秦嶺，張艷亭，陳二影，楊延兵，黎飛飛，管延安

谷子萌發(fā)期耐鹽種質(zhì)篩選及其保護酶系統(tǒng)對鹽脅迫的響應(yīng)

秦嶺，張艷亭，陳二影，楊延兵，黎飛飛，管延安

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/山東省特色作物工程實驗室，濟南 250100）

【】確定谷子萌發(fā)期耐鹽評價指標，篩選萌發(fā)期耐鹽種質(zhì)，并探討不同基因型谷子苗期鹽脅迫對保護酶系統(tǒng)的影響，為谷子大規(guī)模耐鹽性鑒定、耐鹽機理的研究提供鑒定方法和優(yōu)異資源。以不同生態(tài)區(qū)的54份谷子種質(zhì)為試驗材料，用1.5%NaCl溶液進行鹽脅迫，蒸餾水為對照，采用培養(yǎng)皿發(fā)芽法在人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)進行谷子萌發(fā)期耐鹽性鑒定；測定谷子相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚芽長、相對胚根長、相對胚芽比以及發(fā)芽率、鹽害率等指標；通過對指標值的相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，篩選谷子萌發(fā)耐鹽評價指標。采用篩選出的3個不同耐鹽性谷子品種，以0.5%NaCl溶液進行苗期鹽脅迫，測定鹽土盆栽條件下苗期葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性。分析鹽脅迫下3個基因型間生理響應(yīng)機理的差異。在1.5%NaCl溶液脅迫下，谷子的相對發(fā)芽勢與相對發(fā)芽率（=0.51，＜0.01）、相對胚芽長之間呈顯著正相關(guān)（=0.54，＜0.01）；相對胚芽長與相對胚根長呈顯著正相關(guān)（=0.64，＜0.01）；發(fā)芽率鹽害率與相對發(fā)芽勢（=-0.37，＜0.01）、相對胚芽長（=-0.51，＜0.01）呈顯著負相關(guān)。通過主成分分析將萌發(fā)期鹽脅迫處理的6個單項指標轉(zhuǎn)換成3個彼此獨立的綜合指標；通過隸屬函數(shù)分析，得到不同品種萌發(fā)期耐鹽性綜合評價值（值），并通過聚類分析，將54份谷子品種分成高度鹽敏感品種、鹽敏感品種、中度耐鹽品種、耐鹽品種以及高度耐鹽品種5個不同類型。其中，高度耐鹽品種有4個，分別是華北夏谷區(qū)的濟谷16、矮88，西北春谷區(qū)的隴谷3號和延谷13。苗期鹽土盆栽試驗表明，鹽脅迫條件下谷子葉片SOD、POD、CAT酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。耐鹽性強品種濟谷16的SOD、POD、CAT酶活性上升幅度顯著大于耐鹽性弱的品種魯谷1號。54份谷子種質(zhì)材料在耐鹽性上存在顯著差異，利用隸屬函數(shù)法綜合分析萌發(fā)期各指標，全面地評價谷子種質(zhì)資源萌發(fā)期的耐鹽性。不同基因型谷子品種葉片保護酶系統(tǒng)對NaCl脅迫響應(yīng)能力的差異，可能是由于谷子耐鹽能力不同造成的。

