劉建新 王金成 王瑞娟 賈海燕

(1.隴東學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，慶陽 745000； 2.甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實驗室，慶陽 745000)

混合鹽堿脅迫下裸燕麥的種子萌發(fā)和幼苗逆境生理特征

劉建新1,2王金成1,2王瑞娟1,2賈海燕1,2

(1.隴東學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，慶陽 745000；2.甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實驗室，慶陽 745000)

為了解裸燕麥新品種‘定莜6號’對混合鹽堿脅迫的生理響應(yīng)，根據(jù)種植區(qū)土壤鹽分的組成，采用砂培法研究了不同濃度混合鹽堿處理對種子萌發(fā)和幼苗逆境生理特征的影響。結(jié)果表明，隨著處理濃度增大，裸燕麥種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)及幼苗含水量和生物量明顯下降，葉片超氧陰離子、過氧化氫和丙二醛含量及質(zhì)膜相對透性顯著增大；Na+含量增加，K+含量和K+/Na+降低，質(zhì)膜H+-ATP酶、過氧化物酶、抗壞血酸過氧化物酶活性和可溶性蛋白質(zhì)含量先升后降，超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽、有機(jī)酸和脯氨酸含量升高，過氧化氫酶活性和抗壞血酸含量降低，游離氨基酸含量先降后升，可溶性糖含量呈升—降—升趨勢變化。表明鹽堿脅迫下活性氧代謝失調(diào)和Na+、K+平衡破壞是裸燕麥生長受抑的重要原因，有機(jī)酸和脯氨酸可能是裸燕麥適應(yīng)鹽堿的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

裸燕麥；混合鹽堿脅迫；種子萌發(fā)；活性氧代謝；滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

土壤鹽堿化是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的全球性問題。在世界1.5×109hm2的鹽堿地中有23%的鹽土和37%的堿土[1]。中國2.6×107hm2的鹽堿地中耕地約6.6×106hm2[2]。鹽堿土中的致害鹽類除以NaCl和Na2SO4為主的中性鹽外，還有以Na2CO3和NaHCO3為主的堿性鹽。通常將中性鹽脅迫稱為鹽脅迫，而將堿性鹽脅迫稱為堿脅迫。鹽、堿脅迫下，植物共同遭受離子毒害和滲透脅迫，但堿脅迫還要受高pH脅迫。因而，堿脅迫通常比鹽脅迫具有更強(qiáng)的生態(tài)破壞力。有研究證明，鹽脅迫和堿脅迫實質(zhì)上是兩種既相關(guān)但又有本質(zhì)區(qū)別的不同性質(zhì)的脅迫[3]。目前，有關(guān)植物耐鹽性的研究多集中在NaCl和Na2CO3脅迫[2～3]，混合鹽堿脅迫涉及較少[4～5]。事實上，生長在鹽漬化土壤的植物鹽脅迫和堿脅迫通常相伴發(fā)生。因此，研究混合鹽堿脅迫比單一鹽或堿脅迫更接近實際，從而能更好地篩選和培育耐鹽堿作物以開發(fā)和利用鹽堿土資源。

