不同钠离子浓度下甜菜幼苗早期生理变化

王宇光 ，田 烨 ，耿 贵 *

（1.黑龙江大学农作物研究院，哈尔滨 150080；2.黑龙江大学生命科学学院，哈尔滨 150080）

在干旱条件下和半干旱的区域，由于蒸发强烈，地下水上升，使地下水所含有的盐分留在土壤的表层，又由于较小的降水量，不能淋溶排走土壤表层盐分，致使越来越多的盐分聚集在土壤表面[1]。尤其是一些易溶解的盐分，如NaCl、Na2SO4、Na2CO3等，导致了盐渍化土壤的形成[2]。目前我国盐渍化土地还没有准确的数据统计，但关于黄河三角洲区域的一项区域性调查表明，每年有大面积的农耕地因土壤的次生盐渍化而被迫撂荒。我国盐渍化土壤主要分布在地势较低平，径流滞缓、易汇集排水的地段、河流冲积的平原、盆地、湖泊、沼泽等地区，并且盐渍化土地的总面积或者分布范围都是世界上程度最大的[3]。如位于西北地区的河西走廊、银川平原、吐鲁番盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地、哈密倾斜平原以及青藏高原的柴达木盆地、徨水流域、东北的松嫩平原等。同时，不正确的灌溉措施导致次生盐渍化土壤的形成，使盐渍土面积在不断增多，土壤的盐渍化形势十分严峻，盐渍化给农业的生产、生态环境的进化和经济发展带来了较大影响[4]。

目前仍没有成型的技术体系来解决土壤盐渍化[5]。特别是我国盐碱地和盐渍土面积还在进一步扩大，盐渍化程度不断加剧，同时在不断增长的人口、相对匮乏的土地资源、日益恶化的生态环境形势下，如何实施有效的措施来抑制土壤盐碱化，改良并且利用现有盐碱地，已成为研究中的热点问题[6-8]。培养耐盐农作物品种及改良作物的耐盐特性，已经成为当今农业科学研究的主要课题[9]，也是解决土壤盐渍化的一种重要手段。因此，对植物盐胁迫下生理变化和耐盐植物耐盐机理的研究，为改良和提高植物对盐的抗性及提高农作物的产量起到重要的作用。

甜菜是产糖量仅次于甘蔗的糖料作物，也是21世纪一种新型可作为再生资源的农作物，特别是其在燃料乙醇生产等方面的优势，使其具有良好科研价值和应用前景[10]。甜菜是一种有着较强的抗盐能力的作物，并且低浓度的盐离子对甜菜的生长有促进作用。虽然甜菜具有较强的耐盐特性，但环境中的盐离子浓度过高时，甜菜生长及各项生理指标会受到抑制[11]。甜菜对盐分最敏感的时期为甜菜幼苗的发芽期，这个时期耐盐能力最弱，同时，在高盐环境下，甜菜因为吸收了过多盐分而减少了对营养物质的吸收，并且影响了生理代谢而降低吸收营养物质的量，进而抑制了甜菜的生长[12]。本文对不同盐离子浓度下甜菜生理相应的变化进行分析与研究，为甜菜盐碱地栽培以及耐盐品种选育奠定基础。本研究通过分析不同盐度处理对甜菜幼苗生长及各项生理指标的影响，如分析甜菜幼苗的出芽率、叶片的干鲜重、相对含水量以及各种抗氧化酶活力等生理指标，从而研究甜菜幼苗在不同盐浓度下的生理生化特性变化，进而找出适合甜菜生长的最佳盐度范围，为下一步甜菜在盐碱地种植提供重要的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试甜菜品种：ST13092。主要药品与试剂：三氯乙酸、三氯甲烷、硫酸、氢氧化钠、蒸馏水、蔗糖、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、双氧水、KNO、FeSO4·7H2O、KH2PO4、MgSO4·7H2O、NaCl、K2HSO4、TCA、TBA。

1.2 培养方法

将甜菜ST13092种子在不同盐浓度下的土壤中进行种植，用氯化钠和硫酸钠按照1∶1的比例，配置成含有不同浓度钠离子的混合盐，将盐离子与一定量的土壤混匀保证每千克土壤中钠离子的浓度分别是0、25、50、100、150、200、250、300 mmol/L，然后按照正确的种植方式将甜菜种子进行播种。每个处理样品有4个重复。种植完甜菜种子后每10 d浇入100 mL营养液。甜菜幼苗培养条件为：光照14 h，黑暗10 h，光照培养温度为24℃，黑暗培养温度为20℃，培养箱的湿度达到70%～75%之间，培养箱的光照强度为200 Lux。

