不同高粱种质资源对盐胁迫的响应

彭之东， 范 娜， 白文斌

(山西农业大学高粱研究所， 山西 榆次 030600)

选育耐盐品种，挖掘作物耐盐能力，可以有效改良盐碱土。植物的耐盐性是植物逆境指标之一，耐盐性与植物品种、组织、器官结构、生理生化反应等因素有关[1-2]。盐胁迫下，植物体内活性氧动态平衡被破坏，积累大量活性氧[3-4]，而过多的活性氧对植物生长有抑制作用。抗氧化酶具有清除植物体内过多活性氧的作用，其中超氧化物歧化酶(SOD)可以清除过量的活性氧，抑制丙二醛(MDA)的积累，增强细胞膜的稳定性[5]；过氧化氢酶(CAT)能够清除植物体内的H2O2，保持活性氧代谢平衡，提高抗逆性，是逆境生长的有效指标。

植物耐盐性研究主要集中在盐胁迫对作物生长的影响、耐盐性的鉴定方法及评价指标、植物耐盐性生理生化响应等方面。高粱耐盐性强，可以作为研究植物耐盐性的先锋作物[6]。目前，国内外学者对高粱耐盐材料的筛选研究较少。本研究选用15份高粱亲本材料，探讨了不同高粱种质资源对盐胁迫的响应，筛选耐盐种质资源，为耐盐种质资源的开发利用及耐盐新种质的创新提供一定的理论依据，为下一步高粱选育品种(系)及栽培提供理想依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

室内试验在山西农业大学高粱研究所植物生长室进行；大田试验地点位于山西省朔州市高升庄村，土壤为轻度盐碱土，土壤容重1.56 g/cm3、总孔隙度36.7%、全氮31.48 mg/kg、速效磷9.63 mg/kg、速效钾26.8 mg/kg、pH=8.21。选取高粱亲本材料东北5 R、10337 B、吉16、沪-晋157、3560 R、红粒变、B 3001、辽宁黑后代、忻52、09305 R、高赖组合、363 C、ZSB.19 b、67 B、07221等15份。

1.2 试验指标

1.2.1种子萌发阶段测试指标[7]

发芽势(%)=(第3天发芽种子数/供试种子数)×100%；

发芽率(%)=(第6天发芽种子数/供试种子数)×100%。

1.2.2苗期试验测试指标

NaCl胁迫处理15 d后，剪取高粱幼苗，用蒸馏水冲洗干净，吸干表面水分, 105 ℃下杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，测定干物质重量。

生长速率(cm/d)=(处理第X天苗高-处理第Y天苗高)/(X-Y)。

1.2.3植株叶片酶活性测定

在高粱不同生育时期取样。利用南京建成试剂盒测定SOD、CAT及MDA含量。

1.2.4植株干物质含量测定

分别于高粱不同生育时期(苗期、拔节期、抽穗期和成熟期)，选取具有代表性的高粱植株3株，取样后晾干，在105 ℃下杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，测定干物质重量[8]。

1.2.5幼苗叶片Na+、K+含量测定

采用火焰光度法进行测定。

1.3 分析软件和分析方法

实验数据为3次重复的平均值，先用 Excel软件进行数据的初步处理，再用DPS 7.05 软件进行单因素方差分析，检验不同材料之间的差异显著性(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 室内萌发期及苗期试验

不同高粱材料在盐胁迫下发芽势和发芽率见表1。东北5 R、沪-晋157、辽宁黑后代、B 3001、09305 R、363 C、67 B、07221发芽势和发芽率较高，所受盐害率平均值较低，其中363 C、67 B最低，表现出一定的耐盐性。10337 B、吉16、忻52、高赖组合所受盐害较重，发芽势和发芽率较低。其余材料介于两者之间，受到不同程度的盐害。

表1 不同高粱材料萌发期生长情况Table 1 Growth of different sorghum materials during germination period

室内试验表明，材料09305 R、67 B、363 C生长较好、生长速率快，表现出较强的耐盐性；材料10337 B、吉16相对生长指标低，生长缓慢，耐盐性弱，其他材料生长特性介于两者之间(表2)。

表2 不同高粱材料苗期生长情况Table 2 Growth status of different sorghum materials at seedling stage

2.2 不同生育期高粱叶片SOD酶活性

由图1可以看出，SOD酶活性变化趋势基本相同，从苗期升高直到灌浆期开始下降。随着生育期的推进，SOD活性最高与最低的差距先增大后减小。在苗期，09305 R酶活性最高，B 3001号次之，而ZSB.19 b活性最低；在拔节期，363 C、67 B的活性比其他材料高；在抽穗期，09305 R、67 B活性有明显的优势，高赖组合活性最低。结果表明，耐盐材料体内清除超氧根离子的能力较强。苗期和拔节期作物的抗逆能力较好。本实验中，09305 R、67 B与其他材料相比，在各个生长时期抗氧化酶活性都较强，说明耐盐材料清除活性氧、过氧化氢的能力较强。

图1 不同生育期叶片中SOD酶活性Fig.1 The content of SOD in leaves at different growth stages

2.3 不同生育期高粱叶片CAT酶活性

由图2可知，不同高粱叶片CAT含量从苗期到成熟期均呈下降趋势，苗期最高，成熟期最低。苗期耐盐材料CAT含量比盐敏材料高10.88%～39.85%，成熟期363 C叶片CAT含量最高，比高赖组合和ZSB.1 gb分别高47.18%、45.64%。15份高粱材料中，东北5 R、沪-晋157、B 3001、67 B、09305 R的CAT活性较高，而其他材料叶片的CAT活性较低。耐盐材料CAT酶活性高，维持体内的活性氧代谢平衡，提高耐盐性[9]。