裸燕麥(Avenanuda)是禾本科燕麥屬的一個亞種，具有抗寒、耐貧瘠和耐鹽堿等特性[5]，并具有獨(dú)特的營養(yǎng)和保健功效[6]，被稱為是鹽堿地改良的先鋒作物。中國是裸燕麥的發(fā)源地，至今已有2500多年的種植歷史，主要分布于內(nèi)蒙古、河北、山西、甘肅等省區(qū)，年種植面積約55萬hm2[7]。目前，對燕麥的相關(guān)研究主要集中在適應(yīng)性栽培[8]，種質(zhì)資源遺傳分析和評價[9]，產(chǎn)量和品質(zhì)提高[10]及產(chǎn)品開發(fā)[11]等方面。在燕麥適應(yīng)鹽堿機(jī)制方面，王波和宋鳳斌[12]研究表明，皮燕麥比裸燕麥具有更強(qiáng)的鹽堿耐性。王波等[13]報道，燕麥通過積累脯氨酸和可溶性糖進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)并通過氣孔排鹽適應(yīng)鹽堿脅迫。范遠(yuǎn)等[14]研究表明，燕麥能夠在一定程度上適應(yīng)蘇打堿土的鹽堿脅迫，適應(yīng)能力隨脅迫水平的增加而降低，并認(rèn)為燕麥根部生物量的減少和抽穗期較強(qiáng)的離子選擇吸收能力可能有利于地上部的生長和產(chǎn)量構(gòu)成。鹽堿脅迫下，燕麥葉綠體超微結(jié)構(gòu)破壞和光合能力降低[15～16]，Na+、K+平衡破壞和產(chǎn)量下降[17]?！ㄝ?號’是甘肅省定西市旱作農(nóng)業(yè)科研推廣中心以1633-112-1作母本、蒙燕146作父本雜交選育的適合在西北地區(qū)種植的燕麥新品種，具有抗旱性強(qiáng)、豐產(chǎn)性好和品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)。為了解其鹽堿耐性及其生理機(jī)制，根據(jù)甘肅種植地土壤鹽分組成，將兩種中性鹽NaCl和Na2SO4及兩種堿性鹽NaHCO3和Na2CO3按不同比例混合，研究不同濃度混合鹽堿脅迫對種子萌發(fā)和幼苗抗逆生理特性的影響，旨在為高產(chǎn)栽培和耐鹽品種篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與混合鹽堿溶液配比

試驗于2013年4～8月在甘肅省高校隴東生物資源保護(hù)與利用省級重點(diǎn)實驗室生物科技園進(jìn)行。裸燕麥品種‘定莜6號’種子由甘肅省定西市旱作農(nóng)業(yè)科研推廣中心提供。根據(jù)甘肅省中部裸燕麥種植地鹽分組成[18]，選定兩種中性鹽NaCl和Na2SO4及兩種堿性鹽NaHCO3和Na2CO3，按12∶8∶9∶1的摩爾質(zhì)量比配成鹽堿混合液進(jìn)行處理，處理濃度分別為25、50、75、100、125 mmol·L-1，以蒸餾水為對照(CK，pH6.32，電導(dǎo)率0.16 mS·cm-1)。不同濃度處理溶液pH、電導(dǎo)率和各離子組成見表1。

表1 鹽堿溶液的pH、電導(dǎo)率和離子組成

1.2 種子萌發(fā)試驗

挑選飽滿均一的裸燕麥種子經(jīng)3% NaClO表面消毒10 min后置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中(直徑11 cm)，每皿100粒，分別加入濃度為25、50、75、100、125 mmol·L-1的混合鹽堿溶液8 mL，置培養(yǎng)箱20℃萌發(fā)，每天補(bǔ)充適量相應(yīng)溶液，以蒸餾水為對照，重復(fù)4次。每12 h統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，處理6 d后統(tǒng)計萌發(fā)率，用直尺測量發(fā)芽種子的胚根和胚芽長度，計算萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)。

萌發(fā)指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt

(1)

式中：Gt為第t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)(VI)=GI×S

(2)

式中：S為胚芽長度。

1.3 幼苗耐鹽堿試驗

經(jīng)消毒、催芽后選露白一致的裸燕麥種子播種在裝有珍珠巖的底部帶孔塑料盆(口徑20 cm，高14 cm)中，澆水后置培養(yǎng)室培養(yǎng)，晝/夜溫度(26±6)℃/(20±4)℃，相對濕度60%～80%，光照強(qiáng)度496～710 μmol·m-2·s-1。幼苗2葉1心期疏苗，每盆保留一致壯苗約100株，3葉1心期分別用濃度為25、50、75、100、125 mmol·L-1的混合鹽堿溶液(Hoagland溶液配制)進(jìn)行根部澆灌處理，Hoagland溶液為對照(CK)，澆灌于每天19:00進(jìn)行，澆灌量為珍珠巖持水量的2倍(約1 000 mL)以洗掉積鹽保持處理濃度的恒定。重復(fù)5次，隨機(jī)排列。處理4 d后取倒數(shù)第2～3片成熟葉液氮速凍后-70℃保存，及時測定相關(guān)生理指標(biāo)。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 植株生物量和組織含水量測定

