盐穗木种子和幼苗对NaHCO3胁迫的响应

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(1.塔里木大学生命科学学院/新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆 阿拉尔 843300；2.塔里木大学植物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)

土壤盐渍化严重制约着农业的可持续发展。据联合国教科文组织和联合国粮食及农业组织不完全统计，全世界盐渍土面积约为9.54亿hm2，我国盐渍土面积约为0.99亿hm2，其中，新疆盐渍土面积约为0.13亿hm2，是我国盐渍土分布最广、面积最大的省区，也是世界上盐渍土分布较为集中的地区。新疆的耕地近1/3盐渍化，如何开发利用这些盐渍土壤资源，已经引起人们的高度重视。研究和实践证明，引种耐盐植物是一种有效措施。塔里木盆地分布着大量藜科植物，它们长期适应干旱、盐碱等极端环境，一般都具有抗盐碱特性。因此研究其耐盐性，了解其机理并开发利用，有利于提高农业生产效率，对加快农业可持续发展有极其重要的意义。

盐穗木(HalostachyscaspicaC.A.Mey.ex Schrenk)为藜科盐穗木属灌木，为盐生荒漠的主要建群植物，是防治土地荒漠化的关键性树种，同时也是重要的薪柴树种及良好的饲用牧草[1-2]，在我国主要产于新疆塔里木盆地、焉耆盆地和吐鲁番盆地。前人对盐穗木的种群格局、染色体核型、叶片形态结构、种子萌发、有效成分、功能基因克隆、饲用特性等进行了一系列研究[3-11]，但关于盐穗木种子萌发及苗期的抗盐性的研究报道较少[10-11]。本试验设置不同浓度的NaHCO3处理，研究盐穗木种子萌发和幼苗生长对NaHCO3胁迫的响应，以揭示盐穗木对生境的适应策略，为其科学开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

盐穗木种子，采自新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州，在4 ℃条件下贮藏备用。

1.2 方 法

1.2.1 NaHCO3处理下盐穗木种子萌发试验

设置7个NaHCO3处理，浓度分别为0(ck)，100，200，300，400，500 mmol/L和600 mmol/L。采用培养皿纸上发芽法，用5%次氯酸钠对盐穗木种子消毒3～5 min，再用蒸馏水清洗3次，每个处理50 粒种子，3次重复。将种子置于直径为90 mm垫有2层用NaHCO3溶液湿润滤纸的培养皿(使用前高压灭菌消毒)中，在盐穗木种子萌发最适温光条件(30 ℃、12 h黑暗/35 ℃、12 h光照)下培养[12]，种子的萌发以胚根的出现为标志，每24 h检测1次种子萌发数，当连续5 d无种子萌发时计为萌发结束。

运用种子最终萌发率、平均萌发时间、萌发进程对盐穗木种子萌发进行评价。

种子最终萌发率(%)=一段时间内全部萌发的种子数/参试种子总数×100%；

平均萌发时间=∑(Dn)/∑n。

式中，n为在时间D的种子萌发数，D为从萌发开始到记录时的天数[13]。

以外界NaHCO3浓度为x，种子最终萌发率为y，作逐步回归方程，计算种子的抗盐(NaHCO3)阈值和极限值[14]。

抗盐(NaHCO3)阈值：种子最终萌发率为对照的50%时的外界NaHCO3浓度。

抗盐(NaHCO3)极限值：种子最终萌发率为0时的外界NaHCO3浓度。

1.2.2 NaHCO3处理下盐穗木幼苗培养试验

采用沙培法培养幼苗，选取籽粒饱满的盐穗木种子，播种于盛有洗净细沙的塑料盆中，每隔5～7 d用Hoagland营养液浇灌1次，待幼苗长到5～6 cm高时，进行NaHCO3处理。NaHCO3设置4个浓度，分别为0(ck)，200，400，600 mmol/L。每个处理3次重复。

NaHCO3胁迫处理4 h后测定植株抗性指标。相对电导率采用浸泡法测定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定；游离脯氨酸(Pro)含量采用茚三酮比色法的测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；过氧化氢酶(CAT)活性采用高锰酸钾滴定法测定；过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定[15]。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2003软件进行数据分析和作图，应用SPSS 19.0统计软件进行方差分析及LSD检验(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 NaHCO3对盐穗木种子萌发的影响

2.1.1 NaHCO3对盐穗木种子萌发进程的影响

由图1可以看出，ck处理，盐穗木种子在第3天达到最大萌发率(最终萌发率)；与ck相比，在100 mmol/L的NaHCO3处理条件下，第1天初始萌发率高于ck，在第2天即达到最大的萌发率，其最终萌发率与ck无显著差异，说明低浓度的NaHCO3对盐穗木种子萌发未构成胁迫，甚至有一定的促进作用；在200～600 mmol/L NaHCO3处理条件下，随着NaHCO3浓度的增加，盐穗木在第1天的初始萌发率呈下降趋势，达到最大萌发率的时间呈延长趋势，最大萌发率呈降低趋势，说明该浓度范围的NaHCO3对盐穗木种子萌发造成胁迫，且抑制程度随浓度NaHCO3增加而加剧。

