王金香 王艷芝 幸麗璇 劉建霞 王潤梅

（山西大同大學農學與生命科學學院/設施農業(yè)技術研發(fā)中心，037009，山西大同）

黍子（Panicum miliaceum L.）是我國北方地區(qū)的一種特色農作物。它具有抗干旱、耐貧瘠等顯著特點，適合在干旱、半干旱地區(qū)生長。山西北部屬季風性干旱地區(qū)，土壤貧瘠，緯度高、濕度低、晝夜溫差大，獨特的地理、土壤和氣候環(huán)境形成了黍子特有的營養(yǎng)成分和口感，黍子成為晉北地區(qū)極富特色且營養(yǎng)價值極高的一種小雜糧作物[1]。

干旱和土壤鹽漬化是影響農作物生長的主要逆境因子。土壤鹽漬化可以分為輕度（含鹽量在0.1%～0.3%）、中度（0.4%～0.6%）和重度（大于0.6%），3種不同程度的土壤鹽漬化在山西均有分布，其中輕度鹽漬化面積占比最大，中度次之，重度最小[2]。Na+、Cl–和SO42–是多數(shù)鹽漬區(qū)土壤的主要鹽分類型[3]。土壤鹽漬化對農作物組織與器官的生長和分化有抑制作用，使植株發(fā)育緩慢、衰老加速，進而造成農作物減產甚至發(fā)生大面積死亡[4]。鹽分升高對農作物造成的主要危害與生理干旱、離子失衡、氧化應激及隨后產生的嚴重營養(yǎng)脅迫有關[5]。如高濃度的鹽會使環(huán)境水勢降低，幼苗葉片水勢、滲透勢、壓力勢和相對含水量均明顯下降，出現(xiàn)生理干旱現(xiàn)象，形成對細胞的滲透脅迫[6]。同時，環(huán)境中Na+過度攝入會干擾細胞對其他離子的吸收和分布，根、莖和葉中K+、Mg2+、Ca2+等離子濃度會因Na+過度進入細胞而明顯下降，造成細胞離子失衡和離子毒害[5]。逆境脅迫下，維持細胞內滲透平衡、確保植物細胞吸水是植物提高抗逆性、實現(xiàn)個體生存和發(fā)展的早期適應性反應。

赤霉素（gibberellin，GA3）是一種植物激素，具有促進植物生長和增產的作用。研究[7]顯示，GA3能顯著緩解鹽脅迫對水稻種子萌發(fā)的抑制作用，在此過程中，類異黃酮還原酶和葡萄糖磷酸變位酶等與GA3提高水稻耐鹽性有關。對甜玉米的研究[8]顯示，在鹽脅迫條件下，幼苗鮮重、葉綠素含量、過氧化氫酶（CAT）及超氧化物歧化酶（SOD）活性均降低，在鹽脅迫條件下對其進行外源GA3的葉面噴施，可使幼苗的鮮重、葉綠素含量及2種酶活性得到恢復。

目前，我國耕地面積逐年縮小，而土壤鹽漬化程度和面積卻有不斷擴大趨勢，有效耕地面積減少已成為制約我國農業(yè)發(fā)展的一個重要因素。如何充分利用鹽堿土地、提高鹽漬化土壤的生產力、促進糧食增產是亟待解決的問題。選用抗鹽農作物品種或添加外源性物質提高作物抗鹽性是有效利用輕度及中度鹽堿土地進行農業(yè)生產的一種有效措施。綠寶糯是口感好、營養(yǎng)品質優(yōu)良的黍子品種，該品種是否適合在干旱鹽堿化的晉北地區(qū)種植以及適合在哪種鹽堿土壤種植還未見報道，能否利用GA3提高綠寶糯黍子的抗鹽性，擴大品種種植范圍也需要做進一步研究。本試驗以綠寶糯黍子為材料，研究該品種幼苗期對鹽脅迫的耐受性，探究GA3對鹽脅迫下幼苗生長及滲透調節(jié)的作用，為合理利用鹽堿土地進行農業(yè)生產（增產增收）提供更多的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

