外源氯化膽堿和氯化鈣對鹽脅迫下小麥種子萌發和幼苗生理特性的影響

侍瑞高 趙慧云 戚名揚 黨長喜 李威 黃慧雅 林歡

摘要?[目的]研究外源氯化膽堿和氯化鈣對鹽脅迫下小麥種子萌發、幼苗生長及生理特性的影響。[方法]以6個小麥品種為材料，采用不同濃度NaCl溶液模擬鹽脅迫環境，選擇出在0.8%NaCl溶液下萌發抑制率在50%左右的偃高21、安農0711種子。在此基礎上，研究外源氯化膽堿和外源氯化鈣對鹽脅迫下（0.8% NaCl）偃高21和安農0711種子萌發及生理特性的影響。[結果]鹽脅迫下小麥種子發芽勢和發芽率顯著降低，并隨鹽濃度的增加脅迫加劇，但不同小麥品種耐鹽性有一定的差異;鹽脅迫下小麥幼苗葉綠素含量、可溶性糖含量和根系活力顯著下降，丙二醛含量和脯氨酸含量顯著升高;與鹽脅迫處理比較，通過不同濃度外源氯化膽堿和氯化鈣的介入，不同程度緩解了鹽脅迫下對小麥種子萌發的抑制，顯著增加了鹽脅迫下小麥幼苗葉綠素含量、提高了根系活力、降低了幼苗丙二醛和脯氨酸含量，促進了可溶性糖含量的增加。[結論]400 mg/L外源氯化膽堿和0.2%外源氯化鈣是在鹽脅迫下小麥種子萌發和幼苗生長緩解的最佳濃度，外源氯化膽堿的緩解效應優于外源氯化鈣。

關鍵詞?氯化膽堿;氯化鈣;鹽脅迫;小麥;種子萌發;幼苗生理特性

中圖分類號?S512.1?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2020）14-0022-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.14.007

Abstract?[Objective]To determine the effects of choline chloride and calcium chloride on wheat seed germination， seedling growth and physiological characteristics under salt stress.[Method]With six wheat varieties as materials， different concentrations of NaCl were used to simulate salt stress environment. Yangao 21 and Annong 0711 seeds were selected to inhibit germination at about 50% under 0.8% NaCl solution. Based on this， effects of exogenous choline chloride and calcium on germination and physiological characteristics of Yangao 21 and Annong 0711 under salt stress （0.8% NaCl） were studied. [Result]Salt stress significantly reduced the germination potential and germination rate of wheat seeds， and enhanced the stress with the increase of salt concentration， but there were some differences in salt tolerance among different wheat varieties. Under 0.8% NaCl stress， chlorophyll content， soluble sugar content and root activity of wheat seedlings decreased significantly， while malondialdehyde content and proline content increased significantly. Compared with salt stress treatment， the intervention of different concentrations of exogenous CC and CaCl2 eased the inhibition of wheat seed germination under salt stress at different degrees， significantly increased the chlorophyll content of wheat seedlings under salt stress， increased the root activity， reduced the malondialdehyde and proline contents of seedlings， and promoted the increase of soluble sugar content. [Conclusion]400 mg/L exogenous CC and 0.2% CaCl2 were the best concentrations for wheat seed germination and seedling growth alleviation under salt stress， the alleviation effect of exogenous CC was better than that of CaCl2.

Key words?Choline chloride;CaCl2;Salt stress;Wheat;Seed germination;Physiological characteristics of seedlings

