周 毅，崔豐磊，楊 萍，張帆濤，羅向東，謝建坤*

(1.江西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330022;2.江西師范大學(xué) 高等研究院，江西 南昌 330022)

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全球大約60%的人口以水稻作為主要的糧食來(lái)源［1］。水稻屬于甜土植物，土壤鹽漬化是影響水稻產(chǎn)量提高的主要限制因素之一［2］。據(jù)估算，在我國(guó)受鹽侵害的稻田占栽培面積的1/5，并且隨著人口劇增、城市化及工業(yè)化的高速發(fā)展，有擴(kuò)大和蔓延的趨勢(shì)［3］。因此，篩選和培育耐鹽性強(qiáng)的水稻品種已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要研究方向。目前，人們主要利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)以及耐鹽突變體篩選等方法來(lái)提高水稻的耐鹽性［2，4-10］，但上述方法周期漫長(zhǎng)，操作繁瑣復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用效果也不盡理想，因此難以得到推廣。此外，水稻耐鹽性是一個(gè)受多種因素綜合影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，機(jī)理復(fù)雜，表型性狀是內(nèi)部生理生化發(fā)生變化的表現(xiàn)。本研究通過(guò)測(cè)定NaCl鹽脅迫下7個(gè)水稻品種幼苗生長(zhǎng)和生理生化特性的變化來(lái)探明鹽處理對(duì)水稻苗期生長(zhǎng)的影響，并且通過(guò)隸屬函數(shù)法對(duì)供試水稻材料的耐鹽性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，從而為耐鹽種質(zhì)資源篩選及育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

供試材料:協(xié)青早B(以下簡(jiǎn)稱(chēng)協(xié)B)，福伊B，9311，紫稻，R463，02428，日本晴等7個(gè)水稻品種，種子由江西省農(nóng)科院提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水稻幼苗培養(yǎng) 供試材料種子用1 g/L HgCl2表面消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈，再用蒸餾水浸種2 d。發(fā)芽7 d后，選取大小一致的幼苗移栽到盛有蛭石的塑料盆中，以IRRI營(yíng)養(yǎng)液［11］進(jìn)行培養(yǎng)，每隔3 d換一次營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.2 鹽脅迫處理 在水稻幼苗移栽大約14 d(三葉一心期)后以200 mmol/L NaCl脅迫處理5 d。試驗(yàn)采用3次重復(fù)，每品種每個(gè)重復(fù)種植10株。對(duì)照組則是營(yíng)養(yǎng)液中不加入NaCl，其它培養(yǎng)條件都相同。

1.2.3 株高、根長(zhǎng)和含水量的測(cè)定 株高測(cè)量從植株底部開(kāi)始，一直到葉尖。根長(zhǎng)測(cè)量從植株底部開(kāi)始，一直到根尖。將幼苗去胚乳后，用電子天平稱(chēng)量鮮質(zhì)量，再將幼苗在120℃的烘箱中烘30 min，然后置于80℃烘箱中，直至幼苗質(zhì)量恒定記為干質(zhì)量。利用鮮干質(zhì)量差計(jì)算含水量。

1.2.4 各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測(cè)定 葉綠素含量測(cè)定采用浸提法［12］。電導(dǎo)率的測(cè)定按照汪月霞等［13］方法進(jìn)行測(cè)定?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量的測(cè)定參照李大紅［14］的方法進(jìn)行測(cè)定。脯氨酸含量采用磺基水楊酸法進(jìn)行測(cè)定［15］。MDA含量采用硫代巴比妥酸顯色法［14］進(jìn)行測(cè)定。SOD活性的測(cè)定采用的是碧云天公司的總SOD活性檢測(cè)試劑盒(產(chǎn)品編號(hào)S0109)。

1.2.5 不同水稻品種耐鹽性評(píng)價(jià) 參照張國(guó)新等［16］的隸屬函數(shù)法對(duì)7個(gè)不同水稻品種的耐鹽性進(jìn)行鑒定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖由Excel完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗株高、根長(zhǎng)的影響

在200 mmol/L NaCl處理的鹽脅迫中，各個(gè)品種的水稻幼苗生長(zhǎng)都受到了一定程度的抑制(圖1、圖2)。就株高而言，受鹽脅迫影響最為顯著的是紫稻，與對(duì)照相比株高下降了30.0%，影響最小的是日本晴，下降率只有0.5%。而根長(zhǎng)受鹽脅迫影響最為明顯的也是紫稻，下降率達(dá)到43%，而受影響最小的是9311，與對(duì)照相比，根長(zhǎng)提高了0.56%。

圖1 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗株高的影響Fig.1 Effect of NaCl stress on the plant height of different rice varieties during seedling stage

圖2 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗根長(zhǎng)的影響Fig.2 Effect of NaCl stress on the root length of different rice varieties during seedling stage

2.2 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗含水量的影響

植株相對(duì)含水量是衡量植物耐逆性的一個(gè)重要指標(biāo)。鹽脅迫處理后，各個(gè)品種水稻幼苗相對(duì)含水量呈降低趨勢(shì)。其中下降最顯著的是紫稻，下降率為52.0%，而9311下降最小，下降率為17.6%(圖3)。

