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NaCl胁迫对不同耐盐性水稻某些生理特性和光合特性的影响

作者:未知

  摘  要  選取较耐盐的水稻品种‘HH11’、‘JX99’和盐敏感水稻品种‘YSXD’,设置6个土壤NaCl浓度处理(0、1、2、3、4 g/kg),在防雨棚下盆栽并培育至孕穗期,分析NaCl胁迫对不同耐盐性水稻生理生化及光合特性的影响,结果表明:(1)NaCl胁迫抑制水稻的生长,表现为随着NaCl浓度增加,水稻的株高逐渐降低,但在3~4 g/kg土壤含盐量下耐盐水稻的株高显著高于盐敏感水稻品种。(2)耐盐水稻和盐敏感水稻的可溶性总糖对NaCl胁迫的响应差异明显,在1~4 g/kg NaCl胁迫下,盐敏感水稻叶片可溶性总糖显著降低,但是耐盐水稻可溶性总糖大量合成并积累,并且显著高于盐敏感品种。(3)NaCl浓度增加迫使水稻叶片丙二醛不断积累,导致细胞膜透性逐渐增大,但是耐盐水稻丙二醛的积累量较少,细胞膜受盐害程度显著小于盐敏感水稻。(4)NaCl胁迫抑制了水稻光合速率,但不同的NaCl浓度下导致水稻品种光合速率下降的原因各有差异,其中在0~1 g/kg NaCl胁迫下盐敏感水稻光合速率降低是非气孔因素导致的,而在2~4 g/kg NaCl胁迫下是由气孔因素造成的;0~2 g/kg盐浓度下耐盐水稻HH11的光合速率降低是非气孔因素导致的,3~4 g/kg盐浓度处理是由气孔因素导致的;气孔因素是0~4 g/kg盐处理耐盐水稻JX99的光合速率降低的主要原因。(5)盐胁迫下耐盐水稻的叶片蒸腾速率显著降低,并且显著低于盐敏感水稻,相反水分利用效率和气孔限制值却明显升高,并且显著高于盐敏感水稻品种,表明盐浓度增加迫使耐盐水稻气孔阻力增大,减少水分的流失,抑制了蒸腾速率,使耐盐水稻叶片保持较高的水势;同时提高了叶片水分利用效率,碳同化效率提高,以满足耐盐水稻正常代谢生理需求,进行正常生命活动。
  关键词  水稻;NaCl胁迫;抗盐性;生理生化特性;光合作用
  中图分类号  Q948      文献标识码  A
  Abstract  Two salt tolerances rice varieties ‘HH11’, ‘JX99’ and a salt-sensitive rice variety‘YSXD’ were cultured by a pot experiment until booting stage under soil salinity stress of 0, 1, 2, 3, 4 g/kg in a rainproof greenhouse. The study aimed to analyze the effects of NaCl stress on the physiological and biochemical indices and photosynthetic characteristics of rice varieties under salinity stress. Salinity stress inhibited the growth of rice, and the plant height of rice decreased with the increase of NaCl concentration, but the plant height of salt-tolerant rice was significantly higher than that of the salt-sensitive one under soil salt treatments of 34 g/kg. The response of soluble total sugars of the two salt-tolerant rice varieties and salt-sensitive rice variety