苏打盐碱胁迫对水稻叶片丙二醛和叶绿素含量的影响

迟晓雪高显颖郑海旭鲁海涛王佳琪杜大勇邹世辉郭庆爽耿艳秋

(1.呼伦贝尔市林业和草原科学研究所，内蒙古 呼伦贝尔 021008；2.呼伦贝尔市农畜产品质量安全中心，内蒙古 呼伦贝尔 021008；3.吉林农业大学农学院，吉林 长春 130118)

植物在逆境条件下会产生大量的活性氧，活性氧很容易使植物细胞内膜发生过氧化作用或脱脂作用，而丙二醛则是细胞内膜脂过氧化或脱脂的产物，其对细胞的生物膜造成了很大的破坏，使不饱和脂肪酸减少，导致细胞流动性下降[1]。近年来，越来越多的研究者提出，膜脂的过氧化也会对植物的光合与呼吸过程造成影响，进而造成细胞内的能量转移，引发细胞内的活性氧自由基生成，导致细胞膜的过氧化反应[2-4]。植物利用光合作用产生的碳水化合物是其赖以生存和发展的能源。叶绿体是参与光合作用的细胞，而叶绿素是光合作用的主要物质[5]，因此，在植物中叶绿素的水平决定其光合作用的强度。

盐碱等逆境胁迫不仅会严重干扰植物的生长发育，还会显著影响植物的叶片丙二醛及叶绿素的含量，但迄今为止，关于Na2CO3及NaHCO3等盐类物质对叶片丙二醛及叶绿素的调控机制尚不清楚。本研究采用盆栽法，较系统地研究了在盐碱胁迫下水稻全生育期丙二醛和叶绿素含量的变化规律，以期为盐碱地水稻生产提供支撑。

1 材料和方法

1.1 供试材料

1.1.1 试验地自然条件

试验于2012年在吉林农业大学现代化所进行，全年平均气温4.7℃，高、低温差-22.4℃，年日照2688h。年平均降水654.3mm，其中夏天降水为67%，蒸发面积1392.5mm，有效积温>10℃，有效积温为2840.1～3040℃，冬季无霜期145～150d。

1.1.2 供试土壤

本研究以吉林省松嫩平原的天然盐碱地及吉林农大实验基地的天然黑土为研究对象。

1.1.3 供试品种

供试材料为吉林省农科院培育的“长白9号”，生长期130d，耐盐碱品种。

1.2 试验设计

在吉林省松嫩平原的天然盐渍化土壤中选取，在吉林农大的实验场地中，采用了苏打碱化土壤中的苏打盐碱土和天然黑土，并将二者按照一定比例混合，制成一种具有一定质量分数的土壤。土壤的化学特性见表1。

表1 供试土壤化学性质

试验采用盆栽法，盆规格：上口径、下口径、高分别为30cm、20cm、26cm，每盆装土重量为15kg。试验于5月21日插秧，采取每穴3株，每盆5穴的方式进行插秧，6次重复，随机排列，试验设置处理为11个，见表1，试验于返青期、分蘖初期、分蘖盛期、拔节孕穗期追施尿素1g/盆，基肥为施复合肥8g/盆；随着水稻生育期的增长，在分蘖后期，盐碱胁迫比较重的水稻逐渐死亡，所以在整个生育期，只对7个处理的指标进行测量，其他4个处理的水稻没有到生育后期已经死亡。

1.3 生理指标的测定方法

1.3.1 叶片丙二醛含量的测定

丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)方法进行检测[1]，称取新鲜的稻叶0.5g，加入少量的石英砂、10%的TCA 5mL，将其粉碎研磨为均匀的浆状物，然后将其加入4mL的研钵体中，同时将其加入到一个离心机中，以4000r·min-1的转速进行10min的离心，得到2mL的上清溶液，加入2mL的0.67%TBA，并将其在沸腾的水槽中进行搅拌30min，将其放回水中进行搅拌，搅拌30min，再次进行离心。在450nm、532nm、600nm下，取上清液，用分光光度计，分别测量OD值，对照管中，用2mL蒸馏水取代样本提取液，并制备一条标准曲线。

1.3.2 叶片叶绿素含量的测定

取水稻叶片的中部3片，把3片叶片剪碎，并装入刻度试管底部，丙酮与乙醇按照1∶1(V∶V)的比例加入两者混合液为25mL，避光，于室温下浸泡至叶片全白，分别在645nm和630nm波长下进行OD值的测定，测叶绿素含量的方法采用沈伟其混合提取法[6]。

1.4 数据处理

采用Excel软件和DPS方法对试验结果进行统计学处理。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对水稻叶片丙二醛含量的影响

从图1可知，在整个生育期水稻叶片的丙二醛含量呈逐渐上升的趋势，在同一时期，随盐碱胁迫程度的增加，水稻叶片中丙二醛含量也在逐渐增加，处理F的水稻叶片丙二醛含量最高。

图1 盐碱胁迫对叶片丙二醛含量的影响

在分蘖期，CK比处理A低6.41%，CK和处理A差异不显著；而CK比处理B低13.10%，差异达显著水平(p<0.05)；处理D和处理E间差异不显著；处理C、处理D、处理E、处理F和CK间差异极显著。拔节期同分蘖期。与对照相比，处理A的产量提高了19.81%，无统计学意义。在各种因素影响下，处理B与对照均达到极显著水平。这表明，在不同的盐碱性条件下，各处理与CK间存在明显差异，但盐碱浓度差值小的处理间差异不显著。

