賴弟利， 朱紅林， 何 鳳， 王佳俊， 范 昱， 趙 鋼， 嚴(yán) 俊

(成都大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106)

燕麥?zhǔn)呛瘫究?Gramineae)燕麥屬 (Avena)一年生草本植物，又稱筱麥、玉麥和鈴鐺麥，是世界主要農(nóng)作物之一[1]。燕麥不僅具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且與傳統(tǒng)栽培作物小麥(Triticumaestivum)等相比，具有更強(qiáng)的抗逆性[2-3]，特別是燕麥表現(xiàn)出對(duì)鹽堿土良好的適應(yīng)性。因此，被認(rèn)為是鹽堿地改良的重要替代作物之一，在許多國(guó)家倍受重視并廣泛栽培[4]。

我國(guó)約有25%的耕地受鹽漬化影響，導(dǎo)致約50%的主要作物減產(chǎn)[5]。鹽脅迫對(duì)植物的危害是多方面的，一是滲透脅迫，如高鹽濃度造成種子吸水遲緩，抑制種子萌動(dòng)，降低發(fā)芽勢(shì)；二是離子的毒害；三是抑制植物體內(nèi)酶活性和糖分的積累[6-10]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)麥類和其他作物的抗鹽生理已經(jīng)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。李先婷等[11]采用砂培法研究發(fā)現(xiàn)，在等量氯化鈉梯度漸進(jìn)脅迫下，選擇性吸收和運(yùn)輸K+是啤酒大麥適應(yīng)漸進(jìn)鹽脅迫的生理生態(tài)機(jī)制；XUE等[12-13]研究結(jié)果表明，大麥籽粒營(yíng)養(yǎng)成分，尤其是高磷素營(yíng)養(yǎng)有利于其在鹽脅迫條件下萌發(fā)。SALAMA等[14]研究了不同耐鹽性小麥品種在鹽脅迫植株中K+、Na+積累和葉片中Mg2+以及葉綠素含量的變化；YANG等[15-16]研究發(fā)現(xiàn)，小麥幼苗中脯氨酸的積累可能有助于增強(qiáng)植株的耐鹽性；GUO等[17]報(bào)道，腐植酸浸種可以通過調(diào)節(jié)果糖濃度減輕鹽脅迫中小麥幼苗質(zhì)膜損傷。但目前有關(guān)燕麥幼苗鹽脅迫生理的研究還較少，特別是鹽脅迫條件下燕麥幼苗可溶性糖分積累和分布尚屬空白。為此，采用我國(guó)廣泛種植的3個(gè)燕麥栽培品種為材料，以沙培法研究不同濃度鹽脅迫對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的影響，探尋燕麥抗鹽生理機(jī)制與規(guī)律，以期為燕麥抗鹽育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 燕麥 白燕6號(hào)、白燕9號(hào)和冀張莜4號(hào)3個(gè)品種，經(jīng)種子鹽脅迫垂直萌發(fā)法[18]和燕麥幼芽在NaCl溶液生長(zhǎng)初步篩選較具耐鹽性，由西北農(nóng)林科技大學(xué)提供。

1.1.2 鹽 AR分析純氯化鈉，成都金山化學(xué)試劑有限公司。

1.1.3 肥料 來(lái)富利牌復(fù)合肥(N∶P∶K為15∶15∶15)，市購(gòu)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料預(yù)處理 河沙用自來(lái)水洗9～10次后，再用純凈水浸洗2次(通過測(cè)試浸出液電導(dǎo)率確定河沙是否洗凈)，晾干備用；選取3個(gè)燕麥品種籽粒飽滿，大小一致的種子各600粒，置于培養(yǎng)皿(100 mm)中，純凈水浸種12 h，待種子萌發(fā)備用。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合沙培盆栽法進(jìn)行試驗(yàn)[19-20]。其中，燕麥品種為白燕6號(hào)、白燕9號(hào)和冀張莜4號(hào)；設(shè)5個(gè)鹽脅迫濃度，分別為1 g/kg、2 g/kg、4 g/kg、6 g/kg和8 g/kg，以無(wú)鹽脅迫(0 g/kg)作對(duì)照。

