 400 mmol·L-1时最低。其中NXSG85在NaCl浓度为400 mmol·L-1时相对于对照发芽率及发芽势降幅最小，NXSG56次之，QA13-9降幅最大。

表1 不同浓度NaCl处理对藜麦种子萌发的影响Table 1 Effect of different concentration of NaCl on seed germination of quinoa

随NaCl浓度升高，除NXSG56外，其余各藜麦品种种子相对发芽率均先上升后下降，各品种种子相对发芽率均在NaCl浓度为100 mmol·L-1时最大，GY3、QA13-9在 NaCl浓度为 300 mmol·L-1时相对发芽率急剧下降，且二者在NaCl浓度400 mmol·L-1时相对发芽率均显著低于其他品种。

随NaCl浓度升高，除NXSG56外，其余各藜麦品种种子相对盐害率先下降后上升，NaCl浓度100 mmol·L-1时各品种种子相对盐害率最小，NaCl浓度400 mmol·L-1时，各品种种子相对盐害率均达最大值，且彼此之间差异显著，QA13-9相对盐害率显著高于其他品种，GY3次之；NXSG85相对盐害率显著低于其他各品种。

种子胚根长随NaCl浓度升高均呈下降趋势，同一NaCl浓度下，各品种间胚根长存在差别。NaCl浓度为200 mmol·L-1时，各品种种子胚根长差异显著，NXSG85的胚根长显著大于其他品种，GY3、QA13-9的胚根长始终显著小于其他品种。随浓度升高NaCl对各品种根长抑制率上升，低浓度（50 mmol·L-1）对各品种的根长抑制率差异不显著，当NaCl浓度大于100 mmol·L-1时，对各品种根长有不同程度抑制作用，对NXSG85的根长抑制率始终最低。

2.2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗生长的影响

由表2可知，随NaCl浓度上升各品种幼苗地上部分鲜重均呈下降趋势；第5天时，随NaCl浓度上升，NXSG56、GY3品种地上部分干重先上升后下降，其余品种均呈下降趋势，其他取样时间均呈下降趋势；随NaCl浓度上升，地下部分干重、地下部分鲜重基本均先上升后下降，各品种地下部分干重、地下部分鲜重分别在NaCl浓度250、200 mmol·L-1时达最大值，NXSG85 地下部分干重、地下部分鲜重始终大于其余各品种，QA13-9地下部分干重始终小于其余各品种。NaCl胁迫抑制地上部分鲜重和干物质积累，低浓度NaCl胁迫可促进地下部分鲜重增加及干物质积累。

表2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗生长的影响Table 2 Effect of NaCl on biomasses of quinoa seedlings 续表Continued

表2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗生长的影响Table 2 Effect of NaCl on biomasses of quinoa seedlings

2.3 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片相对电导率的影响

由图1可知，随NaCl胁迫时间延长，同一藜麦品种幼苗叶片相对电导率呈上升趋势。随着NaCl浓度升高，各品种藜麦幼苗叶片相对电导率基本均呈上升趋势。同一NaCl浓度胁迫下，不同品种间幼苗叶片相对电导率存在差异，NaCl胁迫第5天，不同NaCl浓度下QA13-9幼苗叶片相对电导率显著高于其余品种，NXSG85叶片相对电导率最小且显著低于其余各品种；NaCl胁迫第10天，不同NaCl浓度下NXSG85幼苗叶片相对电导率始终高于其余品种；NaCl胁迫第15天，QA13-9叶片相对电导率始终最小且显著低于其余各品种。

图1 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片相对电导率的影响Fig.1 Effects of NaCl on relative conductance of quinoa seedlings

