42份匍匐型花生幼苗对盐胁迫的生理响应

姚 庆,施俊杰,侯献飞,贾东海,顾元国,阿里别里根·哈孜太,苗昊翠,李 强

(1.新疆伊犁哈萨克自治州农业科学研究所,新疆伊宁 835000;2.新疆农业科学院经济作物研究所,乌鲁木齐 830091;3.新疆农业科学院农作物品种资源研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】世界上约有20%的可耕地受到了盐渍的影响[1],且耕地的盐渍化面积不断增加[2]。中国盐渍土面积达9 900×104hm2[3]。我国盐渍化土地主要分布于东北、华北、西北及滨海地区[4],其中盐渍化土壤最为严重的是新疆,占全国盐渍化土地13%以上[5]。花生具有较强的适应性和抗逆性,是我国重要的油料作物和经济作物之一[6],花生属中等耐盐作物,土壤盐碱导致花生出苗保全苗困难、幼苗期植株生长不整齐、中后期早衰,盐碱也是花生从中低产到高产的主要限制因子,研究花生幼苗对盐胁迫的生理响应,对筛选耐盐花生品种有重要意义。【前人研究进展】吴兰荣等[7]研究表明,花生对盐胁迫的易敏期在萌发期和幼苗期,随着花生生长发育,其耐盐性也会逐渐提高。李远航等[8]研究发现,盐胁迫会导致植物的电子转导率下降,降低植株光学效率。慈敦伟等[9]通过观察花生苗期形态,利用数据分析其生物量差异,将花生分为高耐盐、耐盐、盐敏感及高度盐敏感型。胡晓辉等[10]利用盆栽法鉴定花生品种耐盐性的适应NaCl浓度为120 mmol/L。陈杨等[11]利用水培法鉴定花生苗期在不同浓度NaCl条件下各指标的相关性,建立了水培法鉴定花生苗期耐盐性技术体系。【本研究切入点】目前对于花生苗期耐盐性鉴定多集中直立型花生品种中,而对匍匐型花生耐盐性生理响应未见报道。需研究匍匐型花生品种在盐胁迫下的生理变化。【拟解决的关键问题】研究以耐盐品种筛选评价所选用的盐浓度为依据[11],选取42份匍匐型花生品种,采用水培法在200 mmol/L盐浓度胁迫下监测花生幼苗期生理指标,并进行抗盐性综合评价聚类分析,为匍匐型花生耐盐育种提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2021年1月,试验在新疆农业科学院经济作物研究所实验室进行,选择42个匍匐型花生品种均来自新疆农业科学院经济作物研究所。表1

表1 供试匍匐型花生品种编号及来源

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用营养土栽培和水培胁迫。分别选取颗粒饱满、未受损伤的花生种子,用1%的NaHClO消毒20 min,立即用蒸馏水冲洗干净,然后移入事先准备好的营养土中,浇透水,放置在25℃恒温,光照强度11 500 lx,日光照时间16 h的日光生长室内培养2周直至株高达到12～15 cm,每份选取植株健壮生长一致的植株固定在打好孔距的泡沫板上,移入提前配置好放置常温条件下的营养液中,3 d更换1次营养液,生长1周进行盐胁迫试验。

参考陈杨等[11]方法,1%～1.2%为花生耐盐鉴定的适宜浓度,设置200 mmol/L NaCl盐胁迫处理,以不加NaCl为对照。NaCl胁迫处理时,为防止NaCl对花生幼苗造成冲击,每8 h以50 mmol/L的盐浓度加入,递增至200 mmol/L,每3 d换1次营养液,NaCl处理添加相应的 NaCl浓度营养液,处理9 d后取样,取样后迅速将样品用铝箔纸包好,冷冻在-80℃的超低温冰箱中,以备测定生理生化指标。

1.2.2 测定指标

生理生化指标的测定使用Solarbio公司试剂盒微量法。

1.2.2.1 脯氨酸(pro)含量

采用磺基水杨酸提取脯氨酸,加热处理后,脯氨酸与酸性茚三酮溶液反应生成红色,加甲苯萃取后,在520 nm测定吸光度。计算脯氨酸含量[12]:

脯氨酸(pro)含量(μg/g质量)=Y×V提/W.

建立标准曲线计算样本脯氨酸含量。

式中,Y为pro含量(μg/mL);V提为加入提取液体积(1 mL);W为样本质量(g)。

1.2.2.2 可溶性糖含量

采用蒽酮比色法测定[13],计算可溶性糖含量:

建立标准曲线,计算样本浓度Y(mg/mL).

可溶性糖(mg/g质量)=(Y×V1)/(W×V1/V2)=10×Y/W.

式中,V1为加入样本体积(0.04 mL);V2为提取液体积(10 mL);W为样本质量(g)。

1.2.2.3 丙二醛(MDA)含量

采用TBA-MDA显色法[14]。计算MDA含量:

MDA浓度(nmol/mL)=6.45×(A532-A600)-0.56×A450.