谷子；鹽脅迫；萌發(fā)期；綜合評價；保護酶

0 引言

【研究意義】土壤鹽漬化是非常嚴峻的非生物脅迫之一，嚴重影響種子萌發(fā)、植物生長和農(nóng)作物產(chǎn)量[1]。近年來，隨著土壤鹽漬化面積的不斷擴大，土壤鹽漬化成為限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要因素之一[2-3]。中國的鹽堿化耕地面積約3 467萬hm2，居世界第四位[4]，主要分布于土壤蒸發(fā)量大，降水少的干旱、半干旱及濱海地區(qū)[5]。谷子（(L.) P. Beauv.）的主要種植區(qū)域也在這些地區(qū)。因此，挖掘谷子耐鹽遺傳資源，開展谷子耐鹽機制研究，對培育耐鹽品種，擴大可利用耕地面積，保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義。【前人研究進展】谷子是中國北方重要的禾本科糧食作物，營養(yǎng)價值豐富，根系發(fā)達、抗旱耐瘠薄，距今已有8 000多年的栽培歷史[6-7]。中國是谷子的起源地，擁有豐富的種質(zhì)資源，具有廣泛的遺傳變異。目前，關(guān)于谷子耐鹽品種的篩選與鑒定已開展了部分工作[8-12]，田伯紅等[8]對194份谷子地方品種的耐鹽性進行了鑒定，篩選出紅谷、小黃谷、三變丑等11份耐鹽性較強的品種。韓飛等[9]通過隸屬函數(shù)得分對63份谷子種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽性進行了綜合評價，篩選出濟谷16、汾特11號等5份耐鹽谷子品種。同時，韓飛等[10]研究表明谷子在鹽脅迫下發(fā)芽率和發(fā)芽勢顯著降低，并且不同谷子品種發(fā)芽率、根和芽長存在品種間差異；在混合鹽堿脅迫下谷子發(fā)芽率顯著降低，芽長、根長、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均隨著鹽堿濃度的提高而減小[13]。發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和相對芽長可作為谷子芽期耐鹽性的鑒定指標[14]。在鹽脅迫中，滲透脅迫和離子毒害作用會引發(fā)次生脅迫，包括活性氧（reaction oxygen species，ROS）的過量積累。抗氧化酶（超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）和過氧化物酶（peroxidase，POD）等）通過清除多余的ROS來維持ROS的動態(tài)平衡[15]。SOD作為環(huán)境脅迫下抵御氧化損傷的第一道屏障，在防止活性氧對植物造成的損傷中起到重要的作用[16-18]。鹽脅迫條件下導(dǎo)致谷子葉片SOD酶活性顯著升高[19]，Sreenivasulu等[20]研究表明SOD酶活性的高低與谷子耐鹽性強弱密切相關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c】對來源于不同地區(qū)的谷子種質(zhì)進行耐鹽關(guān)鍵指標的篩選和谷子種質(zhì)耐鹽性的評價相對較少，嚴重制約了谷子在鹽堿地的推廣應(yīng)用。另外，關(guān)于鹽脅迫下不同基因型谷子種質(zhì)抗氧化酶類的反應(yīng)也鮮有報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以中國不同生態(tài)區(qū)的54份谷子種質(zhì)為材料，采用培養(yǎng)皿發(fā)芽試驗，1.5%NaCl模擬鹽脅迫，篩選萌發(fā)期耐鹽性指標，利用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對鹽脅迫下發(fā)芽特性與耐鹽性的關(guān)系進行綜合分析，確定谷子萌發(fā)期評價指標，建立谷子萌發(fā)期耐鹽評價體系。并進一步以鹽土盆栽方式研究不同耐鹽性谷子種質(zhì)苗期葉片保護酶SOD、POD、CAT對鹽脅迫的響應(yīng)，為谷子抗逆育種提供優(yōu)異資源和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所濟南試驗基地進行，供試材料為來自不同生態(tài)區(qū)的谷子種質(zhì)共54份，其中，華北夏谷區(qū)28份、東北春谷區(qū)10份、西北春谷區(qū)16份（電子附表1）。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 谷子萌發(fā)期耐鹽性鑒定 挑選大小一致、籽粒飽滿的種子50粒放置在直徑為10 cm培養(yǎng)皿中，加入1.5%（質(zhì)量比）的NaCl溶液6 mL，對照加入蒸餾水，智能光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)。培養(yǎng)箱設(shè)置溫度為28℃，光照/黑暗為14 h/10 h，連續(xù)培養(yǎng)8 d。每隔1 d補充適量蒸餾水，以保持培養(yǎng)皿中的鹽溶液濃度。處理的第2天開始每天記錄發(fā)芽數(shù)，第8天分別測定處理和對照的胚芽長、胚根長。

發(fā)芽勢=第4天發(fā)芽數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%；

發(fā)芽率=第8天發(fā)芽數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%；

性狀相對值（%）=處理性狀值/對照性狀值×100；

發(fā)芽鹽害率（%）=（對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率×100。

1.2.2 谷子苗期對鹽脅迫的響應(yīng) 苗期試驗在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所旱棚內(nèi)進行，以萌發(fā)期耐鹽性不同的3個品種濟谷16、魯谷1號、豫谷1號為材料，將種子播種在圓形塑料盆（直徑35 cm，高25 cm）內(nèi)，每盆裝8.5 kg混合基質(zhì)（營養(yǎng)土﹕河沙＝2﹕1），谷苗長至4葉1心時定苗，每盆留苗20株，此時開始進行鹽脅迫處理。試驗設(shè)置2個處理，分別澆灌0（對照，去離子水）、0.5%的NaCl溶液至土壤飽和。每個處理3次重復(fù)，每天以稱重法補足消耗的水分。每隔2 d取樣一次（取整個地上部分），直至脅迫的第15天取樣結(jié)束，樣品經(jīng)液氮速凍后放置于-20℃保存，用于酶活性的測定。脅迫的第15天，每個重復(fù)取樣3株，測定地上部分生物量。

地上部分生物量的測定：樣品經(jīng)105℃殺青30 min后，60℃烘干至恒重，采用千分之一天平稱重。

酶活測定：采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[21]，采用紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）酶活性[22]，所有試劑盒均購自蘇州科銘生物技術(shù)公司。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007作圖表，利用SPSS19.0進行相關(guān)性分析、主成分分析、方差分析，采用LSD進行顯著性檢驗，利用DPS7.05進行聚類分析，采用隸屬函數(shù)法對54份谷子種質(zhì)進行耐鹽綜合評價，參考文獻[23]計算指標。