幼苗耐鹽堿試驗中，各處理取幼苗30株，洗凈、吸干表面水分，稱鮮重后置105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重，稱干重。

計算組織含水量(%)=(鮮重-干重)/干重×100

(1)

1.4.3 抗氧化酶活性測定

超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氮藍(lán)四唑光還原法[19]；過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測定采用紫外吸收法[19]；過氧化物酶(POD)活性測定采用分光光度法[19]。

1.4.4抗壞血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量測定

稱取0.20 g葉片，分別用2.0 mL 15%偏磷酸和5%三氯乙酸溶液研磨，將勻漿液15 000 g離心20 min，上清液定容至2.0 mL。按Arakawa等[21]的方法測定上清液AsA含量；采用Ellman[22]的方法測定GSH含量。

1.4.5 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測定

采用李合生[23]的考馬斯亮藍(lán)G-250法、蒽酮比色法、茚三酮染色法、磺基水楊酸法和酸堿滴定法分別測定可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖、游離氨基酸、脯氨酸和有機(jī)酸含量。

1.4.6Na+、K+含量和質(zhì)膜H+-ATP酶活性測定

Na+、K+按趙旭等[24]的方法浸提，F(xiàn)P640型火焰光度計測定含量。質(zhì)膜H+-ATP酶活性測定采用陳海燕等[25]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，SPSS16.0方差分析，Duncan法多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽堿脅迫對裸燕麥種子萌發(fā)的影響

從表2可見，隨著處理濃度增大，裸燕麥萌發(fā)種子胚根和胚芽長度明顯下降，胚根和胚芽長分別比CK下降27.8%～96.2%和21.5%～94.0%；種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)顯著降低，與CK相比，分別降低了0.34%～65.7%、0.24%～81.9%和21.7%～98.9%。種子萌發(fā)率反映種子生活力，萌發(fā)指數(shù)反映種子發(fā)芽的速率和整齊度，活力指數(shù)說明萌發(fā)苗的健壯程度。由此表明混合鹽堿脅迫抑制裸燕麥的種子萌發(fā)和壯苗形成。

2.2混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗生長和組織含水量的影響

從表3可知，隨著混合鹽堿濃度增大，燕麥植株鮮重、干重和組織含水量明顯下降，分別比CK下降了15.6%～80.1%、13.4%～70.9%和25.4%～317.7%，植株干重和組織含水量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.926**)，說明混合鹽堿脅迫下組織含水量的下降是造成裸燕麥生物量降低的重要因素。

2.4混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗葉片抗氧化系統(tǒng)的影響

由表5可見，混合鹽堿脅迫強(qiáng)度提高，裸燕麥葉片SOD活性和GSH含量逐漸增大，CAT活性明顯下降，POD和APX活性呈先升后降變化。ASA含量在25～75 mmol·L-1濃度處理下與CK差異不顯著，100和125 mmol·L-1濃度處理時明顯低于CK，下降幅度分別為CK的31.1%和66.7%。

表2 混合鹽堿脅迫對裸燕麥種子萌發(fā)的影響

注：同列不同字母表示差異顯著，下同。

Noet:Different letters in same column means significant difference atP<0.05,the same as below.

表3混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗鮮重、干重和組織含水量的影響

Table3Effectsofcomplexsaline-alkalistressonfreshanddryweightsandplantwatercontentinA.nudeseedlings

處理濃度Concentration(mmol·L-1)鮮重Freshweight(mg·plant-1)干重Dryweight(mg·palnt-1)組織含水量Plantwatercontent(%)CK286.40±22.58a28.68±2.13a898.6±12.5a25241.84±19.73a24.85±1.83a873.2±12.0a50153.30±12.59b16.58±2.05b824.6±14.1b75115.72±10.14bc13.53±1.22bc755.3±8.5c10083.31±15.03cd10.79±0.82cd672.1±5.0d12556.96±14.26d8.35±0.79d580.9±16.1e

