辽宁滨海稻区耐盐碱水稻生理基础研究

王绍林，李 珣，王 彤，刘琳琳，纪薇薇，于艳青，张丽丽，郭素华，张 战*

（辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁 盘锦 124010）

土壤盐碱化是一个世界性问题， 我国盐碱化土壤总面积约3 600 万hm2， 滨海盐碱土面积约31 万hm2［1，2］。 滨海盐碱地是我国一类重要的土地资源，但其特殊的土壤理化性质，严重制约了农业生产。盐碱胁迫对植物生长发育的影响非常复杂，不仅与其本身的遗传背景有关，还包括生理、代谢和细胞结构等多方面的因素。 水稻是我国最重要的粮食作物之一， 种植水稻一直被认为是盐碱地重要的生物改良方法［3］。 长期以来，国内外学者对盐碱胁迫下对水稻的种子萌发、幼苗生长发育、光合作用等方面的影响进行了深入研究［4-8］，取得了大量的研究成果，但以辽宁滨海盐碱土为基础，设置胁迫梯度，利用盆栽的方式，探讨对耐盐水稻叶片渗透调节物质积累和无机离子吸收转运的影响，鲜见报道。本研究以前期筛选出的辽宁滨海稻区耐盐高产水稻品种盐丰47 为试材，研究了盐胁迫下对试验材料叶片叶绿素含量、 渗透调节物质积累和离子吸收及转运的影响， 以期为丰富滨海稻区水稻耐盐碱机制及水稻耐盐碱育种提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以辽宁滨海稻区盐碱土为供试土壤， 利用前期筛选出的耐盐碱水稻品种盐丰47 为研究材料，以盐敏感品种秋光为对照。

1.2 供试土壤

试验用土选自辽宁省盘锦市大洼区三角洲地区，属于滨海盐碱土，全盐含量为3.67‰，取土深度为0～20 cm，充分混匀，过筛。 对照土壤取自辽宁省北镇旱田土， 全盐含量0.68‰， 处理方法同上。 以不同比例的滨海盐碱土和对照土壤充分混合，配置胁迫梯度。

1.3 试验设计

试验地点位于辽宁省盘锦市大洼区唐家镇。采用精量育秧技术培育壮秧，播种量80 g／盘，共设四个混合土浓度， 分别为：CK （对照）、1.5‰、2‰、2.5‰（下文中用CK、T1、T2、T3 表示）。 4 月20 日前后播种，各处理灌水、施药防治病虫草害及其它秧田管理措施按常规进行， 并于幼穗分化期取叶片进行相关指标的测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 叶绿素含量 取叶片后用蒸馏水冲洗干净，并用吸水纸吸干叶面水分。 准确称取0.1 g 左右，放入刻度试管汇总，加入丙酮-无水乙醇混合液（体积比1∶1），刻度试管用塞子密封。 室温暗处提取， 直至材料变白后， 取上清液在663 nm 和645 nm 下用分光光度计测定光密度。

1.4.2 叶片渗透调节物质积累 主要包括可溶性糖含量（蔗糖、果糖、葡萄糖）和可溶性蛋白含量等。 测定方法参照张宪政作物生理研究法［9］。

1.4.3 离子的吸收和转运 准确称取通过0.25 mm 筛的烘干植物样品0.5 g，于消煮管中，加入30 ml 浓硝酸摇匀，在通风橱中过夜，加3 ml 高氯酸摇匀，180 ℃加热， 让黄棕色烟雾挥发掉，再逐步升高温度至300 ℃，待出现大量的烟，消化液仍为棕色时，取下冷却后，继续加入2 ml 浓硝酸，直至成为无色清液为止。冷却后用去离子水冲洗消煮管过滤定容至100 ml， 此待测液测定钾、钙和钠。 稀释后用火焰光度计测原子含量。

1.5 数据分析

采用DPS 软件和EXCEL 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对水稻叶片叶绿素含量的影响

