遲曉雪高顯穎鄭海旭魯海濤王佳琪杜大勇鄒世輝郭慶爽耿艷秋

(1.呼倫貝爾市林業(yè)和草原科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008；2.呼倫貝爾市農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008；3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

植物在逆境條件下會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，活性氧很容易使植物細(xì)胞內(nèi)膜發(fā)生過(guò)氧化作用或脫脂作用，而丙二醛則是細(xì)胞內(nèi)膜脂過(guò)氧化或脫脂的產(chǎn)物，其對(duì)細(xì)胞的生物膜造成了很大的破壞，使不飽和脂肪酸減少，導(dǎo)致細(xì)胞流動(dòng)性下降[1]。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究者提出，膜脂的過(guò)氧化也會(huì)對(duì)植物的光合與呼吸過(guò)程造成影響，進(jìn)而造成細(xì)胞內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)的活性氧自由基生成，導(dǎo)致細(xì)胞膜的過(guò)氧化反應(yīng)[2-4]。植物利用光合作用產(chǎn)生的碳水化合物是其賴以生存和發(fā)展的能源。葉綠體是參與光合作用的細(xì)胞，而葉綠素是光合作用的主要物質(zhì)[5]，因此，在植物中葉綠素的水平?jīng)Q定其光合作用的強(qiáng)度。

鹽堿等逆境脅迫不僅會(huì)嚴(yán)重干擾植物的生長(zhǎng)發(fā)育，還會(huì)顯著影響植物的葉片丙二醛及葉綠素的含量，但迄今為止，關(guān)于Na2CO3及NaHCO3等鹽類物質(zhì)對(duì)葉片丙二醛及葉綠素的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本研究采用盆栽法，較系統(tǒng)地研究了在鹽堿脅迫下水稻全生育期丙二醛和葉綠素含量的變化規(guī)律，以期為鹽堿地水稻生產(chǎn)提供支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.1.1 試驗(yàn)地自然條件

試驗(yàn)于2012年在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代化所進(jìn)行，全年平均氣溫4.7℃，高、低溫差-22.4℃，年日照2688h。年平均降水654.3mm，其中夏天降水為67%，蒸發(fā)面積1392.5mm，有效積溫>10℃，有效積溫為2840.1～3040℃，冬季無(wú)霜期145～150d。

1.1.2 供試土壤

本研究以吉林省松嫩平原的天然鹽堿地及吉林農(nóng)大實(shí)驗(yàn)基地的天然黑土為研究對(duì)象。

1.1.3 供試品種

供試材料為吉林省農(nóng)科院培育的“長(zhǎng)白9號(hào)”，生長(zhǎng)期130d，耐鹽堿品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在吉林省松嫩平原的天然鹽漬化土壤中選取，在吉林農(nóng)大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地中，采用了蘇打堿化土壤中的蘇打鹽堿土和天然黑土，并將二者按照一定比例混合，制成一種具有一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的土壤。土壤的化學(xué)特性見(jiàn)表1。

表1 供試土壤化學(xué)性質(zhì)

試驗(yàn)采用盆栽法，盆規(guī)格：上口徑、下口徑、高分別為30cm、20cm、26cm，每盆裝土重量為15kg。試驗(yàn)于5月21日插秧，采取每穴3株，每盆5穴的方式進(jìn)行插秧，6次重復(fù)，隨機(jī)排列，試驗(yàn)設(shè)置處理為11個(gè)，見(jiàn)表1，試驗(yàn)于返青期、分蘗初期、分蘗盛期、拔節(jié)孕穗期追施尿素1g/盆，基肥為施復(fù)合肥8g/盆；隨著水稻生育期的增長(zhǎng)，在分蘗后期，鹽堿脅迫比較重的水稻逐漸死亡，所以在整個(gè)生育期，只對(duì)7個(gè)處理的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，其他4個(gè)處理的水稻沒(méi)有到生育后期已經(jīng)死亡。

1.3 生理指標(biāo)的測(cè)定方法

1.3.1 葉片丙二醛含量的測(cè)定

丙二醛含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)方法進(jìn)行檢測(cè)[1]，稱取新鮮的稻葉0.5g，加入少量的石英砂、10%的TCA 5mL，將其粉碎研磨為均勻的漿狀物，然后將其加入4mL的研缽體中，同時(shí)將其加入到一個(gè)離心機(jī)中，以4000r·min-1的轉(zhuǎn)速進(jìn)行10min的離心，得到2mL的上清溶液，加入2mL的0.67%TBA，并將其在沸騰的水槽中進(jìn)行攪拌30min，將其放回水中進(jìn)行攪拌，攪拌30min，再次進(jìn)行離心。在450nm、532nm、600nm下，取上清液，用分光光度計(jì)，分別測(cè)量OD值，對(duì)照管中，用2mL蒸餾水取代樣本提取液，并制備一條標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2 葉片葉綠素含量的測(cè)定

