朱 梅 栗昕羽 張?zhí)焱?陳 雷

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036；2.合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009)

水稻在我國(guó)種植范圍廣、面積大，是主要的糧食作物。干旱脅迫、鹽脅迫和鹽旱交叉脅迫是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最重要的環(huán)境脅迫[1]，也是阻礙我國(guó)水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵自然因素，嚴(yán)重影響我國(guó)的水稻糧食安全。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于植物干旱、鹽害和鹽旱交叉脅迫的研究較多：從探究脅迫對(duì)植物的影響角度，Ke Yuqin等[2]認(rèn)為干旱脅迫下水稻細(xì)胞內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，大量活性氧(ROS)無(wú)法清除從而影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明[3-5]水稻葉片中葉綠體對(duì)鹽分變化最敏感，且在鹽脅迫下有膨脹成球形的趨勢(shì)。從作物抗旱耐鹽角度，水稻OsbZIP62、OsPYL/RCAR5基因可以調(diào)控水稻耐旱性[6-7]。Biswas Sudip等[8]與Yong Mingli等[9]研究發(fā)現(xiàn)MAT1-1-2與外源RGB1基因能提高水稻耐鹽性。茉莉酸鹽與脫落酸(ABA)協(xié)同作用可緩解水稻在鹽旱交叉脅迫下的影響[10]。施用茉莉酸甲酯(MeJA)[11]、磷脂酰肌醇特異性磷脂酶C(phosphatidylinositol-specific phospholipase C,PI-PLC)[12]可減輕干旱脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響。從施用化肥角度，鹽旱交叉脅迫下銨肥可促進(jìn)側(cè)根的形成和伸長(zhǎng)，緩解鹽旱交叉脅迫作用[13]。生物炭(Biochar)可提高葉片水分狀況、株高和葉綠素含量，有利于緩解鹽脅迫[14]。以上研究多從基因、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、化肥使用等角度解決水稻受到干旱鹽害脅迫的影響?；蛱幚聿灰撞僮?，而化學(xué)試劑自然環(huán)境下大多難以快速分解。從光的應(yīng)用角度研究鹽旱影響的報(bào)道則較少。

光照在植物的生長(zhǎng)發(fā)育中有特殊的地位。在植物光反應(yīng)中，為了能夠感知周圍光環(huán)境并對(duì)其變化做出響應(yīng)，植物進(jìn)化出了光受體，其中最主要的光受體為紅光吸收型光敏色素和遠(yuǎn)紅光吸收型光敏色素。紅光吸收型光敏色素為生理失活型，最大吸收波長(zhǎng)為660 nm；遠(yuǎn)紅光吸收型光敏色素為生理激活型，最大吸收波長(zhǎng)為730 nm。2種光吸收型光敏色素對(duì)紅光和遠(yuǎn)紅光極其敏感，在紅光和遠(yuǎn)紅光照射下可以相互逆轉(zhuǎn)，從而影響植物光形態(tài)建成。通過(guò)調(diào)控2種光敏色素轉(zhuǎn)變，紅光與遠(yuǎn)紅光對(duì)種子萌發(fā)[15]、莖的伸長(zhǎng)[16]、葉的擴(kuò)展[17]、避蔭作用[18]以及植物開(kāi)花誘導(dǎo)等均有影響。在植物從萌發(fā)到成熟的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中光敏色素起到重要的調(diào)節(jié)作用，因其在分生組織(如胚芽鞘、胚軸、幼葉)以及幼嫩器官中含量相對(duì)較多[19]，所以在種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)階段作用更為明顯。

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，光敏色素還參與調(diào)控植物應(yīng)對(duì)病原菌、蟲(chóng)害等生物脅迫，以及冷害、高溫、干旱和鹽害等非生物脅迫[20-21]，尤其在光敏色素參與緩解鹽脅迫角度已有系統(tǒng)的研究[22]。不過(guò)關(guān)于光對(duì)干旱脅迫及鹽旱交叉脅迫下作物的影響國(guó)內(nèi)外研究甚少。目前關(guān)于光敏色素調(diào)控植物對(duì)非生物脅迫的研究更是主要集中在模式植物擬南芥中，對(duì)于大田作物的研究相對(duì)較少[23]。