图2 不同生育期叶片中CAT酶活性Fig.2 The content of CAT in leaves at different growth stages

2.4 不同生育期高粱叶片MDA含量

由图3可知，在苗期，沪-晋157、东北5 R丙二醛含量较低。在拔节期，10337 B、吉16、3560 R、红粒变、高赖组合MDA含量较高，东北5 R、B 3001、363 C含量较低。在抽穗期，吉16含量最高，沪-晋157含量最低。在成熟期，10337 B含量最高。MDA含量与所选材料的耐盐性成反比。

图3 不同材料各个生育期叶片中MDA含量Fig.3 The content of MDA in leaves at different growth stages

综上所述，SOD活性从苗期升高直到灌浆期开始下降。CAT活性在苗期和拔节期较大，而抽穗期和成熟期活性相对较低。MDA含量在苗期和成熟期含量较高，而拔节期和抽穗期含量较低。

2.5 高粱幼苗叶片K+ 、Na+、K+/Na+含量

盐胁迫导致细胞质中的K+/Na+降低，使液泡膜ATP酶和焦磷酸酶活性下降，从而抑制植物的正常生长，因此是否具有低K+/Na+是判断植物耐盐性的重要依据之一[10]。各材料在受到盐胁迫时，Na+含量明显增加，而K+含量明显下降。大田盐胁迫条件下，高粱幼苗Na+整体呈升高趋势。盐胁迫下，耐盐材料上升的幅度明显小于盐敏材料，耐盐材料可以提高Na+的选择吸收及在植株体内的积累与分配；耐盐材料和盐敏材料高粱叶片K+差异不显著。

2.6 不同生育期高粱植株干物质含量

干物质积累量为成熟期>灌浆期>拔节期；其中高粱苗期是盐分敏感期，处理之间差异显著。耐盐材料表现出较高的生长能力，干物质的含量提高[11]。

2.7 盐胁迫下高粱品种各性状相对值的相关性分析

本研究选用耐盐指数进行隶属函数值分析。叶片酶活性与发芽率、发芽势呈极显著的正相关，相关系数分别为0.92和0.97。根长与发芽势之间的相关性也较高，相关系数为0.87。

2.8 盐胁迫对高粱各性状影响情况的主成分分析

采用主成分分析和聚类分析相结合，根据不同高粱材料对盐胁迫的响应进行数据标准化处理，对样品的相似性进行评价[12]。

第Ⅰ主成分的贡献率为72.50%，主要反映种子的萌发生长状况及抗性指标，可称其为萌发因子；第Ⅱ主成分的贡献率为11.36%，主要反映高粱的生长因子。

2.9 聚类分析

采用聚类分析方法，将15个高粱亲本材料耐盐性进行分类，共划分为3类。

第1类群，包括10337 B、高赖组合、3506 R、忻52共4个品系，该类群的各指标的相对值均较低，属于盐敏感品系。

第2类群，东北5 R、红粒变、ZSB.19 b、辽宁黑后代共6个品系，该类群各项指标相对值居中，属于中等耐盐品系。

第3类群，包括沪-晋157、09305 R、363 C、67 B、07221，共5个品系，该类群各项指标的相对值均较大，为耐盐品系。

3 结果与讨论

盐分胁迫条件下，植物体内就会积累大量活性氧，导致植物不能正常生长，甚至死亡。体内的抗氧化系统可以把活性氧维持在正常水平[13]。在一定范围盐胁迫下，植物体内的SOD、CAT活性增加，MDA含量下降。保护酶活性增强可以提高作物耐盐性[14-16]。

3.1 不同材料室内模拟实验生长情况分析

室内试验表明，材料09305 R、67 B、363 C生长较好、生长速率快，表现出较强的耐盐性；材料10337 B、吉16相对生长指标低，生长缓慢，耐盐性弱，其他材料生长特性介于两者之间。

图4 不同高粱材料干物质含量 Fig.4 Dynamic accumulation of dry matter under different treatments

3.2 不同生育期叶片酶活性、干物质含量的变化情况

大田试验高粱叶片SOD含量从苗期到灌浆期上升，灌浆期到成熟期下降，变化趋势和植株生长趋势相一致；CAT含量苗期、拔节期比抽穗期、成熟期的高，在拔节期和抽穗期的MDA含量较低，膜质过氧化程度较弱。总之，植物处于盐分逆境时，抗性强的材料比抗性弱的材料SOD、CAT活性高，说明植物对逆境抵抗能力的强弱与维持体内较高抗氧化酶的能力强弱有关。本实验中，09305 R、67 B、363 C与其他材料相比，在各个生长时期抗氧化酶活性都较强，清除活性氧、过氧化氢的能力较强。

表3 盐胁迫对高粱叶片K+、Na+、K+/Na+的影响Table 3 Effects of salt stress on K+, Na+, K+/Na+in sorghum leaves

3.3 盐胁迫下高粱品种各性状相对值的相关性及聚类分析

高粱发芽率、发芽势、根长、苗高、生长速率和枯萎指数等9个相关指标可以作为高粱耐盐的重要指标，其中叶片酶活性与发芽率、发芽势呈极显著正相关。

采用聚类分析方法将15个高粱亲本材料划分为耐盐、中等耐盐、盐敏3个类群。