處理TreatmentO·2含量O·2content(nmol·g-1DW·min-1)H2O2含量H2O2content(mg·g-1DW)MDA含量MDAcontent(nmol·g-1DW)質(zhì)膜相對透性Relativemembranepermeability(%)CK11.09±0.44e38.71±2.78d68.34±6.43d14.92±0.74e2538.81±6.39d48.22±1.01c81.77±5.12d16.26±0.52e5043.30±3.06d52.35±0.62bc135.45±3.28c31.85±0.74d7559.88±2.74c55.82±2.78b166.49±6.21b57.93±2.57c10092.48±4.91b62.03±3.13a182.10±4.85b76.77±1.91b125140.64±5.73a64.79±1.39a218.03±7.52a94.89±2.77a

表5混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗葉片SOD、CAT、POD、APX活性和AsA、GSH含量的影響

Table5Effectsofcomplexsaline-alkalistressonactivitiesofSOD,CAT,POD,APXandcontentsofAsA,GSHinleavesofA.nudeseedlings

處理TreatmentSOD活性SODactivity(U·g-1DW)CAT活性CATactivity(U·g-1DW)POD活性PODactivity(U·g-1DW)APX活性APXactivity(U·g-1DW)AsA含量AsAcontnet(mg·g-1DW)GSH含量GSHcontent(μg·g-1DW)CK579.0±16.02e108.23±5.46a13.89±2.83d82.16±6.21d23.03±2.13a12.99±3.54c25681.4±25.81d66.61±7.09b20.42±4.02d116.32±4.87c25.08±1.21a13.55±2.86c50887.2±21.26c79.02±6.55b94.06±10.79c154.62±5.42b23.75±3.83a22.32±3.62b751212.7±32.60b69.13±3.28b292.94±9.12a189.39±2.88a24.24±0.58a31.85±1.93a1001301.0±20.30a47.25±4.86c148.77±10.46b105.97±7.18c15.86±0.83b34.36±4.63a1251376.9±46.51a30.77±2.38d150.08±8.20b45.04±5.71e7.67±1.68c3.67±1.93a

2.5混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的影響

由表6可知，隨著混合鹽堿濃度增大，裸燕麥葉片可溶性蛋白質(zhì)含量先升高后降低，游離氨基酸含量先降低然后逐漸升高。25 mmol·L-1濃度處理顯著提高了可溶性糖含量，50和75 mmol·L-1處理時分別比CK下降了19.9%和11.1%，而100和125 mmol·L-1濃度卻增加了29.6%和7.8%。有機(jī)酸和脯氨酸含量隨處理濃度提高呈顯著遞增趨勢。

表6混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗葉片可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖、游離氨基酸、脯氨酸和有機(jī)酸含量的影響

Table6Effectsofcomplexsaline-alkalistressoncontentsofsolubleprotein,solublesugar,freeaminoacid,ProlineandorganicacidinleavesofA.nudeseedlings

處理Treatment可溶性蛋白質(zhì)含量Solubleproteincontent(mg·g-1DW)可溶性糖含量Solublesugarcontent(mg·g-1DW)游離氨基酸含量Freeaminoacidcontent(mg·g-1DW)脯氨酸含量Prolinecontnet(mg·g-1DW)有機(jī)酸含量Organicacidcontent(mg·g-1DW)CK17.79±2.30c21.92±0.85bc18.03±0.36a61.13±2.92d10.61±1.27c2530.44±6.12b26.67±0.59a17.23±0.70a67.49±6.57c13.93±1.06b5031.23±3.53b17.55±0.14d12.38±0.43c97.34±4.58c15.66±0.89b7540.28±2.39a19.48±0.28cd12.09±0.50c136.94±3.69b16.02±0.61b1005.43±2.42d28.40±0.98a14.08±0.92b141.08±4.05b18.43±1.21a1256.65±0.37d23.63±0.31b17.26±0.31a207.03±4.89a19.54±1.72a