图1 NaHCO3对盐穗木种子萌发进程的影响

2.1.2 NaHCO3对盐穗木种子最终萌发率的影响

由图2可以看出，ck和100 mmol/L NaHCO3处理下的盐穗木种子最终萌发率显著高于其他处理，而二者间无显著差异；在NaHCO3浓度为200～600 mmol/L时，随着盐浓度的增加，盐穗木种子最终萌发率呈显著降低的趋势，说明低浓度NaHCO3(0～100 mmol/L)对盐穗木种子最终萌发率无显著影响，即未构成胁迫，但中等或高浓度NaHCO3(200～600 mmol/L)则造成胁迫，会显著降低盐穗木种子的最终萌发率。

注：差异性显著(p<0.05) 用不同字母标记。下同。图2 NaHCO3对盐穗木种子最终萌发率的影响

2.1.3 NaHCO3对盐穗木种子平均萌发时间的影响

由图3可以看出，与ck相比，100～200 mmol/L的NaHCO3对盐穗木种子平均萌发时间无显著影响，在NaHCO3浓度为300～600 mmol/L时，随着盐浓度的增加，盐穗木种子的平均萌发时间呈显著延长的趋势，在600 mmol/L时达到最长，说明低浓度NaHCO3(0～200 mmol/L)对盐穗木种子的平均萌发时间无显著影响，但中等或高浓度NaHCO3(300～600 mmol/L)则会延长该种子的平均萌发时间。

图3 NaHCO3对盐穗木种子平均萌发时间的影响

2.1.4 盐穗木种子的耐NaHCO3阈值和极限值

以外界NaHCO3浓度为x，种子最终萌发率为y，得逐步回归方程y=-0.001 5x+1.00(r=0.983 1，p<0.05)，由此方程计算得盐穗木子的耐盐(NaHCO3)阈值和极限值分别为318 mmol/L和634 mmol/L。

2.2 NaHCO3对盐穗木幼苗生理指标的影响

2.2.1 NaHCO3对盐穗木幼苗相对电导率、丙二醛含量的影响

相对电导率和丙二醛含量是反映植物在逆境下细胞膜状况的重要指标[16]。由图4可以看出，200，400 mmol/L和600 mmol/L NaHCO3处理下，盐穗木幼苗相对电导率分别提高了60%、66%和70%，后三者间无显著差异，但显著高于ck，说明盐穗木幼苗已受到胁迫，膜透性增加，细胞内的电解质外渗，导致组织浸提液的电导率增大。

图4 NaHCO3对盐穗木幼苗相对电导率的影响

从图5可以看出，在NaHCO3浓度为200 mmol/L和400 mmol/L时，盐穗木幼苗丙二醛的含量与ck无显著差异，在NaHCO3浓度增大到600 mmol/L时，盐穗木幼苗丙二醛含量显著增加，说明200～400 mmol/L的NaHCO3未造成盐穗木幼苗细胞膜脂过氧化，而600 mmol/L的NaHCO3时，盐穗木幼苗的细胞膜脂发生了过氧化。

图5 NaHCO3对盐穗木幼苗丙二醛含量的影响

2.2.2 NaHCO3对盐穗木幼苗脯氨酸含量、可溶性糖含量的影响

脯氨酸和可溶性糖是植物重要的渗透调节物质，参与植物的逆境适应[16]。由图6和图7可以看出，与ck相比，200～600 mmol/L的NaHCO3处理条件下，盐穗木幼苗的脯氨酸和可溶性糖的含量显著增加，说明其盐穗木幼苗在遇到NaHCO3环境时会大量合成，参与渗透调节作用。

2.2.3 NaHCO3对盐穗木幼苗过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性的影响

CAT和POD均是植物抗逆防御系统的重要保护酶[16]。由图8和图9可以看出，与ck相比，200～600 mmol/L的NaHCO3处理条件下，盐穗木幼苗的CAT和POD活性均显著增强，说明盐穗木幼苗在遇到NaHCO3环境时激发保护酶活性，来抵御逆境产生的活性氧对细胞的破坏。

图6 NaHCO3对盐穗木幼苗脯氨酸含量的影响

图7 NaHCO3对盐穗木幼苗可溶性糖含量的影响

图8 NaHCO3对盐穗木幼苗CAT活性的影响

3 讨 论

藜科植物是典型的盐碱地指示植物类群，是改良盐渍土壤的理想材料[1]。盐穗木是藜科植物的重要代表。本试验以盐穗木的种子和幼苗为研究材料，研究其在盐(NaHCO3)环境下的萌发特性和幼苗生理指标变化。结果发现，低浓度(100 mmol/L)的NaHCO3对盐穗木种子萌发有一定促进作用，但中等或高浓度(200～600 mmol/L)NaHCO3则会显著抑制盐穗木种子的萌发，并且导致种子的平均萌发时间延长，说明盐穗木的萌发需要一定的盐刺激，但盐浓度不宜过高，这与前人研究结果相似[10]。