關(guān)于遠(yuǎn)紅光對(duì)植物影響的研究，Rosa等[24]發(fā)現(xiàn)經(jīng)遠(yuǎn)紅光照射后，松樹(shù)幼苗莖的高度和粗度均有增加。黃薪歷等[25]研究表明，白天提高遠(yuǎn)紅光比例，可顯著增加番茄幼苗的株高以及莖、葉中GA3和IAA含量，使番茄開(kāi)花提早。還有研究發(fā)現(xiàn)增大遠(yuǎn)紅光比例，可促進(jìn)黑麥草、大麥等禾本植物的葉片、葉鞘伸長(zhǎng)[26]。因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)紅光的相對(duì)輻照強(qiáng)度來(lái)調(diào)控植株生長(zhǎng)及發(fā)育[27]。

LED(Light-emitting diodes，發(fā)光二極管)植物生長(zhǎng)燈器件主要利用LED芯片搭配熒光粉封裝而成，在農(nóng)業(yè)與生物領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景[28]。本研究使用由藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒光粉封裝而成的新型遠(yuǎn)紅光光源，其光譜波峰為730 nm。目前植物照明LED領(lǐng)域，關(guān)于光形態(tài)建成遠(yuǎn)紅光吸收態(tài)、吸收峰值波長(zhǎng)為730 nm的新型遠(yuǎn)紅光材料較少，遠(yuǎn)紅光LED對(duì)于大田作物的光形態(tài)建成方面的影響尚不明確。

本研究擬從光控作物發(fā)育角度出發(fā)，通過(guò)改變遠(yuǎn)紅光LED光源的間斷輻照次數(shù)及單次輻照時(shí)長(zhǎng)，探求不同輻照情景對(duì)干旱和鹽害條件下水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)變化，確定不同輻照情景對(duì)水稻抗旱耐鹽的影響，以期為探索鹽旱逆境下的水稻生長(zhǎng)發(fā)育提供一種新的光學(xué)手段，為遠(yuǎn)紅光LED調(diào)控作物逆境生長(zhǎng)提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年5月—2019年6月，在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院水利學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.1.1主要試劑

供試水稻品種為Y兩優(yōu)900，該品種為秈型兩系雜交中稻，結(jié)實(shí)率78.3%，產(chǎn)量高,由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院提供。

試驗(yàn)用水培液為標(biāo)準(zhǔn)霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，購(gòu)于青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司，營(yíng)養(yǎng)液主要成分為硫酸鉀、磷酸二氫銨、硫酸鎂。試驗(yàn)過(guò)程中利用聚乙二醇PEG(純度98.5%)模擬干旱脅迫，氯化鈉NaCl(純度99.5%)模擬鹽脅迫，2種試劑均由無(wú)錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司生產(chǎn)。

1.1.2主要儀器

供試培養(yǎng)容器為自行設(shè)計(jì)的定制培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱模型見(jiàn)圖1。該裝置包括透明外殼、定植面板和LED光源槽孔裝置3部分。透明外殼由5 mm 厚透明亞克力板制成，外殼內(nèi)設(shè)有100孔的定植面板。定植面板的開(kāi)孔大小為12 mm。LED光源槽孔裝置用來(lái)放置LED燈珠，LED燈連接定時(shí)插座，用于控制間斷輻照次數(shù)及輻照時(shí)長(zhǎng)。

1.LED光源槽孔裝置；2.透明外殼；3.定植面板；4.試管插孔；5.試管1.LED lamp slot; 2.Transparent shell; 3.Plant panel; 4.Test tube socket; 5.Test tube圖1 供試培養(yǎng)箱模型Fig.1 Test incubator model

1.1.3遠(yuǎn)紅光LED燈珠制備

供試光源為遠(yuǎn)紅光LED燈珠，利用(Y0.75Gd0.25)3[(Ga0.75Sc0.25)0.94Cr0.06]5O12合成熒光粉將藍(lán)光LED封裝轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅光LED，光譜波峰為730 nm。LED芯片封裝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。熒光粉的合成以Y2O3、Gd2O3、Al2O3、Ga2O3、Sc2O3和Cr(NO3)3為原料，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的助熔劑BaF2，振動(dòng)球磨機(jī)球磨30 min裝入剛玉坩堝，在馬弗爐中于1 450 ℃煅燒8 h，研磨出爐后的樣品為試驗(yàn)用熒光粉(Y0.75Gd0.25)3[(Ga0.75Sc0.25)0.94Cr0.06]5O12(記為(Y,Gd)3(Ga,Sc)5O12∶Cr3+)遠(yuǎn)紅光熒光粉。熒光粉與高折射率AB硅膠充分混合均勻，再脫泡除氣，滴定至發(fā)射波長(zhǎng)為450 nm 的藍(lán)光LED芯片上，在150 ℃真空狀態(tài)下烘干，得到遠(yuǎn)紅光LED器件。器件采用圓頂弧形結(jié)構(gòu)封裝熒光粉層，可以提高光提取效率。使用配備有效波長(zhǎng)范圍為350～1 100 nm 的1.5 m積分球的HAAS-2000光輻射計(jì)(遠(yuǎn)方光電有限公司生產(chǎn))測(cè)試LED器件的光、色、電參數(shù)。圖3為本試驗(yàn)使用的白光LED和遠(yuǎn)紅光LED光照強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)圖。