黍子品種為金谷綠寶，購買于山西省晉中市太谷縣。

鹽脅迫處理：挑選籽粒飽滿、大小一致的種子，用NaClO消毒沖洗后將種子均勻鋪在育苗盤中（育苗盤中鋪一層紗布）并放入25℃恒溫培養(yǎng)箱中水培萌發(fā)生長，待種子萌發(fā)后進行鹽脅迫處理。試驗共設4個處理，CK：對照組，用蒸餾水進行培養(yǎng)；T1：用0.1%NaCl溶液進行培養(yǎng)；T2：用0.2%NaCl溶液進行培養(yǎng)；T3：用0.3%NaCl溶液進行培養(yǎng)，每組設3個重復。每天更換培養(yǎng)液，萌發(fā)后第3天開始測量幼苗的根長和芽長，連續(xù)統(tǒng)計6d。生長至第8天取幼苗根，觀察結構，測定滲透調節(jié)物質含量及根系活力。

GA3緩解處理：種子萌發(fā)后以水培為對照（CK），以0.2%NaCl溶液進行鹽脅迫處理（T2），0.2%NaCl溶液處理同時外施60、80、100、120和150mg/L GA3水溶液進行緩解處理，分別記為T2+GA60、T2+GA80、T2+GA100、T2+GA120 和T2+GA150，篩選出合適濃度的GA3水溶液，在第5天測量根長與芽長，連續(xù)統(tǒng)計4d，研究GA3的緩解作用。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 根長和芽長 先用一根細線量取根基部到根尖的長度并做好標記，再將該段細線拉直用直尺測量其長度，即為根長；測量芽長時，用細線量取芽基部到幼芽尖端的長度并做好標記，再將細線拉直測量其長度。

1.2.2 根尖細胞顯微結構觀察 幼苗生長至第8天時，取根尖（距根最前端2～3mm的部分），制作臨時裝片。具體操作如下：將根尖放入解離液（15%HCl和95%乙醇1:1）中室溫下解離30min，蒸餾水漂洗后用龍膽紫（0.01g/mL）染色2min，用蒸餾水沖洗后將根尖放在載玻片并蓋上蓋玻片，用拇指輕壓蓋玻片，使細胞分散開來，制成臨時裝片，在顯微鏡下觀察拍照。對伸長區(qū)細胞縱向長度和橫向長度進行顯微測量，伸長區(qū)細胞縱橫比（縱向長度/橫向長度）表示細胞的伸長水平。

1.2.3 滲透調節(jié)物質含量 采用蒽酮比色法[9]測定可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍染色法[10]測定可溶性蛋白含量，采用酸性茚三酮比色法[11]測定游離脯氨酸（Pro）含量。

1.2.4 根系活力 利用TTC法測定根系活力，具體參照《植物生理學實驗指導》[11]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 21.0軟件分析處理數(shù)據(jù)，結果用3次試驗平均值±S.E.表示。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對綠寶糯黍子幼苗生長、根尖細胞結構與滲透調節(jié)的影響

2.1.1 鹽脅迫對幼苗生長的影響 從圖1a可以看出，對照組（CK）幼苗生長旺盛，根系發(fā)達，幼根長且須根多，地上部分生長快速，芽長明顯。鹽脅迫處理后的幼苗纖細矮小，幼根短且須根少或沒有，幼芽生長減緩，長度明顯變短；鹽濃度越高對幼苗生長抑制作用越明顯。由圖1b可見，CK組幼苗的根不斷伸長，生長趨勢明顯；鹽脅迫處理后根的生長明顯減緩。鹽脅迫5d內3個處理組幼根生長速度顯著低于CK組，鹽濃度越大幼根生長速度越慢；5d后3個鹽處理組幼根停止生長；在第8天，T1、T2和T3處理組的根長比CK組分別低49.70%、54.07%和63.65%；在鹽脅迫后期幼根的生長已被完全抑制。與對根的抑制作用不同，芽在整個鹽脅迫過程中一直生長但生長緩慢，低于CK組，生長至8d時，在3個鹽濃度組（由低到高）芽長分別比CK組降低了11.11%、18.28%和34.77%（圖1c）。上述結果表明，鹽脅迫不僅抑制根的生長，同時對地上部分芽的生長也產生顯著抑制作用，且鹽脅迫對根生長的抑制作用大于芽；鹽濃度越高對幼苗的傷害越大，抑制作用越明顯。

2.1.2 鹽脅迫對幼苗根尖伸長區(qū)細胞生長的影響

如圖2所示，CK組伸長區(qū)細胞明顯伸長（圖2a），細胞縱向長度約為橫向長度的6倍（圖2b）；而在鹽脅迫下，細胞的伸長明顯受到抑制，T1處理組伸長區(qū)細胞縱向長度約是橫向長度的3.6倍；T2處理組細胞的縱橫比約為2.0；T3處理組細胞縱橫比為1.8（圖2a和2b）。鹽脅迫對幼苗根尖伸長區(qū)細胞生長產生了明顯的抑制作用，制約了根的縱向生長并最終影響根的生長及對營養(yǎng)物質的吸收。