由图1 可知，两个材料的叶绿素总量、叶绿素a 含量、 叶绿素b 含量均随盐碱胁迫浓度增加而减少。盐丰47 的叶绿素总量随胁迫浓度增大而下降，T1 处理影响较小，T2 和T3 处理下， 与CK 相比较差异达极显著水平。 叶绿素a 含量变化趋势与叶绿素总量基本一致，T2 和T3 处理下差异达显著水平，分别降低了10.4%和16.3%。 叶绿素b含量也呈下降趋势，T1 和T2 胁迫下，与对照相比差异较小，T3 处理下与对照相比达显著差异，与对照比降低了14.8%。 从图中可以看出随胁迫浓度增加，秋光叶绿素总量呈现降低趋势，各处理水平与CK 相比差异均达极显著， 分别降低了14.6%、17.9%和22.6%。叶绿素a 含量变化趋势和叶绿素总量基本一致， 各处理浓度下均与对照达极显著差异，分别降低了14.9%、19.2%和23.5%。叶绿素b 含量随盐浓度增加下降， 与CK 相比差异达显著水平，T2 和T3 处理下分别降低了18.6%和23.8%。

2.2 盐碱胁迫对水稻叶片渗透调节物质积累的影响

图2 反映的是盐碱胁迫下两个材料叶片中渗透调节物质积累变化的情况。 从图中可以看出盐碱胁迫处理促进两个试验材料果糖积累， 果糖含量增加，不同材料间存在差异（图2a）。 盐丰47 果糖含量随胁迫浓度增加而急剧上升， 各处理下与CK 差异达极显著水平， 分别增长了74.3%、129%、206%， 秋光果糖含量也表现出增加趋势，但增幅较小， 仅比对照增加了28%、68.7%、90.2%。

两个材料的叶片蔗糖含量均随胁迫浓度增加而上升，不同品种间存在差异（图2b）。 盐丰47 的蔗糖含量随浓度增加而上升， 各处理梯度下均极显著高于对照，且随胁迫浓度加剧，增幅增大，分别比对照增加了40.8%、117%、150%。 秋光蔗糖含量与对照相比分别增加了49.9%、77.4%、108%。

两个材料的叶片葡萄糖含量均随胁迫浓度增加而上升，但增幅不同（图2c）。 其中盐丰47 的葡萄糖含量随胁迫浓度增加急剧上升， 与对照相比达极显著差异，分别提高了22.8%、47.0%、67.6%。秋光葡萄糖含量增加幅度较小， 各处理下仅增加了5.7%、11.9%、35.6%。

叶片可溶性蛋白含量均随胁迫浓度增加而升高，不同材料间存在差异（图2d）。 盐丰47 叶片可溶性蛋白含量随盐浓度增加急剧上升， 各处理梯度下均极显著高于对照， 且随胁迫浓度加剧增幅增大， 分别比对照增加了1.23 倍、1.85 倍、2.50倍，而且相同处理浓度下均显著高于秋光。秋光可溶性蛋白含量与对照相比分别增加了0.75 倍、1.02 倍、1.34 倍。

从图2e 可见， 盐丰47 叶片游离氨基酸含量随着盐浓度加剧，几乎呈直线上升，分别比对照增加了3.02 倍、5.98 倍、8.95 倍。 秋光游离氨基酸 含 量 与 对 照 比 分 别 增 加 了0.17 倍、0.45 倍、3.79 倍。

2.3 盐碱胁迫对水稻器官水平上的离子吸收与转运的影响

迫浓度增大， 盐丰47 与秋光Na＋浓度显著升高，不同材料和不同部位存在差异。 两材料根部Na＋积累量均高于叶和茎（图3a）。 生长叶Na＋积累量显著增加， 同一胁迫处理下， 增幅均表现出盐丰47＜秋光。成熟叶也表现出相似的变化规律。同一处理水平下，成熟叶积累量大于生长叶。 茎部Na＋积累量急剧上升，增幅为盐丰47 大于秋光。