稱取來(lái)富利牌復(fù)合肥0.5 g/kg分別與0 g/kg、1 g/kg、2 g/kg、4 g/kg、6 g/kg、8 g/kg(g/kg表示肥料或NaCl與沙的質(zhì)量比)鹽沙混勻裝盆。將盆中厚度約0.7 cm的沙取出，挑選浸種后胚根突破種皮，且基本一致的種子播種到對(duì)應(yīng)花盆中，用取出的沙均勻的覆蓋在種子上，每盆播種30粒；每個(gè)處理播種3盆，3次重復(fù)，共播種54盆。播種后每天9:00左右噴灑1.5～3 L純凈水，5 d將托盤用10 mL純凈水浸洗1次，將浸洗液灑到對(duì)應(yīng)盆中。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目 分別在播種7 d、14 d和21 d測(cè)定相應(yīng)的生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)，每次取樣每盆內(nèi)隨機(jī)取15株苗。葉綠素用葉綠素測(cè)定儀(SPAD-502 Plus)測(cè)定[21]，由于7 d時(shí)燕麥葉片尚未抽出，僅測(cè)定14 d和21 d的SPAD值；脯氨酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定[22]；過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定[22]；丙二醛(MDA)含量和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸比色法進(jìn)行測(cè)定[22]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用JMP 6.0(SAS Institute)進(jìn)行方差及多元相關(guān)性分析，以及群體指標(biāo)平均值差異顯著性(P<0.05)檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)燕麥幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表 1看出，3個(gè)燕麥品種幼苗的同一生長(zhǎng)指標(biāo)在同一鹽濃度下隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)其變化趨勢(shì)一致。

1) 株高。3個(gè)燕麥品種幼苗在無(wú)脅迫和低濃度(1 g/kg)時(shí)，株高隨時(shí)間段的延長(zhǎng)逐漸升高且各時(shí)間段內(nèi)均達(dá)顯著性差異；在2 g/kg和4 g/kg時(shí)其增速開始減緩，在較高濃度(6 g/kg和8 g/kg)脅迫下，幼苗的株高在7 d后無(wú)顯著變化。NaCl濃度為1 g/kg時(shí)燕麥幼苗株高明顯高于其余各處理，說明，低濃度的鹽處理有利于燕麥幼苗長(zhǎng)高。

2) 根長(zhǎng)。3個(gè)燕麥品種幼苗的根長(zhǎng)隨鹽濃度增加、處理時(shí)間延長(zhǎng)均呈較類似的變化趨勢(shì)。在無(wú)脅迫和NaCl濃度為1 g/kg時(shí)，同一濃度下燕麥幼苗的根長(zhǎng)隨處理時(shí)間延長(zhǎng)顯著增長(zhǎng)；同時(shí)，NaCl濃度為1 g/kg時(shí)幼苗的根長(zhǎng)也顯著高于其余鹽脅迫處理。當(dāng)NaCl濃度≥2 g/kg時(shí)，同一濃度下各處理時(shí)間幼苗的根長(zhǎng)均無(wú)顯著差異；且隨著鹽濃度的升高，3個(gè)燕麥品種的根長(zhǎng)生長(zhǎng)均受到明顯抑制。

3) 根數(shù)和存活率。在無(wú)脅迫處理和當(dāng)NaCl濃度≤6 g/kg時(shí)，3個(gè)燕麥品種幼苗的根數(shù)和存活率均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸增加趨勢(shì)；當(dāng)NaCl濃度達(dá)8 g/kg時(shí)，各時(shí)段燕麥幼苗的根數(shù)和存活率無(wú)明顯變化。

2.2 鹽脅迫對(duì)燕麥幼苗生理指標(biāo)的影響

由表2看出3個(gè)燕麥品種幼苗在同一鹽濃度下隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)各生理指標(biāo)的變化趨勢(shì)。