1.電極；2.LED芯片；3.熒光粉；4.透明硅膠；5.LED燈架1.Electrode; 2.LED chip; 3.Phosphor; 4.Transparent silica gel; 5.LED bracket圖2 熒光粉搭配LED芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Packaging structure of LED chip with phosphor

圖3 遠(yuǎn)紅光LED和白光LED發(fā)光強(qiáng)度及對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)Fig.3 Luminous intensity and corresponding wavelength of far red LED and white LED

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下干旱與鹽害界限值試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)已有研究[29-30]，設(shè)計(jì)4種質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度聚乙二醇(PEG)和4種濃度梯度的氯化鈉(NaCl)溶液模擬水稻不同程度的干旱脅迫和鹽脅迫，確定遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下水稻生長(zhǎng)發(fā)育的干旱與鹽害界限值。

試驗(yàn)1：使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)為0(CK-P)、18%(T-P1)、20%(T-P2)、22%(T-P3)、24%(T-P4)的聚乙二醇(PEG)溶液模擬不同程度干旱脅迫。

試驗(yàn)2：使用濃度(c)梯度為0(CK-N)、0.05(T-N1)、0.10(T-N2)、0.15(T-N3)和0.20 mol/L(T-N4)的氯化鈉(NaCl)溶液模擬不同程度鹽脅迫。

試驗(yàn)1、2光環(huán)境設(shè)置白天(9:00—21:00)使用白光燈帶模擬太陽(yáng)光照射培養(yǎng)，夜間21:00開(kāi)始使用遠(yuǎn)紅光LED光源間斷輻照，每次輻照20 min，間隔10 min黑暗，再輻照20 min，間隔10 min黑暗，如此操作，進(jìn)行間斷輻照4次，輻照處理總時(shí)長(zhǎng)110 min(輻照4次共80 min，間斷3次共30 min)，至22:50。遠(yuǎn)紅光間斷輻照結(jié)束后黑暗處理至次日9:00。由定時(shí)插座控制光照時(shí)間。

1.2.2遠(yuǎn)紅光不同輻照試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以試驗(yàn)1、2確定的干旱與鹽害界限值為鹽旱脅迫條件，設(shè)置遠(yuǎn)紅光不同間斷輻照次數(shù)試驗(yàn)及不同單次輻照時(shí)長(zhǎng)試驗(yàn)。

試驗(yàn)3：試驗(yàn)組設(shè)置白天(9:00—21:00)使用白光燈帶模擬太陽(yáng)光照射培養(yǎng)，夜間21:00開(kāi)始使用遠(yuǎn)紅光LED光源輻照。T-C1試驗(yàn)組遠(yuǎn)紅光LED光源輻照1次，輻照20 min，輻照處理總時(shí)長(zhǎng)20 min。T-C2、T-C3、T-C4試驗(yàn)組分別設(shè)置遠(yuǎn)紅光LED光源間斷輻照2、3、4次，每次輻照20 min，間隔10 min黑暗，輻照處理總時(shí)長(zhǎng)分別為50、80、110 min。遠(yuǎn)紅光間斷輻照結(jié)束后黑暗處理至次日9:00。具體遠(yuǎn)紅光輻照方案見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)3遠(yuǎn)紅光輻照方案Table 1 Groups and corresponding far red light irradiation schemes of experiment 3

