外源氯化胆碱和氯化钙对盐胁迫下小麦种子萌发和幼苗生理特性的影响

时间：2024-05-22

侍瑞高赵慧云戚名扬党长喜李威黄慧雅林欢

摘要 [目的]研究外源氯化胆碱和氯化钙对盐胁迫下小麦种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响。[方法]以6个小麦品种为材料，采用不同浓度NaCl溶液模拟盐胁迫环境，选择出在0.8%NaCl溶液下萌发抑制率在50%左右的偃高21、安农0711种子。在此基础上，研究外源氯化胆碱和外源氯化钙对盐胁迫下（0.8% NaCl）偃高21和安农0711种子萌发及生理特性的影响。[结果]盐胁迫下小麦种子发芽势和发芽率显著降低，并隨盐浓度的增加胁迫加剧，但不同小麦品种耐盐性有一定的差异;盐胁迫下小麦幼苗叶绿素含量、可溶性糖含量和根系活力显著下降，丙二醛含量和脯氨酸含量显著升高;与盐胁迫处理比较，通过不同浓度外源氯化胆碱和氯化钙的介入，不同程度缓解了盐胁迫下对小麦种子萌发的抑制，显著增加了盐胁迫下小麦幼苗叶绿素含量、提高了根系活力、降低了幼苗丙二醛和脯氨酸含量，促进了可溶性糖含量的增加。[结论]400 mg/L外源氯化胆碱和0.2%外源氯化钙是在盐胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长缓解的最佳浓度，外源氯化胆碱的缓解效应优于外源氯化钙。

关键词氯化胆碱;氯化钙;盐胁迫;小麦;种子萌发;幼苗生理特性

中图分类号 S512.1 文献标识码 A 文章编号 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

土壤盐渍化对农业生产活动产生的影响是一个全球性的问题，世界上大约有20%的灌溉土壤受到盐度的影响，且呈不断恶化的趋势[1-2]。预计至2050年，可耕地的50%面临盐渍化和近半数以上的土壤均受到了不同程度的盐害影响[3]。作物耐盐性是一个复杂指标且对环境敏感，前人研究认为作物生长早期是整个发育过程的基础，极易受到逆境胁迫伤害，最终影响产量，因而芽期和苗期是研究作物耐盐性的重要时期[4-6]。小麦是我国重要粮食作物，耐盐性比其他作物差，小麦在苗期和拔节至孕穗期对盐害敏感，从而导致产量和品质下降[7]。氯化胆碱（Choline chloride，简称CC）是一种高效的营养增补剂及祛脂剂，是一种植物光合作用促进剂，对增加产量有明显的效果。有研究结果表明，CC能增强作物的抗逆性，促进水稻、玉米、棉花等幼苗健壮生长[8]。农用氯化钙（一种由氯元素和钙元素构成的盐，化学式为CaCl2）主要作用有提供微肥，与逆境胁迫有关，CaCl2作为细胞内的第二信使，在植物对低温逆境信号的转导中起着重要作用[9]。

笔者以淮麦20、偃高21、徐麦33等6个小麦品种为材料，采用不同浓度梯度的盐溶液浸种模拟盐胁迫环境进行试验，并筛选出合适的中性抗盐品种。经不同浓度的外源氯化胆碱和外源氯化钙浸种处理后，研究外源CC和CaCl2调节盐胁迫下小麦种子萌发和生理特性，以明确外源CC和外源CaCl2诱导小麦抗盐性的效果及可能的生理机制，为作物的抗盐栽培及应用外源CC和CaCl2缓解作物盐害提供更多的理論和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试小麦品种为圣田麦69、淮麦20、淮麦33、偃高21、安农0711、徐麦33，均由淮安市农业科学研究院提供。氯化胆碱（简称CC）和氯化钙（分析纯，简称CaCl2）由淮安市凯同化学试剂有限公司提供。

1.2 试验设计

1.2.1 不同小麦品种盐胁迫筛选试验。

试验共设置5个处理：以蒸馏水浸种为对照（CK），NaCl溶液浸种浓度分别为T1处理：0.4%NaCl;T2处理：0.8%NaCl;T3处理：1.2%NaCl;T4处理：1.6%NaCl。6个品种小麦分别挑选饱满健康、大小一致的种子，用5%次氯酸钠溶液消毒10 min，蒸馏水反复冲洗3～5次，适度晾干，再分别在不同浓度NaCl溶液中浸种4 h后取出晾干，CK 用等量蒸馏水浸种处理。置于铺有2层滤纸的培养皿（直径100 mm）上，每皿50粒。各处理重复4次，用不同浓度NaCl为培养介质模拟盐胁迫环境进行发芽试验。将培养皿置于20 ℃恒温恒湿培养箱中培养7 d，每天用相应的处理溶液保持培养皿湿润并记录发芽数（发芽以种子萌发芽长度≥种子长度为标准）。发芽第3天测定发芽势，第7天测定发芽率，由此确定适合种子萌发的半抑制浓度。

