王玉祥,陳愛萍,張博

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊830052)

由于全球氣溫升高,降水量減少,以及不合理灌溉,使干旱、半干旱區(qū)土壤次生鹽漬化日趨加重。目前我國約有鹽堿地667萬hm2,開發(fā)和治理鹽堿地已迫在眉睫。鹽堿地種植農(nóng)作物產(chǎn)量很低,甚至不能耕種。而種植耐鹽、抗鹽植物是進(jìn)行鹽堿地改良最為經(jīng)濟(jì)有效的措施。苜蓿Medicago sativa具有葉片排鹽機(jī)制[1],在豆科中的耐鹽性較強(qiáng),但其品種間的耐鹽性差異較大,選擇耐鹽苜蓿進(jìn)行鹽堿地改良[2],是合理開發(fā)利用鹽漬化土地資源切實(shí)可行的措施。

苜蓿是重要的優(yōu)良牧草[3],因其數(shù)千年來生長在低鹽或非鹽漬化土壤中,其抗鹽能力較強(qiáng),屬于中等抗鹽牧草。培育耐鹽苜蓿品種,提高其耐鹽性,不但能提高鹽堿地的利用率,改良鹽堿地,而且可以增加優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料,為發(fā)展畜牧業(yè)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

試驗(yàn)以新牧1號(hào)、新疆大葉、三得利、新牧2號(hào)、中苜1號(hào)和敖漢苜蓿為材料,研究其在不同鹽濃度脅迫下的反應(yīng),了解和揭示在鹽脅迫過程中的變化機(jī)制,選擇出適合當(dāng)?shù)胤N植的耐鹽品種,同時(shí)通過對(duì)不同抗性指標(biāo)[4-5]與耐鹽性的相關(guān)性分析[6-8],篩選出適合苜蓿自身耐鹽性鑒定較為簡捷有效的指標(biāo),為今后的耐鹽性評(píng)價(jià)及耐鹽草種的選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為三得利、新牧1號(hào)、新牧2號(hào)、中苜1號(hào)、敖漢苜蓿、新疆大葉,由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草育種與生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)5個(gè)鹽濃度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)),依次為 0 (CK)、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%,每個(gè)濃度設(shè)置10個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)種植10株。

1.2.2 無菌苗發(fā)芽試驗(yàn)

培養(yǎng)基制備:培養(yǎng)基的鹽濃度(NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù))為 0 、0.3%、0.5%、0.7%和 0 .9%,而基本培養(yǎng)基為1/2 MS培養(yǎng)基,即大量元素減半,其他元素成分不變。

無菌苗的培育:選擇籽粒飽滿的苜蓿種子,在體積分?jǐn)?shù)75%的酒精中浸泡45 s,經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%氯化汞消毒30 min,無菌水清洗5次,接種到1/2 MS+不同鹽濃度的培養(yǎng)基上。每個(gè)濃度10瓶,每瓶接10粒種子,先暗培養(yǎng)3 d,第4天開始放置在16 h光照/8 h黑暗環(huán)境里,實(shí)驗(yàn)室溫度為(26±1)℃。

1.2.3 農(nóng)藝指標(biāo)的測量

發(fā)芽勢的測定:無菌苗培育7 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢。

發(fā)芽率的測定:無菌苗培育10 d后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。

株高的測定:無菌苗培育30 d后,每個(gè)處理隨機(jī)選取15株,測量株高(子葉以上部分),取平均值。

根長的測定:無菌苗培育30 d后,每個(gè)處理隨機(jī)選取15株,測量根長(子葉以下部分),取平均值。

1.2.4 生理指標(biāo)的測量 材料培育30 d后測量生理生化指標(biāo),同一指標(biāo)所選擇的材料為植株的相同部位,以減少因材料自身差異造成的誤差,同時(shí),每個(gè)指標(biāo)重復(fù)3次,取平均值。

