矮壯素浸種對小麥幼苗抗鹽脅迫能力的影響

祖恩普,郭燕飛

(1.洛陽師范學院 生命科學學院,河南 洛陽 471934; 2.欒川縣農業農村局,河南 欒川 471500)

在全球范圍內,土地鹽堿化嚴重制約了農林業的發展,特別是在干旱和半干旱地區,鹽堿化造成的農林業生產損失更為嚴重.聯合國糧食及農業組織(FAO)于2021年10月21日發布全球鹽漬土壤分布圖,據該圖估計,全球鹽漬土壤面積逾8.33×108hm2,占地球面積的8.7%[1].我國鹽漬土面積約3.69×107hm2,占我國可利用耕地面積的5.01%[2],且不合理的農業措施使土壤次生鹽漬化面積逐年增大.土壤鹽堿化導致土壤產出率低,農業綜合生產能力嚴重不足[3-5].治理鹽堿地的一個有效措施就是在鹽堿地種植鹽生植物,通過植物生長顯著降低土壤鹽分含量,增加土壤有機質[6].隨著我國耕地面積的不斷減少以及人口的日益增多,面臨人均耕地占有量不斷減少的嚴峻形勢.因此,鹽漬化土壤的改造和利用具有十分重要的現實意義.

植物生長調節劑在農業生產中應用廣泛,利用植物生長調節劑調控作物的生長發育,可提高作物的品質和產量.矮壯素是一種優良的植物生長調節劑[7-9],其生理功能是控制植株的營養生長,促進植株的生殖生長,使植株的間節縮短、矮壯并抗倒伏[10],促進葉片顏色加深,光合作用加強,提高植株的坐果率、抗逆性[11-12].目前研究主要集中在矮壯素對禾谷類作物抗倒伏效果方面,而矮壯素浸種處理對在鹽脅迫環境下小麥幼苗生存能力的影響方面研究較少.本實驗用不同濃度的矮壯素對小麥種子進行浸種處理,并人為模擬鹽脅迫環境,測定小麥幼苗的生長、生理指標變化,確定矮壯素是否能夠提高鹽堿地小麥幼苗抗鹽脅迫能力.

1 材料和方法

1.1 材料

小麥品種為洛麥23,取材于洛陽市農業科學研究院小麥所.挑選子粒飽滿、整齊一致的種子,清水沖凈備用.矮壯素為四川國光農化股份有限公司生產.

1.2 方法

1.2.1 小麥幼苗培養

配制質量濃度分別為1.0 g/L、2.0 g/L、3.0 g/L、4.0 g/L和5.0 g/L的矮壯素浸泡液,體積都為250 mL,分別用D1、D2、D3、D4和D5表示.對照組為等體積的蒸餾水,用DA表示.在6份不同質量濃度的浸泡液中分別添加七百粒小麥種子,浸泡8 h,然后將種子種植于盛好沙子的營養缽中,每個濃度種植20盆,每盆25粒種子.每天少量澆灌一次150 mmol/L 的NaCl溶液,對幼苗進行鹽脅迫[13].

本實驗之所以選擇沙培這種培養方式,是因為在普通土壤中含有營養物質和微生物,這些因素都會給小麥種子的萌發帶來一定的影響,導致實驗結果與本應該出現的情況有偏差.采用沙培使小麥依靠體內胚乳提供能量完成自身的萌發,可以盡可能地減小這些因素帶來的影響.在播種完小麥種子后,所有營養缽均放置在同樣的溫度和光照下,以減少環境因素對小麥生長所帶來的影響,使實驗結果更具有說服力.

1.2.2 測定項目及方法

以兩葉一心作為幼苗培養的結束標準,進行數據測量.統計株高(地上部分)、根長(地下部分),測定葉綠素含量、丙二醛(MDA)含量和過氧化物酶(POD)活性.

株高是幼苗地上部分的長度,根長是幼苗地下部分的長度.每個濃度隨機測定10棵幼苗,最終取平均值.

葉綠素含量測定采用分光光度法[14],丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[15],過氧化物酶活性測定采用愈創木酚法[16].