取水稻葉片的中部3片，把3片葉片剪碎，并裝入刻度試管底部，丙酮與乙醇按照1∶1(V∶V)的比例加入兩者混合液為25mL，避光，于室溫下浸泡至葉片全白，分別在645nm和630nm波長(zhǎng)下進(jìn)行OD值的測(cè)定，測(cè)葉綠素含量的方法采用沈偉其混合提取法[6]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件和DPS方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對(duì)水稻葉片丙二醛含量的影響

從圖1可知，在整個(gè)生育期水稻葉片的丙二醛含量呈逐漸上升的趨勢(shì)，在同一時(shí)期，隨鹽堿脅迫程度的增加，水稻葉片中丙二醛含量也在逐漸增加，處理F的水稻葉片丙二醛含量最高。

圖1 鹽堿脅迫對(duì)葉片丙二醛含量的影響

在分蘗期，CK比處理A低6.41%，CK和處理A差異不顯著；而CK比處理B低13.10%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)；處理D和處理E間差異不顯著；處理C、處理D、處理E、處理F和CK間差異極顯著。拔節(jié)期同分蘗期。與對(duì)照相比，處理A的產(chǎn)量提高了19.81%，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在各種因素影響下，處理B與對(duì)照均達(dá)到極顯著水平。這表明，在不同的鹽堿性條件下，各處理與CK間存在明顯差異，但鹽堿濃度差值小的處理間差異不顯著。

2.2 鹽堿脅迫對(duì)水稻葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，其含量的多少對(duì)光合速率有直接影響，是反映植物葉片光合能力的一個(gè)重要指標(biāo)[7]。從圖2可知，全生育期水稻葉片的葉綠素含量呈先升高后降低的單峰曲線變化。開(kāi)花期達(dá)最大值，之后下降，蠟熟期含量最少。在同一時(shí)期，葉綠素含量隨鹽堿程度的增加而降低，而且鹽堿濃度越高，下降的程度越大。

圖2 鹽堿脅迫對(duì)葉片葉綠素含量的影響

在分蘗期，處理A比CK低8.3%，差異不顯著；處理B、處理C、處理D、處理E均比CK低，差異不顯著；處理F比CK低26.52%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)；隨著鹽堿脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，差異開(kāi)始顯著。在拔節(jié)期，處理A比CK低13.29%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)；處理B、處理C、處理D、處理E、處理F均比CK低，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)；這說(shuō)明，隨著鹽堿脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)和程度的加深，水稻的生長(zhǎng)受到了影響。

3 討論

土壤pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)是土壤重要的理化性質(zhì)，能直接、間接地影響水稻的生長(zhǎng)[8-10]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值升高，土壤電導(dǎo)率升高，土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生較大影響。本試驗(yàn)也可以看出，土壤鹽堿脅迫越嚴(yán)重，水稻生長(zhǎng)受到的影響就越大，到生育后期，水稻葉片開(kāi)始枯萎，逐漸死亡。鹽堿土壤主要通過(guò)滲透作用和離子毒害作用限制種子生理吸水，破壞膜的結(jié)構(gòu)，抑制種子萌發(fā)。在苗期，鹽堿抑制根系生長(zhǎng)，葉片死亡、葉片失綠，減弱水稻分蘗能力。同時(shí)，鹽堿大大降低光合產(chǎn)物，導(dǎo)致光合產(chǎn)物嚴(yán)重不足，穗分化嚴(yán)重受阻，導(dǎo)致幼穗的長(zhǎng)度、一次枝梗數(shù)量、小穗數(shù)、谷粒大小、結(jié)實(shí)率等都顯著下降，成熟期也推遲，影響稻米產(chǎn)量。另外，鹽堿使水稻整精米率降低，蛋白質(zhì)含量增加，嚴(yán)重影響稻米品質(zhì)。土壤對(duì)植物的生長(zhǎng)至關(guān)重要，土壤有機(jī)質(zhì)和pH的大小也直接或間接影響著植物的生長(zhǎng)，良好的土壤環(huán)境有助于植物生長(zhǎng)，相反，逆境脅迫也會(huì)阻礙植物生長(zhǎng)，本研究表明，鹽堿脅迫對(duì)植物的生長(zhǎng)起到阻礙作用。