可溶性糖含量的測定:參照縐琦[9]的蒽酮比色法測定。

丙二醛含量測定:參照張治安[10]的硫代巴比妥酸法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理 使用Excel和SPSS10.0軟件進(jìn)行制圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢的影響 苜蓿種子在鹽脅迫下的發(fā)芽勢(圖1)試驗(yàn)表明,隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,苜蓿種子的發(fā)芽勢都呈明顯的下降趨勢。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí),新疆大葉和新牧2號(hào)發(fā)芽勢最高,三得利和中苜1號(hào)發(fā)芽勢最低;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí),新牧1號(hào)的發(fā)芽勢最高,敖漢苜蓿的發(fā)芽勢最低;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí),新牧1號(hào)發(fā)芽勢最高,敖漢苜蓿的發(fā)芽勢最低。

圖1 鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢的影響

2.2 鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽率的影響 鹽脅迫下,苜蓿種子的發(fā)芽情況如圖2所示,苜蓿的發(fā)芽率與NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈反比,即隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,苜蓿發(fā)芽率逐漸降低。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),新牧1號(hào)和新疆大葉發(fā)芽率最高;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí),新牧1號(hào)發(fā)芽率最高,敖漢苜蓿的發(fā)芽率最低。

圖2 鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽率的影響

2.3 鹽脅迫對(duì)株高的影響 隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,苜蓿的株高呈現(xiàn)下降趨勢,即NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)與苜蓿株高成反比(圖3)。三得利株高下降趨勢比較平緩,新牧1號(hào)、新疆大葉、新牧2號(hào)和中苜1號(hào)的變化都比較大,先呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,到NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),開始變得平緩。試驗(yàn)結(jié)果分析表明,與其他品種相比,不同NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)下,新牧1號(hào)具有株高方面的優(yōu)勢。

圖3 鹽脅迫對(duì)株高的影響

2.4 鹽脅迫對(duì)根長的影響 隨著溶液中NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,苜蓿幼根的生長受到抑制,均呈現(xiàn)下降趨勢(圖4)。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),三得利的根最長,敖漢苜蓿的根最短;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí),新牧1號(hào)的根最長,敖漢苜蓿的根最短。試驗(yàn)結(jié)果表明,新牧1號(hào)根長變化最小,對(duì)鹽不敏感,即耐鹽性較好。

圖4 鹽脅迫對(duì)根長的影響

2.5 可溶性糖含量 逆境脅迫下,植物體內(nèi)的可溶性糖會(huì)大量積累,既作為能量儲(chǔ)備,同時(shí)又是植物體內(nèi)主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),用于減少外界對(duì)植物造成的傷害。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液對(duì)苜蓿葉片內(nèi)可溶性糖的積累的影響如圖5所示,隨著NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,苜蓿葉片中可溶性糖的含量是增加的。當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí),新疆大葉和三得利的可溶性糖含量最高,敖漢苜蓿最低;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí),新牧1號(hào)的可溶性糖含量最高,新疆大葉次之,敖漢苜蓿最低。

圖5 鹽脅迫對(duì)可溶性糖含量的影響

2.6 丙二醛含量 丙二醛是植物在逆境脅迫下產(chǎn)生的一種膜脂過氧化物,其含量的多少可以反映出膜脂過氧化的大小。試驗(yàn)中丙二醛的含量變化如圖6所示,在各個(gè)處理下,苜蓿體內(nèi)丙二醛的含量變化規(guī)律不明顯。當(dāng) NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí),新牧1號(hào)的丙二醛含量最高,敖漢苜蓿的最低;當(dāng)NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí),新牧1號(hào)的丙二醛含量最高,三得利含量最低。試驗(yàn)結(jié)果表明,新牧2號(hào)的變化趨勢最平緩,說明鹽脅迫對(duì)新牧2號(hào)丙二醛的含量影響最小。

圖6 鹽脅迫對(duì)丙二醛含量的影響

3 討論

3.1 鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響目前在評(píng)定苜蓿種子的耐鹽能力的大小時(shí),所使用的測定指標(biāo)有:種子發(fā)芽勢、種子發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢、幼苗根長和幼苗株高[11]。植物種子發(fā)芽率與植物本身的生物學(xué)特性有關(guān),如種子的休眠、膜系統(tǒng)的修復(fù)和細(xì)胞膜透性以及酶的活性等,且與種子所處的外界環(huán)境間的關(guān)系更為密切。試驗(yàn)中,各供試材料種子的發(fā)芽勢隨著鹽濃度的增加而顯著下降(見圖1),這與齊冰潔等[12]在賴草屬牧草中的研究結(jié)果一致。耐鹽性較強(qiáng)的種發(fā)芽率也較高,而耐鹽性較弱的種則較低,因此,種子的發(fā)芽率能夠反映出苜蓿的耐鹽性。