（X）=（X?min）/（max?min）=1, 2, 3, …, n （1）

式中，(X)表示第個綜合指標的隸屬函數(shù)值，X表示第個綜合指標值；X表示第個綜合指標的最大值，min表示第個綜合指標的最小值。

式中，W表示第個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度及權(quán)重；P為各品種第個綜合指標的貢獻率。

式中，表示在NaCl脅迫下各品種耐鹽能力的綜合評價值。

2 結(jié)果

2.1 萌發(fā)期耐鹽性鑒定適宜指標的篩選

通過對1.5%NaCl脅迫下谷子發(fā)芽各指標的相對值進行調(diào)查統(tǒng)計，并進行相關(guān)性分析和主成分分析。54份不同基因型的谷子在鹽脅迫條件下各指標均差異顯著。發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長、胚根長的相對值均小于1，說明鹽脅迫抑制了谷子的發(fā)芽以及胚根、胚芽的生長。有5份種質(zhì)的發(fā)芽勢為0，占總數(shù)的9.26%。有1個品種的相對根芽比大于1，說明鹽脅迫對該品種根的抑制小于胚芽的抑制。所有指標性狀變異系數(shù)均在10%以上?？梢钥闯?，54份谷子種質(zhì)在鹽脅迫下存在廣泛的遺傳變異（表1）。

相關(guān)性分析表明，相對發(fā)芽勢與相對發(fā)芽率、相對胚芽長的相關(guān)性在0.05水平上極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.51**和0.54**。發(fā)芽率、鹽害率與相對發(fā)芽勢、相對胚芽長呈顯著負相關(guān)，與相對胚根長呈負相關(guān)但不顯著（表2）。相對胚芽長與相對胚根長呈顯著正相關(guān)。主成分分析6個耐鹽特征指標在各主成分上的權(quán)重系數(shù)即特征向量可以發(fā)現(xiàn)（表3），第I主成分的貢獻率最大，主要特征向量包括相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢2個指標，為發(fā)芽因子，特征值為2.984，指標貢獻率為49.73%；第II主成分載荷較高的是相對胚根長、相對根芽比，反映了根系因子，特征值為1.613，指標貢獻率為26.89%；第III主成分載荷較高的是相對芽長，特征值為0.870，指標貢獻率為14.5%。前3個主成分累積貢獻率達91.12%，因此，利用3個相互獨立的綜合指標可以對不同谷子萌發(fā)期耐鹽性進行客觀分析。

表1 萌發(fā)期鹽脅迫下谷子各性狀的變化范圍及變異系數(shù)

表2 鹽脅迫下谷子萌發(fā)期各性狀的相關(guān)性分析

** 在0.01水平差異極顯著；*在0.05水平差異顯著

** indicates a significant relationship at 0.01 level; * indicates a significant relationship at 0.05 level

2.2 利用隸屬函數(shù)法對參試54份谷子種質(zhì)進行萌發(fā)期耐鹽性評價

根據(jù)公式（1）計算得表4數(shù)據(jù)，對于同一綜合指標如CI而言，經(jīng)鹽脅迫處理，延谷13號的（X）最大為1.000，表明該品種在CI上表現(xiàn)為耐鹽性最強，而晉谷35的（X）最小，為0，表明該品種在這一綜合指標上表現(xiàn)為耐鹽性最差。根據(jù)各綜合指標貢獻率大小，經(jīng)計算3個綜合指標的權(quán)重分別為0.5458、0.2951和0.1591。運用公式（3）計算谷子的萌發(fā)期綜合耐鹽評價值值，并根據(jù)值進行耐鹽能力強弱排序，其中，長生4的值最小，表明其耐鹽性最差；延谷13的值最大，表明其耐鹽性最強。

采用最大距離法對值進行聚類分析（圖1），可將54個基因型劃分為5類，第I類是高度鹽敏感品種，包括9個品種，占參試品種的16.7%，其中西北春谷區(qū)占比最高，有6個品種；第II類是鹽敏感品種，包括16個品種，占參試品種的29.62%，分別來自華北夏谷區(qū)10個品種、西北春谷區(qū)4個、東北春谷區(qū)2個品種；第III類是中度耐鹽品種，該類型品種最多，包括20個品種，占參試品種的37.03%，其中有11個來自華北夏谷區(qū)，3個來自西北春谷區(qū)，6個來自東北春谷區(qū)；第IV類是耐鹽品種，包括5個品種，占參試品種的9.26%，3個來自華北夏谷區(qū)，東北春谷區(qū)和西北春谷區(qū)各1個。第V類是高度耐鹽品種，類別包括4個品種，分別是華北夏谷區(qū)的濟谷16和矮88，以及西北春谷區(qū)的隴谷3號和延谷13。

