NaCl胁迫对油菜幼苗生长的影响研究

2020-02-04 07:59张妙娟吴琼张引弟
种子科技 2020年23期
关键词:幼苗生长油菜影响

张妙娟 吴琼 张引弟

摘    要:用不同浓度NaCl溶液处理油菜种子,探究NaCl胁迫对油菜幼苗生长的影响。设定6个浓度处理,分别为0 mmol/L、60 mmol/L、120 mmol/L、180 mmol/L、240 mmol/L、300 mmol/L,测定其叶绿素含量、发芽势、株高等指标。试验结果显示:油菜幼苗发芽率和发芽势降低是由于NaCl浓度的升高,当幼苗的株高达到最高时,NaCl浓度为120 mmol/L;油菜幼苗地上鲜重和地下鲜重随着NaCl浓度的升高而下降;叶绿素a、b的含量变化为先增加后减少,叶绿素a、b达到最大时,NaCl浓度为120 mmol/L,当浓度变大,其比值逐渐下降,但总含量还是逐渐减少。表明当NaCl浓度增加到一定程度时,会对油菜种子的萌发及幼苗的生长发育产生抑制作用。

关键词:NaCl胁迫;油菜;幼苗生长;影响

文章编号: 1005-2690(2020)23-0011-04       中图分类号: X173;S565.4       文献标志码: B

油菜(Brassica napus L.)属十字花科芸薹属植物,直根系,茎、叶深绿色。主要分芥菜型油菜(Brassica juncea L.)、甘蓝型油菜(Brassica napus L.)和白菜型油菜(Brassica rapa(campestris)L.)3類。富含维生素C、钙、铁等多种营养元素和纤维素,有极高的食用价值。

盐碱地是对我国农业生产影响较大,并且大量存在于北部地区的一种低产量土壤[1],约占全世界土地的1/3[2],而我国盐碱地分布范围较广,约2 600万hm2,其中盐碱耕地约占总盐碱地面积的1/4[3]。随着人类不合理的灌溉及农药化肥的使用,土壤盐渍化的情况愈加严重,当土壤含盐量达到0.3%时,植物就会受到伤害;而大于0.5%时,就会产生更严重的后果,以致死亡[4]。

离子胁迫、渗透胁迫和营养不均衡,是植物在盐渍化土壤上不能很好生长的主要因素[5]。国内外就NaCl胁迫对油菜幼苗生长的影响这一课题,已有较多研究并取得了一定的成果。龙卫华、浦惠明(2013)使用不同浓度梯度的NaCl处理15个不同的油菜品种,通过检测其各种生理形态指标,得出了最适合油菜生长的盐浓度为214 mmol/L[6];丁娟、黄镇等人(2014)以甘蓝型油菜为材料,在NaCl胁迫下对其苗期生长阶段的生理特性做了研究,得出低浓度促进幼苗生长、高浓度抑制植物生长,以及油菜叶片中叶绿素的含量在低盐和中低盐处理下增加,而在浓度更高的盐溶液处理下含量减少等结论[7];奚天雪、杨磊等人(2016)对油菜种子进行萌发试验,得出随着NaCl浓度的升高,油菜的发芽率、相对发芽率、发芽指数和发芽势都有下降的趋势[8];刘自刚、王志江等人(2017)以白菜型冬油菜种子为材料,研究了盐胁迫对油菜生理特性、离子稳态以及种子萌发等的影响,得出了胚芽和胚根的生长和种子萌发受到盐胁迫的抑制,植物所含的CAT、SOD、POD等抗氧化酶活性呈现先升后降的变化,而光合色素叶绿素的含量下降等结论[9]。

油菜在我国西北部地区大面积种植且种植技术成熟。对油菜耐盐胁迫机制的详细研究,可以丰富其生理研究,为油菜的大规模生产提供依据[10]。因油菜种子在萌发期往往受盐胁迫的影响,而甘蓝型油菜是重要的油料作物、中等耐盐,可以作为生物改良盐碱地的后备作物类型[11]。因此,通过研究NaCl胁迫下油菜幼苗生长的影响,对盐碱地的开发、利用和油菜的广泛种植具有一定的实践意义。

1   材料与方法

1.1   试验材料、试剂与仪器

1.1.1   试验材料和试剂

试验用青帮油菜,以及NaCl、Ca(NO3)2·4H2O、KNO3、NH4NO3、KH2PO4、MgSO4、FeSO4·7H2O、EDTA-2Na、KI、H3BO3、MnSO4、ZnSO4·7H2O、Na2MoO4·2H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O、无水乙醇、石英砂、CaCO3等试剂。

1.1.2   试验仪器

准备可见分光光度计、比色杯、电子天平、恒温箱、水浴锅、研钵、量筒、容量瓶(25 mL、100 mL、1 000 mL)、胶头滴管、pH试纸、坐标纸、烧杯、玻璃棒、滤纸、培养皿、培养盒、漏斗、剪刀、直尺等试验仪器。

