NaCl胁迫下小豆品种氯离子分布研究

来源:用户上传      作者:蔡可心 孙博 张卫东

　　摘要：本试验选用黑龙江省5种（佳红1号、龙垦红、小丰2号、龙小豆2号和龙小豆3号）、吉林省6种（吉红6号、吉红7号、吉红8号、吉红9号、吉红10号和农安红）共11个小豆品种为材料，设置NaCl浓度为0、65、130 mmol/L，在培养箱内培养各品种小豆8 d后，通过分析小豆根长、根质量、侧根数、苗高和苗质量等指标判断小豆耐盐性;使用分光光度计在300 nm波长处测定吸光度，计算各品种根、茎和叶中的氯离子含量，找出氯离子含量与植物耐盐性的关系。结果表明，11种小豆品种的耐盐性表现为小丰2号>吉红10号>佳红1号>吉红8号>龙垦红>龙小豆2号>吉红6号>吉红9号>吉红7号>龙小豆3号>农安红;而氯离子与植物的耐盐性关系则表现为不同品种随NaCl浓度升高在同一部位氯离子积累量低则表明氯离子转运机制较发达，并发现氯离子随NaCl浓度上升而积累量越低的植物的耐盐性越强。
　　 关键词：盐胁迫;小豆;氯离子;耐盐性;小豆品种
　　 中图分类号：Q945.78;S521.01   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）06-0054-05
　　植物生长过程中种子萌发是重要阶段，它是植物一切生命活动的开始[1]，该时期植物的耐盐性较弱，因此经常把该阶段的耐盐程度作为该种植物耐盐性的重要依据[2]。小豆具有较高的营养价值，它富含色素、无机盐、植酸、三萜皂苷、蛋白质、碳水化合物、纤维、必需氨基酸和淀粉等生物活性成分，脂肪含量较低[3-4]，小豆的豆皮中的酚类物和抗氧化物质对健康有益处[5]。盐害是主要的非生物胁迫之一，严重影响作物的生长发育，在粮食作物中，水稻对盐最敏感，大麦最耐盐[6]，尽管盐胁迫的危害极其严重，但植物在长期的进化中形成了自身的耐盐机制，有些植物能够限制过量的钠离子（Na+）在体内积累[7]，苜蓿、大豆、百脉根、葡萄和鳄梨等植物则通过限制氯离子（Cl-）的转运来提高其耐盐水平[8-10]，限制Cl-从根部吸收并且将已经吸收的Cl-外排是其耐盐性的一个重要特征。为了探究植物的耐盐性与Cl-相关，本试验通过分析比较在0、65.0、130.0 mmol/L NaCl浓度下15种小豆的根、茎、叶中Cl-分布情况，初步找出Cl-与小豆耐盐性之间的关系，根据Cl-的分布确定出较为耐盐的品种，以期为筛选小豆耐盐品种提供理论支持。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　 试验选用来自吉林省的6个品种（农安红、吉红6号、吉红7号、吉红8号、吉红9号、吉红10号）、黑龙江省的5个品种（小丰2号、佳红1号、龙垦红、龙小豆2号和龙小豆3号）为材料，种子均由佳木斯大学经济植物研究所提供，试验时间为2018年6月，试验地点为佳木斯大学经济植物研究所。
　　1.2 试验方法
　　 在11个品种中，挑选籽粒饱满、无褶皱、无虫蛀的种子，每个品种100粒，分别放入烧杯中，加入01% HgCl2溶液，浸没种子，消毒10 min，用无菌水浸洗5遍（每遍1 min），将浸洗好的种子放入另一洁净烧杯中浸种，将种子用无菌水浸泡24 h，膨胀后置于30 ℃恒温箱，处于无光的暗环境，继续浸种3 h后，倒掉浸种水，用灭菌后的折叠6层的纱布覆盖培养皿中的种子，无菌水浸透纱布保湿催芽，持续 2～3 d，待其露白后接种于无菌培养皿中，每个品种设置1组对照（0 mmol/L