2.3 谷子苗期鹽脅迫下地上部分生物量及保護酶活性變化

萌發(fā)期耐鹽性不同的3個谷子品種濟谷16、豫谷1號以及魯谷1號苗期在鹽脅迫下生長均受到抑制。豫谷1號和濟谷16受抑制程度較小，而魯谷1號受抑制程度最大（表5）。對于萌發(fā)期中度耐鹽的豫谷1號苗期表現(xiàn)的耐鹽性要強于萌發(fā)期，魯谷1號與濟谷16苗期耐鹽性與萌發(fā)期基本一致。隨著鹽脅迫時間的延長濟谷16號、豫谷1號以及魯谷1號SOD酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在脅迫第9天三者的酶活性均達到最大值，濟谷16、魯谷1號以及豫谷1號分別比對照升高77.16%、38.48%和58.98%。豫谷1號和濟谷16在鹽脅迫的第3天酶活性迅速增加，并且與對照差異呈極顯著水平。3個品種的SOD酶活性均在第12天呈現(xiàn)下降趨勢（圖2）。鹽脅迫下，魯谷1號、濟谷16、豫谷1號地上部分POD活性的變化均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，如圖3所示，濟谷16、豫谷1號處理3 d后POD活性有明顯的上升趨勢，與對照差異呈極顯著水平。處理的第9天濟谷16、魯谷1號、豫谷1號POD活性分別比對照增長61.5%、58.1%、38.4%。脅迫12 d后POD酶活性開始下降，魯谷1號酶活性降幅最大，脅迫的第15天由于NaCl對葉片損傷嚴重導(dǎo)致酶活性低于對照水平。圖4可見，NaCl脅迫下，3個品種地上部分CAT活性均隨鹽濃度的增加而升高，隨著處理時間表現(xiàn)為先上升后下降，這一趨勢同SOD、POD的酶活變化。濟谷16和豫谷1號CAT酶活性在鹽處理9 d達最大值，魯谷1號CAT酶活性在鹽處理12 d達到最大。濟谷16上升的幅度最大，為對照的2倍，其次是豫谷1號酶活性是對照的1.72倍，魯谷1號上升幅度最小，是對照的1.34倍。濟谷16號和豫谷1號在處理12和15 d后，CAT活性增長幅度仍然較大。

表3 各綜合指標特征值、貢獻率及特征向量

圖1 54份谷子萌發(fā)期耐鹽性聚類分析

表4 各品種（系）的綜合指標值、權(quán)重以及D值

續(xù)表4 Continued table 4

表5 NaCl脅迫下相對生物量的變化

不同字母表示在＜0.05水平差異顯著 Different letters indicates a significant difference at 0.05 level

**在0.01水平差異極顯著；*在0.05水平差異顯著。下同

圖3 NaCl脅迫下POD酶活性的變化

圖4 NaCl脅迫下CAT酶活性的變化

3 討論

3.1 谷子萌發(fā)期耐鹽綜合指標的確定

作物種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性，蘊藏著多種可利用的優(yōu)異基因[24]，耐鹽種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)和利用是耐鹽品種培育的關(guān)鍵。作物的萌發(fā)期決定了出苗率和成苗率，是進行耐鹽性鑒定的重要時期之一[25]。萌發(fā)期進行耐鹽性鑒定，可以在短時間內(nèi)對大量的品種進行評價，這一方法可操作性強、周期短、效率高，一般用于對農(nóng)作物耐鹽性的初步評價[26]。由于試驗所選用材料的不同，其耐鹽鑒定的指標也存在差異。根長、葉長可以作為小麥、玉米耐鹽性篩選的首要形態(tài)學(xué)指標[27-28]。發(fā)芽勢、發(fā)芽率等指標也可作為作物萌發(fā)期耐鹽能力鑒定的主要性狀[29-31]。本研究以1.5%NaCl溶液為萌發(fā)期脅迫濃度，來自不同生態(tài)區(qū)的谷子品種為材料，測定發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長、胚芽長等性狀指標，結(jié)果表明，54份谷子種質(zhì)在萌發(fā)期鹽脅迫下存在廣泛的遺傳變異。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對根長、相對芽長與耐鹽性關(guān)系密切。

作物的耐鹽性是涉及多種代謝途徑的復(fù)雜性狀，采用單一指標進行耐鹽性鑒定具有片面性。因此，進行作物耐鹽資源評價鑒定，應(yīng)綜合考慮各個指標對其耐鹽性的貢獻。隸屬函數(shù)分析法在作物的耐鹽性綜合評價中達到了廣泛的應(yīng)用，是一個科學(xué)系統(tǒng)的篩選鑒定體系[10, 32-34]。劉敏軒等[35]利用隸屬函數(shù)法研究了16份黍稷種質(zhì)在中性混合鹽脅迫下的耐鹽性，認為該方法能夠較為準確地評價黍稷的耐鹽性。本研究采用隸屬函數(shù)法對谷子種質(zhì)進行萌發(fā)期耐鹽性綜合評價，并通過系統(tǒng)聚類對其耐鹽性進行了劃分。54份谷子種質(zhì)被分為高度鹽敏感品種（16.7%）、鹽敏感品種（29.62%）、中度耐鹽品種（37.03%）、耐鹽品種（9.26%）、以及高度耐鹽品種（7.40%）5種類型。其中，萌發(fā)期耐鹽性最強的是來自西北春谷區(qū)的品種延谷13，該品種的相對發(fā)芽勢為74.57%，相對芽長59.48%在所有參試品種中最高。同時對篩選到的不同耐鹽性材料進行苗期耐鹽性鑒定并進行生理指標的驗證。