2.4 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片生理指标的影响

2.4.1 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片叶绿素含量的影响 由图2可知，随NaCl胁迫时间延长，同一藜麦品种幼苗叶片叶绿素含量呈上升趋势。随着NaCl浓度升高，各品种藜麦幼苗叶片叶绿素含量基本均呈先上升后下降趋势，NaCl胁迫第5天各品种幼苗叶片叶绿素含量在NaCl浓度200 mmol·L-1时达最大；NaCl胁迫第10、15天各品种幼苗叶片叶绿素含量在NaCl浓度150 mmol·L-1时达最大，说明低浓度NaCl可促进幼苗叶片叶绿素合成，高浓度NaCl抑制幼苗叶片叶绿素合成。同一NaCl浓度胁迫下，不同品种间幼苗叶片叶绿素含量存在差异，各品种间幼苗叶片叶绿素含量在NaCl浓度为400 mmol·L-1时存在显著差异，在NaCl胁迫第10、15天，NXSG85幼苗叶片叶绿素含量始终显著大于其余各品种，QA13-9幼苗叶片叶绿素含量始终小于其余各品种，且在NaCl浓度大于100 mmol·L-1时显著小于其余各品种。

图2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of NaCl stress on chlorophyll contents of quinoa seedlings

2.4.2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片纤维素含量的影响 由图3可知，各品种藜麦幼苗叶片纤维素含量随NaCl浓度升高基本呈下降趋势。同一NaCl浓度下，各品种幼苗叶片纤维素含量存在差异，当 NaCl浓度低于 250 mmol·L-1时，NXSG85幼苗叶片纤维素含量始终显著高于其余各品种，HP9含量次之；当NaCl浓度为250～350 mmol·L-1时，HP9品种幼苗纤维素含量最高，但在浓度250 mmol·L-1时与NXSG85差异不显著；在 NaCl浓度为 400 mmol·L-1时，NXSG85 品种幼苗叶片纤维素含量最高且显著高于其余各品种；在各NaCl浓度下，QA13-9品种幼苗叶片纤维素含量基本始终低于其余各品种。

图3 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片纤维素含量的影响Fig.3 Effects of NaCl stress on cellulose contents of quinoa seedlings

2.5 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片渗透调节物质含量的影响

2.5.1 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片可溶性糖含量的影响 由图4可知，随NaCl胁迫时间延长，同一藜麦品种幼苗叶片可溶性糖含量先下降后上升。NaCl胁迫初期，随NaCl浓度升高同一藜麦品种幼苗叶片可溶性糖含量基本呈先上升后下降趋势，在NaCl浓度200 mmol·L-1时达最大；在NaCl胁迫第10、15天，随着NaCl浓度升高同一藜麦品种幼苗叶片可溶性糖含量呈上升趋势。同一NaCl浓度下，不同品种间幼苗叶片可溶性糖含量存在差异，NaCl胁迫初期，当NaCl浓度低于200 mmol·L-1时，NXSG85品种幼苗可溶性糖含量始终最高，当NaCl浓度升高至200 mmol·L-1时，随其浓度上升，HP9幼苗叶片可溶性糖含量始终最高；NaCl胁迫第10天，NXSG85叶片可溶性糖含量始终大于其余各品种；NaCl胁迫第15天，HP9叶片可溶性糖含量始终显著大于其余各品种。在整个胁迫期，QA13-9幼苗叶片可溶性糖含量基本始终显著小于其余各品种。

图4 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片可溶性糖含量的影响Fig.4 Effects of NaCl stress on soluble sugar contents of quinoa seedlings

2.5.2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片脯氨酸含量的影响 由图5可知，随NaCl胁迫时间延长，同一藜麦品种幼苗叶片脯氨酸含量呈上升趋势。在NaCl胁迫初期，随着NaCl浓度升高同一藜麦品种幼苗叶片脯氨酸含量均呈上升趋势，随NaCl胁迫时间延长，同一藜麦品种幼苗叶片脯氨酸含量呈上升趋势。在NaCl胁迫初期，当NaCl浓度≤250 mmol·L-1时，QA13-9幼苗叶片脯氨酸含量显著高于其余各品种，随着NaCl浓度持续升高，GY3幼苗叶片脯氨酸含量急剧上升且显著高于其余各品种；在NaCl胁迫第10、15天，NXSG85幼苗叶片脯氨酸含量始终高于其余各品种。