土壤鹽漬化對農業生產活動產生的影響是一個全球性的問題，世界上大約有20%的灌溉土壤受到鹽度的影響，且呈不斷惡化的趨勢[1-2]。預計至2050年，可耕地的50%面臨鹽漬化和近半數以上的土壤均受到了不同程度的鹽害影響[3]。作物耐鹽性是一個復雜指標且對環境敏感，前人研究認為作物生長早期是整個發育過程的基礎，極易受到逆境脅迫傷害，最終影響產量，因而芽期和苗期是研究作物耐鹽性的重要時期[4-6]。小麥是我國重要糧食作物，耐鹽性比其他作物差，小麥在苗期和拔節至孕穗期對鹽害敏感，從而導致產量和品質下降[7]。氯化膽堿（Choline chloride，簡稱CC）是一種高效的營養增補劑及祛脂劑，是一種植物光合作用促進劑，對增加產量有明顯的效果。有研究結果表明，CC能增強作物的抗逆性，促進水稻、玉米、棉花等幼苗健壯生長[8]。農用氯化鈣（一種由氯元素和鈣元素構成的鹽，化學式為CaCl2）主要作用有提供微肥，與逆境脅迫有關，CaCl2作為細胞內的第二信使，在植物對低溫逆境信號的轉導中起著重要作用[9]。

筆者以淮麥20、偃高21、徐麥33等6個小麥品種為材料，采用不同濃度梯度的鹽溶液浸種模擬鹽脅迫環境進行試驗，并篩選出合適的中性抗鹽品種。經不同濃度的外源氯化膽堿和外源氯化鈣浸種處理后，研究外源CC和CaCl2調節鹽脅迫下小麥種子萌發和生理特性，以明確外源CC和外源CaCl2誘導小麥抗鹽性的效果及可能的生理機制，為作物的抗鹽栽培及應用外源CC和CaCl2緩解作物鹽害提供更多的理論和實踐依據。

1?材料與方法

1.1?供試材料

供試小麥品種為圣田麥69、淮麥20、淮麥33、偃高21、安農0711、徐麥33，均由淮安市農業科學研究院提供。氯化膽堿（簡稱CC）和氯化鈣（分析純，簡稱CaCl2）由淮安市凱同化學試劑有限公司提供。

1.2?試驗設計

1.2.1?不同小麥品種鹽脅迫篩選試驗。

試驗共設置5個處理：以蒸餾水浸種為對照（CK），NaCl溶液浸種濃度分別為T1處理：0.4%NaCl;T2處理：0.8%NaCl;T3處理：1.2%NaCl;T4處理：1.6%NaCl。6個品種小麥分別挑選飽滿健康、大小一致的種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒10 min，蒸餾水反復沖洗3～5次，適度晾干，再分別在不同濃度NaCl溶液中浸種4 h后取出晾干，CK 用等量蒸餾水浸種處理。置于鋪有2層濾紙的培養皿（直徑100 mm）上，每皿50粒。各處理重復4次，用不同濃度NaCl為培養介質模擬鹽脅迫環境進行發芽試驗。將培養皿置于20 ℃恒溫恒濕培養箱中培養7 d，每天用相應的處理溶液保持培養皿濕潤并記錄發芽數（發芽以種子萌發芽長度≥種子長度為標準）。發芽第3天測定發芽勢，第7天測定發芽率，由此確定適合種子萌發的半抑制濃度。

1.2.2?外源CC和CaCl2浸種下鹽脅迫試驗。

從上述試驗結果選擇出偃高21和安農0711共2個品種小麥在0.8%NaCl下萌發存在半抑制。因此該試驗以0.8% NaCl溶液為鹽脅迫，設不同濃度的CC和CaCl2溶液浸種4 h進行發芽試驗，CK 用等量蒸餾水浸種處理，均為5個處理（表1）。每個處理重復4次。

將培養皿置于20 ℃培養箱中恒溫恒濕培養7 d，每天加等量2 mL 0.8% NaCl 溶液保持培養皿濕潤并記錄發芽數（標準同試驗1）。發芽第3天測定發芽勢，第7天測定發芽率、記錄發芽情況并計算發芽勢和發芽率。繼續培養至小麥2葉1心時（12 d左右）測定其相關生理指標。

1.3?測定指標及方法

1.3.1?發芽勢和發芽率的測定。以種子萌芽長度≥種子長度為發芽標準，計算發芽勢和發芽率。發芽勢=規定日發芽數/供試種子數×100%，發芽率=規定日發芽數/供試種子數×100%。發芽勢一般以第4天發芽計算，發芽率一般以發芽第7天計算。