3.2 葉片保護酶系統(tǒng)對鹽脅迫的響應(yīng)

植物鹽脅迫后會產(chǎn)生大量的活性氧，對植物細胞和組織造成傷害。為抵抗脅迫造成的傷害，植物自身具備清除活性的功能。SOD、POD、CAT等酶類是植物抗逆的重要酶保護系統(tǒng)。SOD能催化過氧陰離子發(fā)生歧化反應(yīng)，生成過氧化氫，是植物體內(nèi)防御和抵抗活性氧毒害的第一道防線[36]。過氧化氫在CAT、POD等抗氧化酶的作用下轉(zhuǎn)化成水和氧氣，從而提高植物對逆境的耐受能力[37]。高昆等[19]研究發(fā)現(xiàn)鹽堿脅迫2周后豫谷18幼苗過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性上升。這說明在鹽脅迫的過程中谷子幼苗通過提高SOD、POD、CAT的酶活性來清除體內(nèi)多余的活性氧，以抵御鹽脅迫傷害；本研究發(fā)現(xiàn)，隨著0.5% NaCl脅迫時間的延長，濟谷16、豫谷1號以及魯谷1號葉片中SOD、CAT、POD酶均出現(xiàn)先升高后降低的趨勢。3個品種中SOD酶活性在鹽脅迫的第9天酶活性達到最大值，但與對照相比上升的幅度并不相同，耐鹽性相對較強的濟谷16和豫谷1號上升幅度要高于鹽敏感的魯谷1號。濟谷16和豫谷1號CAT酶活性同樣在鹽處理9 d達到最大酶活，魯谷1號CAT酶活性在鹽處理12 d達到最大酶活。濟谷16上升的幅度最大，為對照的2倍。說明耐鹽性相對較強的谷子品種在脅迫應(yīng)答過程中產(chǎn)生較高保護酶活性抵御鹽離子造成的損傷，減少對植株的損傷。隨著鹽脅迫程度的加重，3個品種的SOD、POD、CAT的酶活性均開始下降，魯谷1號的POD酶活性降幅最大，至鹽脅迫的第15天酶活性只有對照的65.93%，說明鹽敏感品種魯谷1號的抗氧化系統(tǒng)遭受較大的損傷。

4 結(jié)論

54份不同基因型谷子種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽性存在顯著差異，根據(jù)耐鹽性的強弱分為高度鹽敏感品種、鹽敏感品種、中度耐鹽品種、耐鹽品種、高度耐鹽品種5個不同類型。不同基因型谷子品種葉片保護酶系統(tǒng)對NaCl脅迫響應(yīng)能力的不同，可能是由于谷子耐鹽能力不同造成的。

[1] MUNNS R, TESTER M. Mechanisms of salinity tolerance., 2008, 59: 654-681.

[2] JAFAR M Z, FAROOQ M, CHEEMA M, AFZAL I, BASTRA S M A, WAHID M A. Improving the performance of wheat by seed priming under saline conditions., 2012, 198(1): 38-45.

[3] FAROOQ M. Potassium substitution by sodium in plants., 2011, 30(4): 401-413.

[4] 趙海燕, 王建設(shè), 劉林強, 陳勇全, 李夢飛, 盧全偉, 劉方, 彭仁海. 海島棉苗期鹽脅迫下形態(tài)學(xué)和生理學(xué)指標變化, 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(18): 3494-3505.

ZHAO H Y, WANG J S, LIU L Q, CHEN Y Q, LI M F, LU Q W, LIU F, PENG R H Morphological and physiological mechanism of salt tolerance into salt stress at seedling stage., 2017, 50(18): 3494-3505. (in Chinese)

[5] 趙可夫, 李法曾. 中國鹽生植物. 北京: 科學(xué)出版社, 1999: 1-6.

ZHAO K F, LI F Z.. Beijing: Science Press, 1999: 1-6. (in Chinese)

[6] DIAO X M, SCHNABLE J, BENNETZEN J L, LI J. Initiation of setaria as a model plant., 2014, 1: 16-20.

[7] DOUST A N, KELLOGG E A, DEVOS K M, BENNETZEN J L. Foxtail millet: a sequence-driven grass model system., 2009, 149: 137-141.