圖2 鹽脅迫對綠寶糯黍子幼苗根尖伸長區(qū)細胞生長的影響Fig.2 Effects of salt stress on cell growth in root tip elongation zone of Lübaonuo broomcorn millet seedling

2.1.3 鹽脅迫對幼苗根中滲透調節(jié)物質的影響 由圖3a可知，CK組可溶性糖含量為0.03μg/g，鹽脅迫后根中可溶性糖含量略有升高，T3處理組脅迫下可溶性糖含量最高，是CK組的1.26倍，但無顯著差異。如圖3b所示，CK組可溶性蛋白含量為0.72μg/g，鹽脅迫處理后根中可溶性蛋白含量比CK組明顯增多，T1、T2和T3處理組的含量分別是CK組的1.24、1.47和1.46倍。CK組游離Pro含量為13.53μg/g；T1處理組游離Pro含量增加，但與CK組比無顯著差異；隨著鹽濃度的增加，根中Pro含量顯著升高，T3處理組Pro含量為CK組的3.94倍（圖3c）。

圖3 鹽脅迫對綠寶糯黍子幼苗根中可溶性糖、可溶性蛋白和游離Pro含量的影響Fig.3 Effects of salt stress on the contents of soluble sugar,soluble protein and proline in roots of Lübaonuo broomcorn millet seedling

2.1.4 鹽脅迫對幼苗根系活力的影響 根系活力是根生理功能的一項綜合性指標，根系越發(fā)達，活力越高，根的吸收功能越強，生命力越旺盛。由圖4可知，鹽脅迫嚴重影響幼根的正常生長和發(fā)育，根吸收功能降低，根系活力顯著下降。CK組根系活力最高，幼苗根系發(fā)達，不僅具有生長旺盛的主根系，還有較多的須根。鹽脅迫處理根系活力明顯降低，與CK組相比，T1和T2處理組幼苗根系活力分別下降了10.6和13.2mg/(g·h)，T3處理組對根產生極顯著影響，根系受損程度高，根系活力下降了19.2mg/(g·h)。

圖4 不同濃度鹽脅迫對綠寶糯黍子幼苗根系活力的影響Fig.4 Effects of salt stress on root activity of Lübaonuo broomcorn millet seedling

2.2 GA3對鹽脅迫下綠寶糯黍子幼苗生長、根尖細胞伸長與滲透調節(jié)物質含量的影響

2.2.1 GA3對鹽脅迫下幼苗生長的影響 圖5顯示了GA3對黍子鹽脅迫的緩解作用。圖5a濃度效應顯示，GA100和GA120處理組對鹽脅迫的緩解作用較好，且GA120處理組對根的緩解作用明顯。由圖5b可知，CK組幼苗生長旺盛，幼根發(fā)達，根長且須根多，整個根部為白色，未出現(xiàn)發(fā)黃、發(fā)褐色的氧化現(xiàn)象；鹽脅迫處理幼苗矮小，生長緩慢甚至停滯，根長與芽長均低于CK組，須根少且根系發(fā)黃，有明顯的氧化現(xiàn)象；T2+GA120處理組對幼苗生長會產生非常明顯的緩解作用，與T2處理組相比，T2+GA120處理組幼根的長度略有增加，幼芽的長度明顯增加。施加GA3處理后，幼根的長度大于T2處理組，生長至第8天，根長是T2處理組的138%，但仍明顯低于CK組（圖5c）。如圖5d所示，GA3對幼芽的緩解作用更加明顯，T2+GA120處理組幼苗地上部分生長迅速，在第8天時幼芽長度是T2處理組的159%，高于CK組。上述結果表明，添加GA3能夠顯著緩解鹽脅迫對幼苗生長的抑制作用，促進幼苗在輕度鹽堿環(huán)境中的生長。

圖5 GA3對鹽脅迫下綠寶糯黍子幼苗生長的影響Fig.5 Effects of application of GA3on the growth of Lübaonuo broomcorn millet seedlings under salt stress