1.3.2?生理指標。參照張志良的方法[10]，葉綠素含量的測定采用丙酮提取法;丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法;游離脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸法;根系活力測定采用TTC顯色法;可溶性糖含量測定采用蒽酮法。

1.4?數據分析?采用Microsoft Excel 2010 軟件對數據進行處理;采用SPSS 19.0 統計軟件進行方差分析。

2?結果與分析

2.1?不同濃度的鹽脅迫對小麥種子萌發的影響

由表2可知，鹽濃度0.4%～1.6%對發芽勢和發芽率均有一定的抑制性，并隨鹽濃度的增高，抑制性增強;就平均而言，0.4%鹽濃度下發芽勢和發芽率分別為對照的82.06%和85.85%，而1.6%鹽濃度下發芽勢和發芽率分別僅為對照的9.00%和20.31%。各小麥品種的耐鹽性不同，其中較耐鹽的品種有圣田麥69、徐麥33和淮麥20，而淮麥33為鹽敏感性;鹽濃度為0.8%時，偃高21、安農0711發芽率為50.00%。因此，0.8% NaCl濃度下偃高21和安農0711選定為外源物質緩解鹽脅迫的試驗材料。

2.2?外源CC和CaCl2對鹽脅迫對小麥種子萌發的影響

外源CC和外源CaCl2浸種對鹽脅迫下種子發芽有一定的緩解效應（表3），不同濃度的外源CC和外源CaCl2均可以緩解鹽脅迫對種子的脅迫，且緩解效應隨濃度的提高先增強隨后增強效益減弱。其中以400 mg/L CC和0.2% CaCl2濃度浸種緩解效應最好，在0.8% NaCl脅迫下，400 mg/L CC和0.2% CaCl2浸種偃高21和安農0711的發芽率分別為79.2%、80.8%和73.3%、77.5%，外源CC浸種下發芽率提高了34.5%和32.4%;外源CaCl2浸種下發芽率分別提高了28.0%和25.5%，說明外源CC的緩解效應優于外源CaCl2。

2.3?外源CC和CaCl2對鹽脅迫下小麥幼苗生理特性的影響

2.3.1?對鹽脅迫下小麥葉綠素含量的影響。

外源CC和外源CaCl2各濃度處理下偃高21和安農0711葉綠素含量均顯著高于CK（表4），說明鹽脅迫下外源CC和外源CaCl2處理顯著緩解了葉綠素的降解。其中400 mg/L CC和0.2% CaCl2緩解效應顯著高于其他各濃度處理，400 mg/L CC和0.2% CaCl2處理偃高21和安農0711葉綠素含量較對照（鹽脅迫）分別提高了30.0%、31.3%和28.3%、30.4%。

2.3.2?對鹽脅迫下小麥丙二醛含量的影響。

由表5可知，在鹽脅迫下經外源CC和外源CaCl2處理后，偃高21和安農0711幼苗葉片的丙二醛含量均顯著低于對照，與對照相比，400 mg/L CC處理丙二醛含量分別下降了45.7%和46.1%，0.2%CaCl2處理葉片丙二醛含量分別較對照下降了42.3%和39.4%，外源CC和外源CaCl2濃度再增高，緩解效應開始下降。

2.3.3?對鹽脅迫下小麥葉片脯氨酸含量和可溶性糖的影響。

由表6可知，外源CC和CaCl2 處理均在一定程度上對小麥幼苗游離脯氨酸含量具有緩解作用，其中以400 mg/L的外源CC和0.2%CaCl2濃度處理緩解效果最佳，與其他各處理均達到顯著差異，隨著外源CC和CaCl2濃度的增高，緩解效應開始減弱，0.4% CaCl2濃度處理下小麥幼苗脯氨酸含量顯著高于對照，表明過高濃度的外源物質會加重脅迫程度。