圖3 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗含水量的影響Fig.3 Effect of NaCl stress on the water content of different rice varieties during seedling stage

2.3 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗葉綠素含量的影響

鹽脅迫處理后，各個(gè)品種水稻幼苗的葉綠素含量大部分呈降低趨勢(shì)。其中下降最顯著的是協(xié)B，下降率為62.9%，而R463的葉綠素含量提高了1.5%(圖4)。

圖4 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗葉綠素含量的影響Fig.4 Effect of NaCl stress on the chlorophyll content of different rice varieties during seedling stage

2.4 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗細(xì)胞質(zhì)膜透性的影響

細(xì)胞質(zhì)膜是細(xì)胞與環(huán)境之間的界面，各種逆境對(duì)細(xì)胞的影響首先作用于質(zhì)膜，逆境脅迫對(duì)質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和功能的影響通常表現(xiàn)為選擇透性的下降甚至喪失、電解質(zhì)與某些小分子有機(jī)物質(zhì)的大量外滲。鹽脅迫處理后，各個(gè)品種水稻幼苗相對(duì)電導(dǎo)率均呈增加趨勢(shì)。其中提高最顯著的是9311，提高率為275.4%，而協(xié)B增加最小，提高率為103.8%(圖5)。

圖5 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effect of NaCl stress on the conductivity of different rice varieties during seedling stage

2.5 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗可溶性蛋白含量的影響

植物體內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加是植物在逆境的適應(yīng)表現(xiàn)，可作為鑒定植物相對(duì)抗性的指標(biāo)。鹽脅迫處理后，協(xié)B、福伊B和9311幼苗的可溶性蛋白含量發(fā)生了顯著的提高，提高率分別為48.7%、20.4%以及12.6%，而紫稻的可溶性蛋白含量下降了8.2%，其它品種的含量并沒(méi)有發(fā)生顯著變化(圖6)。

圖6 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.6 Effect of NaCl stress on the soluble protein content of different rice varieties during seedling stage

圖7 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗脯氨酸含量的影響Fig.7 Effect of NaCl stress on the proline content of different rice varieties during seedling stage

2.6 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)一種小分子的滲透物質(zhì)，當(dāng)植物受到鹽脅迫時(shí)，脯氨酸的累積能提高植物的耐鹽性。在鹽脅迫下，各個(gè)品種水稻幼苗脯氨酸含量均明顯高于對(duì)照組，其中協(xié)B的脯氨酸含量提高的最為顯著，提高率為2 308.1%，而02428的提高程度最小，提高率為326.5%(圖7)。

2.7 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗MDA含量的影響

MDA是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，其量的變化可作為衡量逆境脅迫對(duì)植物造成氧化損害的指標(biāo)。鹽脅迫下的水稻幼苗葉片的MDA含量均呈明顯上升趨勢(shì)。其中，日本晴的MDA含量與對(duì)照組相比增加了312.0%，而02428的增加的最少，增加率為53.3%(圖8)。

圖8 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗MDA含量的影響Fig.8 Effect of NaCl stress on the MDA content of different rice varieties during seedling stage

2.8 NaCl處理對(duì)水稻不同品種幼苗SOD活性的影響

SOD是重要的活性氧清除酶，當(dāng)外來(lái)脅迫導(dǎo)致大量活性氧產(chǎn)生時(shí)，它能及時(shí)有效清除自由基，保護(hù)細(xì)胞免受活性氧脅迫的傷害。鹽脅迫下的水稻幼苗的SOD活性與對(duì)照組相比發(fā)生了不同程度的增加。其中，協(xié)B的SOD活性提高的最為顯著，提高率為943.7%，而紫稻的提高程度最小，提高率為 2.0%(圖 9)。

圖9 NaCl處理對(duì)不同水稻品種幼苗SOD活性的影響Fig.9 Effect of NaCl stress on the SOD activity of different rice varieties during seedling stage

2.9 水稻不同品種幼苗耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

利用隸屬函數(shù)計(jì)算方程，對(duì)9個(gè)生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)的變化率(表1)進(jìn)行數(shù)量轉(zhuǎn)換，量化結(jié)果見(jiàn)表2。水稻耐鹽性是一個(gè)多因素作用的結(jié)果，因此單一指標(biāo)很難真正反映品種的耐鹽性，而各種生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)更能揭示品種真實(shí)耐鹽力。各指標(biāo)平均值最大的為協(xié)B，其值為0.683 9;其次為R463，其值為0.592 6;紫稻最小，僅為0.143 4;其它品種在0.352 6 ～0.558 4。從大到小依次依次為:協(xié)B、R463、9311、日本晴、福伊B、02428、紫稻(表2)。說(shuō)明協(xié)B耐鹽性最強(qiáng)，紫稻耐鹽性最弱。

表1 各項(xiàng)生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)變化率Tab.1 The rate of change in the growth and physiological and biochemical characteristics

表2 不同品種在鹽分脅迫下指標(biāo)數(shù)量轉(zhuǎn)換Tab.2 The index conversion of different rice varieties under salt stress