3.2 鹽脅迫對(duì)株高和根長的影響 鹽脅迫不但降低了苜蓿種子的發(fā)芽率,而且對(duì)苜蓿的株高和根長都產(chǎn)生了一定的影響。鹽脅迫下,苜蓿株高和根長與鹽濃度呈現(xiàn)顯著的變化,且不同材料間變化量差異顯著。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,耐鹽性較強(qiáng)的苜蓿的株高以及根長都比耐鹽性較弱的大,說明株高和根長能反映出供試材料的耐鹽性大小,故可將其作為苜蓿耐鹽性研究的主要指標(biāo)。

3.3 鹽脅迫對(duì)可溶性糖和丙二醛含量的影響 細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的紊亂與膜透性的變化是逆境脅迫作用的關(guān)鍵所在。人們發(fā)現(xiàn),在逆境條件下細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除平衡受到破壞[12],使活性氧含量增加,從而導(dǎo)致植物膜質(zhì)過氧化而造成牧草的膜系統(tǒng)受損,脂質(zhì)過氧化作用的最終產(chǎn)物就是丙二醛,它可與膜蛋白發(fā)生交聯(lián)作用,使膜透性增大,又可與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng),使膜系統(tǒng)中多種酶受到嚴(yán)重的損傷,其含量多少可代表質(zhì)膜受損傷程度的大小。許鵬[14]的研究表明,鹽脅迫下牧草的丙二醛含量隨鹽濃度的增大而增加,抗鹽性較強(qiáng)的牧草丙二醛的增長率明顯低于抗鹽性較差的牧草。而膜透性的增加[15]可以表現(xiàn)出鹽脅迫下細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能受到傷害的程度。在試驗(yàn)中,雖然細(xì)胞膜相對(duì)透性及丙二醛含量的變化量都比較大,但丙二醛含量的變化與鹽濃度之間無顯著變化關(guān)系,因此認(rèn)為只能將可溶性糖含量作為苜蓿耐鹽性大小鑒定的重要指標(biāo),而丙二醛的含量作為苜蓿耐鹽性大小鑒定的參考指標(biāo)。

4 小結(jié)

4.1 隨著鹽濃度的增加,苜蓿種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率都呈明顯的下降趨勢。其中,新牧1號(hào)下降趨勢較平緩,敖漢苜蓿的下降趨勢較大,說明鹽脅迫對(duì)敖漢苜蓿的影響大,對(duì)新牧1號(hào)的影響小。

4.2 鹽脅迫對(duì)株高和根長的影響表明,隨著鹽濃度增加,苜蓿植株和幼根的生長受到抑制。不同鹽濃度下,新牧1號(hào)的根長和植株高度都比其它苜蓿長,即鹽脅迫對(duì)新牧1號(hào)的影響小于其他苜蓿。由于根長和株高同鹽濃度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān),因此可以將它作為苜蓿耐鹽性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

4.3 通過對(duì)可溶性糖含量和丙二醛含量的測定,結(jié)果顯示,可溶性糖含量呈上升趨勢,故其可作為苜蓿耐鹽性的主要指標(biāo),丙二醛的規(guī)律不明顯,故可作為參考指標(biāo)對(duì)苜蓿的耐鹽性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.4 通過對(duì)6個(gè)苜蓿品種的發(fā)芽率、株高、根長和可溶性糖含量等指標(biāo)的綜合評(píng)比分析,試驗(yàn)認(rèn)為6個(gè)苜蓿品種耐鹽性依次為:新牧1號(hào)＞新疆大葉＞三得利＞新牧2號(hào)＞中苜1號(hào)＞敖漢苜蓿。

由于試驗(yàn)時(shí)間較短,一些指標(biāo)的測量結(jié)果與前人的研究結(jié)果不一致,可能是試驗(yàn)材料差異,也可能是試驗(yàn)方法不同所致,還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

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