图9 NaHCO3对盐穗木幼苗POD活性的影响

盐穗木幼苗在不同浓度(200～600 mmol/L)环境下，相对电导率均较ck显著增大，说明细胞膜系统受到了影响，导致透性增加；进一步考察NaHCO3(200～600 mmol/L)环境下的MDA含量变化可知，在200～600 mmol/L NaHCO3时，盐穗木的MDA含量与ck无显著差异，而600 mmol/L NaHCO3时的MDA含量显著高于ck。综合相对电导率和MDA的变化，可以初步得知，中低浓度(200～400 mmol/L)的NaHCO3对盐穗木的细胞膜造成了一定影响，但未到严重程度，说明其可忍耐中低浓度的盐胁迫，而高浓度(600 mmol/L)的NaHCO3则对盐穗木幼苗的细胞膜造成了严重伤害(过氧化)。在NaHCO3(200～600 mmol/L)环境下的盐穗木幼苗的脯氨酸含量、可溶性糖含量、CAT活性、POD活性等均呈增加趋势，说明盐穗木幼苗在遇到逆境时会做出生理响应。

4 结 论

1) 100 mmol/L的NaHCO3对盐穗木种子萌发有促进作用，促使盐穗木种子在较短时间内达到最终萌发率(与ck无显著差异)；200～600 mmol/L的NaHCO3会显著抑制盐穗木种子萌发，随着NaHCO3浓度增加，盐穗木种子最终萌发率呈显著下降，平均萌发时间延长。盐穗木种子的耐NaHCO3阈值和极限值分别为318 mmol/L和634 mmol/L。

2) 与对照相比，在NaHCO3浓度为200～400 mmol/L范围内，盐穗木幼苗的相对电导率增加，但丙二醛(MDA)含量无显著变化，脯氨酸含量、可溶性糖含量、过氧化氢酶(CAT)活性、过氧化物酶(POD)活性呈增加的趋势，而NaHCO3为600 mmol/L时，MDA含量显著增加，综合NaHCO3处理下盐穗木幼苗生理指标的变化，盐穗木在中低盐(200～400 mmol/L)环境下有较好的抗性，但高盐(600 mmol/L)环境会因膜脂过氧化而受到严重伤害。

3) 综合NaHCO3环境下盐穗木种子萌发特性和幼苗生理指标变化，盐穗木可在NaHCO3浓度略低于300 mmol/L(种子耐NaHCO3阈值为318 mmol/L)的环境下较好地发芽、生长，高于该浓度则会受到抑制。

参考文献:

[1]新疆植物志编辑委员会.新疆植物志(第二卷第一分册)[M].乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社,1993.

[2]Zhao K,Scmg J,Feng U,et al.Species,types,distribution,and economic potential of halophytes in China[J].Plant Soi1,2011,342(1-2):495-509.

[3]张冀,杜驰,张富春.盐胁迫下盐穗木DNA聚合酶λ基因的克隆和表达分析[J].新疆农业科学,2017,54(2):361-370.

[4]王虹,齐政,张富春.不同浓度盐胁迫下盐穗木叶片结构的比较观察[J].新疆农业科学,2016,53(11):2 098-2 105.

[5]王梅,赵晨光,王莹,等.盐穗木种群空间点格局对地下水埋深的响应[J].林业科学,2015,51(11):17-24.

[6]王丽敏,张霞,张富春.植物激素赤霉素和萘乙酸对盐穗木种子萌发的影响[J].新疆农业科学,2014,51(3):504-510.

[7]韩张雄,李利,徐新文,等.盐穗木对盐渍荒漠区不同土壤水盐含量的适应机制研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2014,42(2):167-172,178.

[8]赵金香,贾琦珍,张国峰,等.盐穗木对卡拉库尔羊临床指标及血液生化指标的影响[J].江苏农业科学,2011,39(3):277-280.

[9]阿斯古丽·伊斯马伊力,牙库甫江·阿西木,张霞,等.盐穗木的染色体数目与核型分析[J].草业科学,2013,30(9):1 366-1 368.

[10]王丽敏,张霞,张富春.水盐胁迫对盐穗木种子萌发的影响[J].种子,2013,32(12):6-10.

[11]赵恩峰,李玲,曾幼玲.盐胁迫对盐生植物盐穗木生理特性的变化分析[J].新疆农业科学,2012,49(4):716-722.

[12]韩占江,程龙,李志军,等.塔里木盆地7种藜科植物种子萌发特性的研究[J].种子,2016,35(9):1-5.

[13]刘会良,宋明方,段士民,等.古尔班通古特沙漠南缘32种藜科植物种子萌发策略初探[J].中国沙漠,2012,32(2):413-420.

[14]刘一明,程凤枝,王齐,等.四种暖季型草坪植物的盐胁迫反应及其耐盐阈值[J].草业学报,2009,18(3):192-199.

[15]王学奎,黄见良主编.植物生理生化实验技术(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2015.

[16]李合生主编.现代植物生理学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2012.