1.2.2 外源CC和CaCl2浸种下盐胁迫试验。

从上述试验结果选择出偃高21和安农0711共2个品种小麦在0.8%NaCl下萌发存在半抑制。因此该试验以0.8% NaCl溶液为盐胁迫，设不同浓度的CC和CaCl2溶液浸种4 h进行发芽试验，CK 用等量蒸馏水浸种处理，均为5个处理（表1）。每个处理重复4次。

将培养皿置于20 ℃培养箱中恒温恒湿培养7 d，每天加等量2 mL 0.8% NaCl 溶液保持培养皿湿润并记录发芽数（标准同试验1）。发芽第3天测定发芽势，第7天测定发芽率、记录发芽情况并计算发芽势和发芽率。继续培养至小麦2叶1心时（12 d左右）测定其相关生理指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 发芽势和发芽率的测定。以种子萌芽长度≥种子长度为发芽标准，计算发芽势和发芽率。发芽势=规定日发芽数/供试种子数×100%，发芽率=规定日发芽数/供试种子数×100%。发芽势一般以第4天发芽计算，发芽率一般以发芽第7天计算。

1.3.2 生理指标。参照张志良的方法[10]，叶绿素含量的测定采用丙酮提取法;丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法;游离脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸法;根系活力测定采用TTC显色法;可溶性糖含量测定采用蒽酮法。

1.4 数据分析采用Microsoft Excel 2010 软件对数据进行处理;采用SPSS 19.0 统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的盐胁迫对小麦种子萌发的影响

由表2可知，盐浓度0.4%～1.6%对发芽势和发芽率均有一定的抑制性，并随盐浓度的增高，抑制性增强;就平均而言，0.4%盐浓度下发芽势和发芽率分别为对照的82.06%和85.85%，而1.6%盐浓度下发芽势和发芽率分别仅为对照的9.00%和20.31%。各小麦品种的耐盐性不同，其中较耐盐的品种有圣田麦69、徐麦33和淮麦20，而淮麦33为盐敏感性;盐浓度为0.8%时，偃高21、安农0711发芽率为50.00%。因此，0.8% NaCl浓度下偃高21和安农0711选定为外源物质缓解盐胁迫的试验材料。

2.2 外源CC和CaCl2对盐胁迫对小麦种子萌发的影响

外源CC和外源CaCl2浸种对盐胁迫下种子发芽有一定的缓解效应（表3），不同浓度的外源CC和外源CaCl2均可以缓解盐胁迫对种子的胁迫，且缓解效应随浓度的提高先增强随后增强效益减弱。其中以400 mg/L CC和0.2% CaCl2浓度浸种缓解效应最好，在0.8% NaCl胁迫下，400 mg/L CC和0.2% CaCl2浸种偃高21和安农0711的发芽率分别为79.2%、80.8%和73.3%、77.5%，外源CC浸种下发芽率提高了34.5%和32.4%;外源CaCl2浸种下发芽率分别提高了28.0%和25.5%，说明外源CC的缓解效应优于外源CaCl2。

2.3 外源CC和CaCl2对盐胁迫下小麦幼苗生理特性的影响

2.3.1 对盐胁迫下小麦叶绿素含量的影响。

外源CC和外源CaCl2各浓度处理下偃高21和安农0711叶绿素含量均显著高于CK（表4），说明盐胁迫下外源CC和外源CaCl2处理显著缓解了叶绿素的降解。其中400 mg/L CC和0.2% CaCl2缓解效应显著高于其他各浓度处理，400 mg/L CC和0.2% CaCl2处理偃高21和安农0711叶绿素含量较对照（盐胁迫）分别提高了30.0%、31.3%和28.3%、30.4%。

2.3.2 对盐胁迫下小麦丙二醛含量的影响。

由表5可知，在盐胁迫下经外源CC和外源CaCl2处理后，偃高21和安农0711幼苗叶片的丙二醛含量均显著低于对照，与对照相比，400 mg/L CC处理丙二醛含量分别下降了45.7%和46.1%，0.2%CaCl2处理叶片丙二醛含量分别较对照下降了42.3%和39.4%，外源CC和外源CaCl2浓度再增高，缓解效应开始下降。

2.3.3 對盐胁迫下小麦叶片脯氨酸含量和可溶性糖的影响。

由表6可知，外源CC和CaCl2 处理均在一定程度上对小麦幼苗游离脯氨酸含量具有缓解作用，其中以400 mg/L的外源CC和0.2%CaCl2浓度处理缓解效果最佳，与其他各处理均达到显著差异，随着外源CC和CaCl2浓度的增高，缓解效应开始减弱，0.4% CaCl2浓度处理下小麦幼苗脯氨酸含量显著高于对照，表明过高浓度的外源物质会加重胁迫程度。

