NaCl胁迫对糜子种子萌发的影响

肖 菁,刘 宁,2,许明海,张金波,马艳明,王 莉,徐麟

(1.新疆农业科学院农作物品种资源研究所,乌鲁木齐 830091;2.农业部植物新品种测试(乌鲁木齐)分中心,乌鲁木齐 830091;3．疏勒县农业技术推广中心,新疆疏勒 844200)

0 前 言

【研究意义】糜子(PanicummiliaceumL.)是 C4 植物,能够在西北地区盐碱、干旱、高温等极端条件下生长,糜子籽粒蛋白质含量丰富,富含有多种维生素、矿物质等营养成分[1]。新疆糜子种植面积逐渐增大,但土壤盐渍化制约了糜子产业的发展[2],新疆盐碱土的面积为2 181.4×104hm2,占全国盐碱土面积的22.01%,新疆受不同程度盐渍化危害的耕地面积达122.88×104hm2[3]。研究糜子耐盐性对耐盐性种质资源的筛选有实际意义。【前人研究进展】张洪鹏等[4]利用180 mmol/L NaCl溶液模拟盐胁迫条件,比较糜子发芽势、发芽率、芽长、根长、芽鲜重、根鲜重等指标的变化,评价6个不同来源的糜子品种耐盐性,筛选出了4个耐盐性较强的品种;袁雨豪等[1]利用1%NaCl溶液胁迫,评价100份糜子资源萌发期及苗期的耐盐性,发现耐盐性品种与盐敏感性品种在形态结构和生理指标上存在较大差异,盐胁迫过程中,耐盐性糜子品种叶表面出现盐囊泡并增多变大,孔张开度变化不明显,而盐敏感性品种气孔关闭,叶片表面蜡质增多粗糙,气孔保卫细胞受损破裂出现凋亡。刘敏轩等[5]研究发现随着盐浓度增加,参试材料的发芽率、复萌率以及苗期的存活率均呈现下降趋势,但苗高、根长、苗鲜重及根鲜重随着盐浓度的增加呈现出先升高后降低的趋势,且耐盐材料的游离脯氨酸含量以及根中Na+含量和Na+/K+随着盐胁迫浓度的增加而增加,增加幅度要显著大于耐盐性较差的材料;李占成等[6]研究发现在NaCl、Na2SO4及MgCl2胁迫下,糜子种子发芽可忍耐的浓度分别为1.2%、1.6%、2.0%。在相同浓度下,各种盐对糜子种子发芽抑制作用由大到小为NaCl、Na2SO4、MgCl2。 【本研究切入点】王纶等[7]对来源于我国14省(自治区)的6 518份黍稷种质资源,以苗期耐盐级别作为综合评价的标准,通过3次耐盐性鉴定,选出高度耐盐种质22份,占鉴定种质总数的0.34%,耐盐种质120份,占1.84%。 需分析比较内蒙古糜子186和新疆黄糜MZ04的耐盐性。【拟解决的关键问题】比较研究内蒙古糜子186和新疆黄糜MZ04在不同的NaCl溶液下萌发状况,分析参试材料的耐盐半抑制浓度及引进品种与新疆品种耐盐性,为新疆糜子种质耐盐性提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料为新疆黄糜MZ04和内蒙古糜子186,由新疆农业科学院农作物品种资源研究所提供。表1

表1 参试材料来源及特性

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

参照王治江[8]方法。取直径为11 cm玻璃培养皿,进行酒精消毒后,于80℃烘箱中8 h后取出,待其恢复室温后,铺放2层灭菌滤纸备用,挑选大小一致,饱满程度一致的糜子种子,用75%酒精消毒3 min,消毒完成后,用蒸馏水清洗5次,用滤纸吸干外部水分。将NaCl分别配制(0、50、100、150、200和250 mmol/L)6种浓度梯度,将种子分别置于不同浓度NaCl溶液中4 h,从中随机选取50粒种子,排列于培养皿中,在向培养皿中加入相应浓度的NaCl溶液10 mL,至滤纸水分饱和,每处理3次重复,并称重记录培养皿及种子的总重量,置于人工气候室中发芽,白、夜温度分别为16、17℃,时间分别为14、11 h,光强6 000 lx,试验过程中,每天按照称重补水法补充水分,保证培养皿中盐浓度不变,并统计发芽率(发芽标准,胚根突破种皮,达到种子长度为发芽标准),第7 d测量测其胚芽、胚根长度及鲜重。