3 討論

水稻耐鹽性是一種復(fù)雜的生理特性，目前對(duì)水稻耐鹽性的評(píng)價(jià)主要通過(guò)表型指標(biāo)和生理生化指標(biāo)進(jìn)行［17］。鹽脅迫處理對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)NaCl脅迫處理對(duì)水稻以及甜椒幼苗的株高、根長(zhǎng)都有顯著的影響［18-19］。本研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)5 d的200 mmol/L NaCl處理后，7個(gè)水稻品種幼苗表現(xiàn)出不同程度的株高變矮、根長(zhǎng)變短(除9311以外)，說(shuō)明水稻幼苗生長(zhǎng)受到抑制。

葉片相對(duì)含水量是植物葉片細(xì)胞水分生理狀態(tài)的反映，在一定程度上反映了植物組織水分虧缺程度。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫處理后，各個(gè)品種水稻幼苗的葉片含水量均發(fā)生了不同程度的降低，這個(gè)研究結(jié)果與金美芳等［18］的研究結(jié)果是一致的，其機(jī)理可能是鹽脅迫導(dǎo)致水稻幼苗內(nèi)離子的過(guò)量積累，造成外界溶液的水勢(shì)降低，產(chǎn)生滲透脅迫引起細(xì)胞脫水，水稻組織出現(xiàn)生理性缺水。

葉綠素含量是體現(xiàn)葉片衰老程度的指標(biāo)之一，很多研究表明，各種細(xì)胞器中受鹽分影響比較敏感的是葉綠素。鹽脅迫下植物葉片中葉綠素含量下降，可能是由于葉綠素酶活性增強(qiáng)，促使葉綠素分解［20］。鹽脅迫下植物體內(nèi)葉綠素含量的變化較為復(fù)雜，本試驗(yàn)結(jié)果表明，鹽脅迫處理后，除R463幼苗的葉綠素含量無(wú)明顯變化外，其余6個(gè)品種的水稻幼苗的葉綠素含量都發(fā)生了明顯的下降。下降程度由高到低依次為協(xié) B、紫稻、福伊 B、日本晴、02428、9311、R463。

研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜是逆境對(duì)植物傷害的原初位點(diǎn)，尤以質(zhì)膜的傷害最為嚴(yán)重。質(zhì)膜在受到鹽脅迫后透性增大和膜脂過(guò)氧化，從而損害膜的正常生理功能，進(jìn)而影響細(xì)胞的代謝作用，最終導(dǎo)致植物代謝過(guò)程發(fā)生紊亂［21］。本研究中，鹽脅迫下各個(gè)品種水稻幼苗的電導(dǎo)率都發(fā)生了明顯的增加，說(shuō)明NaCl處理后，水稻幼苗葉片的選擇透性明顯降低，電解質(zhì)以及某些小分子有機(jī)物質(zhì)發(fā)生大量外滲，從而影響幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

研究發(fā)現(xiàn)，滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)鹽脅迫的基本特征之一，鹽脅迫可提高水稻幼苗可溶性蛋白和脯氨酸等的含量［22］?？扇苄缘鞍缀颗c植物的抗逆性之間存在正相關(guān)，植物抗逆性的提高可能涉及特異可溶性蛋白質(zhì)形成［14］。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫處理后，只有部分品種(協(xié)B、福伊B、9311)水稻幼苗的可溶性蛋白含量提高了，具體機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。Hichri等［23］的研究結(jié)果表明，鹽脅迫條件下，植物體內(nèi)大量積累脯氨酸。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，各個(gè)品種水稻幼苗的脯氨酸含量都發(fā)生了明顯的增加，說(shuō)明脯氨酸作為滲透溶質(zhì)增強(qiáng)植物的抗逆性。

MDA是細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物，它的積累可作為植物葉片細(xì)胞膜受破壞程度的指標(biāo)。此外，MDA含量與植物耐鹽性密切相關(guān)，許多研究表明，耐鹽的植物MDA含量比較低［24］。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，7個(gè)水稻品種幼苗的MDA含量都有大幅度的上升，說(shuō)明各個(gè)水稻品種的細(xì)胞膜均受到一定程度的傷害。

許多植物抗逆研究已經(jīng)表明SOD酶活性與植物抗逆性有極為密切的關(guān)系［25］。本研究結(jié)果表明，在鹽脅迫條件下，除紫稻外，其余6個(gè)品種的水稻幼苗的SOD活性都發(fā)生了顯著的提高。水稻耐鹽性是一個(gè)多因素作用的結(jié)果，機(jī)理復(fù)雜，隸屬函數(shù)分析提供了一條在多指標(biāo)測(cè)定基礎(chǔ)上對(duì)材料特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的途徑，將其應(yīng)用于水稻耐鹽育種的研究，可大大提高水稻耐鹽性篩選的可靠性［16］。本研究利用隸屬函數(shù)法對(duì)各項(xiàng)生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)在所試驗(yàn)的7個(gè)水稻品種中協(xié)B是相對(duì)比較耐鹽的。

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