盐胁迫对水稻耐盐突变体sst芽苗期生长的影响

朱欢欢, 廖巧玲, 兰 涛,2

(1.福建农林大学作物遗传育种与综合利用省部共建教育部重点实验室;2.福建农林大学福建省作物设计育种重点实验室,福建 福州 350002)

土壤盐碱化严重制约着全球水稻的生产。我国盐碱地分布广、类型多，总面积达1亿公顷[1]。因此，增强水稻耐盐性与选育耐盐品种，可有效提高盐碱地的利用率[2]。近年来，我国广泛开展水稻芽期和苗期耐盐性研究，有关分蘖期和成熟期的耐盐性研究也取得了一定进展[3-4]。水稻耐盐性具有发育阶段差异性，但各阶段耐盐性是否相关尚未有定论[5]。盐胁迫会抑制水稻种子的发芽势和发芽率，发芽指数和活力指数等指标也会降低[6]。水稻不同耐盐品种的发芽率能有效地表征其芽期耐盐能力[7-8]。生长抑制是植物对盐胁迫最直接的生理响应结果[9-10]。盐胁迫会抑制植物的生长与发育，导致鲜重、干重降低，还会抑制细胞的有丝分裂，进而抑制植物器官与组织的分化，使植株的生长变缓[11]。王奉斌等[12]对新疆耐盐水稻种质资源研究表明，发芽率、芽长、根长和根数均随盐胁迫浓度升高而呈下降趋势，且不同处理材料间有较大差异。因此，通过相同条件下不同品种间的相关指标比较，可以判断其耐盐性的强弱[13]。在植物的整个生育期，芽期和苗期对盐分最为敏感，其他生育期对盐分耐性较强。因此，鉴定材料的耐盐性一般以芽期和苗期为主[14]。

本实验室前期在籼稻品种R401辐射诱变群体中筛选到苗期耐盐突变体sst，通过图位克隆得到SST基因OsSPL10[15]。OsSPL10是SPL基因家族中的一员，该家族基因编码植物所特有的转录因子，调控植物生长发育的许多方面[16]。OsSPL10突变不仅使水稻耐盐性提高，也出现表皮毛退化的表型[15]。本研究分析了该突变体在芽苗期的其他表型，同时比较了盐胁迫下野生型与突变体的发芽与生长情况，以探究突变体sst的芽期与苗期在耐盐性上的相关性。

1 材料与方法

1.1 供试材料

籼稻品种R401及其苗期耐盐突变体sst[17]。

1.2 试验方法

首先选取野生型R401和突变体sst的饱满种子，清水洗净。室温下清水浸种24 h，之后放于铺有2层滤纸的发芽盒内。每个发芽盒36粒种子，4次重复。将发芽盒放入光照培养箱，30 ℃下每天光照16 h，期间保证通气和一定的湿度。发芽试验设盐胁迫和非胁迫两种处理。其中，清水处理为非胁迫对照组，100 mmol·L-1NaCl处理为胁迫组(预备试验表明该浓度表型最明显)。每天观察并记录发芽情况，以芽长等于种子长度的一半和根长等于种子长度时视为种子发芽[18-19]。当3 d内样品发芽数不增加，则结束发芽率测定[20]。调查各处理种子萌发7 d后的生长状况，包括根数、根长、地上部长和苗鲜重等指标。各项指标调查对象为发芽后的全部单株材料。同时，将胁迫组数值与对照组数值相比，得到各指标的相对值。所有数据都进行简单的统计分析。具体指标如下：发芽势/%=(规定时间内的发芽种子数/种子总数)×100；相对发芽势/%=(胁迫组发芽势/对照组发芽势)×100；发芽率/%=(发芽试验结束时发芽种子数/种子总数)×100；相对发芽率/%=(胁迫组发芽率/对照组发芽率)×100；相对根数/%=(胁迫组根数/对照组根数)×100；相对根长/%=(胁迫组根长/对照组根长)×100；相对地上部长/%=(胁迫组地上部长/对照组地上部长)×100；相对苗鲜重/%=(胁迫组苗鲜重/对照组苗鲜重)×100。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对突变体sst种子萌发的影响

非胁迫和盐胁迫条件下，突变体的发芽势均显著低于野生型。盐胁迫下，野生型的发芽势显著低于非胁迫对照，而突变体的发芽势极显著低于非胁迫对照(图1A)。野生型相对发芽势为65.5%，而突变体只有36.3%，突变体的相对发芽势显著低于野生型(图1B)。以上表明，盐胁迫对野生型和突变体的发芽势均有抑制效应，且对突变体的抑制更显著。该结果与突变体sst的苗期耐盐性相反。

非胁迫条件下，突变体的发芽率低于野生型；盐胁迫条件下，突变体与野生型的发芽率差异不显著，该结果与发芽势有所不同。盐胁迫下，野生型的发芽率显著低于非胁迫对照，突变体的发芽率极显著低于非胁迫对照(图1C)，该结果与发芽势相似。野生型的相对发芽率为72.1%，突变体的相对发芽率为60.8%，二者差异不显著(图1D)。以上表明，盐胁迫对野生型和突变体的发芽率均有抑制效应，且对两者的抑制程度相似。该结果与突变体sst的苗期耐盐性有所不同，但差异性小于发芽势试验结果。