[8] 智慧, 刁現(xiàn)民, 呂芃, 李偉, ZOYA AKOLAVO. 人工鹽脅迫法鑒定谷子及狗尾草物種耐鹽基因型, 河北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 8(4): 15-18.

ZHI H, DIAO X M, Lü P, LI W, ZOYA A. Methodology analysis on screening of salt tolerant genotypes from foxtail millet and other setaria species., 2004, 8(4): 15-18. (in Chinese)

[9] 田伯紅, 王素英, 李雅靜, 王建廣, 張立新, 梁鳳芹, 翟玉柱, 劉金榮. 谷子地方品種發(fā)芽期和苗期對NaCl脅迫的反應(yīng)和耐鹽品種篩選. 作物學(xué)報, 2008, 34(12): 2218-2222.

TIAN B H, WANG S Y, LI Y J, WANG J G, ZHANG L X, LIANG F Q, ZHAI Y Z, LIU J R. Response to sodium chloride stress at germination and seedling and identification of salinity tolerant genotypes in foxtail millet landraces originated from China., 2008, 34(12): 2218-2222. (in Chinese)

[10] 韓飛, 諸葛玉平, 婁燕宏, 王會, 張乃丹, 何偉, 晁贏. 63份谷子種質(zhì)的耐鹽綜合評價及耐鹽品種篩選. 植物遺傳資源學(xué)報, 2018, 19(4): 685-693.

HAN F, ZHUGE Y P, LOU Y H, WANG H, ZHANG N D, HE W, CHAO Y. Evaluation of salt tolerance and screening for salt tolerant accessions of 63 foxtail millet germplasm., 2018, 19(4): 685-693. (in Chinese)

[11] 崔興國, 時麗冉. 鹽脅迫對不同品種谷子萌發(fā)及幼苗生長的影響. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011(6): 14-16.

CUI X G, SHI L R. Effect of salt stress on different seed germination and seedling growth of(L.)., 2011(6): 14-16. (in Chinese)

[12] 牛希華, 艾海艦. NaCl脅迫對谷子種子萌發(fā)及幼苗生長影響的研究. 榆林學(xué)院學(xué)報, 2018, 28(2): 18-81.

NIU X H, AI H J. Seed germination and seedling growth of millet under NaCl' s intervention., 2018, 28(2): 18-81. (in Chinese)

[13] 郭瑞鋒, 張永福, 任月梅, 楊忠. 混合鹽堿脅迫對谷子萌發(fā)、幼芽生長的影響及耐鹽堿品種篩選. 作物雜志, 2017, 4: 63-66.

GUO R F, ZHANG Y F, REN Y M, YANG Z. Effects of saline-alkali stress on millet germination and shoots growth and saline-alkali tolerance variety screening., 2017, 4: 63-66. (in Chinese)

[14] 田伯紅, 王建廣, 李雅靜, 張立新, 孔德平. 谷子發(fā)芽期和幼苗前期耐鹽性鑒定指標的研究. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 12(7): 4-6.

TIAN B H, WANG J G, LI Y J, ZHANG L X, KONG D P Studies on screening indexes for salt tolerance of millet during germination period and early seedling stage., 2008, 12(7): 4-6. (in Chinese)

[15] SUGIMOTO M, OONO Y, GUSEV O, MATSUMOTO T, YAZAWA T, LEVINSKIKH M A, SYCHEV V N, BINGHAM G E, WHEELER R, HUMMERICK M. Genome-wide expression analysis of reactive oxygen species gene network in Mizuna plants grown in long-term spaceflight., 2014, 14: 4-14.

[16] CHELIKANI P, FITA I, LOEWEN P C. Diversity of structures and properties among catalases., 2004, 61(2): 192-208.

[17] SCHMITT F J, RENGER G, FRIEDRICH T, KRESLAVSKI V D, ZHARMUKHAMEDOV S K, LOS D A, KUZNETSOV V V. Reactive oxygen species: re-evaluation of generation, monitoring and role in stress-signaling in phototrophic organisms., 2014, 1837: 835-848.

[18] SEWELAM N, KAZAN K, SCHENK P M. Global plant stress signaling: reactive oxygen species at the cross-road., 2016, 7: 187-207.

[19] 高昆, 崔妮妮. 復(fù)合鹽脅迫對豫谷18幼苗生理指標的影響. 山西大同大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版): 2018, 54(6): 54-57.

GAO K, CUI N N. Effects of composite salt stress on physiological indices of seedlings of Yugu 18., 2018, 54(6):54-57. (in Chinese)

[20] SREENIVASULU N, GRIMMA B, WOBUSA U, WESCHKE W. Differential response of antioxidant compounds to salinity stress in salt-tolerance and salt-sensitive seedlings of foxtail millet (),, 2000, 109(4): 435-442.

[21] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù). 北京: 高等教育出版社, 2000.