NaCl）、2组试验（65、130 mmol/L NaCl胁迫处理），每个处理3次重复，每天用相应浓度的NaCl溶液润洗种子，共计处理 8 d，分别取根、茎、叶在105 ℃条件下烘干并用粉碎机粉碎，称取0.01 g干样品，加入20 mL三蒸水沸水浴 1.5 h，取出试管获得上清液，取9支25 mL容量瓶，每支容量瓶加入15 mL反应液，再加入1 mL样品上清液，用反应液定容至25 mL，黑暗放置 20 min 后，以加入反应液为对照，使用分光光度计在300 nm波长处测定吸光度（D），计算各品种各部位的氯离子含量。
　　1.3 数据处理
　　 采用Microsoft Excel 2003处理数据，采用SPSS 19软件分析数据。采用单因素方差分析的显著差异法，比较不同浓度盐胁迫下，同一部位氯离子含量差异性分析是否显著，对相同浓度盐胁迫下，不同部位氯离子含量差异性进行分析。数据表示为平均数±标准误差，显著性水平为P<0.05。
　　2 结果与分析
　　2.1 NaCl对小豆幼苗生长指标的影响
　　2.1.1 NaCl对小豆幼苗根的影响 分析表1中数据可知，各组小豆根长、根质量和侧根数均随NaCl浓度的升高而呈下降趋势。对照组中，小丰2号小豆根长最长，农安红根长最短;小丰2号平均根质量为0.138 g，较其他品种小豆重，农安红平均根质量为 0.018 g，质量最轻;小丰2号侧根数最多，平均为2953条，农安红侧根数最少，为2.11条。试验组中，高盐（NaCl浓度>65 mmol/L）胁迫下小丰2号在根长、根质量方面均优于其他品种，而农安红各方面则较弱;在根长方面，除吉红7号和吉红9号外，其他品种各组之间差异均显著;根质量方面各试验组与对照组之间差异均显著，但2个试验组之间差异不显著;侧根数方面各品种各组之间差异均显著。综合所有数据及分析，各品种小豆耐NaCl胁迫能力表现为小丰2号>吉红10号>佳红1号>吉红8号>龙垦红>龙小豆2号>吉红6号>吉红9号>吉紅7号>龙小豆3号>农安红。
　　2.1.2 NaCl对小豆幼苗的影响 分析表2中数据可知，各品种小豆的苗高和苗质量均随NaCl浓度的增加而呈下降趋势。对照组和试验组中小丰2号的苗高和苗质量等指标均优于其他品种，农安红各方面表现较弱，说明农安红耐盐性最差;苗高方面除吉红6号和吉红9号外，其他品种各组之间均差异显著，吉红6号和吉红9号2个试验组均与对照组差异显著，但2个试验组差异不显著，表明这2个品种在高浓度盐溶液中更易受盐离子胁迫;在苗质量方面，只有农安红的各组处理之间差异不显著，其他品种各组处理之间差异均显著，进一步说明农安红更易受盐害胁迫;通过分析苗高和苗质量，初步得出耐盐小豆品种的排序与“2.1.1节”中基本一致。 　　2.2 各品种小豆根、茎和叶中氯离子含量分析
　　 分析表3中数据可知，各品种小豆各部位氯离子含量均随着NaCl浓度的增加呈上升趋势，除农安红外其他小豆品种各部位各组处理之间差异均显著，而农安红2個试验组之间差异不显著，但2个试验组均与对照组之间形成显著性差异，NaCl浓度升高小豆会启动自身的氯离子转运机制，排除多余的氯离子，从而保护自身细胞免受或减轻氯离子的毒害作用，不同品种间同一NaCl浓度处理组与对照组相比氯离子相对含量积累的越少表明氯离子转运机制越强，如小丰2号根中氯离子浓度，NaCl浓度为65 mmol/L试验组较对照组高0.078 mol/L，130 mmol/L 试验组较对照组高0257 mol/L，而吉红9号NaCl浓度为65 mmol/L试验组较对照组高3.045 mol/L，130 mmol/L试验组较对照组高 5.828 mol/L;其他品种根、茎和叶中氯离子浓度以此类推，分析结果综合小豆的根长、根质量、侧根数、苗高和苗质量的结果表明，氯离子积累浓度与小豆幼苗各生长指标整体呈反比趋势。