2.6混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗葉片K+、Na+含量和質(zhì)膜H+-ATP酶活性的影響

隨著混合鹽堿濃度提高，裸燕麥葉片K+含量明顯降低，Na+含量顯著升高，從而導(dǎo)致K+/Na+不斷降低(表7)。質(zhì)膜H+-ATP酶活性隨處理濃度增加呈先升后降變化，75 mmol·L-1處理時活性出現(xiàn)最高值，125 mmol·L-1時其活性顯著低于CK，下降幅度達(dá)43.6%。

表7混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗葉片K+、Na+含量和質(zhì)膜H+-ATP酶活性的影響

Table7Effectsofcomplexsaline-alkalistressonK+,Na+contentsandplasmamembraneH+-ATPaseactivityinleavesofA.nudeseedlings

處理TreatmentK+含量K+content(mg·g-1DW)Na+含量Na+content(mg·g-1DW)K+/Na+質(zhì)膜H+-ATP酶活性PlasmamembraneH+-ATPaseactivity(μg·mg-1protein·h-1)CK45.12±3.92a28.19±2.42d1.60±0.03a38.44±0.96c2544.08±1.58a30.68±1.87d1.44±0.05a45.12±1.86b5032.14±2.62b37.79±3.18c0.85±0.07b70.68±1.57a7530.03±1.98b46.72±2.92b0.64±0.02c73.56±1.62a10021.93±2.07c58.97±3.14a0.37±0.10d50.19±1.34b12518.62±1.75c60.43±1.99a0.31±0.04d21.70±1.29d

3 討論

3.1混合鹽堿脅迫對裸燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

種子萌發(fā)是植物完成生活史的重要階段，形成壯苗是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前期。甘肅中部土壤較高的鹽堿含量對裸燕麥生長發(fā)育影響很大，尤其是播種時期正值春季返鹽季節(jié)，鹽堿脅迫成為裸燕麥壯苗形成和產(chǎn)量提高的重要限制因素。本試驗?zāi)M種植地土壤鹽堿組成，探討了混合鹽堿脅迫對‘定莜6號’裸燕麥新品種種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。結(jié)果表明，鹽堿脅迫不僅抑制裸燕麥種子的萌發(fā)進(jìn)程，還影響壯苗的形成(表2)。根據(jù)武俊英等[26]燕麥種子發(fā)芽耐鹽適宜范圍和耐鹽半致死濃度分別是發(fā)芽率達(dá)對照75%以上和50%時相應(yīng)鹽濃度的標(biāo)準(zhǔn)，將混合鹽堿濃度與萌發(fā)率反正弦轉(zhuǎn)換值進(jìn)行線性回歸(回歸方程為y=79.403-0.376x，y為萌發(fā)百分率的反正弦轉(zhuǎn)換值，x為混合鹽堿濃度，F(xiàn)=99.24**)確定‘定莜6號’裸燕麥種子萌發(fā)適宜的混合鹽堿濃度大約為0～50 mmol·L-1，半致死濃度為90 mmol·L-1左右。對3葉1心期‘定莜6號’裸燕麥幼苗進(jìn)行混合鹽堿脅迫后植株生長的影響結(jié)果表明(表3)，隨著混合鹽堿脅迫濃度增大，植株含水量和生物量明顯下降，植株含水量和生長量顯著相關(guān)(P<0.05)，說明鹽堿脅迫下水分虧缺是裸燕麥幼苗生長受抑的主要因素之一，這與王波和宋鳳斌[12]的結(jié)果一致。多數(shù)研究以生長量下降50%時的鹽濃度作為耐鹽閾值[27]。若以干重和混合鹽堿濃度線性回歸(回歸方程為y=27.621 4-0.167 9x，y為干重，x為混合鹽堿濃度，r=0.976**)確定‘定莜6號’幼苗耐受的混合鹽堿濃度，其閾值為80 mmol·L-1左右。這個閾值遠(yuǎn)低于脹果甘草(Glycyrrhizainflata)幼苗適宜生長的最高鹽濃度278.17 mmol·L-1[28]及青山楊(Populuspseudo-cathayana×P.deltoide)耐受鹽度200 mmol·L-1[29]，但與同為禾本科的狼尾草(Pennisetumamericanum×P.purpureum)耐鹽閾值接近[27]。脹果甘草在低鹽濃度(<100 mmol·L-1NaCl)下的鹽適應(yīng)機(jī)制以耐鹽方式為主；高鹽濃度(≥200 mmol·L-1)時將Na+主要累積在下部葉片并通過脫落的方式帶走體內(nèi)鹽分,鹽適應(yīng)機(jī)制以避鹽方式為主。狼尾草的耐鹽方式為拒鹽[27],裸燕麥適應(yīng)鹽堿的機(jī)制可能以氣孔排鹽方式為主[13]。