植物體內(nèi)的葉綠素是由植物自身的2個(gè)部分組成的，當(dāng)植物體內(nèi)的葉綠素被破壞時(shí)，光合作用就會(huì)下降，從而導(dǎo)致植物體內(nèi)葉綠素含量降低，葉子變黃，從而限制了植物的光合作用[11]。研究發(fā)現(xiàn)，不同的鹽脅迫處理對(duì)不同的葉綠素含量有不同的影響。在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，各品種的葉綠素濃度均呈現(xiàn)出先上升再下降的“單峰型”曲線。隨著生育期的延長(zhǎng)，光合作用也在下降，水稻的葉綠素含量也隨之下降，在開(kāi)花階段達(dá)到最高，后逐漸降低，在蠟成熟階段達(dá)到最低。在相同時(shí)間內(nèi)，隨著鹽堿程度的增大，葉片葉綠素值呈逐漸減少趨勢(shì)，并且隨著鹽分的增大，其減少幅度也逐漸增大。處理F的葉綠素含量最低，說(shuō)明受到的鹽堿脅迫最嚴(yán)重；處理F的長(zhǎng)勢(shì)也最不好，無(wú)論是株高還是產(chǎn)量，都低于其他處理，鹽堿脅迫對(duì)其影響最為明顯。植物需要生活在特定的環(huán)境下才能生長(zhǎng)，在某種環(huán)境中，即使是鹽堿環(huán)境中，也能與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換。主要環(huán)境因子會(huì)影響植物的光合作用，而且在一天中環(huán)境因子也會(huì)出現(xiàn)明顯變化。鹽堿脅迫也會(huì)對(duì)光合日變化產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響光合作用，從而對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。鹽堿脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響體現(xiàn)在多方面，不只是對(duì)光合作用有影響，還影響著植物體內(nèi)葉綠素的含量，植物對(duì)養(yǎng)分、水分的吸收，還有其他方面，有待于進(jìn)一步研究。

在鹽堿脅迫下，植物各組織容易產(chǎn)生膜脂質(zhì)過(guò)氧化。丙二醛(MDA)是植物膜脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的主要產(chǎn)物，其在植物中的含量及胞漿膜通性改變是表征植物膜脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)強(qiáng)度及質(zhì)膜破壞的關(guān)鍵因素[12]。試驗(yàn)結(jié)果表明，全生育期水稻葉片的丙二醛含量呈逐漸上升趨勢(shì)，在同一時(shí)期，隨鹽堿脅迫程度的增加，水稻葉片中丙二醛含量也在逐漸增加。處理F的鹽堿脅迫最嚴(yán)重，其丙二醛含量也是最高的。

4 結(jié)論

在鹽堿脅迫下，植株的MDA和葉綠素含量都發(fā)生了變化。隨著鹽分的增加，丙二醛也隨之增加；隨著時(shí)間推移，葉綠素的水平逐漸降低。Heath等研究表明，丙二醛的生成與葉綠素脫色過(guò)程同步，且其峰值的出現(xiàn)與葉綠素脫色過(guò)程中的整個(gè)過(guò)程相吻合，并指出葉綠體中的脂類過(guò)氧化作用與其引起的光合作用的喪失密切相關(guān)[13]。由此推測(cè)，在鹽堿脅迫環(huán)境中，葉綠體被氧化后，葉綠素的生成會(huì)受到阻滯，其所需要的酸性物質(zhì)被破壞，從而導(dǎo)致葉綠素的生成減少。這也反映在本文中。

結(jié)果表明，在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，MDA的含量隨著鹽堿脅迫程度加重而升高。在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，各品種的葉綠素濃度均呈現(xiàn)出先上升再下降的“單峰型”曲線。在開(kāi)花期間達(dá)到最高，隨后逐漸降低，在蠟熟期達(dá)到最低。同時(shí)，隨著鹽分的升高，葉片葉綠素值呈下降趨勢(shì)。

有關(guān)土壤鹽堿脅迫對(duì)水稻葉片MDA和葉綠素含量影響的研究，目前已有一些結(jié)果，但由于鹽堿類型及環(huán)境條件、實(shí)驗(yàn)手段等諸多因素不同，鹽堿土影響植物生長(zhǎng)機(jī)理的研究還不夠深入和全面，有待于進(jìn)一步研究。