2.2 盐碱胁迫对水稻叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质，其含量的多少对光合速率有直接影响，是反映植物叶片光合能力的一个重要指标[7]。从图2可知，全生育期水稻叶片的叶绿素含量呈先升高后降低的单峰曲线变化。开花期达最大值，之后下降，蜡熟期含量最少。在同一时期，叶绿素含量随盐碱程度的增加而降低，而且盐碱浓度越高，下降的程度越大。

图2 盐碱胁迫对叶片叶绿素含量的影响

在分蘖期，处理A比CK低8.3%，差异不显著；处理B、处理C、处理D、处理E均比CK低，差异不显著；处理F比CK低26.52%，差异达显著水平(p<0.05)；随着盐碱胁迫时间的延长，差异开始显著。在拔节期，处理A比CK低13.29%，差异达极显著水平(p<0.01)；处理B、处理C、处理D、处理E、处理F均比CK低，差异达极显著水平(p<0.01)；这说明，随着盐碱胁迫时间的延长和程度的加深，水稻的生长受到了影响。

3 讨论

土壤pH、电导率、有机质是土壤重要的理化性质，能直接、间接地影响水稻的生长[8-10]。研究发现，土壤pH值升高，土壤电导率升高，土壤有机质含量下降，对植株的生长发育产生较大影响。本试验也可以看出，土壤盐碱胁迫越严重，水稻生长受到的影响就越大，到生育后期，水稻叶片开始枯萎，逐渐死亡。盐碱土壤主要通过渗透作用和离子毒害作用限制种子生理吸水，破坏膜的结构，抑制种子萌发。在苗期，盐碱抑制根系生长，叶片死亡、叶片失绿，减弱水稻分蘖能力。同时，盐碱大大降低光合产物，导致光合产物严重不足，穗分化严重受阻，导致幼穗的长度、一次枝梗数量、小穗数、谷粒大小、结实率等都显著下降，成熟期也推迟，影响稻米产量。另外，盐碱使水稻整精米率降低，蛋白质含量增加，严重影响稻米品质。土壤对植物的生长至关重要，土壤有机质和pH的大小也直接或间接影响着植物的生长，良好的土壤环境有助于植物生长，相反，逆境胁迫也会阻碍植物生长，本研究表明，盐碱胁迫对植物的生长起到阻碍作用。

植物体内的叶绿素是由植物自身的2个部分组成的，当植物体内的叶绿素被破坏时，光合作用就会下降，从而导致植物体内叶绿素含量降低，叶子变黄，从而限制了植物的光合作用[11]。研究发现，不同的盐胁迫处理对不同的叶绿素含量有不同的影响。在整个生长期内，各品种的叶绿素浓度均呈现出先上升再下降的“单峰型”曲线。随着生育期的延长，光合作用也在下降，水稻的叶绿素含量也随之下降，在开花阶段达到最高，后逐渐降低，在蜡成熟阶段达到最低。在相同时间内，随着盐碱程度的增大，叶片叶绿素值呈逐渐减少趋势，并且随着盐分的增大，其减少幅度也逐渐增大。处理F的叶绿素含量最低，说明受到的盐碱胁迫最严重；处理F的长势也最不好，无论是株高还是产量，都低于其他处理，盐碱胁迫对其影响最为明显。植物需要生活在特定的环境下才能生长，在某种环境中，即使是盐碱环境中，也能与外界环境进行物质和能量的交换。主要环境因子会影响植物的光合作用，而且在一天中环境因子也会出现明显变化。盐碱胁迫也会对光合日变化产生影响，进而影响光合作用，从而对植物的生长产生影响，导致产量下降。盐碱胁迫对植物生长的影响体现在多方面，不只是对光合作用有影响，还影响着植物体内叶绿素的含量，植物对养分、水分的吸收，还有其他方面，有待于进一步研究。

在盐碱胁迫下，植物各组织容易产生膜脂质过氧化。丙二醛(MDA)是植物膜脂质过氧化反应的主要产物，其在植物中的含量及胞浆膜通性改变是表征植物膜脂质过氧化反应强度及质膜破坏的关键因素[12]。试验结果表明，全生育期水稻叶片的丙二醛含量呈逐渐上升趋势，在同一时期，随盐碱胁迫程度的增加，水稻叶片中丙二醛含量也在逐渐增加。处理F的盐碱胁迫最严重，其丙二醛含量也是最高的。

4 结论

在盐碱胁迫下，植株的MDA和叶绿素含量都发生了变化。随着盐分的增加，丙二醛也随之增加；随着时间推移，叶绿素的水平逐渐降低。Heath等研究表明，丙二醛的生成与叶绿素脱色过程同步，且其峰值的出现与叶绿素脱色过程中的整个过程相吻合，并指出叶绿体中的脂类过氧化作用与其引起的光合作用的丧失密切相关[13]。由此推测，在盐碱胁迫环境中，叶绿体被氧化后，叶绿素的生成会受到阻滞，其所需要的酸性物质被破坏，从而导致叶绿素的生成减少。这也反映在本文中。

结果表明，在整个生长期内，MDA的含量随着盐碱胁迫程度加重而升高。在整个生长期内，各品种的叶绿素浓度均呈现出先上升再下降的“单峰型”曲线。在开花期间达到最高，随后逐渐降低，在蜡熟期达到最低。同时，随着盐分的升高，叶片叶绿素值呈下降趋势。

有关土壤盐碱胁迫对水稻叶片MDA和叶绿素含量影响的研究，目前已有一些结果，但由于盐碱类型及环境条件、实验手段等诸多因素不同，盐碱土影响植物生长机理的研究还不够深入和全面，有待于进一步研究。