to NaCl stress showed significant differences. The soluble total sugar of the salt-tolerant rice varieties was significantly higher than that of the salt-sensitive rice variety, but that of salt-sensitive rice variety significantly decreased under 14 g/kg NaCl concentration. The content of malondialdehyde in the leaves increased with an increase of NaCl concentration, which resulted in increased cell membrane permeability. The content of malondialdehyde in salt-tolerant rice varieties was less than that in salt-sensitive rice variety, and the cell membrane permeability of the salt-tolerant rice varieties was significantly lower than salt-sensitive rice variety. NaCl stress inhibited the photosynthetic rate of rice,but the reasons for the drop of photosynthetic rate caused by different NaCl concentrations were different. The decline of photosynthetic rate in salt-sensitive rice varieties resulted from non-stomatal limitation under 01 g/kg NaCl concentration, but which was caused by stomatal limitation under 24 g/kg NaCl concentration. The decline of photosynthetic rate in salt-tolerant rice variety HH11 resulted from non-stomatal limitation under 02 g/kg NaCl concentration, but which was caused by stomatal limitation under 34 g/kg NaCl concentration. Stomatal limitation was the main reason for the drop of photosynthetic rate of salt-tolerant rice variety JX99 under 02 g/kg NaCl concentration. Leaf transpiration rate in salt-tolerant rice variety was significantly decreased, and that was significantly lower than that of the salt-sensitive rice variety, but water use efficiency and stomatal limited value were significantly increased and were significantly higher