MDA含量(nmol/g)=[MDA浓度×V总/0.01]/W.

式中,V总为反应体系总体积(0.5 mL);W为样本质量(g);A450、A532、A600分别为MDA显色反应液在450、532和600 nm处的吸光值。

1.2.2.4 叶绿素(Chl)含量

采用无水乙醇提取法[15]。

叶绿素a含量(mg/g质量)=(21.2×A663-4.48×A645)×V提×F/W/1 000.

叶绿素b含量(mg/g质量)=(38.2×A645-7.8×A663)×V提×F/W/1 000.

叶绿素总含量(mg/g质量)=(33.7×A645+13.4×A663)×V提×F/W/1 000.

式中,V提为提取液体积(10 mL);F为稀释倍数;W为样本质量(g)。

1.2.2.5 耐盐性综合评价

采用模糊数学隶属函数法对42个匍匐型花生品种盐胁迫的耐受性进行综合评价。所用公式为X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin),X(u)为某品种某一指标的测定值,Xmin和Xmax为该指标中的最小值和最大值,总隶属值为各性状隶属值求和后的平均值。隶属函数综合评价值越大,品种抗盐性越强[20]。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2017软件对数据进行整理及统计分析,SPSS22.0软件对数据进行方差分析、相关性分析,对品种的耐盐性进行综合评价、聚类分析。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对不同品种花生脯氨酸(pro)含量的影响

研究表明,参试材料在200 mmol/L NaCl处理下,脯氨酸(pro)含量差异显著。NaCl胁迫下,42个匍匐型花生品种幼苗叶片的pro含量全部较对照有所提高,Z5040、C130号品种较对照差异显著,其他品种与对照差异均达极显著水平。不同品种间具有明显差异,Z5040和C130号品种变化幅度最低,分别为87.66%、48.86%;其中C095品种变化幅度最高,为1 964.47%,表现出高耐盐响应。42个匍匐型花生品种均表现出对NaCl胁迫下的适应性反应。表2

2.2 NaCl胁迫对不同品种花生丙二醛(MDA)含量的影响

研究表明,参试材料在200 mmol/L NaCl处理下,丙二醛(MDA)含量差异显著,42个匍匐型花生品种MDA含量与品种间存在较大差异。其中C095、Z5035、Z5081、C094、C108、C128、C141、C145、C145-2、Z5096、Z5108、Z5123、Z5157、Z5185、Z5230、C108-1,16个花生品种MDA含量均呈上升趋势;剩余26个花生品种(系)MDA含量较CK有所下降。最高的是C128和C145品种,变化幅度分别达到了1 400.76%、2 016.00%,C128和C145品种耐盐性低。Z5205、Z5110号品种变化幅度为-92.63%、-90.55%,品种有较高的耐盐响应。表3

表3 NaCl胁迫下匍匐型花生幼苗叶片丙二醛变化

2.3 NaCl胁迫对不同品种花生叶绿素(Chl)含量的影响

研究表明,在200 mmol/L NaCl处理下,42个匍匐型花生品种叶绿素(Chl)含量差异显著,呈现上升的趋势,而C095、Z5036、Z5040、C035、C087、C128、C129、Z5083、Z5225号品种Chl含量较CK降低,差异显著。不同品种之间差异明显,新花19号、Z5096、C108-1号品种变化幅度最高,分别为162.16%、144.13%、108.62%,表现出高抗盐响应。Z5225品种变化幅度最低为-37.21%,该品种的抗盐性较弱。表4

表4 NaCl胁迫下匍匐型花生幼苗叶片叶绿素变化

2.4 NaCl胁迫对不同品种花生可溶性糖含量的影响

研究表明,与对照相比,Z5035、C001、C087、C128、C135、C141、C145、C145-1、C145-2、Z5028、Z5123、Z5157、Z5225号品种可溶性糖含量下降,其中Z5035品种与对照差异极显著,剩余29个品种可溶性糖含量都有不同程度的升高。Z5096和C129号品种变化幅度最高,分别达到了146.70%、106.13%,表现出高耐盐响应;而Z5035和C145-1号品种变化幅度最低为-26.24%和-24.33%,Z5035和C145-1耐盐性较低。表5

2.5 42个匍匐型花生品种的抗盐性综合评价

研究表明,42个匍匐型花生品种的抗盐性由强到弱顺序依次为新花19号>Z5096>Z5070>C035>C094>Z5074>C062>C129>C126>C095>Z5162>C108>C092>C108-1>C090>Z5036>C087>Z5205>C127>Z5108>Z5081>C014>Z5035>C141>Z5110>Z5028>C145-1>Z5076>Z5069>Z5157>C145>C135>C001>Z5230>C145-2>Z5185>Z5083>Z5040>C130>C128>Z5123>Z5225。表6