图5 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片脯氨酸含量的影响Fig.5 Effects of NaCl stress on proline contents of quinoa seedlings

2.5.3 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片Na+、K+含量的影响 由表3可知，随NaCl浓度升高，各品种幼苗叶片Na+含量均上升，GY3增幅最小，QA13-9增幅最大。同一NaCl浓度下，各品种间幼苗叶片Na+含量存在差异，NXSG85叶片Na+含量始终显著高于其余各品种。随NaCl浓度升高，各品种幼苗叶片K+含量呈下降趋势，NXSG56降幅最小，GY3降幅最大。同一NaCl浓度下，各品种间幼苗叶片K+含量存在差异，当NaCl浓度为50～150 mmol·L-1时，GY3品种幼苗叶片K+含量最高，其余浓度下，NXSG85叶片K+含量始终显著大于其余各品种。分析K+/Na+可知，随NaCl浓度升高，各品种幼苗叶片K+/Na+呈下降趋势，QA13-9降幅最小，GY3降幅最大。各品种间幼苗叶片K+/Na+存在差异，低NaCl浓度下，GY3品种幼苗叶片中K+/Na+最大且显著大于其余各品种，当NaCl浓度≥100 mmol·L-1时，QA13-9幼苗叶片 K+/Na+显著小于其余品种。

表3 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片K+、Na+含量及K+/Na+的影响Table 3 Effect of NaCl on K+，Na+contents and K+/Na+of quinoa seedlings

2.6 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片活性物质的影响

2.6.1 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片MDA含量的影响 MDA是膜脂过氧化的终产物，其含量反映细胞膜脂过氧化程度[8]。由图6可知，NaCl胁迫下，各品种叶片MDA含量均高于CK。随着NaCl浓度的升高，NXSG56品种藜麦幼苗叶片MDA含量呈先上升后下降趋势，且在NaCl浓度300 mmol·L-1时达最大值；其余各品种幼苗叶片MDA含量均呈持续上升趋势。NXSG85的增幅最小，QA13-9增幅最大，说明NaCl胁迫下QA13-9幼苗膜脂损伤更为严重。在同一NaCl浓度下，NXSG85幼苗叶片MDA含量始终低于其余各品种。

图6 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片MDA含量的影响Fig.6 Effects of NaCl stress on MDA contents of quinoa seedlings

2.6.2 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片SOD活性的影响 植物受到胁迫时体内细胞代谢紊乱，自身启动抗氧化酶促系统，以维持正常生理功能[9]。由图7可知，随着NaCl浓度升高，各品种藜麦幼苗叶片SOD活性均呈先上升后下降趋势，且在NaCl浓度300 mmol·L-1时达最大值。同一NaCl浓度下，各品种幼苗叶片SOD活性差异显著，NXSG85幼苗叶片SOD活性始终显著高于其余各品种，QA13-9幼苗叶片SOD活性始终显著低于其余各品种。

图7 NaCl胁迫对不同藜麦品种幼苗叶片SOD活性的影响Fig.7 Effects of NaCl stress on the activities of SOD of quinoa seedlings

3 讨论

3.1 NaCl胁迫与藜麦种子萌发及幼苗生长

种子萌发及幼苗早期阶段是植物种群能否在盐渍条件下建植成功的关键时期[10]。NaCl浓度直接影响种子萌发质量，表现为降低种子发芽率、发芽势，延迟初始萌发时间等[11-12]。本研究表明，低浓度NaCl可促进藜麦种子萌发，而高浓度抑制萌发，当 NaCl浓度为100 mmol·L-1时，各藜麦品种种子发芽率达最大值，这与杨发荣等[13]的研究结果一致。

形态变化是植物遭受逆境胁迫时最直接的反映。本研究发现随NaCl浓度上升各藜麦品种幼苗地上部分鲜重、干重均持续下降，地下部分鲜重、干重呈先上升后下降的趋势。NaCl胁迫抑制地上部分鲜重和干物质积累，低浓度NaCl胁迫可促进地下部分鲜重增加及干物质积累。这可能是藜麦幼苗对低浓度NaCl胁迫的一种应激反应，通过促进根系生长以增强根系吸水能力，以抵抗高盐浓度引起的渗透胁迫[14]，但生理机制尚需进一步研究。