与对照组相比，偃高21和安农0711经外源CC和外源CaCl2处理后的幼苗可溶性糖含量均有显著提升，其中以400 mg/L的外源CC和0.2% CaCl2处理最明显，与对照相比分别提升了52.3%、64.5%和12.9%、12.7%（表7）。

2.4 外源CC和外源CaCl2对盐胁迫下小麦根系活力的影响

由图1可知，外源CC和CaCl2各处理之间存在显著差异，随着外源CC和外源CaCl2浓度的提升，根系活力呈低-高-低的倒“V”字形变化趋势，在400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2处理时达到最大值，偃高21、安农0711根系活力较对照分别提高了1.85、2.15和1.69、1.79倍，表明外源CC对盐胁迫下小麦根系活力的缓解效应优于外源CaCl2。

3 结论与讨论

作物在生长发育的过程中往往会受到多种逆境胁迫的影响，盐胁迫是制约植物生长发育的主要非生物胁迫之一。盐胁迫会抑制作物的生长发育，改变作物的生理生化过程，如干扰植物组织的离子平衡、降低叶绿素含量、抑制光合作用等[11]。耐盐性不同的品种在抗盐表现方面存在差异，一般来说，抗盐性高的品种对于盐胁迫的响应要慢于抗盐性低的品种，但在高浓度盐环境下，耐盐品种同样会受到盐胁迫的严重抑制[12-14]。该试验研究表明，在盐胁迫处理下，小麦种子发芽势和发芽率显著降低，并随着盐浓度的升高，抑制作用增强，但不同品种对该反应有一定的差异。

小麦的幼苗在生长发育过程中，由于受到盐胁迫的影响从而导致自身的渗透调节能力增强，对于各种渗透调节物质主动积累，其中游离脯氨酸、可溶性糖以及丙二醛等对小麦渗透调节能力有着非常关键的作用[15]。作为膜质过氧化的产物，丙二醛可以与细胞膜上的蛋白质、酶等结合，引起蛋白质分子内和分子间的交联，从而破坏细胞生物膜的结构和功能[15-16]。盐胁迫下外源氯化胆碱和氯化钙浸种后，小麦幼苗叶片的丙二醛含量与对照处理相比显著降低，分别在400 mg/L CC和0.2%CaCl处理下达到最小值，说明氯化胆碱和氯化钙能够抑制小麦幼苗叶片的膜质过氧化，从而缓解盐胁迫给幼苗带来的伤害。

在盐胁迫环境下，脯氨酸作为一种重要的渗透调节剂，不仅能够降低细胞水势，还可以保护细胞中蛋白质的结构使之不被盐胁迫破坏[16]。与对照盐胁迫相比，外源氯化胆碱和氯化钙处理的脯氨酸含量出现了显著降低，说明这2种外源物质缓解了盐胁迫产生的渗透胁迫，从而减少了小麦幼苗叶片中脯氨酸的积累。可溶性糖是逆境胁迫下植物体内的渗透调节物质之一[12，16]。该试验结果表明，在盐胁迫下加入外源氯化胆碱和外源钙浸种能够显著增加小麦幼苗体内的可溶性糖含量，从而缓解因盐胁迫导致的渗透胁迫所产生的伤害。与脯氨酸含量变化不同的是，可溶性糖含量在引入外源物质后含量显著增加，而脯氨酸含量显著下降，这可能是因为外源氯化胆碱和钙诱导了可溶性糖含量的增加，而脯氨酸含量仅仅是反映盐胁迫程度的标准，外源物质并未诱导其产生，只是缓解了盐胁迫使其含量出现下降。植物吸收水分和矿质营养的主要器官是根系，所以根系活力的变化可以反映其吸收能力的强弱[17]。该研究显示，根系活力呈低-高-低的变化趋势，400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2处理能够增加小麦幼苗根系活力;而浓度增高超过植株能够适应的承受能力时，根系活力下降，代谢降低，易衰老。

综上所述，盐胁迫下小麦种子发芽势和发芽率降低，并随着盐浓度的增加胁迫加剧，不同小麦品种耐盐性有一定的差异;盐胁迫使得小麦幼苗叶绿素含量、可溶性糖含量和根系活力显著下降，丙二醛含量和脯氨酸含量显著升高;通过不同浓度外源物质CC和CaCl2的介入，均不同程度缓解了盐胁迫下对小麦种子萌发的抑制，维持了小麦幼苗叶片渗透压、保护了生物膜系统的完整性和稳定性，从而增强了小麦种子和幼苗的耐盐性。综上所述，400 mg/L外源CC和0.2%CaCl2的浓度是盐胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长缓解的最佳浓度，其中外源CC的缓解效应优于CaCl2。

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