两个材料不同器官的Ca2＋积累量在胁迫处理下均降低，且降幅随浓度增加而增大，存在材料间差异（图3b）。 T1 处理下盐丰47 各器官Ca2＋积累量降幅差异不大，随胁迫浓度增大，Ca2＋积累量差异显著。 T3 处理下，根部Ca2＋积累量降幅显著降低，而生长叶和成熟叶差异较小，且表现为茎小于叶。秋光Ca2＋积累量总体变化规律与盐丰47 基本一致，随胁迫浓度增加，秋光各器官Ca2＋积累量急剧下降， 降幅表现为生长叶大于成熟叶大于茎大于根。材料间比较看出，同一器官Ca2＋积累量降幅表现为盐丰47 低于秋光。

从图3c 可知，随着胁迫浓度增加，盐丰47 和秋光K＋含量均降低，同样存在材料和器官间的差异。 低浓度处理下，盐丰47 生长叶K＋含量与对照相比，差异不显著，仅降低了2.8%，根和茎K＋含量变异显著， 与对照相比分别下降了9.8%和17.4%。 秋光叶、 根和茎部与对照差异达显著水平，根和茎部降幅大于叶部。 从器官间比较来看，不同胁迫处理下，生长叶降幅小于成熟叶，叶小于茎，根大于地上部。材料间比较可知，盐丰47 降幅小于秋光。

3 讨论

3.1 叶绿素含量对滨海盐碱土胁迫的响应

光合作用是构成植物生产力的最主要因素，叶绿素是光合作用的细胞器， 其含量高低与光合作用密切相关，当植物处于盐胁迫下，各种生理代谢都受到影响， 直接或间接影响叶绿素的合成与分解，导致植物光合速率降低，进而影响生长［10-12］。 很多研究表明盐碱胁迫会导致植物叶片叶绿素含量降低。刘琦等研究表明，盐胁迫抑制番茄幼苗叶绿素的合成和增强叶绿素酶活性， 导致叶绿素合成减少和分解，最终导致含量降低［13］。许祥明等研究表明，盐浓度越高，处理时间越长，对叶绿素合成抑制越大［14］。 研究表明盐胁迫对不同植物叶片叶绿素含量的影响存在差异， 不同材料和处理浓度均可产生不同的结果［15］。本研究表明，盐胁迫下供试材料叶片的叶绿素含量降低， 且胁迫浓度越大，叶绿素含量降幅越大。 叶绿素总量、叶绿素a 含量和叶绿素b 含量变化趋势基本一致，这与前人研究结果一致［16-19］，这主要是由于盐胁迫使叶绿素与叶绿素蛋白结合变松， 叶绿素遭到破坏，加剧降解，抑制合成，最终导致光合作用降低［20］。本研究还表明，盐碱胁迫下，盐丰47 叶绿素含量降幅小于秋光， 说明耐盐性强的水稻品种在盐碱胁迫下叶绿素遭受破坏程度小于盐敏感品种，这可能是盐丰47 的叶片中Na＋含量较低，保持了较高水势，进而使得叶绿体结构不受破坏，对盐胁迫表现为更强的适应性［21］。

3.2 渗透调节物质积累对滨海盐碱土胁迫的响应

渗透调节物质是植物适应盐碱胁迫的主要生理机制，植物通过渗透调节物质抵抗盐害［22］。前人研究表明， 盐胁迫条件下水稻幼苗能通过在胞内合成具有渗透调节功能的相容性溶质［23］，保护细胞免遭降解或破坏，维持其正常的生理活动［24］。本研究结果表明，随盐碱胁迫浓度增加，两个试验材料叶片的葡萄糖、 果糖含量均呈增加趋势， 盐丰47 增幅大于秋光，且随浓度加剧，增幅增大，这与徐晨等研究结果一致［21］。 这是由于盐胁迫下诱发了碳水化合物的合成，促使葡萄糖、蔗糖、果糖大量积累，胞内渗透势降低，以此适应外界渗透胁迫环境，缓解盐害。 耐盐品种盐丰47 抵御逆境的能力大于秋光，且胁迫越大，抗逆能力越强。