試驗(yàn)4：試驗(yàn)組設(shè)置白天(9:00—21:00)使用白光燈帶模擬太陽(yáng)光照射培養(yǎng)，夜間21:00開(kāi)始使用遠(yuǎn)紅光LED光源輻照。T-T1～T-T4試驗(yàn)組遠(yuǎn)紅光LED分別單次輻照5、10、15、20 min，每個(gè)處理間斷輻照4次，每次輻照間隔10 min，輻照處理總時(shí)長(zhǎng)50、70、90、110 min。遠(yuǎn)紅光間斷輻照結(jié)束后黑暗處理至次日9:00。具體遠(yuǎn)紅光輻照方案見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)4遠(yuǎn)紅光輻照方案Table 2 Groups and corresponding far red light irradiation schemes of experiment 4

對(duì)照組(CK-C、CK-T)設(shè)置白天(9:00—21:00)使用白光燈帶模擬太陽(yáng)光照射培養(yǎng)，夜間(21:00—次日9:00)黑暗；由定時(shí)插座控制光照時(shí)間。

1.2.3水稻種子處理

選取1 500枚水稻Y兩優(yōu)900種子，使用蒸餾水25 ℃恒溫浸種48 h。浸種結(jié)束后，在透明箱體內(nèi)加入標(biāo)準(zhǔn)霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液，購(gòu)入管徑大小為12 mm的塑料試管，剪去試管底部圓弧部分，插入定植面板，裁取濾紙，平鋪于定植面板上，將水稻種子插在試管口中心的濾紙上定植，按上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)觀測(cè)19 d。

1.3 數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)于2019年6月4開(kāi)始觀測(cè)，觀測(cè)期前7 d每隔12 h取樣觀測(cè)1次，記錄發(fā)芽數(shù)量，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)。7 d后(6月11日起)每隔24 h 進(jìn)行取樣觀測(cè)1次，測(cè)量幼苗株高、根長(zhǎng)、莖粗。觀測(cè)至各品種水稻幼苗均長(zhǎng)出第2片真葉為止，試驗(yàn)觀測(cè)歷時(shí)19 d。

取樣方法采用對(duì)角線取樣法(圖4)，將培養(yǎng)箱中100株樣本劃分為5個(gè)小區(qū)，每次每小區(qū)取5個(gè)普通測(cè)量樣本，在任意區(qū)選取1株長(zhǎng)勢(shì)較好的植株，其他4個(gè)區(qū)各選取1株與其長(zhǎng)勢(shì)相似的植株，標(biāo)記為標(biāo)準(zhǔn)株。每個(gè)培養(yǎng)箱共選擇25個(gè)普通樣本株和5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)株。普通樣本株測(cè)量發(fā)芽參數(shù)及形態(tài)參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)株因長(zhǎng)勢(shì)較好，用于測(cè)量干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測(cè)量結(jié)果取平均值。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率=(觀測(cè)期前7 d發(fā)芽種子數(shù)/全部樣本數(shù))×100%

發(fā)芽勢(shì)=(觀測(cè)期前3 d發(fā)芽種子數(shù)/全部樣本數(shù))×100%
發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

式中：Gt為每日發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

幼苗根長(zhǎng)、株高、莖粗測(cè)量使用游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測(cè)量。

觀測(cè)至第19 d結(jié)束，選取每個(gè)品種標(biāo)記為標(biāo)準(zhǔn)株的5株植株分別裝入牛皮紙袋，在烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min 后，繼續(xù)75 ℃烘至恒質(zhì)量，使用電子天平(精度0.001g)稱量幼苗干物質(zhì)量。

葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定采用丙酮提取法。

本試驗(yàn)采用 Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，IBM SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖4 100孔培養(yǎng)箱對(duì)角線取樣法分區(qū)取樣示意圖Fig.4 Schematic diagram of sampling by diagonal sampling method for 100-hole test box

2 結(jié)果與分析

2.1 基于遠(yuǎn)紅光輻照的干旱界限值試驗(yàn)

按試驗(yàn)1、2設(shè)計(jì)方案，遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，不同干旱處理水稻幼苗培養(yǎng)至第19 天時(shí)的生長(zhǎng)情況見(jiàn)圖5?？梢钥闯?，隨著培養(yǎng)液中聚乙二醇(PEG)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，幼苗生長(zhǎng)倒伏現(xiàn)象嚴(yán)重，在重度干旱環(huán)境(T-P4)下，幼苗幾乎死亡。

CK-P、T-P1、T-P2、T-P3、T-P4分別表示 w(PEG)為0、18%、20%、22%、24% 的干旱脅迫處理組，圖6同。CK-P, T-P1, T-P2, T-P3 and T-P4 were drought stress groups with 0, 18%, 20%, 22% and 24% PEG content, respectively. The same in Fig.6.圖5 不同程度干旱脅迫下水稻幼苗生長(zhǎng)情況Fig.5 Growth situation of rice seedlings under different degrees of drought stress