與對照組相比，偃高21和安農0711經外源CC和外源CaCl2處理后的幼苗可溶性糖含量均有顯著提升，其中以400 mg/L的外源CC和0.2% CaCl2處理最明顯，與對照相比分別提升了52.3%、64.5%和12.9%、12.7%（表7）。

2.4?外源CC和外源CaCl2對鹽脅迫下小麥根系活力的影響

由圖1可知，外源CC和CaCl2各處理之間存在顯著差異，隨著外源CC和外源CaCl2濃度的提升，根系活力呈低-高-低的倒“V”字形變化趨勢，在400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2處理時達到最大值，偃高21、安農0711根系活力較對照分別提高了1.85、2.15和1.69、1.79倍，表明外源CC對鹽脅迫下小麥根系活力的緩解效應優于外源CaCl2。

3?結論與討論

作物在生長發育的過程中往往會受到多種逆境脅迫的影響，鹽脅迫是制約植物生長發育的主要非生物脅迫之一。鹽脅迫會抑制作物的生長發育，改變作物的生理生化過程，如干擾植物組織的離子平衡、降低葉綠素含量、抑制光合作用等[11]。耐鹽性不同的品種在抗鹽表現方面存在差異，一般來說，抗鹽性高的品種對于鹽脅迫的響應要慢于抗鹽性低的品種，但在高濃度鹽環境下，耐鹽品種同樣會受到鹽脅迫的嚴重抑制[12-14]。該試驗研究表明，在鹽脅迫處理下，小麥種子發芽勢和發芽率顯著降低，并隨著鹽濃度的升高，抑制作用增強，但不同品種對該反應有一定的差異。

小麥的幼苗在生長發育過程中，由于受到鹽脅迫的影響從而導致自身的滲透調節能力增強，對于各種滲透調節物質主動積累，其中游離脯氨酸、可溶性糖以及丙二醛等對小麥滲透調節能力有著非常關鍵的作用[15]。作為膜質過氧化的產物，丙二醛可以與細胞膜上的蛋白質、酶等結合，引起蛋白質分子內和分子間的交聯，從而破壞細胞生物膜的結構和功能[15-16]。鹽脅迫下外源氯化膽堿和氯化鈣浸種后，小麥幼苗葉片的丙二醛含量與對照處理相比顯著降低，分別在400 mg/L CC和0.2%CaCl處理下達到最小值，說明氯化膽堿和氯化鈣能夠抑制小麥幼苗葉片的膜質過氧化，從而緩解鹽脅迫給幼苗帶來的傷害。

在鹽脅迫環境下，脯氨酸作為一種重要的滲透調節劑，不僅能夠降低細胞水勢，還可以保護細胞中蛋白質的結構使之不被鹽脅迫破壞[16]。與對照鹽脅迫相比，外源氯化膽堿和氯化鈣處理的脯氨酸含量出現了顯著降低，說明這2種外源物質緩解了鹽脅迫產生的滲透脅迫，從而減少了小麥幼苗葉片中脯氨酸的積累?？扇苄蕴鞘悄婢趁{迫下植物體內的滲透調節物質之一[12，16]。該試驗結果表明，在鹽脅迫下加入外源氯化膽堿和外源鈣浸種能夠顯著增加小麥幼苗體內的可溶性糖含量，從而緩解因鹽脅迫導致的滲透脅迫所產生的傷害。與脯氨酸含量變化不同的是，可溶性糖含量在引入外源物質后含量顯著增加，而脯氨酸含量顯著下降，這可能是因為外源氯化膽堿和鈣誘導了可溶性糖含量的增加，而脯氨酸含量僅僅是反映鹽脅迫程度的標準，外源物質并未誘導其產生，只是緩解了鹽脅迫使其含量出現下降。植物吸收水分和礦質營養的主要器官是根系，所以根系活力的變化可以反映其吸收能力的強弱[17]。該研究顯示，根系活力呈低-高-低的變化趨勢，400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2處理能夠增加小麥幼苗根系活力;而濃度增高超過植株能夠適應的承受能力時，根系活力下降，代謝降低，易衰老。