3.2混合鹽堿脅迫對裸燕麥幼苗活性氧代謝的影響

3.3混合鹽堿脅迫對裸燕麥滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累和離子平衡的影響

積累滲透溶質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)和維持離子的平衡是植物適應(yīng)鹽脅迫的重要策略[24]。鹽脅迫引起胞質(zhì)Na+升高，Na+通過跨質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)或跨液泡膜區(qū)隔化至液泡中使胞質(zhì)免受傷害[33]，胞質(zhì)中則積累可溶性糖和脯氨酸等低分子量物質(zhì)來維持細(xì)胞的滲透平衡[34]。而Na+的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)需要H+-ATP酶提供驅(qū)動力[35]。另外，植物在鹽脅迫下大量積累Na+的同時會抑制K+的吸收。因此，維持K+、Na+平衡是衡量植物耐鹽性的重要指標(biāo)[14,17,24]。本試驗表明，裸燕麥幼苗葉片Na+含量隨混合鹽堿脅迫濃度增大而增加，K+含量和K+/Na+卻下降(表6)，說明鹽堿脅迫破壞了K+、Na+平衡。25～100 mmol·L-1混合鹽堿脅迫不同程度提高了裸燕麥質(zhì)膜H+-ATP酶活性(表6)，這可能為裸燕麥降低胞質(zhì)Na+積累提供了驅(qū)動力，從而減輕單鹽毒害和維持胞質(zhì)pH穩(wěn)態(tài)[25]；125 mmol·L-1混合鹽堿脅迫導(dǎo)致質(zhì)膜H+-ATP酶活性顯著下降，這可能是活性氧積累造成質(zhì)膜損傷所致[36]。可溶性蛋白質(zhì)有較強(qiáng)的持水力，其中大多數(shù)是參與代謝反應(yīng)的酶類，可溶性蛋白質(zhì)可保護(hù)細(xì)胞表面，調(diào)節(jié)細(xì)胞與外界滲透壓的平衡，緩解鹽離子的毒害[37]。裸燕麥幼苗在25～75 mmol·L-1混合鹽堿脅迫下可溶性蛋白質(zhì)含量明顯提高可能在其鹽堿脅迫適應(yīng)中發(fā)揮了重作用；100和150 mmol·L-1鹽堿脅迫下可溶性蛋白含量降低可能是其鹽堿耐性下降的重要因素?？扇苄蕴恰⒏彼岷陀袡C(jī)酸是主要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[27～29]。本試驗中，25 mmol·L-1混合鹽堿脅迫即引起裸燕麥幼苗葉片有機(jī)酸和脯氨酸含量顯著提高，并隨處理濃度增大含量明顯提高，完全符合敏感脅變指標(biāo)的特點(diǎn)。因此，有機(jī)酸和脯氨酸可能是裸燕麥適應(yīng)鹽堿重要的滲透溶質(zhì)。另外，有機(jī)酸還可能在保障燕麥體內(nèi)正負(fù)電荷平衡、維持細(xì)胞pH穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用[38]。脯氨酸除作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還具有保護(hù)代謝酶類的作用[39]。然而，脯氨酸是否為逆境下一種有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，目前尚未定論。本試驗結(jié)果與楊春武等[39]以小冰麥為材料的研究結(jié)果一致，而與吳成龍等[40]以菊芋為材料的結(jié)果不同。我們認(rèn)為，脯氨酸在裸燕麥幼苗適應(yīng)混合鹽堿脅迫中可能既是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)也發(fā)揮了保護(hù)酶類的作用。裸燕麥幼苗葉片可溶性糖含量在25和100 mmol·L-1混合鹽堿脅迫下顯著高于對照，可能發(fā)揮了滲透調(diào)節(jié)作用；在50、75和125 mmol·L-1濃度下的可溶性糖含量及不同處理濃度下的游離氨基酸含量與對照差異不顯著或明顯降低，沒有發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)功能。這與枸杞對NaCl脅迫的響應(yīng)類似[30]，但與菊芋對堿的脅變反應(yīng)不同[40]。不同植物種類耐鹽堿機(jī)理可能存在差異。對于鹽堿脅迫下裸燕麥脯氨酸合成的途徑及積累有機(jī)酸的分子機(jī)理尚需進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