1) 葉綠素含量。由于燕麥幼苗在第7天時(shí)葉片尚未展開，因此未對(duì)該時(shí)間的葉綠素含量進(jìn)行測(cè)定。在生長(zhǎng)至第14天和第21天時(shí)，隨著NaCl濃度的增加，3個(gè)燕麥品種葉綠素含量呈類似的變化趨勢(shì)。在無(wú)脅迫和NaCl濃度≤2 g/kg時(shí)，3個(gè)燕麥幼苗的葉綠素含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)均呈顯著上升趨勢(shì)；在NaCl濃度達(dá)4 g/kg時(shí)，幼苗的葉綠素含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)顯著變化；當(dāng)NaCl濃度≥6 g/kg時(shí)，幼苗的葉綠素含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸下降趨勢(shì)。另外，2～6 g/kg的NaCl濃度比無(wú)脅迫處理在相同時(shí)長(zhǎng)處理下的葉綠素含量高，說明，一定濃度鹽脅迫(2～6 g/kg)使葉綠素含量增加。

2) 脯氨酸含量。相同NaCl濃度下3個(gè)燕麥品種幼苗的脯氨酸含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸升高趨勢(shì)。在無(wú)脅迫處理和NaCl濃度≤1 g/kg時(shí)，燕麥幼苗的脯氨酸含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)均呈逐漸上升趨勢(shì)，但增速較緩、含量較低；當(dāng)NaCl濃度達(dá)2 g/kg時(shí)，其脯氨酸含量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增加，變化顯著。因此，高濃度鹽脅迫對(duì)燕麥幼苗體內(nèi)的脯氨酸含量有較大影響，說明燕麥體內(nèi)的脯氨酸含量可以作為潛在的鹽脅迫程度指標(biāo)之一。

3) POD活性和MDA含量。隨培養(yǎng)時(shí)間的增加，無(wú)脅迫處理3個(gè)燕麥品種幼苗葉片的POD活性和MDA含量均無(wú)顯著變化；當(dāng)NaCl濃度≥1 g/kg時(shí)，相同NaCl濃度下燕麥幼苗中POD活性和MDA含量均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐步上升趨勢(shì)，且隨脅迫程度的加大而增加。

4) 可溶性糖含量。3個(gè)燕麥品種各處理幼苗體內(nèi)的可溶性糖均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐步上升趨勢(shì)，其中，NaCl濃度為6 g/kg時(shí)3個(gè)燕麥品種的可溶性糖含量均在21 d時(shí)達(dá)最大，且均高于同一品種的其余處理。說明，該濃度有利于提高燕麥幼苗體內(nèi)的糖代謝水平，有利于糖分積累。

2.3 燕麥幼苗各生理指標(biāo)間的相關(guān)性

經(jīng)相關(guān)性分析，鹽脅迫下3個(gè)燕麥品種幼苗的MDA含量、POD活性、脯氨酸含量及可溶性糖含量均互呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。其中，POD活性與脯氨酸的斯皮爾曼秩相關(guān)系數(shù)最大，達(dá)0.852 3；MDA含量與脯氨酸含量、POD活性的相關(guān)系數(shù)分別為0.665 5和0.666 7；可溶性糖含量與脯氨酸含量、POD活性和MDA含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.649 1、0.566 4和0.576 3。說明，鹽脅迫環(huán)境下4者間的變化緊密聯(lián)系。

2.4 燕麥幼苗生理指標(biāo)與形態(tài)指標(biāo)間的相關(guān)性

經(jīng)相關(guān)性分析，鹽脅迫下3個(gè)燕麥品種的SPAD值和MDA含量與根數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.340 0和0.280 4；脯氨酸含量和可溶性糖含量與根數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.443 2和0.591 0，說明，根數(shù)的增加對(duì)脯氨酸含量、可溶性糖含量的積累有促進(jìn)作用。3個(gè)燕麥品種幼苗POD活性與存活率呈顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.292 4；脯氨酸含量、POD活性及MDA含量均與株高、根長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.460 1、-0.628 4和-0.399 6，-0.547 6、-0.685 9和-0.423 4，其中POD活性與株高、根長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大，說明，隨著株高、根長(zhǎng)的增長(zhǎng)POD活性反而降低。