圖6示出干旱脅迫下水稻種子及幼苗各處理組參數(shù)。可見(jiàn)隨著PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，水稻發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)逐漸減小，發(fā)芽指數(shù)呈先緩慢增大后減小趨勢(shì)(圖6(a))。其中，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)在T-P2處理減小幅度最大，分別比T-P1處理下降了19.27%與20.21%。發(fā)芽指數(shù)在輕度干旱條件下(CK-P、T-P1、T-P2)小幅度上升，增長(zhǎng)了3%，隨著干旱程度增大，發(fā)芽指數(shù)迅速下降，T-P3、T-P4處理分別比最大值減少了22%、40%。

隨著干旱程度增加，水稻幼苗各形態(tài)參數(shù)均呈下降趨勢(shì)(圖6(b)、(c))。根長(zhǎng)在T-P1處理中比對(duì)照組小幅度增長(zhǎng)了4%，而T-P2處理中，根長(zhǎng)比T-P1 驟減50.5%。株高與莖粗在輕度干旱下(T-P1、T-P2)受影響程度較小，T-P2分別比對(duì)照組減小了18%、17.1%，T-P4則比T-P2分別減小了56%、50.34%。各組干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈下降趨勢(shì)。其中，T-P1、T-P2、T-P3、T-P4處理中干物質(zhì)量分別比對(duì)照組減小了8.6%、40%、55%、63%，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別減小了2.2%、31.9%、40.6%、69.6%。

綜上，干旱條件為w(PEG)=18%時(shí)，水稻種子及幼苗受到一定程度的脅迫抑制，干旱條件為w(PEG)=20%時(shí)，水稻種子及幼苗各參數(shù)下降明顯，干旱環(huán)境對(duì)水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)發(fā)育影響嚴(yán)重，不適宜探究遠(yuǎn)紅光不同輻照情景對(duì)水稻干旱脅迫的影響。由此設(shè)定水稻在遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，干旱界限值為w(PEG)=18%。

圖6 干旱脅迫對(duì)水稻種子及幼苗的影響Fig.6 Effect of drought stress on rice seeds and seedlings

2.2 基于遠(yuǎn)紅光輻照的鹽害界限值試驗(yàn)

水稻培養(yǎng)第19天時(shí)，遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，不同鹽害條件水稻幼苗生長(zhǎng)情況見(jiàn)圖7?？梢?jiàn)，隨著NaCl濃度的增大，幼苗生長(zhǎng)倒伏現(xiàn)象嚴(yán)重，在重度鹽害環(huán)境下(T-N4處理組)，幼苗幾乎死亡。

圖8示出鹽脅迫下水稻種子及幼苗各處理組參數(shù)。隨著NaCl濃度的增大，水稻發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)(圖8(a))。發(fā)芽率在T-N3、T-N4處理中下降明顯，分別比對(duì)照組降低了26%、45.5%；發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)在T-N2開(kāi)始明顯降低，分別比最大值降低了19.8%、18%，在更大程度的干旱條件下，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)比最大值的減小程度均大于30%。

隨著鹽害程度增加，試驗(yàn)組間水稻幼苗各形態(tài)參數(shù)均呈下降趨勢(shì)(圖8(b)、(c))。其中，根長(zhǎng)在 T-N2 處理下開(kāi)始明顯下降，比最大值(T-N1)減小50.6%。株高在T-N3處理下開(kāi)始明顯下降，比對(duì)照組減小了47.7%。莖粗T-N1處理比對(duì)照組減小了16.7%，在T-N2處理下有小幅度增長(zhǎng)，隨著NaCl濃度繼續(xù)增加，莖粗大幅度減小，T-N4處理比對(duì)照組減小了47.2%。鹽害各組干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈下降趨勢(shì)。其中，T-N1組下降幅度較小，干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別下降了8.6%、10.1%，而T-N2、T-N3、T-N4處理中，干物質(zhì)量分別比對(duì)照組減小了37.2%、63.6%、82.6%，葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別減小了33.3%、47.1%、75.4%。