than that of the salt-sensitive rice varieties under salinity stress. The results showed that salt concentration increased stomatal limited value, reduced water loss, inhibited transpiration rate and improved leaf water use efficiency to meet the needs of normal metabolic physiology of salt-tolerant rice varieties to maintain normal life activities.   Keywords  rice; NaCl stress; salt tolerance; physiological and biochemical characteristics; photosynthesis
  DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.05.008
  土壤盐渍化是一个制约农业发展的世界性难题,一般的海水盐度在3.5%左右,其中大部分是NaCl[1],而农田土壤中的盐分主要来自含有大量NaCl的灌溉水和海水[2-3]。目前全球约有10亿hm2土地盐渍化,其中盐渍化耕地占总耕地的20%[4]。我国盐碱地面积达到1亿hm2,而且次生盐渍化土壤面积还在日益增加,抑制农作物的生产[5]。水稻是我国种植面积最大的粮食作物[6],盐侵害的水稻种植面积约占全国水稻栽培总面积的1/5[7],而耐盐水稻作为先锋作物对盐碱农田进行修复和改良具有重要意义。因此,为发展盐碱地耐盐水稻种植,提高盐渍稻田水稻产量,有关水稻抗盐性机理的研究已成为研究的热点。
  土壤盐渍化是危害水稻生产最严重的非生物胁迫之一[8],是抑制水稻正常生长和发育最重要的环境因子[9]。目前,许多研究发现,海水和NaCl胁迫水稻组织毒害主要是离子毒害和渗透胁迫造成的[10],水稻根系吸收大量Na+,促进水稻叶片丙二醛大量积累,细胞膜透性增大,加剧了细胞膜脂过氧化[11],降低水稻蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶活性,阻碍水稻植株蔗糖的合成,造成水稻植株生长发育受到明显抑制[12],具体表现在水稻的苗高、根长和幼苗各器官的生物量随胁迫程度的加剧而降低[13]。耐盐水稻株系叶鞘向叶片选择运输 K+的能力、限Na+运输能力强于盐敏感品种[14],叶片相对电导率显著低于盐敏感水稻,受盐害程度较小。有关盐胁迫对水稻种质资源光合作用影响的研究也有大量报道,光合作用是植物正常生长的基础,为植物提供能量来源,对其生命活动起着重要作用[15]。盐胁迫造成水稻试管苗叶片发黄,叶片总叶绿素含量降解,光合速率受到抑制,营养物质摄取受阻,其生长发育受到抑制,甚至死亡[16]。目前有关盐胁迫对水稻光合速率、蒸腾速率、水分利用效率影响的相关研究未达成共识,Farquhar 等[17]发现,胞间CO2浓度下降和气孔限制值(Ls)增大才会造成植物光合速率降低,而宋小园等[18]研究发现胞间CO2浓度、大气温度、空气湿度抑制净光合速率,胞间CO2浓度、空气湿度对蒸腾速率起促进作用。但是关于不同耐盐性水稻生长及光合生理适应盐胁迫下响应机制鲜有报道,本研究选择耐盐水稻新品种和盐敏感水稻,研究盐胁迫对不同的耐盐性水稻生理生化特性及光合生理的影响,为选育盐碱地复垦水稻品种和耐盐基因的挖掘提供理论依据。
  1  材料与方法
  1.1  材料
  供试材料:YSXD是白皮的感盐香稻,JX99是红皮的耐盐籼稻。HH11是红皮的耐盐香型籼稻,这3个水稻品种对光照和温度不敏感,均是广东海洋大学农学院选育并提供。