1.2   试验方法

1.2.1   种子预处理

试验在晋中学院清隽苑四楼的植物组培实验室进行,设置6个不同的浓度处理,分别为0 mmol/L、60 mmol/L、120 mmol/L、180 mmol/L、240 mmol/L、300 mmol/L的NaCl溶液,用蒸馏水作对照(CK)。

选取颗粒饱满、长势相同的油菜种子200粒。用蒸馏水将其洗净,放入铺有滤纸的培养皿中,加入适量的蒸馏水,放置在黑暗条件下进行催芽。待种子发芽后,移栽到放有蛭石的培养盒中,每组每盒均匀种植6粒种子,每组5盒,共种植30盒、180粒种子。每天定时浇灌等量Hoagland营养液进行培养,待其生长出2片真叶时,加入相应浓度的NaCl溶液进行胁迫;对照组浇灌等量的营养液,培养温度为27 ℃左右。胁迫7 d后测定各个指标。

1.2.2   发芽势和发芽率的测定

选取颗粒饱满、长势相同的油菜种子,每组30粒,重复3次。先用蒸馏水将油菜种子洗净,再将种子浸泡在不同浓度的NaCl溶液中约 4 h,随后将种子捞出放在培养皿中,注意在培养皿底部放1张滤纸且保持湿润,最后放置在恒温箱内进行催芽。每天定时补充相应浓度的盐溶液,观察记录前3 d种子的发芽情况,再记录7 d内种子的发芽情况。

发芽势和发芽率计算公式为:发芽势=前3 d内发芽种子个数/30×100%;发芽率=5 d内发芽种子个数/30×100%[12]。

1.2.3   株高和根长的测定

各浓度分别取油菜幼苗各10株,将根部放入水中清洗干净,并用吸水纸吸干,之后用细线比对,并在直尺上读出数值,将各组的平均值计算出来,记录表中。

1.2.4   地上鲜重和地下鲜重的测定

选取不同浓度处理的、长势相同的油菜幼苗各10株,注意保护根系完整。将选取植株洗净,分为地上和地下两个部分,用分析天平分别称量。重复上述步骤3次,取其平均值,记录表中并计算根冠比。

1.2.5   叶绿素含量的测定

首先,取新鲜的油菜叶片洗净,注意避开大叶脉剪碎。用分析天平称取0.5 g,放入研钵中,将少量CaCO3粉末和SiO2加入研钵,再加入少量95%的乙醇进行研磨,使植物组织破碎研磨充分,再加入乙醇10 mL,继续研磨至植物组织泛白,放于黑暗处静置3~5 min。

其次,取1张滤纸剪切好,放置在漏斗中,用胶头滴管吸取乙醇湿润放置好的滤纸,之后将漏斗内多余的乙醇倒掉。然后将玻璃棒一端放在滤纸的3层处,将液体引流至漏斗中,漏斗下为25 mL棕色容量瓶,清洗研钵与玻棒将其全部倒入漏斗中,然后定容。

最后,进行吸光值的测定,在比色杯中加入提取液,倒入的色素提取液液面高度应为比色杯高度的2/3,将比色杯的光面朝向通光孔,注意勿用手触摸比色杯的光面,在第1个位置放盛有95%乙醇的比色杯,作为空白对照,在波长663 nm、645 nm下测定吸光度,每个样品重复测定3次,求其平均值。

根据朗伯-比尔定律,叶绿素a、b以及总含量的计算公式为: A663=82.04Ca+9.27Cb(1);A645=16.76Ca+

45.60Cb(2);解方程得:Ca=12.7A663-2.59A645(3);Cb=22.9A645-4.67A663(4);Ca+b=20.3A645-8.04A633(5)。

叶绿素的含量(mg/g)=叶绿素浓度(mg/L)×提取液体积(L)×稀释倍数/样品鲜重(g)[13-14]。

2   结果与分析

2.1   不同NaCl浓度对油菜种子萌发的影响

由表1不同Nac1浓度对油菜发芽率、发芽势的影响统计可以看出,油菜种子的发芽势会随着NaCl浓度的增加、发芽势逐渐下降,油菜种子在240 mmol/L和300 mmol/L时,发芽势为0;在60 mmol/L、120 mmol/L和180 mmol/L时,其发芽势分别下降23.3%、43.3%和83.3%。

对于发芽率而言,油菜种子在NaCl浓度为300 mmol/L时,发芽率为0,随着盐浓度的升高,其发芽率也逐渐下降,具体表现为:在60 mmol/L、120 mmol/L、180 mmol/L和240 mmol/L时,发芽率分别下降6.7%、33.3%、60%和90%。