1.2.2 测定指标

(1)发芽势=(3 d种子萌发数/种子总数)×100%;

(2)发芽率=(7 d种子萌发数/种子总数)×100%;

(3)发芽指数=∑(Gt/Dt)(Gt:第t d的发芽率;Dt:天数);

(4)活力指数=发芽指数×幼苗鲜重;

(5)胚芽、胚根长度及鲜重的测定:处理第7 d后,每培养皿取10株长势基本一致的胚苗。用蒸馏水冲洗干净,用滤纸吸干,测其胚芽、胚根长度及鲜重;

(6)耐盐半抑制浓度:相应指标降低到对照的一半时,所对应的NaCl溶液浓度。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0 进行数据分析,WPS 2020进行相关数量整理、作图。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对糜子种子发芽势的影响

研究表明,NaCl胁迫过程中,参试材料种子发芽势差异显著,随着NaCl溶液浓度的增加,发芽势降低,在100、150 mmol/L处理下新疆黄糜MZ04与内蒙古糜子186发芽势差异显著,且新疆黄糜MZ04的发芽势高于内蒙古糜子186, 150 mmol/L处理下新疆黄糜MZ04发芽势为50.67%,而内蒙古糜子186的发芽势为9.33%;但在200、250 mmol/L处理下新疆黄糜MZ04发芽势分别为0.67%、0,内蒙古糜子186的发芽势分别为2.00%、5.33%。图1

图1 不同处理下参试材料发芽势变化

2.2 NaCl胁迫对糜子种子发芽率的影响

研究表明,NaCl胁迫过程中,参试材料种子发芽率差异显著,随着NaCl溶液浓度的增加,发芽率降低,且在150、200和250 mmol/L处理下差异显著,内蒙古糜子186在200 mmol/L处理下发芽率降低到11.33%;新疆黄糜MZ04在200 mmol/L处理下发芽率为68.00%,较内蒙古糜子186高56.67%,在250 mmol/L处理下发芽率为31.33%,明显高于内蒙古糜子186。图2

图2 不同处理下参试材料发芽率变化

2.3 NaCl胁迫对糜子种子发芽指数的影响

研究表明,NaCl胁迫过程中,参试材料种子发芽指数差异显著,随着NaCl溶液浓度的增加,发芽指数降低,其中内蒙古糜子186与新疆黄糜MZ04在150、200、250 mmol/L处理下差异显著,且内蒙古糜子186在200 mmol/L处理下发芽指数降低到0.11;新疆黄糜MZ04在200 mmol/L处理下发芽指数为0.67,较内蒙古糜子186高0.55,在250 mmol/L处理下发芽指数为0.31,较内蒙古糜子186高0.26。图3

图3 不同浓度处理下参试材料发芽指数变化

2.4 NaCl胁迫对糜子种子活力指数的影响

研究表明,NaCl胁迫过程中,参试材料种子活力指数差异显著,随着NaCl溶液浓度的增加,活力指数降低,其中内蒙古糜子186在150、200 mmol/L处理下差异显著,在200 mmol/L处理下发芽指数降低到0.01;新疆黄糜MZ04在200、250 mmol/L处理下差异显著,在200 mmol/L处理下发芽指数为0.13,较内蒙古糜子186高0.12;在250 mmol/L处理下活力指数降低到最低新疆黄糜MZ04为0.05,内蒙古糜子186活力指数为0。图4

图 4 不同浓度处理下参试材料活力指数变化

2.5 NaCl胁迫对糜子胚苗生长的影响

研究表明,NaCl胁迫过程中,参试材料胚根、胚茎长度差异显著,随着NaCl溶液浓度的增加,胚根、胚芽茎长度降低。在不同浓度NaCl处理下新疆黄糜MZ04的胚根、胚茎长度均高于内蒙古糜子186;内蒙古糜子186在50 mmol/L处理下胚根、胚茎长度差异显著,较对照分别降低了32.686、9.67 cm;新疆黄糜MZ04在50 mmol/L处理下胚根、胚茎长度较对照分别降低了15.67 cm、6.04;在NaCl处理过程中新疆黄糜MZ04胚苗生长明显优于内蒙古糜子186。图5、6