綜上所述，鹽脅迫下小麥種子發芽勢和發芽率降低，并隨著鹽濃度的增加脅迫加劇，不同小麥品種耐鹽性有一定的差異;鹽脅迫使得小麥幼苗葉綠素含量、可溶性糖含量和根系活力顯著下降，丙二醛含量和脯氨酸含量顯著升高;通過不同濃度外源物質CC和CaCl2的介入，均不同程度緩解了鹽脅迫下對小麥種子萌發的抑制，維持了小麥幼苗葉片滲透壓、保護了生物膜系統的完整性和穩定性，從而增強了小麥種子和幼苗的耐鹽性。綜上所述，400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2的濃度是鹽脅迫下小麥種子萌發和幼苗生長緩解的最佳濃度，其中外源CC的緩解效應優于CaCl2。

參考文獻

[1]ZHANG X X，SHI Z Q，TIAN Y J，et al.Salt stress increases content and size of glutenin macropolymers in wheat grain[J].Food chemistry，2016，197：516-521.

[2]ZHAO X Y，BIAN X Y，LI Z X，et al.Genetic stability analysis of introduced?Betula pendula，Betula kirghisorum?，and?Betula pubescens?families in saline-alkali soil of northeastern China[J].Scandinavian journal of forest research，2014，29（7）：639-649.

[3]VINOCUR B，ALTMAN A.Recent advances in engineering plant tolerance to abiotic stress：Achievements and limitations[J].Current opinion in biotechnology，2005，16（2）：123-132.

[4]WANG H L，CHEN G L，ZHANG H W，et al.Identification of QTLs for salt tolerance at germination and seedling stage of?Sorghum bicolor?L.Moench[J].Euphytica，2014，196（1）：117-127.

[5]何曉蘭，徐照龍，張大勇，等.65個高粱種質萌芽期的耐鹽指標比較及其耐鹽性綜合評價[J].植物資源與環境學報，2015，24（4）：52-60.

[6]彭智，李龍，柳玉平，等.小麥芽期和苗期耐鹽性綜合評價[J].植物遺傳資源學報，2017，18（4）：638-645.

[7]氯化膽堿[EB/OL].[2019-07-28].https：//baike.baidu.com/item/氯化膽堿.

[8]李防洲，冶軍，侯振安.外源調節劑包衣對低溫脅迫下棉花種子萌發及幼苗耐寒性的影響[J].干旱地區農業研究，2017，35（1）：192-197.

[9]張志良，瞿偉菁.植物生理學試驗指導[M].3版.北京：高等教育出版社，2003：127-277.

[10]楊升，張華新，張麗.植物耐鹽生理生化指標及耐鹽植物篩選綜述[J].西北林學院學報，2010，25（3）：59-65.

[11]慈敦偉，張智猛，丁紅，等.花生苗期耐鹽性評價及耐鹽指標篩選[J].生態學報，2015，35（3）：805-814.

[12]王佺珍，劉倩，高婭妮，等.植物對鹽堿脅迫的響應機制研究進展[J].生態學報，2017，37（16）：5565-5577.

[13]張會麗，袁闖，許興，等.不同基因型玉米雜交種大喇叭口期的耐鹽性[J].干旱地區農業研究，2018，36（1）：140-147.

[14]王永俊，徐鈞，陳許兵，等.氯化膽堿浸種對鹽迫下稻種萌發及幼苗生長的影響[J].湖南農業科學，2017（6）：11-13，17.

[15]郭紅玲.鹽脅迫下小麥幼苗生長的影響及機理研究[J].農業開發與裝備，2018（8）：120，124.

[16]張春平.不同外源物質提高鹽脅迫下黃連種子及幼苗抗逆性機理研究[D].重慶：西南大學，2012.

[17]王玉萍，于丹，李成，等.殼聚糖對鹽脅迫下小麥種子萌發及幼苗生理特性的影響[J].干旱地區農業研究，2016，34（1）：180-185.