LI H S.. Beijing: Higher Education Press, 2000. (in Chinese)

[22] 金麗萍, 崔世茂, 杜金偉, 金彩霞, 吳玉峰, 其日格. 干旱脅迫對不同生態(tài)條件下蒙古扁桃葉片PAL和C4H活性的影響. 華北農(nóng)學(xué)報, 2009, 24(5): 118-122.

JIN L P, CUI S M, DU J W, JIN C X, WU Y F, QI R G. Effects of drought stress in different ecological conditions of themaxim almond leaves in PAL and C4H activity., 2009, 24(5): 118-122. (in Chinese)

[23] 戴海芳, 武輝, 阿曼古麗·買買提阿力, 王立紅, 麥麥提·阿皮孜, 張巨松. 不同基因型棉花苗期耐鹽性分析及其鑒定指標篩選. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(7): 1290-1300.

DAI H F, WU H, AMANGULI·MAIMAITIALI, WANG L H, MAIMAITI·APIZI, ZHANG J S. Analysis of salt-tolerance and determination of salt-tolerance evaluation indicators in cotton seedlings of different genotypes., 2014, 47(7): 1290-1300. (in Chinese)

[24] 張建全, 王彥榮. 胡盧巴生物生泰學(xué)特征及種質(zhì)資源研究進展.蘭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2012, 48(6): 94-101.

ZHANG J Q, WANG Y R. Biological and ecological characteristics ofand research advances in germplasm resources., 2012, 48(6): 94-101. (in Chinese)

[25] 馬雅琴, 翁躍進. 引進春小麥種質(zhì)耐鹽性的鑒定評價. 作物學(xué)報, 2005, 31(1): 58-64.

MA Y Q, WENG Y J. Evaluation for salt tolerance in spring wheat cultivars introduced from abroad., 2005, 31(1): 58-64. (in Chinese)

[26] 閻志紅, 劉文革, 趙勝杰, 何楠, 王俊良. NaCl脅迫對不同西瓜種質(zhì)資源發(fā)芽的影響. 植物遺傳資源學(xué)報, 2006, 7(2): 220-225.

YAN Z H, LIU W G, ZHAO S J, HE N, WANG J L. Effect of NaCl stress on germination of different watermelon varieties., 2006, 7(2): 220-225. (in Chinese)

[27] DíAZ DE LEóN J L, CARRILLO-LAGUNA M, RAJARAM S, MUJEEB-KAZI A. Rapid in vitro screening of some salt tolerant bread wheats., 1995, 23(4): 383-389.

[28] 劉芳, 付艷, 高樹仁, 王振華. 玉米幼苗的鹽脅迫反應(yīng)及玉米耐鹽性的鑒定. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報, 2007, 19(6): 22-26.

LIU F, FU Y, GAO S R, WANG Z H. Response under salt stress of maize in seedling stage and appraisal of salt tolerance of maize., 2007, 19(6): 22-26. (in Chinese)

[29] 彭智, 李龍, 柳玉平, 劉惠民, 景蕊蓮. 小麥芽期和苗期耐鹽性綜合評價. 植物遺傳資源學(xué)報, 2017, 18(4): 638-645.

PENG Z, LI L, LIU Y P, LIU H M, JING R L. Evaluation of salinity tolerance in wheat（）genotypes at germination and seedling stages., 2017, 18(4): 638-645. (in Chinese)

[30] 龍衛(wèi)華, 浦惠明, 張潔夫, 戚存扣, 張學(xué)昆. 甘藍型油菜發(fā)芽期的耐鹽性篩選. 中國油料作物學(xué)報, 2013, 35(3): 271-275.

LONG W H, PU H M, ZHANG J F, QI C K, ZHANG X K. Screening offor salinity tolerance at germination stage., 2013, 35(3): 271-275. (in Chinese)

[31] 郭瑞, 李峰, 周際, 李昊儒, 夏旭, 劉琪. 亞麻響應(yīng)鹽、堿脅迫的生理特征. 植物生態(tài)學(xué)報, 2016, 40(1): 69-79.

GUO R, LI F, ZHOU J, LI H R, XIA X, LIU Q. Eco-physiological responses of linseed () to salt and alkali stresses., 2016, 40(1): 69-79. (in Chinese)

[32] 牛遠, 楊修艷, 戴存鳳, 王博文, 任高磊, 吳靜磊, 王飛兵, 陳新紅. 大豆芽期和苗期耐鹽性評價指標篩選. 大豆科學(xué)，2018, 37(2): 215-223.

NIU Y, YANG X Y, DAI C F, WANG B W, REN G L, WU J L, WANG F B, CHEN X H. Related indices selection of soybean salt tolerance at germination and seedling stages., 2018, 37(2): 215-223. (in Chinese)

[33] 侯文煥, 趙艷紅, 唐興富, 廖小芳, 李初英. 菜用黃麻種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽性評價. 植物遺傳資源學(xué)報, 2019, 20(2): 309-320.