2.2.2 GA3對鹽脅迫下幼苗根尖伸長區(qū)細胞生長的影響 如圖6所示，CK組伸長區(qū)細胞明顯伸長，細胞縱橫比為6.0；而T2處理組根尖伸長區(qū)細胞體積較小，縱向伸長現(xiàn)象不明顯，細胞縱橫比為2.0。T2+GA120處理組伸長區(qū)細胞的縱向長度明顯增加，細胞縱橫比為4.8（圖6）。GA3可以促進伸長區(qū)細胞的伸長，緩解鹽脅迫對根細胞生長的抑制作用，促進根的縱向生長。

圖6 GA3對鹽脅迫下綠寶糯黍子幼苗根尖伸長區(qū)細胞生長的影響Fig.6 Effects of application of GA3on cell growth in root tip elongation zone of Lübaonuo broomcorn millet seedlings under salt stress

2.2.3 GA3對鹽脅迫下幼苗根滲透調節(jié)作用的影響 與CK組相比，T2處理組根中可溶性糖含量增加但無顯著差異，T2+GA120處理組可溶性糖含量較單獨鹽脅迫處理降低，略高于CK組，但3個試驗組間無顯著差異（圖7a）。T2處理組根中可溶性蛋白含量明顯升高，T2+GA120處理組可溶性蛋白含量顯著降低，與CK組含量接近（圖7b）。根中游離Pro含量在T2處理組顯著增加，T2+GA120處理組游離Pro含量比T2處理組略有降低，但比CK組仍顯著升高（圖7c）。上述結果說明，游離Pro含量的升高是綠寶糯黍子幼苗對抗鹽脅迫引發(fā)的滲透脅迫的主要適應方式。

圖7 GA3對鹽脅迫下綠寶糯黍子幼苗根中可溶性糖、可溶性蛋白和游離Pro含量的影響Fig.7 Effects of application of GA3on the contents of soluble sugar,soluble protein and free proline in roots of Lübaonuo broomcorn millet seedling under salt stress

2.2.4 GA3對鹽脅迫下幼苗根系活力的影響 由圖8可知，CK組根系活力為24.1mg/(g·h)，T2處理組根系活力顯著降低，是CK組的45%；T2+GA120處理組幼苗根系活力明顯升高，是T2處理組的217%，是CK組的98%，趨于正常水平。這一結果表明，GA3可以緩解鹽脅迫對綠寶糯黍子幼苗根系的損傷，提高幼苗的根系活力及抗輕度鹽脅迫的能力。

圖8 GA3對鹽脅迫下綠寶糯黍子幼苗根系活力的影響Fig.8 Effects of application of GA3on root activity of Lübaonuo broomcorn millet seedling under salt stress

3 討論

北方地區(qū)春季多風少雨、氣候干燥、土壤鹽漬化的環(huán)境使大部分農作物難以生存，但黍子是適合北方地區(qū)種植的一種糧食作物，具有明顯的地區(qū)優(yōu)勢和生產優(yōu)勢。研究[12]表明，寧糜16號幼苗能忍受1.6%鹽濃度，晉黍8號和隴糜8號可分別忍受0.8%和0.4%鹽溶液，而內糜5號和寧糜14號的抗鹽性較低。本試驗對綠寶糯黍子的抗鹽性研究發(fā)現(xiàn)，鹽濃度超過0.3%時，幼苗生長受到嚴重抑制，而且對根的抑制作用尤為明顯。這表明該品種對鹽敏感，在幼苗期對輕度鹽脅迫有一定的抗性，但在中度及重度鹽脅迫時難以生長。

根尖伸長區(qū)細胞的縱向生長是根伸長的一個重要原因，與根的向下生長乃至整個植株的生長息息相關。細胞的生長依賴于細胞內水分和營養(yǎng)物質的積累，而鹽脅迫減弱了細胞對水分的吸收（滲透脅迫）、降低葉片中Mg2+含量（離子脅迫），使葉綠素合成受阻、光合作用減弱，甚至造成嚴重營養(yǎng)脅迫，無法滿足細胞生長所需物質基礎[5]。另外，鹽脅迫可通過根冠細胞內淀粉體數(shù)量明顯減少引起根生長在垂直方向的偏離及生長停止[13]。本試驗結果表明，輕度鹽脅迫（0.1%～0.3%）對綠寶糯黍子幼根的生長產生明顯的抑制作用，根尖細胞顯微觀察和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計顯示，伸長區(qū)細胞縱橫比顯著降低，說明鹽脅迫抑制了伸長區(qū)細胞伸長且抑制作用與鹽濃度呈正相關性。