图5 不同浓度处理下参试材料培根长度变化

图6 不同浓度处理下参试材料胚芽长度变化

2.6 糜子种子萌发期各指标与NaCl浓度相关性

研究表明,新疆黄糜MZ04各个指标的耐盐半抑制浓度均高于内蒙古糜子186;新疆黄糜MZ04的发芽率耐盐半抑制浓度为107.39 mmol/L,较内蒙古糜子186高出4.18 mmol/L,活力指数耐盐半抑制浓度为45.81 mmol/L,较内蒙古糜子186高出5.2 mmol/L;新疆黄糜MZ04种子萌发期的耐盐性高于内蒙古糜子186,且差异显著。表2

3 讨 论

糜子种子萌发期是整个生长发育过程中对盐胁迫最敏感的时期[8],糜子在盐碱地中是否能够存活首先决定于能否发芽,及发芽势的高低、胚根、胚茎的生长速度,其次决定于生长环境中盐碱的种类、浓度以及品种的遗传特性;土壤中盐碱种类及浓度影响种子萌发的主要原因一是土壤中盐碱浓度增大,种子萌发过程中很难收到水分,造成种子生理干旱,很难打破休眠,萌发;二是盐碱种类过多,离子浓度增加,造成离子中毒[9]。研究发现参试品种在NaCl溶液处理过程中,随着浓度的增加,发芽势、发芽率等指标均呈降低趋势;且2个品种之间也存在差异,糜子在盐胁迫过程中,萌发相关指标主要是由盐浓度及品种的耐盐特性决定,与刘敏轩等[5],李占成等[6],在糜子种质资源芽、苗期耐盐机理研究结果一致,与白菜型油菜[8]、烟草[10]、青稞[11]、玉米[12]、苜蓿[13]、冬小麦[14]、水稻等[15]研究结果相似。

研究发现在NaCl胁迫过程中,参试材料胚根长度大于胚茎长度,耐盐性强的新疆黄糜MZ04在不同NaCl浓度处理下,胚根长度大于耐盐性较弱的内蒙古糜子186,在胁迫过程中胚根的生长可以缓解盐胁迫造成的损伤;研究表明植物根系是最先感知环境变化的器官,在植物幼苗期进行胁迫处理,发现单株平均根数减少、幼苗主根变短、侧根数变少、根系鲜重下降、根总面积减小[16,17];在种子萌发过程中,研究发现,低浓度的盐处理可以促进根系生长[18];研究发现,在随着NaCl溶液浓度的增加,糜子胚根生长的长度减少,与权有娟等[19]研究发现胚根随着盐处理浓度的增加而缩短结果相似。可以通过高盐浓度对糜子种子萌发进行胁迫,不同糜子品种胚根生长速度、生长长度差异明显,可以作为判定糜子种质资源耐盐性的可靠指标;研究发现植株胚在高盐浓度下生存,会从根茎生长点发出新的根,来适应环境,出现这种植株,是十分难得的耐盐材料,与品种、盐浓度、盐成分没有任何关系,是个体差异变异[20,21]而新疆糜子种植地是复合盐碱地,还需进一步对参试材料进行鉴定。

4 结 论

NaCl胁迫过程中,参试材料种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根、胚茎长度差异显著,随着NaCl溶液浓度的增加,各个指标均降低,在200、250 mmol/L处理下新疆黄糜MZ04的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数明显高于内蒙古糜子186;且在不同浓度NaCl处理下新疆黄糜MZ04的胚根、胚茎长度均高于内蒙古糜子186;NaCl胁迫过程中,糜子种子萌发期各指标NaCl浓度呈负相关,新疆黄糜MZ04各个指标的耐盐半抑制浓度均高于内蒙古糜子186;新疆黄糜MZ04的发芽率耐盐半抑制浓度为107.39 mmol/L,较内蒙古糜子186高出4.18 mmol/L,活力指数耐盐半抑制浓度为45.81 mmol/L,较内蒙古糜子186高出5.2 mmol/L;新疆黄糜MZ04种子萌发期的耐盐性高于内蒙古糜子186。