可溶性蛋白是与调节细胞的渗透势有关，高含量的可溶性蛋白可帮助维持植物细胞较低的渗透势，抵抗逆境带来的胁迫。 本研究结果表明，随着盐碱胁迫加剧， 两个试验材料叶片的可溶性蛋白含量增幅增大， 且耐盐材料增幅大于盐敏感材料，可以看出胁迫强度越大，耐盐品种通过增加可溶性蛋白含量提高耐盐性的能力越强。盐丰47 在逆境下通过生成积累可溶性蛋白调节渗透势的能力强于不耐盐品种秋光。本结果还表明，随盐碱胁迫加剧，试验材料叶片游离氨基酸含量增加，盐敏感品种的增加幅度小于耐盐品种， 揭示盐敏感品种秋光靠积累游离氨基酸来抵御逆境的能力不如耐盐材料盐丰47［25］。 可见，耐盐品种盐丰47 盐胁迫下积累较多的渗透调节物质， 具有更强的渗透调节能力和盐胁迫耐受能力。

3.3 器官水平离子吸收与转运对滨海盐碱土胁迫的响应

研究表明许多的非盐生植物有显著的拒钠作用［26］。 本研究结果表明，在较低浓度胁迫下，两个试验材料表现出一定的拒盐能力，但随胁迫加剧，盐敏感品种秋光的拒盐性减弱。 T1 处理下，盐丰47 和秋光叶片中Na＋含量增幅显著低于根部和茎部。 随胁迫加剧，盐敏感品种秋光叶片Na＋含量增幅高于根部和茎部。盐丰47 的茎部表现出较高的贮Na＋能力，减低叶片Na＋中的积累含量，维持了细胞正常生理功能。前人研究表明NaCl 胁迫下叶片细胞中保持较高K＋浓度是植物耐盐性重要方式之一［27］。 本结果表明，低浓度胁迫下对盐丰47的生长叶K＋含量影响不大，但其根和茎部的K＋含量表现出显著下降趋势。 各胁迫处理下秋光K＋含量降幅均大于盐丰47［28］。 可见，在胁迫处理下，盐丰47 叶片依然能保持较高的K＋浓度， 这可能是Na＋在向上部运输过程中经韧皮部环流到根系中，维持了叶片中较高的K＋浓度， 进而减轻了Na＋对叶片伤害，保证其具有较强的盐耐受力。

植物细胞内Ca2＋在耐盐性中起重要作用，它可以减低对Na＋的吸收，维持细胞膜稳定性，保持正常生长。前人研究结果表明，盐胁迫下，Na＋会取代细胞中的Ca2＋，导致Ca2＋的缺失，影响植物生长发育［29］。本研究表明，盐碱胁迫下，盐丰47 和秋光各器官的Ca2＋积累量均减少， 且不同材料与器官间存在差异，这与前人的研究结果吻合［22］。同等处理水平下，盐丰47 各器官降幅均低于秋光。 从器官水平上看， 材料间变化规律相同， 即随胁迫加剧，Ca2＋积累量降低， 且表现为生长叶最敏感，降幅最大，成熟叶次之，根部降幅最小。不难看出，在盐碱胁迫下，耐盐品种盐丰47 在各器官水平能维持较高的Ca2＋含量，有利于保护膜的完整性，减少对细胞伤害，进而保证植株的正常生长。

综上可知，盐碱胁迫下，耐盐品种盐丰47 体内能保持较高的叶绿素含量、 积累较多的渗透调节物质以及较强器官水平上的拒盐能力， 这是耐盐品种比盐敏感品种更能适应盐胁迫环境的生理优势。