土壤鹽漬化對植物造成的危害之一就是滲透脅迫。鹽脅迫對根系產生毒性作用的同時也促發(fā)了大量代謝反應的進行，包括抗逆蛋白、抗氧化酶、熱激蛋白和滲透調節(jié)相關蛋白的合成，提高細胞滲透調節(jié)能力[14]。Pro具有較強的吸水能力和持水能力，在保持體內外滲透平衡、膜系統(tǒng)完整性和抗?jié)B透脅迫中有重要作用。鹽脅迫信號可快速催化Pro的合成并累積到足以調節(jié)滲透作用的量，Pro含量的增加有效減少了水分的丟失和蛋白的變性，從而增加幼苗對脅迫的抗性[15]。緩解鹽脅迫的主要途徑包括改變代謝途徑和積累溶質來進行滲透調節(jié)[5]?？扇苄蕴?、可溶性蛋白及Pro與植物滲透調節(jié)相關，小麥幼苗在受到NaCl脅迫后上述3種物質含量較對照都顯著升高[16]。在本研究中，綠寶糯黍子幼苗受到鹽脅迫后根中可溶性糖含量并沒有發(fā)生顯著提高，但可溶性蛋白和游離Pro含量明顯升高?？梢?，綠寶糯黍子幼苗在受到鹽脅迫時主要通過根系中Pro和可溶性蛋白的積累降低細胞的水勢，維持細胞內外滲透平衡。由于鹽脅迫抑制了幼苗的生長，幼根弱小且缺少須根，根對水分和無機鹽的吸收能力減弱，根系活力的下降，而且鹽濃度越大，根系活力越低，根的損傷越大。

GA3是一種植物內源性激素，在根尖或葉尖合成，其最突出的作用是加速細胞的伸長，進而促進植物的生長發(fā)育。已有試驗[17-18]證明，根的生長依賴于GA3對根尖分生區(qū)和伸長區(qū)細胞的調控，而過量鹽分誘導ABA增加，抑制了根尖生長素和GA3的合成，引起伸長區(qū)細胞中DELLA蛋白積累并通過限制細胞的增殖和伸長抑制根的生長發(fā)育。在鹽脅迫下，施加GA3能夠促進玉米[19]、番茄[20]和黃芪[21]等幼苗的生長。本試驗選取0.2% NaCl同時施加GA3聯(lián)合處理，結果顯示，外施GA3對鹽脅迫下幼苗生長是有利，主要表現(xiàn)為它加速了伸長區(qū)細胞生長，有效促進了根的延伸，保證了Pro對滲透脅迫的調節(jié)作用，根系活力顯著提高；而且根的生長發(fā)育促進了地上部分的生長，顯著緩解了鹽脅迫對幼苗生長的抑制作用。外施GA3緩解鹽脅迫的原因在于：（1）鹽脅迫影響GA3合成，抑制種子萌發(fā)和幼苗的生長，而外施GA3解除了內源GA3缺乏，促進根尖伸長區(qū)細胞生長；（2）外施GA3可抑制鹽脅迫引起的根冠細胞中淀粉體的分解，在一定程度上解除了鹽脅迫對細胞生長的抑制作用，促進根的向下生長；（3）GA3促進根和芽的快速生長，起到了稀鹽作用，間接降低了機體內鹽的濃度及對細胞的危害，有利于作物生長；（4）外施GA3后高水平Pro的積累足以調控細胞的滲透調節(jié)作用，促進細胞對水分的吸收，進而緩解鹽對綠寶糯黍子的滲透脅迫。

4 結論

綠寶糯黍子是一種對鹽敏感的植物，低鹽脅迫抑制幼苗根的生長發(fā)育，根系活力顯著下降，并且鹽濃度越高抑制作用越明顯；在應對鹽產生滲透脅迫時，幼苗的根部主要通過提高游離Pro和可溶性蛋白含量提高細胞滲透勢，降低鹽的危害；添加GA3能顯著緩解鹽脅迫對根生長的抑制作用，促進根和幼苗的生長；幼苗快速生長稀釋機體中鹽濃度，同時細胞通過調節(jié)Pro含量增加細胞滲透勢，提高作物對鹽脅迫的適應性，促進綠寶糯黍子在低鹽堿環(huán)境的生長。適度添加GA3可促進綠寶糯黍子在輕度鹽漬化土壤的種植。