  试验地点:2016年在广东海洋大学农学院生物技术研究中心试验区(N 21°8′56″,E 110°17′58″,海拔20 m),在防雨棚内进行盆栽试验。
  试验用土:选用广东海洋大学农学院试验田水稻土作为桶栽基土,土壤取自广东海洋大学农学院试验田连作水稻土。其土壤肥力性質为:有机质32.86 g/kg,全磷0.46 g/kg,全钾22.41 g/kg,水溶性盐总量0.85 g/kg,碱解氮177.45 mg/kg,速效钾117.21 mg/kg,速效磷65.00 mg/kg,pH 6.47。土样风干碾碎后过2 mm筛后充分混匀,分别与不同浓度的盐充分混合均匀后,每桶(内径30 cm,桶高35 cm,无渗漏)内填15 kg盐土。
  1.2  试验设计
  1.2.1  水稻幼苗的培养  人工精选饱满籽粒,先用蒸馏水浸泡5 min后,去除不实籽粒。用10%的H2O2浸泡20 min后,用去离子水冲洗干净并均匀平铺于无菌培养皿中,放置于30 ℃种子培养箱下催芽48 h,期间换水6次并保持培养皿湿润,待种子露白后种植于广东海洋大学农学院水稻实验田进行幼苗培育。
  1.2.2  盐胁迫处理  取过筛后的风干基土作为盐胁迫对照组,按照土壤含盐量计算(土壤含盐量百分比=NaCl的干质量/土壤干质量),在基土中按照百分比添加烘干的氯化钠(分析纯AR,西陇化工股份有限公司生产),依次形成4个NaCl处理组:0、1、2、3、4 g/kg,每桶施4 g复合肥作为基肥,随机区组试验设计,每个品种做4个盐梯度处理,每个品种同一盐浓度处理3桶(包括0 g/kg),共45桶。
  选取长势均匀的3叶1心期的秧苗,移栽到试验桶中,6棵/桶,每桶保持2 cm水层,每桶插入相同刻度的标尺测定其水位,根据缺水情况,每桶补水至相同刻度。生长期间早晚观察水稻的生长状况,每天拍照记录,并使用土壤含盐量测试仪(台湾衡欣 Az837型)监测桶内土壤含盐量, 测定的土壤含盐量及电导率见下表1,以保证整个生育期桶内土壤含盐量长期保持相对稳定。
  1.3  测定指标与方法
  1.3.1  材料处理  水稻处于孕穗期,早上6:30开始取样,每桶选取3株长势均匀的整株,并将叶片、根系用去离子水清洗干净后晾干体表水分。
  1.3.2  光合特性指标测定  在上午晴天 8:40 11:30。每个盐处理选取4株长势一致水稻,取其从顶部下数的第2片功能叶片测定,采用Li-6400光合测定仪对叶片的光合速率进行测定,测定时的温度(28.5±3.5)℃,CO2浓度(400±10) μmol/mol, 设定光强密度:1000 μmol/(m2·s1),光合测定仪的进气口与装有恒定CO2浓度的气瓶密封连接。测定指标有净光合速率(Pn),胞间CO2浓度(Ci),气孔导度(Cond),蒸腾速率(Trmmol)。叶片水分利用效率(WUE)参照Simioni[19]的计算方法,表观叶肉导度(AMC)和气孔限制值(Ls)的测定参照刘晓龙[20]的方法。每个指标做3次重复测定。   1.3.3  生理生化指标测定  丙二醛含量、可溶性总糖含量和叶绿素含量的测定参照施海涛[21]的方法进行。细胞膜透性参照李合生[22]的方法测定,使用电导率仪(雷磁DDS-307型电导率仪)测定叶片电导率值。
  1.4  数据分析
  本试验所有数据均为3次重复的平均值。运用SPSS19.0软件对数据进行方差分析,利用Duncan法进行样本间差异显著性检验。通过Microsoft office Excel 2010软件绘制图表。
  2  结果与分析
  2.1  NaCl胁迫对水稻株高的影响