3.2 NaCl胁迫与藜麦幼苗叶片相对电导率

相对电导率反应细胞膜的受害程度，其值越大表明植物生物膜系统受害程度越大。本研究发现，随NaCl胁迫时间延长及浓度升高各品种幼苗叶片相对电导率基本均持续上升。可能是高NaCl浓度下，植物自身调节无法维持膜系统稳定性，细胞质膜遭到破坏，透性增加，外界物质进入细胞内导致细胞内电导率升高，这与马琳[15]的研究结果一致。

3.3 NaCl胁迫与藜麦幼苗叶片生理指标

叶绿素含量是反映光合强度的重要指标，一定程度上可以用来衡量植物抗逆性[16]。本试验中各品种幼苗叶片叶绿素含量随NaCl浓度升高均先上升后下降，与刘晓青[17]的研究结果一致。可能是低浓度NaCl促进叶绿素合成，增强植物光合作用以减轻盐胁迫对植株的伤害，而高NaCl浓度下叶绿体结构遭到破坏，导致叶绿素含量下降，也可能是叶绿素酶活性提高导致叶绿素降解[18]，具体机制有待进一步研究。

3.4 NaCl胁迫与藜麦幼苗渗透调节物质

渗透调节物质在植物对抗逆境过程中起重要作用[19]。刘雅辉等[20]研究发现，在NaCl胁迫下，棉花叶片脯氨酸含量持续上升，与本研究结果一致，说明藜麦幼苗通过提高自身脯氨酸含量增加细胞吸水能力以抵御盐胁迫损伤。但本研究发现，随NaCl浓度升高各品种幼苗叶片可溶性糖含量先上升后下降。可能是低盐浓度时植物可通过增加可溶性糖含量提高渗透势，但当NaCl浓度达到一定值时，细胞膜结构受损，细胞内可溶性糖外渗，导致可溶性糖含量下降。无机盐离子是植物细胞渗透调节重要物质，盐胁迫后Na+进入植物体内大量积累引起植物体内离子稳态失衡而产生Na+毒害效应[21]，本研究发现，随NaCl浓度升高幼苗叶片Na+含量持续上升，K+含量、K+/Na+持续下降，与刘自刚等[22]对白菜叶片的研究结果一致。

3.5 NaCl胁迫与藜麦幼苗活性物质

MDA是膜脂过氧化的终产物，其含量反映细胞膜脂过氧化程度，一定程度上可代表植物对逆境响应的强弱[23]。本研究表明，在NaCl胁迫下各品种叶片MDA含量均高于CK。随NaCl浓度升高NXSG56品种幼苗叶片MDA含量先上升后下降，原因有待于进一步探讨。其余品种叶片MDA含量均持续上升，与朱红霞等[24]的研究结果一致，可能是随着NaCl浓度升高，抗氧化酶系统清除活性氧的能力逐步降低，导致MDA积累增多，进一步伤害膜系统。同一NaCl浓度下，NXSG85幼苗叶片MDA含量始终低于其余各品种，说明该品种在NaCl胁迫下清除活性氧的能力较其他品种强，对逆境的抗性较强。

SOD作为消除活性氧的关键酶，是植物体内重要的酶促防御系统。本研究发现，随NaCl浓度升高，各品种藜麦幼苗叶片SOD活性均先上升后下降，与周丽等[25]的研究结果一致，在NaCl浓度300 mmol·L-1时SOD活性最大。原因可能是胁迫初期，植物启动自身防御系统，通过提高SOD活性以清除体内的自由基；当NaCl浓度持续升高，植物体内自由基大量积累，蛋白质合成受阻，酶活性降低。NXSG85幼苗叶片SOD活性始终显著高于其余各品种，一定程度上反映出该品种抗性较其他品种强。