2.2   不同NaCl浓度对油菜幼苗株高、根长的影响

由表2 不同NaCl浓度下油菜幼苗株高、根长的统计可知,油菜幼苗在不同NaCl浓度下,其株高和根长均有所下降。对株高而言,油菜幼苗随着NaCl浓度的升高有不同程度的变化,当浓度为120 mmol/L时,油菜幼苗的株高最高;当NaCl浓度为60 mmol/L、180 mmol/L、240 mmol/L和300 mmol/L时,幼苗株高与对照组相比都有所下降,说明NaCl浓度较高时抑制油菜幼苗的株高。

从根长来看,当NaCl浓度为0 mmol/L时,根长最长,而在其他浓度下,根长与对照组相比都有不同程度的下降,这说明在NaCl胁迫下油菜幼苗的根部失水,因而造成对根的抑制。

2.3   不同NaCl浓度对油菜幼苗地上鲜重、地下鲜重的影响

由表3不同浓度NaCl浓度下油菜地上、地下鲜重的统计可知,在不同浓度NaCl胁迫下,油菜幼苗的地上鲜重在一定浓度范围内逐渐下降,分别在60 mmol/L、120 mmol/L、180 mmol/L、240 mmol/L、300 mmol/L NaCl下处理7 d,鲜重各下降9.1%、13.1%、22.4%、18.8%和33.5%;油菜幼苗在120 mmol/L、180 mmol/L、240 mmol/L、300 mmol/L的NaCl处理后,地下鲜重各下降7.7%、15.4%、23.1%和53.8%;根冠比随着NaCl浓度的升高,呈现先升高后下降的趋势,在240 mmol/L时,与对照组相比变化不大。

2.4   不同NaCl浓度对油菜幼苗叶绿素含量的影响

由表4不同浓度NaCl浓度下油菜幼苗叶绿素含量统计数据可知,油菜幼苗叶绿素a含量随着浓度的变化整体呈现先升高后下降的趋势。虽然含量在浓度为180 mmol/L时有所升高,但與对照组相比,仍处于较低水平;油菜幼苗所含的叶绿素a在180~300 mmol/L的NaCl处理下,含量逐渐下降,说明高浓度的NaCl对油菜幼苗所含叶绿素a的含量有抑制作用。油菜幼苗叶绿素b的含量也呈现逐渐下降的趋势,与叶绿素a的情况大致相同。

随着NaCl浓度的升高,叶绿素a与叶绿素b含量的比值逐渐增大,当NaCl浓度为120 mmol/L时,比值达到最大值;当浓度为180~300 mmol/L时,其比值又逐渐下降。

总的来说,随着NaCl浓度的升高,叶绿素的总含量呈现下降。

3   结论与讨论

盐胁迫下导致植物的生长发育受到不同程度的影响,主要是对根、茎、叶等有不同程度的伤害和抑制[15],不同植物的各个部位对盐分的生理响应各不相同[16]。

通过测定油菜种子的发芽率和发芽势,其结论与朱晓清、金美芳[17],王治江、刘自刚[18]等人得出的结论一致。当浓度大于300 mmol/L时,油菜种子没有发芽的趋势,说明种子的发芽受到各浓度的影响情况不同。

另外,对于幼苗的其他形态指标,当NaCl浓度为120 mmol/L时,油菜幼苗株高达到最大值;当NaCl浓度大于120 mmol/L时,幼苗的株高和根长都随之下降。

地上鲜重和地下鲜重也随着NaCl浓度的升高而呈现下降的趋势,这可能是由于高浓度的NaCl导致,植物细胞吸水困难,造成油菜生理性缺水。

植物细胞的叶绿体是光合作用最重要的细胞器,它所含的叶绿素含量的多少,可以反映出植物光合速率的大小[19]。而NaCl胁迫对油菜幼苗叶绿素含量的变化有一定影响,试验可知,叶绿素含量随着NaCl浓度的升高呈现下降的趋势。但在浓度为180 mmol/L时,叶绿素含量有所上升,与对照组相比含量仍处于较低水平;当浓度变大时,叶绿素含量又逐渐下降。整体上,叶绿素含量下降,但叶绿素a和叶绿素b的比值逐渐增大,可能是因为NaCl可以促进叶绿素有关酶活性的变化,使得叶绿素降解[20]或者NaCl浓度太高,以至于破坏了有关色素合成所必需的蛋白复合体,使其对光的吸收能力下降[21],从而造成油菜植株的光合速率下降,影响植物的生长发育。

综上所述,NaCl胁迫在一定浓度范围内,对油菜种子的萌发有抑制作用,对幼苗的株高、根长、地上、地下鲜重以及叶绿素含量均有一定的影响。通过对油菜生长生理指标进行研究,以期为油菜的广泛种植及盐碱地的使用提供理论依据。

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