盐胁迫对不同品种甜高粱种子萌发和幼苗生理特性的影响

朱 亚，赵永平*，王致和，王 伟，秦晓洁，党阳丽

(1.商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000；2.甘肃省农业工程技术研究院，甘肃 武威 733006)

盐胁迫对不同品种甜高粱种子萌发和幼苗生理特性的影响

朱 亚1，赵永平1*，王致和2，王 伟1，秦晓洁1，党阳丽1

(1.商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000；2.甘肃省农业工程技术研究院，甘肃 武威 733006)

以引进的10个甜高粱品种为试验材料，研究了NaCl模拟盐胁迫对不同品种甜高粱种子萌发及幼苗生理特性的影响。结果表明：不同浓度NaCl胁迫对甜高粱种子发芽势、发芽率，以及幼苗的SOD、POD、CAT活性均具有显著的影响；随着NaCl胁迫浓度增加，发芽势和发芽率均逐渐下降，不同品种幼苗的SOD和CAT活性均随着盐胁迫浓度的增加呈现先升高后降低的变化趋势；当NaCl胁迫浓度为100～150 mmol/L时，SOD和CAT的活性均最大，而POD活性变化则因品种而异。随着NaCl胁迫浓度的升高，不同品种甜高粱幼苗MDA含量也呈现上升趋势，不同盐胁迫处理间差异不显著。

甜高粱；盐胁迫；种子萌发；生理特性

甜高粱[Sorghumbicolor(L.) Moench]是禾本科高粱属，绿色能源作物，具有光合速率高、抗旱、耐贫瘠、耐盐碱等特性，因而在盐碱、干旱等边际土地上被广泛种植，同时具有生长快、产量高、茎秆富含糖分的特点，所以被称为生物能源系统中最有力的竞争者[1-3]。由于不可再生资源的过度使用，可利用资源的匮乏，人们在寻找新的能源，发现作为汽油替代者的酒精可以解决能源、环境、就业以及增加农民收入等问题。在我国最适于制造酒精的作物之一是甜高粱[4]。随着社会经济的迅速发展，能源问题已经越来越受到重视，因此，开发甜高粱作为酒精燃料是社会发展的必然趋势。

据相关研究表明，世界陆地面积的7%，耕地面积的20%，接近50%的灌溉土地受高盐害的影响[5-11]，而中国盐碱化和次生盐碱化的土壤面积每年都在逐渐增加[12]。甜高粱耐盐碱的特性可以使盐碱化土地得到充分利用，发展绿色生物能源产业，符合我国“不与粮争地、不与人争粮”发展绿色生物能源政策导向，同时种植甜高粱可以有效缓解耕地资源紧张和国家粮食安全的压力。因此，研究盐胁迫下甜高粱幼苗的生理生化变化，筛选出耐盐性高的甜高粱对有效利用盐渍化土地和发展绿色生物能源具有重要意义。鉴于此，本课题研究了不同浓度NaCl胁迫下，不同品种的甜高粱种子萌发和幼苗酶活性等的变化，其目的在于在筛选耐盐性强的甜高粱品种，为盐碱度高的甜高粱栽培区选择适宜耐盐品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为甘肃省农业工程技术研究院提供的中科院1号、中科院4号、近物1号、大卡、高丹草乐食、海中、BJ0602、SF-83003、JGY616、SH-L-1共10个不同品种甜高粱种子。

1.2 试验设计

选取饱满、无破损的甜高粱种子，用0.1% HgCl2表面消毒10 min，然后用去离子水反复冲洗后备用。采用水培法培养，在水培盒中加入适量1/4 Hoagland营养液，用含有不同浓度的NaCl溶液进行胁迫实验，NaCl胁迫设置50、100、150、200 mmol/L共4个处理，其中以0 mmol/L NaCl(用蒸馏水代替)作为对照组。将不同品种甜高粱种子点播在相应的水培篮中，每篮点播20粒种子，每处理设3次重复，25 ℃下培养7 d，第4天测发芽势，第7天测发芽率，培养20 d后测定其生理指标。

1.3 测定方法

1.3.1 发芽势和发芽率的测定及计算 发芽势测定方法：发芽势(%)=(4天内发芽的种子数/供试种子数)×100%，实验种子发芽均以胚根露白为发芽标准)。

发芽率测定方法：发芽率(%)=(第7天发芽的种子数/供试种子数)×100%，实验种子发芽均以胚根露白为发芽标准。

1.3.2 生理指标测定 超氧物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑(NBT)法测定[13]；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[13]；过氧化氢酶(CAT)活性采用分光光度法测定[13]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定[13]。