  水稻株高随土壤NaCl浓度的增加呈下降的趋势。在0~3 g/kg盐胁迫处理下的耐盐品种JX99的株高显著高于盐敏感水稻YSXD,而4 g/kg盐胁迫处理下的3个水稻品种间的株高差异不显著。在0~2 g/kg盐胁迫处理下的盐敏感水稻品种的株高降幅不显著,基本保持一致,而3和4 g/kg盐浓度处理盐敏感水稻YSXD的株高较对照和其他2个盐浓度处理降幅较明显。在0~3 g/kg盐胁迫处理下的耐盐水稻品种的株高降幅不显著,品种间的变化基本一致,而4 g/kg盐浓度处理耐盐水稻的株高较对照和其他3个盐浓度处理降幅较明显。盐敏感水稻品种YSXD的株高在0~2 g/kg盐胁迫处理间差异不显著,但高于3~4 g/kg盐胁迫处理下的株高,并达到显著水平(P<0.05)。耐盐水稻品种的株高在0~3 g/kg盐胁迫处理间差异不显著,而显著高于4 g/kg盐胁迫处理2个耐盐水稻品种的株高。表明盐胁迫抑制水稻的株高,其中0~2 g/kg盐浓度处理对水稻的株高影响不大,3 g/kg盐浓度处理直接抑制盐敏感水稻YSXD的生长,而4 g/kg盐胁迫浓度处理显著抑制水稻生长。
  不同大写字母表示同一盐处理下不同水稻品种间差异显著(P<0.05);不同小写字母表示同一水稻品种不同盐浓度处理间差异显著(P<0.05)。
  2.2  NaCl胁迫对水稻可溶性总糖的影响
  盐胁迫下水稻叶片中的可溶性糖作为有机渗透调节物质以缓解盐胁迫对水稻生长的抑制[12]。随土壤NaCl浓度的增加3个水稻品种的可溶性总糖变化趋势各有不同,耐盐水稻的可溶性总糖逐渐增加,且增幅显著,其中在4 g/kg盐胁迫处理下JX99增加到最大值,HH11可溶性总糖却呈降低趋势,而盐敏感水稻品种的可溶性总糖呈先增加后降低的趋势,2~4 g/kg盐处理下其可溶性总糖减幅显著。1~4 g/kg的盐胁迫下3个水稻品种间差异显著,1 g/kg的盐浓度处理下盐敏感品种YSXD的可溶性总糖显著高于耐盐品种,而2~4 g/kg的盐浓度处理下耐盐水稻的可溶性总糖均显著高于盐敏感品种。耐盐品种的可溶性总糖含量分别在0~4 g/kg土壤含盐量间差异显著,而盐敏感品种分别在1、2和4 g/kg浓度间差异显著。表明盐胁迫促进水稻体内可溶性总糖含量的积累,高度盐胁迫下耐盐水稻积累较多的可溶性总糖以缓解盐胁迫对其生长的抑制,表现了较强的耐盐能力。
  不同大写字母表示同一盐处理下不同水稻品种间差异显著(P<0.05);不同小写字母表示同一水稻品种不同盐浓度处理间差异显著(P<0.05)。
  2.3  NaCl胁迫对水稻叶绿素的影响
  盐胁迫下水稻叶片叶绿素的积累随土壤盐浓度的增加呈逐渐降低的趋势。土壤含盐量1~4 g/kg的盐胁迫下,耐盐水稻品种的叶绿素含量显著(P<0.05)高于盐敏感水稻品种,但是耐盐水稻品种间的差异不显著。1 g/kg的盐胁迫下盐敏感品种的叶绿素含量较对照差异不显著,而盐敏感水稻品种的叶绿素含量在1~4 g/kg的土壤不同大写字母表示同一盐处理下不同水稻品种间差异显著(P<0.05);不同小写字母表示同一水稻品种不同盐浓度处理间差异显著(P<0.05)。
  盐浓度间差异显著。耐盐水稻品种在1~3 g/kg的土壤盐浓度间差异不显著,其中4 g/kg的土壤盐浓度处理下耐盐水稻JX99的葉绿素含量显著(P<0.05)低于其他盐浓度处理。表明盐胁迫抑制盐敏感水稻叶绿素含量,而0~3 g/kg的土壤盐处理对耐盐水稻的叶绿素含量影响较小,4 g/kg的土壤盐浓度却抑制其叶绿素的合成与积累。
  2.4  NaCl胁迫对水稻叶片丙二醛和细胞膜透性的影响
  盐胁迫促进水稻体内丙二醛大量合成与积累,造成细膜透性显著增加,细胞膜脂过氧化加剧[23]。盐胁迫下水稻叶片丙二醛的积累随土壤含盐量的增加均呈逐渐增加的趋势。在3~4 g/kg的土壤含盐量盐胁迫下,盐敏感水稻品种的丙二醛积累量显著(P<0.05)高于2个耐盐水稻品种。盐敏感水稻品种的丙二醛积累量在1~4 g/kg的土壤盐浓度间差异显著,而耐盐水稻品种HH11的丙二醛积累量分别在2~4 g/kg的土壤盐处理间差异达到显著水平(P<0.05),JX99的丙二醛含量在土壤盐处理间无显著差异。