　　2.3 各品种同一部位氯离子含量对比分析
　　 分析图1、图2、图3可知，对于根部而言，小丰2号、吉红10号、龙小豆2号、佳红1号和龙垦红等小豆品种随NaCl浓度升高氯离子积累量较其他品种低，表明这些品种根部氯离子转运机制较其他品种强;对于茎部而言，小丰2号随NaCl浓度升高氯离子积累量低于其他品种，表明这个品种茎部氯离子转运机制较强，可以排除部分多余氯离子;对于叶而言，小丰2号、吉红7号和吉红10号品种随NaCl浓度升高氯离子积累量较低，表明这些品种叶部氯离子转运机制较强;综合根、茎和叶所有数据，小丰2号随NaCl浓度升高根、茎和叶中积累的氯离子含量均较其他品种低，表明小丰2号的氯离子转运机制较强，可充分保护植物细胞膜及生物活性成分不被破坏，确保细胞及生物大分子正常的生理功能，有利于植物正常生长。
　　3 讨论与结论
　　 氯离子是植物的必需元素，它能提高植物细胞的渗透压和植物组织的水势，减轻某些病害，具有一定的硝化抑制作用[11]。根系是植物最活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和代谢水平直接影响植物地上部的生长及产量。因此，根系活力是植物生长的重要生理指标之一，也是衡量植株抗逆能力的关键指标[12]。本试验中所有品种的小豆根
　　部的氯离子浓度都是随着盐浓度的上升而上升，其中，吉红7号和吉红9号的根部的氯离子浓度随着NaCl浓度增加而增长的趋势较快，且浓度也较其他品种高，这2个品种的小豆生长势也较弱，可能与氯离子通道的转运能力有关，植物的茎部在植物的生长发育过程中主要起到支撑植物生长以及运输营养和养分的作用，根部吸收的物质可以通过茎部由下向上运输[13]，运输到植物的各个器官，在植物茎部如果有大量的氯离子积累，会造成植物离子比例失调，氯离子过量会抑制植物对其他离子的吸收，造成植物营养不良[14]。本试验中所有品种的小豆茎部的氯离子浓度都是随着盐浓度的上升而上升的;叶片是植物进行光合作用积累有机物的主要部位，叶片细胞氯离子转运机制发达对植物生长有重要意义。试验中农安红是一个较为特殊的品种，试验过程中对照组中农安红的根长、根质量、侧根数、苗高和苗质量等各生长指标均相对较弱，随NaCl浓度增加小豆几乎不萌发，所以上文所述规律不适合农安红，农安红品种的变化规律还需要进一步研究;有关于植物如何抵御盐害离子，排除盐害离子以及氯离子通道，如何对植物盐害起作用，有待深入研究。
　　 本试验通过对11个小豆品种用0、65、 130 mmol/L NaCl溶液培养，测定根长、根质量、侧根数、苗高和苗质量等生长指标，反映不同品种的耐盐性;使用分光光度计在300 nm波长处测定D，计算各品种根、茎和叶中氯离子含量，通过分析氯离子含量，试图找出小豆耐盐性与氯离子分布关系，结果表明试验所选11个品种的耐盐性表现为小丰2号>吉红10号>佳红1号>吉红8号>龙垦红>龙小豆2号>吉红6号>吉红9号>吉红7号>龙小豆3号>农安红;而氯离子与植物耐盐性关系则表现为不同品种随NaCl浓度升高在同一部位氯离子积累量低则表明氯离子转运机制较发达，并发现氯离子随NaCl浓度上升而积累量越低的植物其耐盐性越强。
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