HOU W H, ZHAO Y H, TANG X F, LIAO X F, LI C Y. Assessment for salt tolerance in vegetable jute germplasms at the germination stage., 2019, 20(2): 309-320. (in Chinese)

[34] 段文學(xué), 張海燕, 解備濤, 汪寶卿, 張立明. 甘薯苗期耐鹽性鑒定及其指標篩選. 作物學(xué)報, 2018, 44(8): 1237-1247.

DUAN W X, ZHANG H Y, XIE B T, WANG B Q, ZHANG L M. Identification of salt tolerance and screening for its indicators in sweet potato varieties during seedling stage.,2018, 44(8): 1237-1247. (in Chinese)

[35] 劉敏軒, 張宗文, 吳斌, 陸平. 黍稷種質(zhì)資源芽、苗期耐中性混合鹽脅迫評價與耐鹽生理機制研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 45(18): 3733-3743.

LIU M X, ZHANG Z W, WU B, LU P. Evaluation of mixed salt-tolerance at germination stage and seedling stage and the related physiological characteristics ofL..,2012, 45(18): 3733-3743. (in Chinese)

[36] GILL S S, TUTEJA N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants., 2010, 48(12): 909-930.

[37] JIANG L, YANG H. Prometryne-induced oxidative stress and impact on antioxidant enzymes in wheat., 2009, 72(6): 1687-1693.

Screening for germplasms tolerant to salt at germination stage and response of protective enzymes to salt stress in foxtail millet

QIN Ling, ZHANG YanTing, CHEN ErYing, YANG YanBing, LIFeiFei, GUAN YanAn

(Crop research institute, Shandong academy of agricultural sciences/Featured Crops Engineering Laboratory of Shandong Province, Jinan 250100)

The purpose of this study was to select germplasms tolerant to salt at germination stage, to establish an evaluation criterion for salt tolerance, and to investigate the effect of salt stress on protective enzyme system of different genotypes of foxtail millet at seedling stage. The results could propose an identification method and excellent genetic resources for research on salt-tolerant mechanisms of foxtail millet.54 foxtail millet varieties from different eco-regions were applied as experimental materials. Salt stress was implemented by adding 1.5% NaCl solution, and distilled water was used as the control. A petri dish based germination method was used to assess the salt tolerance of foxtail millet varieties in artificial climate incubator. Six salt-tolerant indexes were investigated in each treatment, including relative germination potential, relative germination rate, relative coleoptile length, relative radical root length, relative radical root / coleoptiles, and relative salt damage rate. A comprehensive analysis of the salt tolerance of different varieties was conducted via correlation analysis, principal component analysis and clustering analysis. Furthermore, pot experiment was conducted to cultivate selected varieties with different salt tolerance under both salt stress and normal conditions, and superoxide dismutase (SOD) activity, peroxidase (POD) activity, and catalase (CAT) activity in shoot were analyzed.And then the differences of physiological responses between those genotypes under salt stress were analyzed.Under salt stress of 1.5% NaCl , a significant positive correlation was detected between relative germination potential and relative germination(=0.51,＜0.01) and relative coleoptile length (=0.54,＜0.01). There was a significant positive correlation between relative coleoptile length and relative radical root length (=0.64,＜0.01), while the relative salt damage rate showed a significant negative correlation with relative germination rate (=-0.37,＜0.01) and relative coleoptile length (=-0.51,＜0.01). Principal component analysis transformed the six single indexes in the salt-stressed germination stage of foxtail millet to three independent comprehensive indexes. Subordinate function analysis was conducted to obtain the comprehensive assessment value (-value) of salt tolerance of different varieties at germination stage. 54 foxtail millet varieties were classified into five salt tolerant types based on clustering analysis, including extremely salt sensitive, salt sensitive, moderate salt tolerance, salt tolerance and high salt tolerance. The varieties with high salt tolerance were Yangu 13, Longgu 3 from spring sowing region of northwest China, and Jigu 16, Ai88 from summer sowing region of north China. The activities of SOD, POD, and CAT were increased and then decreased under salt stress condition. SOD, POD, and CAT in shoot increased in response to salt stress, and the activity of those enzymes in Jigu 16 was significantly higher than that in Lugu 1.Remarkable variations in salt tolerance were detected among the 54 genotypes of foxtail millet. The systematical and clear results can be obtained by membership function analysis, and the salt tolerance of foxtail millet can be evaluated objectively and comprehensively. The leaf protective enzymes are important for the adaptability of foxtail millet to salt stress in seedling stage.

foxtail millet (L.); salt-stress; germination stage; comprehensive evaluation; protective enzymes

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.008

2019-06-05；

2019-07-08

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-06-13. 5-A19）、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程（CXGC2018D02）、山東省雜糧創(chuàng)新團隊項目（SDAIT-15-03）

秦嶺，0531-66659029；E-mail：qinling1021@163.com。

管延安，0531-66658115；E-mail：yguan65@163.com

（責(zé)任編輯 李莉）