綜上，c(NaCl)=0.05 mol/L鹽脅迫條件下，水稻種子及幼苗受到一定程度的脅迫抑制，鹽脅迫條件增大至c(NaCl)=0.10 mol/L時(shí)，水稻種子、幼苗各參數(shù)下降明顯，高濃度鹽脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)發(fā)育影響嚴(yán)重，不適宜探究遠(yuǎn)紅光不同輻照情景對(duì)水稻鹽脅迫的影響。由此設(shè)定水稻在遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下鹽害界限值為c(NaCl)=0.05 mol/L。

CK-N、T-N1、T-N2、T-N3、T-N4分別表示c (NaCl) 為0、0.05、0.10、0.15、0.20 mol/L 的鹽脅迫處理組，圖8同。CK-N, T-N1, T-N2, T-N3 and T-N4 were salt stress groups with 0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 mol/L NaCl solution, respectively. Fig.8 is the same.圖7 不同程度鹽脅迫下水稻幼苗生長(zhǎng)情況Fig.7 The growth of rice seedlings under different levels of salt stress

圖8 鹽脅迫對(duì)水稻種子及幼苗的影響Fig.8 The effect of salt stress on rice seeds and seedlings

2.3 遠(yuǎn)紅光間斷輻照次數(shù)對(duì)水稻種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

根據(jù)試驗(yàn)1、2，在遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，水稻Y兩優(yōu)900干旱界限值為w(PEG)=18%，鹽害界限值為c(NaCl)=0.05 mol/L。在該界限值條件下，進(jìn)行遠(yuǎn)紅光不同間斷輻照次數(shù)對(duì)水稻種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)。設(shè)置輻照1～4次4個(gè)試驗(yàn)組，每個(gè)處理單次輻照20 min，間斷10 min(表1)。

隨著遠(yuǎn)紅光間斷輻照次數(shù)增加，水稻種子發(fā)芽參數(shù)及幼苗形態(tài)參數(shù)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。遠(yuǎn)紅光輻照4次時(shí)，各指數(shù)均達(dá)到最大值(圖9)。

發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照組相比均有顯著增長(zhǎng)，其中發(fā)芽指數(shù)增長(zhǎng)最多，增長(zhǎng)了25.7%；發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)分別增長(zhǎng)了9.1%、10.5%。水稻根長(zhǎng)與莖粗在輻照1次時(shí)比對(duì)照組增長(zhǎng)了16.7%、5.2%；間斷輻照4次比對(duì)照組分別增長(zhǎng)了29.2%、8.9%。間斷輻照次數(shù)增加對(duì)幼苗株高的影響最小，總增長(zhǎng)了7.2%，且當(dāng)輻照少于4次時(shí)，莖粗增長(zhǎng)很少。隨著間斷輻照次數(shù)增多，增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照次數(shù)對(duì)水稻幼苗干物質(zhì)量和葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響最大，分別增長(zhǎng)了50.6%、85.8%。增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照次數(shù)對(duì)水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用。

CK-C、T-C1、T-C2、T-C3、T-C4分別對(duì)應(yīng)試驗(yàn)處理見(jiàn)表1。See Table 1 for test treatment scheme corresponding to CK-C, T-C1, T-C2, T-C3 and T-C4.圖9 不同間斷輻照次數(shù)對(duì)水稻種子及幼苗的影響Fig.9 Effects of different interruption times on rice seeds and seedlings

2.4 遠(yuǎn)紅光輻照時(shí)長(zhǎng)對(duì)種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響

在試驗(yàn)1、2所得干旱與鹽害界限值條件下，進(jìn)行遠(yuǎn)紅光不同單次輻照時(shí)長(zhǎng)試驗(yàn)，設(shè)置遠(yuǎn)紅光間斷輻照4次，單次輻照時(shí)長(zhǎng)5、10、15、20 min 4個(gè)處理(表2)。

隨著遠(yuǎn)紅光單次輻照時(shí)長(zhǎng)的增加，試驗(yàn)組水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均明顯大于無(wú)遠(yuǎn)紅光輻照對(duì)照組，且呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。單次輻照20 min時(shí)發(fā)芽參數(shù)均達(dá)到最大，分別比輻照對(duì)照組增大了10.2%、10.5%、34.3%(圖10(a))。