1.3 试验方法

培养箱中每天定时观察甜菜的出苗情况，作好记录，计算每个处理下出苗植株的棵数与总播种数的比值，记录每天的出苗率。在甜菜播种20 d后，进行取材，剪取甜菜幼苗的第二对真叶进行低温保存，做好标记以便检测，然后进行各项生理指标的监测，主要包括APX、CAT等抗氧化酶的酶活；甜菜叶片的相对含水量、叶片的鲜重以及干重，具体试验步骤参考文献[12]。

表1 不同钠离子浓度下甜菜发苗率情况(平均值±SD)

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下甜菜出苗率分析

不同Na+浓度条件下，甜菜出苗率统计见表1。当Na+浓度为0 mmol/L时，随着播种天数的增长出苗率逐渐提高，第8天甜菜的出苗率已达到100%。在Na+浓度为25 mmol/L的条件下，甜菜的出苗率同0 mmol/L的出苗情况基本相似。Na+浓度为50 mmol/L时，在播种6～8 d时，出苗率较低，第9天甜菜的出苗率达到100%。在Na+浓度为150及200 mmol/L条件下，它们分别在第8天和第9天开始出苗，出苗率分别为15.4%和17.0%，之后出苗率逐渐增高直到第12天出苗率仅为65.9%和18.9%。在250 mmol/L盐浓度下出苗率始终为0。综上所述可以得知，Na+会对甜菜的出苗率产生一定的影响，随着Na+浓度的增加出苗率将会显著降低。此外，200 mmol/L Na+浓度下，甜菜幼苗个体生长较小，不能满足生理测定需求。因此，在生理测定的过程中，选取0至150 mmol/L Na+的处理下的幼苗作为分析对象。

2.2 叶片鲜重及干重分析

在Na+浓度为25 mmol/L时，植株的鲜重明显高于Na+浓度为0 mmol/L的植株鲜重（图1），当Na+浓度为50 mmol/L时植株的鲜重开始小于Na+浓度为0 mmol/L下的植株鲜重。随着盐浓度的增加，鲜重逐渐降低。盐胁迫下甜菜叶片干重结果（图2）与鲜重结果较为一致。以上结果表明低浓度的Na+对甜菜的植株生长具有促进作用，但是高浓度的盐离子会抑制植株的生长。

2.3 叶片相对含水量的测定

在Na+浓度为25 mmol/L的生长条件下，甜菜叶片的相对含水量同0 mmol/L条件下的数值基本相同（图3）。在50及100 mmol/L Na+浓度下植物体含水量会发生显著下降，因此，在低Na+浓度条件下不会对甜菜叶片的相对含水量产生影响，而随着Na+浓度的不断增加，叶片的相对含水量会显著下降。

图1 不同Na+浓度甜菜鲜重情况

图2 不同Na+浓度甜菜干重情况

图3 不同Na+浓度甜菜叶片相对含水量

2.4 抗氧化酶活性的测定及分析

过氧化氢酶（CAT）能够将过氧化氢水解为水和氧气，可起到清除活性氧自由基的作用。如图4所示，在Na+浓度为25 mmol/L时，其CAT酶活力的大小与0 mmol/L相比没有差异。当Na+浓度超过50 mmol/L时与0 mmol/L相比叶片CAT酶活性显著增强。综上所述，Na+对甜菜CAT酶活性会起到一定的促进作用。

抗坏血酸过氧化物酶（APX）是清除体内超氧阴离子自由基(O2-)的重要酶类。在Na+浓度较低的情况下，APX酶活力没有变化。同0 mmol/L Na+相比，在50、100、150 mmol/L Na+条件下，APX酶活力有一定程度增加。 同时，50、100、150 mmol/L Na+条件下的APX酶活性，三者并没有显著差异。

图4 不同Na+浓度CAT酶活力

图5 不同Na+浓度APX酶活力

3 讨论

通过实验结论可以看出，在不同盐浓度的处理下甜菜的各项生理指标会发生不同程度的变化，如在25 mM Na+浓度处理下叶片的干鲜重及相对含水量会增加，之后随着Na+浓度增加叶片干鲜重会逐渐降低，这些结果证明低浓度的Na+会在早期促进甜菜幼苗的生长，这与其他报道较为相似[13]，此外，本研究证明甜菜体内抗氧化酶类APX及CAT在高浓度Na+条件下抗氧化活力显著增加，本研究进一步证明了甜菜体内抗氧化酶系统的高效性，可能对于甜菜耐盐特性具有较大贡献。有报道表明甜菜抗氧化系统与还原调控的结合作用，对于提高甜菜抗逆性具有较大影响[14]。