1.4 数据统计

试验数据采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对不同品种甜高粱种子发芽势及发芽率的影响

发芽势和发芽率是种子发芽速度和整齐度的主要指标，也是种子质量评价的重要依据。由表1可以看出，NaCl胁迫对不同品种甜高粱种子发芽势及发芽率均具有显著的影响，在不同浓度盐胁迫下，不同品种甜高粱种子发芽势均呈现随盐胁迫浓度的升高而降低的趋势。在低盐胁迫下，不同品种甜高粱种子发芽率变化幅度不大，维持在一个较小的范围内，随着NaCl胁迫浓度的升高，发芽率快速降低，当NaCl胁迫浓度达到100 mmol/L时，高丹草乐食种子的发芽率最高，达到100%。在不同浓度盐胁迫下，SH-L-1种子的发芽势和发芽率均相对低于其他品种。

表1 盐胁迫对不同品种甜高粱种子萌发的影响 %

2.2 盐胁迫对甜高粱幼苗保护酶系统的影响

2.2.1 盐胁迫对不同品种甜高粱幼苗叶片SOD活性的影响 超氧化物歧化酶(SOD)作为重要的保护酶，主要清除植物因受到逆境胁迫而产生的过量活性氧，维持体内的活性氧代谢平衡，防止其对膜系统造成的损伤[14]。由图1可知，不同浓度NaCl胁迫对各品种甜高粱幼苗SOD活性变化均具有显著的影响，且各品种幼苗SOD活性均随着盐胁迫浓度的增加而升高，但是当NaCl胁迫浓度增加到100～150 mmol/L时，SOD活性均呈现下降的变化趋势。在相同的NaCl胁迫条件下，不同品种间的SOD活性也存在显著差异，其中，当NaCl胁迫浓度增加到150 mmol/L时，JGY161、SF-830003、中科4号3个品种的SOD活性最高，分别达到36.22、35.35、35.92 U/g。

图1 盐胁迫对不同品种甜高粱幼苗SOD活性的影响

2.2.2 盐胁迫对甜高粱幼苗叶片POD活性的影响 由图2可以看出，在相同的NaCl胁迫条件下，不同品种甜高粱幼苗过氧化物酶(POD)活性存在显著差异，JGY161、大卡、中科4号、SH-L-1品种的POD活性均随着NaCl胁迫浓度的增加而升高，当胁迫浓度达到200 mmol/L时，其POD活性均达到最大值，而其他6个品种的POD活性均随着NaCl胁迫浓度的增加而呈现先升高后降低的变化趋势。中科1号、JGY161、SH-L-1的POD活性受盐胁迫的变化幅度最大。

图2 盐胁迫对不同品种甜高粱幼苗POD活性的影响

2.2.3 盐胁迫对甜高粱幼苗叶片CAT活性的影响 过氧化氢酶(CAT)作为植物内源的活性氧清除剂与SOD、POD共同作用，起着维持植物活性氧代谢平衡和保护膜结构功能[11]。由图3可知，不同品种甜高粱幼苗CAT活性均随着NaCl胁迫浓度的增加先升后降，当NaCl胁迫浓度增加到100～150 mmol/L时，CAT活性均达到峰值，其中NaCl胁迫浓度为100 mmol/L时，BJ0602的CAT活性最高，为14.28 U/g。但是，不同品种间的CAT活性变化差异不显著。

2.3 盐胁迫对甜高粱幼苗质膜透性的影响

2.3.1 盐胁迫对甜高粱幼苗叶片MDA含量的影响丙二醛(MDA)是细胞膜不饱和脂肪酸发生过氧化物作用得到的最终产物，从MDA含量的多少可以看作细胞膜膜质损伤程度的高低[15-16]。从图4可以看出，不同浓度NaCl胁迫对甜高粱幼苗MDA含量变化均具有显著的影响，且各品种幼苗MDA含量均随着盐胁迫浓度的增加而升高，当NaCl胁迫浓度由0增加到100 mmol/L时，各品种的MDA含量呈现缓慢升高的趋势，但是，当NaCl胁迫浓度进一步增加时，MDA含量急剧升高。在相同的盐胁迫条件下，不同品种间的MDA含量变化差异不显著。