  盐胁迫下3个水稻品种的细胞膜透性呈逐渐增加的趋势,相对于丙二醛的变化趋势基本一致。在2~4 g/kg的土壤盐胁迫下,盐敏感水稻品种的细胞膜透性显著(P<0.05)大于2个耐盐水稻品种,而耐盐水稻的细胞膜透性在品种间差异不显著。这3个水稻品种的细胞膜透性分别在1~4 g/kg的土壤盐处理间差异达显著水平(P<0.05)。表明盐胁迫促进水稻叶片内的丙二醛大量合成与积累,0~3 g/kg的土壤盐浓度处理下耐盐水稻丙二醛积累量较少,细胞膜受盐害的影响较小,而4 g/kg的土壤含盐量胁迫促进丙二醛的积累。盐胁迫促进盐敏感水稻丙二醛大量积累,造成细胞膜透性增大,细胞膜脂过氧化严重。
  2.5  NaCl胁迫对水稻叶片光合作用的影响   2.5.1  NaCl胁迫对水稻叶片净光合速率(Pn)的影响  随着盐胁迫浓度的增加,YSXD和HH11的净光合速率呈先升高后降低的趋势,JX99的净光合速率逐渐降低(表2)。在1 g/kg浓度处理下盐敏感水稻的净光合速率高于耐盐水稻,但是品种间的净光合速率差异不显著,而在2~4 g/kg盐胁迫下,耐盐水稻的净光合速率显著高于盐敏感水稻。盐敏感水稻品种的净光合速率在1~ 2 g/kg浓度处理间差异不显著,但是其净光合速不同大写字母表示同一盐处理下不同水稻品种间差异显著(P<0.05);不同小写字母表示同一水稻品种不同盐浓度处理间差异显著(P<0.05)。
  率显著高于对照和其他2个浓度处理;4 g/kg 浓度处理盐敏感水稻品种的净光合速率最低,显著低于对照和其他3个浓度处理。盐浓度处理耐盐水稻JX99的净光合速率均显著低于对照;在1~ 4 g/kg处理间JX99的净光合速率差异显著,整个盐浓度处理间HH11的净光合速率差异显著,且显著高于对照,但1 g/kg和4 g/kg浓度处理间HH11的净光合速率差异不显著。
  2.5.2  NaCl胁迫对水稻叶片气孔导度(Cond)的影响  随着盐胁迫浓度的增加,YSXD和HH11的气孔导度呈先升增大后减小的趋势,JX99的气孔导度逐渐关闭(表2)。在1 g/kg浓度处理下盐敏感水稻的气孔导度显著大于耐盐水稻,但是耐盐水稻品种间的气孔导度差异不显著,而在2~4 g/kg浓度处理下耐盐水稻HH11 的气孔导度大于盐敏感水稻YSXD和耐盐水稻JX99,其中2个耐盐水稻品种间差异显著。在0~2 g/kg浓度处理间盐敏感水稻品种的气孔导度差异不显著,但是其气孔导度显著大于其他2个浓度处理,4 g/kg浓度处理盐敏感水稻品种的气孔导度最小,并且显著低于对照和其他3个浓度处理;各浓度处理间耐盐水稻JX99的气孔导度均显著小于对照,在0~4 g/kg处理间JX99的气孔导度差异显著,2 g/kg盐浓度处理HH11的气孔导度显著大于其他处理和对照,但除2 g/kg盐浓度外,其他浓度处理间HH11的气孔导度差异不显著。
  2.5.3  NaCl脅迫对水稻叶片胞间CO2浓度(Ci)的影响  3个水稻品种叶片的胞间CO2浓度随着盐胁迫浓度增加逐渐降低,且变化趋势基本一致(表2)。0~3 g/kg盐浓度处理盐敏感水稻YSXD和耐盐水稻JX99的胞间CO2浓度显著高于耐盐水稻HH11;4 g/kg盐浓度处理盐敏感水稻的胞间CO2浓度显著高于耐盐品种,但耐盐水稻品种间的胞间CO2浓度差异不显著。0~1 g/kg盐浓度处理间盐敏感水稻YSXD的胞间CO2浓度差异显著,且显著高于其它浓度处理,1、2、3、4 g/kg盐浓度处理间盐敏感水稻YSXD的胞间CO2浓度差异不显著;0~4 g/kg盐浓度处理间耐盐水稻JX99的胞间CO2浓度显著降低;0~2 g/kg盐浓度处理间耐盐水稻HH11的胞间CO2浓度差异不显著,但胞间CO2浓度保持较高水平;3~4 g/kg盐浓度处理间0~2 g/kg盐浓度处理间耐盐水稻HH11的胞间CO2浓度显著低于对照和其他浓度处理。
