NaCl胁迫对低植酸小麦突变体材料种子萌发特性的影响

郎淑平，马燕欣

（浙江省嘉兴市农业科学研究院（所），浙江嘉兴3 14016）

NaCl胁迫对低植酸小麦突变体材料种子萌发特性的影响

郎淑平，马燕欣

（浙江省嘉兴市农业科学研究院（所），浙江嘉兴3 14016）

植酸广泛存在于禾谷类和豆类等作物种子中，近年来利用诱变技术选育低植酸作物新品种已成研究热点。本研究在不同NaCl浓度处理下，对前期通过60Co-γ辐射获得的9 份低植酸小麦突变体材料进行萌发试验。结果表明，0.5%NaCl能促进种子萌发，而1.0%、1.5%NaCl明显抑制种子萌发，在其胁迫下，种子幼苗和主根生长受到抑制。初步筛选到耐盐性较好的低植酸小麦突变体材料4份，分别为lp14、lp49、lp55、lp50。

小麦；突变体；低植酸；耐盐；萌发

网络出版时间：2016-03-18

网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160318.2029.002.html

植酸是植物体内磷和肌醇的主要储存形式，它在种子的发育过程中合成，并与K+、Mg2+、Ca2+和Zn2+等金属离子形成植酸盐，广泛存在于禾谷类和豆类等作物种子中，具有抑制种子萌发和代谢的作用。虽然植酸含有丰富的磷，但由于单胃动物缺少能分解植酸磷的酶而不能有效利用，从粪便排出的磷不仅造成资源浪费，而且由于磷富集又造成环境污染［1］。因而通过物理、化学诱变培育低植酸农作物新品种成为研究热点。低植酸材料在种子发芽及耐盐研究方面报道较少。既然植酸与盐胁迫都具有抑制种子萌发的作用，那么低植酸突变体在盐胁迫下其萌发表现是否会有所不同？本研究在不同NaCl浓度处理下对小麦低植酸突变体材料进行实验室萌发试验，通过分析发芽率、发芽势、发芽指数、萌发活力指数及幼苗、主根长度等指标，初步筛选到耐盐性较好的低植酸小麦突变体材料4份，为今后小麦抗逆育种提供一定的参考。

1　材料与方法

1.1供试材料

供试材料：经60Co-γ辐射诱变后，获得系列小麦低植酸突变体9份，即lp10、lp14、lp15、lp22、lp48、lp49、lp50、lp51、lp55，其植酸含量如表1，以辐射亲本P为参照，共10份小麦材料，均由嘉兴市农科院大小麦育种组保存提供。

表1　供试小麦材料植酸含量及千粒重

1.2试验方法

试验设计4个NaCl（分析纯）浓度处理，分别是0%（CK）、0.5%、1.0%和1.5%，每处理选取籽粒饱满、胚完整的种子30粒，排列在垫有滤纸的培养皿中，重复3次。用1∶10的双氧水（30%）消毒5min，去离子水冲洗3 次，加入相应浓度的NaCl溶液，将种子均匀排放于培养皿中，置于2 0℃恒温、光照8 h/d培养箱中发芽，第3天开始调查发芽数（有根有芽并芽长≥种子1/2长度为发芽），第7天测量幼苗及最长根长度。计算3d发芽势、7d发芽率、幼苗相对生长率、根长相对生长率、发芽指数和萌发活力指数，以及发芽势、发芽率、萌发指数和萌发活力指数下降率。

1.3统计方法

3d发芽势（%）=3d发芽种子数/测量种子总数×100

7d发芽率（%）=7d内发芽种子数/测量种子总数×100

幼苗相对生长率=盐浓度处理下幼苗平均长度/对照幼苗平均长度

根长相对生长率=盐浓度处理下最长根平均长度/对照最长根平均长度

发芽指数（GI）=∑Gt/Dt，Gt指在t时间内的发芽数，Dt指发芽天数；

萌发活力指数（GVI）=∑Gt/Dt×幼苗的平均长度（cm）

各指数下降率值（%）=（CK—T）/CK×100，

其中CK为对照发芽指标值，T为盐处理发芽指标值，所有数值均统计90粒或株（3×30）种子或幼苗［2］

综合评价小麦种子萌发耐盐性时，根据每个材料在各浓度NaCl胁迫下的各个发芽指标下降率值的大小进行打分，打分标准：把每一种指标的最大值与最小值的差值均分为10个等级，每一个等级为1分。在各种指标中，均以耐盐性最弱的品种得分最高，即10分；以耐盐性最强的品种得分最低，即1分，依此类推，最后把各个指标得分进行相加，根据总分高低排出不同小麦种子萌发的耐盐性顺序。