2 結果與分析

2.1 矮壯素浸種對小麥幼苗形態的影響

2.1.1 對小麥幼苗株高的影響

矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗株高的影響結果見圖1.與對照組相比,用不同濃度的矮壯素浸種均明顯降低了小麥幼苗的株高,降低幅度在17.29%～48.99%之間,小麥幼苗株高與矮壯素濃度呈負相關.

圖1 矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗株高的影響

2.1.2 對小麥幼苗根系生長的影響

矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗根長的影響結果見圖2.由圖2可知,與對照組相比,在0～2.0 g/L質量濃度范圍內,幼苗的根長隨著矮壯素處理濃度的增加而增加.用質量濃度為2.0 g/L的矮壯素浸泡液浸種處理后,幼苗根系長度達到最大,與對照組相比增加了71.26%.而后隨著矮壯素處理濃度的增大,幼苗根系長度又逐漸縮短,但都比對照組的根系長度長.

圖2 矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗根長的影響

2.2 矮壯素浸種對小麥幼苗生理指標的影響

2.2.1 對小麥幼苗葉片葉綠素含量的影響

從圖3可以看出,在0～3.0 g/L質量濃度范圍內,幼苗葉片葉綠素含量隨著矮壯素處理濃度的增加而增加,用質量濃度為3.0 g/L的矮壯素浸泡液浸種處理后,幼苗葉片葉綠素含量達到最大,比對照組高72.89%.而后隨著矮壯素濃度的增大,幼苗葉片葉綠素含量又逐漸降低,但仍然比對照組高.

圖3 矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗葉片葉綠素含量的影響

2.2.2 對小麥幼苗體內丙二醛含量的影響

植物器官在各種逆境中,最先受到傷害的是細胞膜,往往會發生膜脂過氧化作用.研究中常以丙二醛含量來反映植物膜脂過氧化的水平和對細胞膜的傷害程度,進而體現植物的受害程度[17].由圖4可以看出,在0～3.0 g/L 質量濃度范圍內,幼苗體內丙二醛含量隨著矮壯素處理濃度的增加而逐漸降低,用質量濃度為3.0 g/L的矮壯素浸泡液浸種處理后,幼苗體內丙二醛含量最低,比對照組低31.45%.而后隨著矮壯素濃度的升高,小麥幼苗體內的丙二醛含量又逐漸增大.因此,矮壯素浸種確實能提高小麥抗鹽脅迫能力,但是并不是濃度越高越好,而是有一個最適濃度.

圖4 矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗葉片內MDA含量的影響

2.2.3 對小麥幼苗葉片內過氧化物酶活性的影響

逆境脅迫能夠誘導植物體內組織器官的過氧化物酶活性提高,這是植物體對所有逆境脅迫的共同響應.因為植物在遭受污染脅迫時,產生大量有害的過氧化物,這些過氧化物如果在植物體內大量積累,就會對植物的生長造成巨大損害,這個時候就需要一種酶對這些有害物質進行分解,以保持植物體內環境的安全穩定[18].由圖5可知,在0～3.0 g/L質量濃度范圍內,小麥幼苗體內的過氧化物酶活性隨著矮壯素處理濃度的增加逐漸降低,用質量濃度為3.0 g/L的矮壯素浸泡液浸種過的小麥種子長成的幼苗,體內的過氧化物酶活性最低,是對照組的69.45%.而后隨著矮壯素濃度的增大,過氧化物酶的活性迅速升高,但仍然低于對照組的水平,說明矮壯素浸種確實能提高小麥抗鹽脅迫的能力.

圖5 矮壯素浸種對鹽脅迫下小麥幼苗體內POD活性的影響

3 討論

用不同濃度的矮壯素浸種都能使小麥的株高和根長優于對照組,但不是正相關的關系,而是存在最適濃度.綜合本實驗的結果,在矮壯素質量濃度為3.0 g/L時效果最好,此時葉綠素含量最高,比對照組高72.89%; 丙二醛含量最低,比對照組低31.45%; 過氧化物酶活性最低,是對照組的69.45%; 而且株高低于對照組,根系長度大于對照組.由此得出矮壯素確實能提高小麥抗鹽脅迫的能力.