  2.5.4  NaCl胁迫对水稻叶片蒸腾速率(Trmmol)的影响  不同NaCl浓度胁迫对水稻叶片蒸腾速率产生一定的影响(表2)。0~1 g/kg盐浓度处理盐敏感水稻和耐盐水稻JX99的蒸腾速率显著高于耐盐水稻HH11,但2个水稻品种YSXD和JX99间差异不明显;2、4 g/kg盐浓度处理盐敏感水稻YSXD的蒸腾速率显著高于2个耐盐品种。随盐胁迫浓度增加盐敏感水稻YSXD呈先升高后降低趋势,0~2 g/kg盐浓度处理间盐敏感水稻的蒸腾速率差异不显著,却显著高于3和4 g/kg浓度处理;盐胁迫下的2个耐盐水稻的蒸腾速率变化也存在差异,2~3 g/kg浓度处理耐盐品种HH11的蒸腾速率差异不显著,但是显著高于1、4 g/kg盐浓度处理;整个盐胁迫处理间耐盐水稻品种JX99的蒸腾速率显著降低,4 g/kg盐浓度处理耐盐水稻品种JX99的蒸腾速率显著低于其他浓度处理。
  2.5.5  NaCl胁迫对水稻叶片水分利用效率(WUE)的影响  随着盐浓度的增加,3个水稻品种的水分利用效率均呈先升高后降低的趋势(表2)。0~1 g/kg盐胁迫下耐盐水稻HH11的水分利用效率高于盐敏感品种,但耐盐水稻JX99相对于盐敏感品种的水分利用效率无显著差异;2、4 g/kg盐胁迫下耐盐水稻的水分利用效率显著高于盐敏感品种。整个盐浓度处理间的耐盐品种JX99的水分利用效率差异显著;1~4 g/kg盐浓度处理间耐盐品种HH11的水分利用效率差异不显著,却显著高于对照,而盐敏感品种的水分利用效率显著降低。
  2.5.6  NaCl胁迫对水稻叶片表观叶肉导度(AMC)的影响  随着盐浓度的增加,3个水稻品种的表观叶肉导度均呈先升高后降低的趋势(表2)。0~1 g/kg盐浓度处理下3个水稻品种间的表观叶肉导度差异不显著,但2~3 g/kg盐浓度处理下耐盐水稻HH11的表观叶肉导度显著大于盐敏感水稻YSXD和耐盐水稻JX99,4 g/kg盐浓度处理下耐盐水稻的表观叶肉导度显著大于盐敏感水稻YSXD。1、2 g/kg盐浓度处理间盐敏感水稻的表观叶肉导度差异不显著,却显著大于对照和其他2个盐浓度处理,2~4 g/kg盐浓度处理间盐敏感水稻的表观叶肉导度显著降低;2~4 g/kg盐浓度处理间的耐盐水稻HH11的表观叶肉导度差异不显著,但显著大于对照和1 g/kg盐浓度处理;0~1 g/kg盐浓度处理间耐盐水稻JX99的表观叶肉导度差异不显著,但2~4 g/kg盐浓度处理间的表观叶肉导度差异达到显著水平。
  2.5.7  NaCl胁迫对水稻叶片气孔限制值(Ls)的影响  随着盐浓度的增加,耐盐水稻品种的气孔限制值均呈先升高后降低的趋势(表2)。0~1 g/kg盐浓度处理下耐盐水稻HH11的气孔限制值显著高于其他2个品种;2、4 g/kg盐浓度处理下耐盐水稻的气孔限制值显著高于盐敏感品种YSXD,但2个耐盐品种间无显著差异。0~4 g/kg盐浓度处理下耐盐水稻JX99的气孔限制值显著增大;3~4 g/kg盐浓度处理间盐敏感品种和耐盐品种HH11的气孔限制值差异不显著,但是显著高于对照和其他2个盐浓度处理。   3  讨论
  3.1  NaCl胁迫对不同耐盐性水稻生长的影响
  盐胁迫直接抑制水稻的生长,另外通过对水稻光合作用系统的影响造成光合产物的合成受阻,从而影响其生长[24]。研究结果分析发现,盐胁迫条件下3个水稻品种的生长株高均增长缓慢,并且呈下降趋势,其中3~4 g/kg盐胁迫盐敏感品种株高下降较显著,而耐盐水稻受影响较少,仍能保持较高水平。说明耐盐水稻适应盐胁迫能够将营养物质的有效利用,供应其生长发育,表现出强耐盐性。
  3.2  NaCl胁迫对不同耐盐性水稻生理的影响
  水稻对土壤中的盐分特别是NaCl非常敏感[25],一方面盐胁迫造成植物细胞渗透胁迫伤害和离子失衡从而抑制其正常生长,另一方面盐胁迫抑制叶绿素的合成与积累,抑制光合作用使其营养生长受到抑制,甚至造成死亡[26]。盐胁迫下水稻的可溶性糖作为有机渗透调节物质和营养物质对细胞膜起到保护作用[12],本研究中盐胁迫促进耐盐水稻叶片中可溶性总糖大量积累,并且显著高于盐敏感品种,而土壤含盐量1~4 g/kg胁迫下,盐敏感水稻叶片可溶性总糖显著降低,表明盐胁迫促进耐盐水稻叶片可溶性总糖的大量合成并积累,其中一部分作为有机渗透调节物质降低渗透势而缓解渗透胁迫,另一部分作为营养物质供应生命活动所需,增加了耐盐水稻的抗逆性,1~4 g/kg胁迫下,盐敏感水稻可溶性糖合成较少,细胞渗透压较高使得细胞大量失水,耐盐性差。