试验数据用Excel和SPSS Statistics 17.0软件进行统计分析。

2　结果与分析

2.1各参试材料在不同浓度NaCl处理下的发芽势与发芽率下降率值

表2是不同材料在不同浓度NaCl处理下的发芽势、发芽率下降率值表，从中可以分析出，lp14、lp15、lp22、lp49、lp50、lp51、lp55及亲本P的种子发芽势下降率值随着NaCl浓度的增大而增大；而lp10、lp48在1.0%NaCl处理下种子发芽势下降率值达最大。在0.5%NaCl处理下，lp14与lp15、lp22、lp 48、lp50、lp51、lp55及亲本P存在显著差异（P＜0.05），与 lp10、lp49间无显著差异；而在1.0%、1.5%NaCl处理下各材料间无显著差异。

表2　供试小麦材料在不同浓度　NaCl处理下发芽势与发芽率下降率值

除lp10、lp 48、lp50、lp51、lp55外，其余材料随着NaCl浓度的增大，种子发芽率相应降低。lp14在0.5%、1.0%、1.5%NaCl处理下，发芽率下降率值均为负值，初步表明lp14耐盐性较好。lp14发芽率下降值，在0.5%NaCl处理下与lp15、lp22存在显著差异（P＜0.05），在1.0%NaCl处理下则与lp10、lp48存在显著差异（P＜0.05），而在1.5%NaCl处理下与lp10、lp15、lp22及辐射亲本P都存在显著差异（P＜0.05）。

2.2不同低植酸小麦材料在不同浓度NaCl处理下苗长及相对生长率

由表3可以看出，随NaCl浓度的增大，各材料种子幼苗长度相应降低，即幼苗相对生长率呈下降趋势。lp14在0.5%NaCl浓度胁迫下幼苗相对生长率最高，达82.4%，也表明该材料耐盐性较好。

2.3 不同低植酸小麦材料在不同浓度NaCl处理下最长根长度及相对生长率

在实际生产中，根生长较慢或根系不发达均可造成幼苗生长受阻。因而在研究种子萌发时期耐盐性时，除衡量幼苗生长状况外，还应考虑幼苗根的生长状况。由表4可以看出，随NaCl浓度增大，各材料最长根生长明显受阻，其相对生长率亦呈下降趋势。lp14根的相对生长率在各NaCl浓度处理下均最大，其中，在0.5%NaCl浓度处理下相对生长率高达96.3%，与对照仅差0.2cm。

2.4不同浓度NaCl胁迫对不同低植酸小麦材料发芽指数的影响

随着NaCl浓度增大，发芽指数下降率值也增大（表5）。lp14在不同浓度NaCl处理下，发芽指数下降率值均为最小。在0.5%NaCl浓度胁迫下，lp14与lp10间发芽指数下降率无显著差异，而与其它各材料存在显著差异（P＜0.05）；在1.0%NaCl浓度胁迫下，lp14与lp10存在显著性差异（P＜0.05）；在1.5%NaCl浓度胁迫下各材料间无显著差异。

随着NaCl浓度的增大，各材料萌发活力指数下降率值越大，即种子萌发活力指数越低。在0.5% NaCl浓度处理下，lp14萌发活力指数下降值最低，与lp15、lp22、lp48、lp50、lp51、lp55及P存在显著差异；在1.0%NaCl浓度处理下，lp51萌发活力指数下降率与lp14、lp49存在显著差异（P＜0.05）；在1.5%NaCl浓度处理下，各材料间无显著差异。

表3　供试小麦材料在不同浓度NaCl处理下的苗长及相对生长率

表4　供试小麦材料在不同浓度NaCl处理下的根长度及相对生长率

表5　供试小麦材料在不同浓度　NaCl处理下发芽指数与萌发活力指数下降率值

2.5不同浓度NaCl处理下各小麦材料耐盐性综合评价

根据发芽势、发芽率、发芽指数、种子萌发活力指数4 个发芽指标对不同浓度NaCl胁迫的敏感性不同，对不同浓度NaCl处理下的各材料发芽指标下降率值的大小进行打分，并把各指标的得分进行累加及排序［4］。发芽势下降率得分取0.5%NaCl处理下数值；发芽率下降率得分取0.5%、1.0%、1.5% NaCl处理下数值；发芽指数下降率得分取0.5%、1.0%NaCl处理下数值；萌发活力指数下降率得分取0.5%、1.0%NaCl处理下数值（指标得分选取有显著差异性存在的各NaCl浓度处理下的数值），得出供试10个小麦材料的耐盐性依次为lp14＞p49＞llp55＞lp50＞lp48＞lp22＞lp10＞lp51＞P＞lp15。由此可以初步将上述10份小麦材料划分为4 个等级，lp14耐盐性较好，lp49、lp55、lp50耐盐性中等，lp48、lp22、lp10微弱耐盐，lp51、P及lp15不耐盐，从而筛选出比辐射亲本P耐盐性较好且籽粒植酸含量低的小麦新材料4 份，即lp14、lp49、lp55、lp50。