隨著混合鹽堿脅迫濃度提高，裸燕麥種子萌發(fā)和幼苗生長受抑顯著增強(qiáng)。本實驗條件下，‘定莜6號’裸燕麥種子萌發(fā)適宜的混合鹽堿濃度<50 mmol·L-1，幼苗能夠耐受的混合鹽堿濃度閾值為80 mmol·L-1左右?；旌消}堿脅迫下，活性氧代謝失調(diào)引發(fā)的膜脂氧化損傷及K+、Na+代謝平衡破壞可能是裸燕麥生物量下降的重要因素，有機(jī)酸和脯氨酸可能在裸燕麥適應(yīng)混合鹽堿脅迫中發(fā)揮著重要的滲透調(diào)節(jié)作用。

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EffectsofComplexSaline-alkaliStressonSeedGerminationandStress-resistancePhysiologicalCharacteristicsofNakedOatSeedlings

LIU Jian-Xin1,2WANG Jin-Cheng1,2WANG Rui-Jian1,2JIA Hai-Yan1,2

(1.College of Life Science and Technology,Longdong University,Qingyang 745000；2.Provincial Key Laboratory for Protection and Utilization of Longdong Bio-resources in Gansu Province,Qingyang 745000)

We studied the effects of salt-alkaline mixed stress on seeds germination, seedlings growth and leaf physiological characteristics of stress-resistance for the physiological response of a new naked oat(Avenanude) cultivar ‘Dingyou No 6’ to complex saline-alkali stress.A.nudeseeds and seedlings were cultivated in sands with different complex saline-alkali solution addition according to soil salinity composition of the planting areas. Germination rate, germination index, vigor index of seeds, water content and dry weight of seedlings were significantly decreased, while the contents of superoxide anion, hydrogen peroxide and malondialdehyde and relative plasma membrane permeability in leaves were increased evidently with increasing of the complex saline-alkaline stress. The complex saline-alkaline stress increased significantly Na+contents, but reduced K+contents and K+/Na+. The activities of plasma membrane H+-ATPase, peroxidase, ascorbate peroxidase and soluble protein content in leaves of the seedlings exhibited a humped-curve, while superoxide dismutase activities and the contents of glutathione, organic acid and proline were significantly increased. Catalase activity and ascorbic acid content were decreased evidently, free amino acid content first decreased and then increased, and soluble sugar content demonstrated a rose at first, and then dropped at last rose again. The imbalance of active oxygen metabolism and the disturbance of Na+and K+homeostasis in leaves resulted in the inhibition of naked oat seedlings growth, and the organic acid and proline are two possible osmotic adjusting substances of naked oats that are adapted to complex salt-alkaline stress.

Avenanude;complex saline-alkali stress;seed germination;active oxygen metabolism;osmotic adjusting substance

甘肅省慶陽市科技計劃項目(kz2014-19)資助

劉建新(1964—),男,教授,主要從事植物逆境生理與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究。

2015-07-19

Q945.78；S512.1

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2016.02.011