水稻叶片的叶绿素含量可以延缓叶片衰老,保持较强的光合能力,盐处理迫使水稻叶片Na+大量积累,提高叶绿素酶活性,加速叶绿素降解[27],本研究发现盐胁迫抑制水稻叶片叶绿素的合成与积累,随盐胁迫程度加剧,盐敏感品种叶片叶绿素含量显著降低,而耐盐品种的叶绿素含量降幅不显著,表明盐胁迫下盐敏感水稻叶片Na+大量积累,激发叶绿素酶活性增强,促使其叶绿素大量分解,但是随NaCl浓度增加耐盐水稻叶绿素含量降低,但差异不显著,可能是耐盐水稻缓解渗透胁迫能力强,叶绿素酶活性较低,叶绿素降解较少,所以叶绿素含量保持相对较高水平,这与Rao [28]的研究结论一致。植物细胞膜透性和丙二醛含量的增幅反映了植物造受盐害的程度以及耐鹽能力[29],盐胁迫下耐盐水稻的丙二醛含量、细胞膜透性显著低于盐敏感水稻,而且土壤含盐量越高,盐敏感水稻丙二醛含量和细胞膜透性越大,表明NaCl胁迫促进盐敏感水稻叶片丙二醛大量积累,使得细胞膜脂过氧化加剧,造成细胞膜透性增大,相反耐盐水稻品种的叶片丙二醛含量较低,细胞膜透性较小,遭受盐胁迫伤害较小,表现出强耐盐能力。
  3.3  NaCl胁迫对不同耐盐性水稻光合作用的影响
  光合作用是植物生长所需能量的主要来源,本研究中水稻光合速率随盐胁迫浓度增加呈逐渐降低的趋势。盐胁迫对植物光合生理的影响,一般认为是受气孔限制因素和非气孔因素限制[30],其中表观叶肉导度(AMC)用于估测非气孔限制作用,即RuBPCase活性的高低,代表了CO2的羧化效率[31],孙骏威[32]研究发现逆境条件下Pn的下降伴随着Cond和Ci降低,而Ls值很高,证明Pn是受气孔限制的,相反如果植物叶片内部CO2克服气孔阻力传输到羧化位点进行光合作用,说明Pn是受非气孔限制。研究发现随着NaCl浓度增加,3个水稻品种的胞间CO2浓度降低,0~1 g/kg处理盐敏感水稻YSXD、0~0.2 g/kg处理耐盐水稻HH11的气孔导度逐渐增大,2~4 g/kg处理下气孔导度显著降低,0~4 g/kg处理JX99的气孔导度却显著降低,但是耐盐水稻的气孔限制值受盐胁迫逐渐升高,而盐敏感品种呈先升高后降低趋势,表观叶肉导度随着NaCl浓度增加呈先升高后降低,表明0~1 g/kg盐浓度下盐敏感水稻的光合速率降低是非气孔因素导致的,而在2~4 g/kg盐浓度处理下是由气孔因素造成的;0~2 g/kg盐浓度下耐盐水稻HH11的光合速率降低是非气孔因素导致的,3~4 g/kg盐浓度处理下是由气孔因素导致的;气孔因素是0~4 g/kg盐浓度处理耐盐水稻JX99的光合速率降低的主要原因。
  盐胁迫程度加剧,植物降低气孔导度,关闭气孔以较少水分流失,保持植物叶片较高水势[33]。水分利用效率是反映植物生长中能量转化效率的重要指标[34]。盐胁迫下耐盐水稻的叶片蒸腾速率显著降低,并且显著低于盐敏感水稻,但是水分利用效率和气孔限制值明显升高,并且显著高于盐敏感水稻品种,表明盐浓度增加迫使气孔阻力增大,减少水分的流失,抑制了蒸腾速率,提高了叶片水分利用效率,从而使水稻叶片保持较高的水势,缓解盐胁迫伤害,维持叶片正常光合作用,碳同化效率提高,以满足耐盐水稻正常代谢生理需求,进行正常生命活动。
  4  结论
  耐盐水稻为了适应盐胁迫,一方面通过大量合成可溶性总糖,其中一部分作为有机渗透调节物质以缓解渗透胁迫,另一部分用于自身代谢活动所需;另一方面通过增大气孔阻力,降低蒸腾速率,提高水分利用效率,使水稻叶片细胞保持较高的水势,碳同化效率提高,维持叶片正常光合作用,以满足耐盐水稻正常代谢生理需求,进行正常生命活动。
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论文来源:《热带作物学报》 2019年5期
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