由圖10(b)、(c)可見(jiàn)，水稻幼苗各形態(tài)參數(shù)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在輻照20 min時(shí)達(dá)到最大值。其中，單次輻照時(shí)長(zhǎng)的增加對(duì)幼苗根長(zhǎng)的影響最大，與對(duì)照組相比，單次輻照20 min根長(zhǎng)增加了91.7%；與單次輻照5 min相比，單次輻照20 min根長(zhǎng)增長(zhǎng)了12.2%。增加單次輻照時(shí)長(zhǎng)對(duì)莖粗的促進(jìn)作用最微弱，增大了7.7%，其中輻照0～15 min時(shí)，幼苗莖粗增長(zhǎng)很小，輻照20 min時(shí)，增長(zhǎng)略增多。株高的增長(zhǎng)較緩慢且平穩(wěn)，與對(duì)照組相比，增長(zhǎng)了14.4%。隨著單次輻照時(shí)長(zhǎng)的增加，幼苗干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增速逐漸增加，分別總增長(zhǎng)了48.8%、68.1%。增加單次遠(yuǎn)紅光輻照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用。

CK-T、T-T1、T-T2、T-T3、T-T4分別對(duì)應(yīng)試驗(yàn)處理見(jiàn)表2。See Table 2 for test treatment scheme corresponding to CK-T, T-T1, T-T2, T-T3 and T-T4.圖10 不同單次輻照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻種子及幼苗的影響Fig.10 Effects of different irradiation intervals on rice seeds and seedlings

3 結(jié) 論

本研究以水稻Y兩優(yōu)900種子為研究對(duì)象，在遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，試驗(yàn)研究水稻生長(zhǎng)發(fā)育的干旱與鹽害界限值，基于界限值設(shè)計(jì)干旱與鹽害交叉脅迫試驗(yàn)，研究了遠(yuǎn)紅光不同間斷輻照次數(shù)與不同單次輻照時(shí)長(zhǎng)對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響。主要結(jié)論如下：

1)遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，隨著干旱程度加深，水稻各參數(shù)整體均呈下降趨勢(shì)。水稻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、幼苗根長(zhǎng)、纖維素、葉綠素在聚乙二醇(PEG)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的處理中分別比無(wú)干旱脅迫對(duì)照組減少了19.27%、20.21%、50.5%、40%、31.9%。在PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于18% 的干旱條件下，水稻種子、幼苗各參數(shù)下降明顯，對(duì)水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)發(fā)育影響嚴(yán)重。由此確定遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，水稻干旱界限值為w(PEG)=18%。

2)遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，隨著鹽害程度加深，水稻各參數(shù)整體均呈下降趨勢(shì)。水稻種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)，幼苗根長(zhǎng)、纖維素、葉綠素在NaCl溶液濃度為0.10 mol/L 處理中分別比無(wú)鹽害脅迫對(duì)照組減少了19.8%、18%、50.6%、37.2%、33%。在NaCl濃度大于0.05 mol/L的鹽脅迫條件下，水稻種子、幼苗各參數(shù)下降明顯，高濃度鹽脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)發(fā)育影響嚴(yán)重。由此確定遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光條件下，水稻鹽害界限值為c(NaCl)=0.05 mol/L。

3)隨著遠(yuǎn)紅光間斷輻照次數(shù)增加，水稻Y兩優(yōu)各參數(shù)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。與對(duì)照組相比，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)分別增長(zhǎng)了9.1%、10.5%和25.7%，根長(zhǎng)、株高、莖粗分別增長(zhǎng)了29.2%、7.2%和8.9%，干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增長(zhǎng)了50.6%與85.8%。遠(yuǎn)紅光間斷輻照次數(shù)增加對(duì)水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。

4)隨著遠(yuǎn)紅光單次輻照時(shí)長(zhǎng)增加，水稻Y兩優(yōu)各參數(shù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。與對(duì)照組相比，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)分別增長(zhǎng)了10.2%、10.5%和34.3%，根長(zhǎng)、株高、莖粗分別增長(zhǎng)了91.6%、14.4%和7.8%，干物質(zhì)量與葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增長(zhǎng)了48.8% 與68.1%。增加單次遠(yuǎn)紅光輻照時(shí)長(zhǎng)可促進(jìn)水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)。

5)本研究利用一種新的光學(xué)手段探索水稻抗旱耐鹽的方法，通過(guò)試驗(yàn)證明遠(yuǎn)紅光間斷輻照可促進(jìn)鹽旱脅迫下水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)，尤其是促進(jìn)幼苗干物質(zhì)量與葉綠素的積累，為水稻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的光調(diào)控提供了試驗(yàn)依據(jù)。