表6　不同浓度NaCl处理下供试材料的各项指标评分及耐盐性评价

3　小结与讨论

本研究初步表明大部分低植酸小麦突变体在种子萌发过程中耐盐性优于辐射亲本，可能原因在于植酸含有12个可解离的氢原子，这些位点可与K+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Ba2+和Fe3+等阳离子结合形成植酸盐［3］；种子在萌发过程中，植酸酶活性增强，水解植酸，从而使得游离的K+、Mg2+、Ca2+浓度增加，在一定浓度NaCl胁迫下，细胞内K+/Na+比产生变化，从而抑制了种子发芽。本研究只是从实验室角度初步分析了低植酸材料种子萌发的耐盐性，在NaCl胁迫下所有种子萌发、幼苗和主根生长都受到不同程度的抑制，但分蘖能力、结实率等产量构成因素如何，还应从田间试验进一步验证。

本研究证实，低盐浓度能促进小麦种子发芽，如在0.5%NaCl处理下，相比0%NaCl（CK），lp10、lp14的发芽势下降率值为负值，即发芽势增加，同样lp14在0.5%NaCl处理下比无NaCl处理下发芽率升高。但所有参试材料，无论其植酸含量高低，其发芽势、发芽率、发芽指数、萌发活力指数以及幼苗长度、根长都随NaCl浓度的增大而下降，表明高盐胁迫能强烈地抑制小麦种子发芽。

本研究采用的依据，是在不同NaCl处理下发芽势、发芽率、发芽指数、萌发活力指数4 指标下降率值得分排序的方法，相比只采用发芽势、发芽率来评价种子耐盐性要准确，然而在各材料间差异不显著的情况下，采用这种打分排序的方法难免存在一定的误差，能否从其他角度加以分析，比如聚类分析等，还须深入探讨。

从理论上讲，随着植酸的下降，植物体内的养分构成也可能会发生变化，因此会影响其他生理活动，特别是遇到不良的生长环境，如旱涝、盐碱及病虫害，其抵抗能力是否也会变差？在实际生产中我们也发现，突变体材料在株高方面变化微小，而在穗型和白粉病抗性方面差异较大，如亲本为长纺穗，而lp22、lp49、lp55为棒穗，lp10、lp51穗明显变小；亲本对白粉病表现中抗—抗，而lp14、lp15中抗白粉病，lp10、lp22、lp48、lp49、lp50表现中感，lp51、lp55则表现感白粉病。这表明突变体可能在其他的位点也发生了变异，而不仅仅在控制植酸含量的位点出现突变［5］，从而使得突变体在植酸含量和抗病性及农艺性状方面也发生了变化，其中的生理与分子生物学机制还有待于进一步研究。

［1］任学良，舒庆尧.低植酸作物的研究进展及展望［J］.核农学报，2004，18（6）：438-442.

［2］郎淑平，陆瑞菊.不同大麦品种发育期的耐盐性比较研究［J］.上海农业学报，2008，24（4）：83-87.

［3］OTEGUIm S，CAPP R，STAEHELIN L A.Developing seeds of Arabidopsis store differentminerals in two types of vacuoles and in the endoplasmic reticulum［J］.The Plant Cell，2002，14：1311-1327.

［4］李蔚霞，齐军仓，石国亮.NaCl胁迫对不同大麦品种种子发芽的影响［J］.大麦与谷类科学，2007（1）：22-25.

［5］杨宋蕊，刘录祥，赵林姝.低植酸作物研究现状与展望［J］.植物遗传资源学报，2008，9（2）：263-265.

The Effect of NaCl Stress on Seed Germination of Wheatmutants with Low Phytic Acid

LANG Shu-ping，MA Yan-xin
（Jiaxing Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province，Jiaxing 314016，China）

Phytic acid（PA）is naturally stored in seeds of a wide range of cereal and legume crops.In recent years，it has become a research hotspot to breed crop varieties with low phytic acid（LPA）by usingmutagenesis technology.In the current research，we obtained nine LPA wheatmutants by60Co-γ radiation，and then assessed their salt tolerance using a germination test with different concentrations of NaCl.As a result，their seed germination was promoted at 0.5%NaCl concentration，but substantially inhibited at 1.0%and 1.5%NaCl concentrations；all tested NaCl concentrations produced an inhibitory effect on seedling growth and primary root growth.Among the nine LPA wheatmutants，four（lp14，lp49，lp50，and lp55）showed higher salt tolerance，whichmay be used asmaterials for breeding wheat varieties with salt tolerance in the future.

Wheat（Triticum aestivum）；Mutant；Low phytic acid；Salt tolerance；Germination

S512.1；Q945.78

A

1673-6486-20150108

2015-10-28

嘉兴市科技计划项目（2012AZ1007）；浙江省重大科技专项农业项目（2012C12902-2-4）。

郎淑平（1979—），男，高级农艺师，主要从事大小麦遗传育种研究。E-mail：littlelsp@163.com。