3 結(jié)論與討論

該研究發(fā)現(xiàn)，NaCl濃度為1 g/kg時(shí)有利于燕麥幼苗的生長(zhǎng)，說明低鹽環(huán)境可能對(duì)燕麥幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。當(dāng)鹽濃度高于2 g/kg時(shí)，燕麥幼苗生長(zhǎng)即開始受到明顯的脅迫；而當(dāng)NaCl濃度較高(≥6 g/kg)時(shí)處理7 d后幼苗的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制。分析發(fā)現(xiàn)，即使在同一鹽濃度脅迫條件下，不同燕麥品種間的幼苗高度也存在明顯差異，這將為燕麥抗鹽品種育種改良提供依據(jù)和材料。3個(gè)燕麥品種幼苗的根長(zhǎng)、根數(shù)的變化與燕麥幼苗植株的高度呈現(xiàn)較類似的變化趨勢(shì)，即在NaCl濃度為1 g/kg時(shí)達(dá)最高，并隨著鹽濃度的增加呈明顯降低趨勢(shì)，與黃玉梅等[23-25]的研究結(jié)果類似。在種子萌發(fā)初期，適當(dāng)?shù)牡望}濃度(1 g/kg)有利于種子萌動(dòng)，這可能是適當(dāng)?shù)牡望}分可以起到抑制環(huán)境微生物的作用。此外，盡管高鹽濃度(8 g/kg)降低了種子的萌動(dòng)率，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，燕麥幼苗的存活率沒有顯著變化，說明，即使高鹽堿環(huán)境下燕麥長(zhǎng)出的幼苗依舊可以頑強(qiáng)的生長(zhǎng)。這對(duì)于鹽堿地的燕麥廣適性評(píng)價(jià)和推廣十分重要。

該研究結(jié)果表明，低鹽濃度可促進(jìn)燕麥幼苗的光合強(qiáng)度，有助于增加凈光合速率，可能是其通過自身調(diào)節(jié)適應(yīng)不良環(huán)境的一種表現(xiàn)；而高濃度的鹽脅迫可能使燕麥幼苗的光合速率下降，但細(xì)胞中脯氨酸等氨基酸含量則可能隨NaCl含量的增加而增強(qiáng)，說明，燕麥體內(nèi)的脯氨酸含量可以作為潛在的鹽脅迫程度指標(biāo)之一，與JUNGKLANG等[26-27]的研究結(jié)果類似。植物受到逆境脅迫時(shí)體內(nèi)細(xì)胞代謝的動(dòng)態(tài)平衡被打破，從而引起代謝紊亂，隨后植株體內(nèi)會(huì)啟動(dòng)一系列保護(hù)系統(tǒng)，如POD和MDA等組成的抗氧化酶促系統(tǒng)以維持植株的正常生理功能[28-29]。不同燕麥品種在鹽濃度增高時(shí)其POD活性和MDA含量的變化不同，但值得注意的是當(dāng)鹽濃度為1 g/kg時(shí)，幼苗中的POD活性和MDA含量均逐步上升，說明，燕麥體內(nèi)的POD和MDA對(duì)鹽脅迫非常敏感，即低濃度脅迫就開始對(duì)環(huán)境作出響應(yīng)，很可能直接參與細(xì)胞滲透勢(shì)的調(diào)節(jié)從而應(yīng)對(duì)鹽脅迫的惡劣環(huán)境，同時(shí)也可以在某種程度上反映出燕麥幼苗抵御逆境脅迫的能力。該試驗(yàn)首次研究了燕麥幼苗在高濃度鹽脅迫植株中糖分的積累，分析發(fā)現(xiàn)，即使在較高濃度(≥6 g/kg)鹽脅迫下燕麥幼苗體內(nèi)的可溶性糖仍在不斷積累，這可能是燕麥長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的適應(yīng)機(jī)制，使其在高鹽環(huán)境中仍能積累有機(jī)物以維持自身的生長(zhǎng)發(fā)育。但各生理指標(biāo)在鹽脅迫下發(fā)生變化的分子機(jī)制還有待深入探索和研究。