图3 盐胁迫对不同品种甜高粱幼苗CAT活性的影响

图4 盐胁迫对不同品种甜高粱幼苗MDA含量的影响

3 结论与讨论

土壤盐渍化是影响农业和畜牧业生产的主要因子之一，在我国西北干旱半干旱地区表现得尤为突出，而植物种子的萌发和幼苗的生长是对逆境胁迫最为敏感的时期，因此常将此时期植物的生长作为评价植物胁迫的重要依据[17-18]。本文主要研究了NaCl胁迫对不同品种甜高粱种子萌发和幼苗生理特性的影响，主要分析了甜高粱种子萌发、保护酶和质膜氧化等指标的变化，结果表明：NaCl胁迫对不同品种甜高粱种子发芽势及发芽率均具有显著的影响，在低盐胁迫下，不同品种甜高粱种子的发芽势和发芽率变化幅度不大，但是当胁迫浓度继续升高，发芽势和发芽率普遍呈下降趋势降低，说明NaCl胁迫浓度的增加，显著影响了甜高粱种子的萌发，这与许多学者的研究相似。

植物在逆境胁迫下，体内会产生大量的活性氧和H2O2，而SOD作为清除植株体内活性氧的关键酶类、POD、CAT作为清除H2O2的主要酶类，它们协同作用，使植物能够忍受或抵御一定程度的逆境胁迫所造成的伤害[11]。本研究结果表明，不同浓度NaCl胁迫对各品种甜高粱幼苗SOD、POD、CAT活性变化均具有显著的影响，不同品种间的SOD活性存在显著差异，不同品种幼苗SOD和CAT活性均随着盐胁迫浓度的增加呈现先升高后降低的变化趋势，当NaCl胁迫浓度增加到100～150 mmol/L时，SOD和CAT活性均达到最大值。而POD活性随NaCl胁迫浓度的变化趋势因品种而异，其中中科1号、JGY161、SH-L-1的POD活性受盐胁迫的变化幅度最大。盐胁迫对植物体所造成的伤害主要是通过破坏生物膜的生理功能而引起的，而细胞膜是遭受伤害的主要部位，细胞膜膜质损伤程度通常是以MDA含量的高低来判断[11-12]。本研究发现，随着NaCl胁迫浓度的升高，不同品种甜高粱幼苗MDA含量也呈现上升趋势，且不同盐胁迫处理间差异显著。

综上所述,不同浓度NaCl胁迫对甜高粱种子萌发、幼苗的SOD、POD、CAT活性，以及MDA含量的变化均具有显著的影响，低浓度盐胁迫时，植株会通过自身的调节作用以适应胁迫环境，对植株生长具有一定的促进作用，但在高浓度盐胁迫下，则会对植株生长产生抑制作用而造成减产。

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(责任编辑：曾小军)

Effects of Salt Stress on Seed Germination and Seedling Physiological Characteristics of Different Sweet Sorghum Varieties

ZHU Ya1, ZHAO Yong-ping1*, WANG Zhi-he2, WANG Wei1, QIN Xiao-jie1, DANG Yang-li1

(1. College of Biological Pharmacy and Food Engineering, Shangluo University, Shangluo 726000, China;2. Gansu Academy of Agricultural Engineering and Technology, Wuwei 733006, China)

The effects of salt stress on the seed germination and seedling physiological characteristics of introduced 10 sweet sorghum varieties were studied. The results indicated that different concentrations of NaCl stress had significant effects on the seed germination potential, germination rate and seedling SOD, POD and CAT activities of sweet sorghum. When the concentration of NaCl stress increased, both the germination potential and the germination rate decreased gradually, and the activity of SOD and CAT in seedlings of different varieties all revealed the trend of increasing first and then decreasing. When the concentration of NaCl stress was 100～150 mmol/L, the activity of both SOD and CAT was the highest, while the change in POD activity in different varieties under NaCl stress was different. Along with the increase in the concentrations of NaCl stress, the MDA content in seedlings of different sweet sorghum varieties all showed an increasing trend, and there was no significant difference in MDA content among different salt stress treatments.

Sweet sorghum; Salt stress; Seed germination; Physiological characteristics

2017-03-24

商洛学院引进人才专项科研启动经费项目(14SKY027)。

朱亚(1982─)，女，陕西三原人，硕士，主要从事植物营养与食品分析研究。*通讯作者：赵永平。

S566.5

A

1001-8581(2017)07-0009-05