2.6 42份匍匐型花生耐盐性聚类

研究表明,供试材料的耐盐顺序根据欧氏距离5处可归为4个类群,第一类群:C126、C129、C095、Z5074、C062、C094、Z5070、C035、新花19号、Z5096品种,此类群体平均隶属函数值高,耐盐性最好,占供试材料总数的23.8%,为高耐盐群体。第二类群:C090、C108、Z5162、C108-1、C092、Z5036、C087、C127、Z5205、Z5035、C014、Z5081、Z5108、C141品种,此类群平均隶属函数值排在11～24位,占供试材料总数的33.3%,属于耐盐性较好品种,为耐盐群体。第三类群:Z5110、C145-1、Z5028、Z5069、Z5076、C145、Z5157品种,此类群平均隶属函数值对耐盐性综合评价排在25-31位,占供试材料总数的16.7%,属于中度耐盐品种。第四类群:Z5230、C145-2、C001、C135、C128、Z5123、Z5225、Z5040、C130、Z5083、Z5185品种,此类群平均隶属函数值都低于0.4,耐盐性排序为最后11位,占供试材料总数的26.2%,为盐敏感品种。第二类群与第三类群占的比例较大,第一类群与第四类群分布较少,符合正态分布,结构划分合理。图1

图1 42个匍匐型花生品种的抗盐性聚类

3 讨 论

3.1优异的种质资源的发现与利用关键在于原有品种的保护、旧品种的改良和新品种的培育[21]。筛选具有丰富抗盐性的花生种质资源是选育耐盐花生品种和有效利用盐渍地的重要基础。李瀚等[22]通过水培法帅选出高度耐盐花生品种6个,高度敏感型花生品种3个。石运庆等[23]采用田间种植鉴定法筛选出2个高耐盐花生品种。目前对于花生苗期耐盐性鉴定多集中直立型花生品种中,对匍匐型花生耐盐性生理响应未见报道。研究以耐盐品种筛选评价所选用的盐浓度为依据[11],选取42份匍匐型花生品种,采用水培法在200 mmol/L盐浓度胁迫下监测花生幼苗期生理指标,并进行抗盐性综合评价聚类分析。

3.2花生的幼苗期对盐害最为敏感[8],而在大田生产中,花生苗期更容易受到NaCl胁迫的危害,很大程度上影响花生产量[24]。研究选用脯氨酸、叶绿素、可溶性糖、丙二醛作为评价指标,在适宜NaCl浓度为200 mmol/L条件下,利用水培法对42份匍匐型花生幼苗期进行NaCl胁迫得出:在盐胁迫条件下42个匍匐型花生品种的pro含量全部呈上升趋势,与高荣嵘等[25]研究花生幼苗期在盐胁迫后pro含量显著上升结果一致,为了在盐胁迫下生存,提高抗盐性,植物细胞内会大量积累pro来降低细胞水势,抵制外界胁迫。MDA能改变膜的透性[26];42份匍匐型花生材料中有37%的材料MDA含量上升,该部分材料细胞膜质过氧化程度高,是盐敏感品种耐盐性差的重要生理反应之一,剩余品种MDA含量表现出不同程度的降低,具有抗盐性。与温赛群等[27]研究盐胁迫对花生苗期MDA含量变化的结果相一致。NaCl胁迫最直观的表现就是降低叶片细胞水势,破坏膜系统,造成Chl含量下降,42个匍匐型花生品种中有79%的品种Chl都呈上升趋势,只有9个品种Chl下降,下降最高的Z5225品种变化幅度为-37.21%。植物的渗透调节物质的作用主要是使植物适应环境而生存下去,而可溶性糖作为重要的渗透调节物质之一,是合成其他有机分子的碳架成分,可溶性糖含量越高抗盐能力越强,试验中,42个匍匐型花生品种有70%的品种可溶性糖含量呈上升趋势,大部分材料都具有耐盐性。盐敏感的水稻品种叶片在盐胁迫下比耐盐品种积累更多的可溶性糖[28],与研究结果存在一定差异,可能与盐浓度不同有关,在盐浓度较低的情况下,对盐敏感的水稻品种就会表现出明显的胁迫反应,而耐盐型水稻品种则不会发生此类状况。要筛选出适用于实际生产的耐盐品种(系),还需结合田间进一步试验,多种指标相结合才会更加精准的筛选出耐盐型花生材料。

4 结 论

新花19号品种pro、Chl隶属函数值均达到了最高值,但可溶性隶属函数值低于Z5096品种,MDA隶属函数值低于Z5205品种;综合抗盐性最差的Z5225品种,其MDA含量却超过了66.7%的品种,单一的指标不能准确、全面的反映42份匍匐型花生品种间的耐盐性。新花19号平均隶属函数值>0.9,表现出较好的耐盐性,Z5123与Z5225平均隶属函数值>0.3,表现出盐敏感性较强,42个花生品种分为高耐盐、耐盐、中度耐盐、盐敏感群体。