图1 盐胁迫对野生型R401和突变体sst发芽势和发芽率的影响

2.2 盐胁迫对突变体sst芽苗期根生长的影响

非胁迫条件下，野生型和突变体的根数差异不显著，而盐胁迫下突变体的根数显著低于野生型。盐胁迫下，野生型和突变体的根数均极显著低于非胁迫对照(图2A)。野生型的相对根数为60.2%，突变体的相对根数为28.7%，突变体的相对根数极显著低于野生型(图2B)。以上表明，盐胁迫对野生型和突变体根数的增加均有抑制效应，且对突变体的抑制更显著。

非胁迫条件下，野生型和突变体的根长差异不显著，而盐胁迫下突变体的根长显著低于野生型。盐胁迫下，野生型和突变体的根长均极显著低于非胁迫对照(图2C)，该结果与根数相似。野生型的相对根长为68.4%，突变体的相对根长为57.1%，突变体的相对根长显著低于野生型(图2D)。以上表明，盐胁迫对野生型和突变体根长的生长均有抑制效应，且对突变体的抑制更显著。

图2 盐胁迫对野生型R401和突变体sst芽苗期根数和根长的影响

综合来看，盐胁迫对芽苗期根数和根长的影响结果与发芽势试验结果相似，同样与突变体sst的苗期耐盐性相反。

2.3 盐胁迫对突变体sst芽苗期地上部生长的影响

非胁迫条件下，野生型和突变体的地上部长度差异不显著，而盐胁迫下突变体的地上部长度显著低于野生型。盐胁迫下，野生型和突变体的地上部长度均极显著低于非胁迫对照(图3A)。野生型的相对地上部长为32.3%，突变体的相对地上部长为27.8%，二者差异不显著(图3B)。以上表明，盐胁迫对野生型和突变体的地上部生长均有抑制效应，且对两者的抑制程度相似。该结果与发芽率试验结果相似。

图3 盐胁迫对野生型R401和突变体sst芽苗期地上部长的影响

2.4 盐胁迫对突变体sst芽苗期苗鲜重的影响

非胁迫条件下，野生型和突变体的苗鲜重差异不显著，而盐胁迫下突变体的苗鲜重显著低于野生型。盐胁迫下，野生型和突变体的苗鲜重均极显著低于非胁迫对照(图4A)。野生型的相对苗鲜重为61.7%，突变体的相对苗鲜重为56.3%，二者差异不显著(图4B)。以上表明，盐胁迫对野生型和突变体的苗鲜重均有抑制效应，且对两者的抑制程度相似。该结果与发芽率试验结果和地上部长度试验结果相似。

图4 盐胁迫对野生型R401和突变体sst芽苗期苗鲜重的影响

3 讨论与结论

水稻苗期耐盐突变体sst是野生型R401的OsSPL10基因突变产生的，在盐胁迫条件下野生型R401幼苗全部枯死，而突变体sst幼苗依然存活[15]。本研究表明，非胁迫条件下OsSPL10突变可以影响水稻的发芽势和发芽率，这是OsSPL10突变体sst的一个新表型。盐胁迫后突变体的相对根数(28.7%)极显著低于野生型的相对根数(60.2%)，可见OsSPL10突变导致水稻芽苗期侧根的生长发育对盐胁迫更敏感。OsSPL10属于SPL基因家族，含有SBP-box保守结构域，其编码产物可能以转录因子发挥功能[15]。SPL基因编码植物特有的转录因子，在植物的生长发育中扮演重要角色[16]。因此，本研究中OsSPL10突变可能影响了水稻生长发育，导致其发芽势和发芽率受到影响，同时芽苗期侧根的生长对盐胁迫更敏感。

突变体sst表现为苗期耐盐[15]，而本研究中盐胁迫下突变体sst在芽苗期并未表现出优于野生型R401的耐盐性。有研究报道，芽期耐盐性和苗期耐盐性之间不存在严格的相关性[21]。同一水稻种质在芽期的耐盐能力和苗期表现不一致，两者的相关系数很低，可能是水稻芽期和苗期的耐盐机理不同。芽期耐盐性主要机理是生物机体抵抗渗透胁迫，而苗期耐盐除了通过调节渗透势拒绝盐离子进入体内外，植物吸收盐分后还会主动将其排泄到茎叶表面[22]。由此可见，水稻芽期和苗期耐盐性的相关性比较小，在水稻耐盐性分子机理研究和耐盐育种实践中应加以区别。

本研究中盐胁迫对野生型R401和突变体sst的发芽势均有抑制效应，且对突变体的抑制更显著，即突变体对盐胁迫更敏感，该结果与突变体sst的苗期耐盐性正好相反。盐胁迫对野生型和突变体的发芽率均有抑制效应，且对两者的抑制程度相似。地上部长度和苗鲜重的盐胁迫试验结果与发芽率试验结果相似。可见随着生长发育的推进，突变体sst的耐盐性逐渐提高，到达苗期时其耐盐性已优于野生型。