3种甜高粱幼苗耐受渗透胁迫能力的研究(XIU)

不同品种甜高粱幼苗耐受渗透胁迫能力的研究*丛靖宇杨冠宇张烨王瑞刚内蒙古农业大学生命科学学院呼和浩特010018摘要：以BJ－17、BJ-18、M－00110三个甜高粱品系为试验材料，对不同浓度聚NaCl处理下甜高粱幼苗的质膜透性、叶绿素、脯氨酸、丙二醛等生理指标含量变化进行了研究。结果表明：渗透胁迫下甜高粱幼苗的质膜透性增大，叶绿素、脯氨酸、丙二醛等含量都上升。其中BJ-18上升的幅度最小，BJ－17次之，而M－00110上升的幅度最大，说明各个甜高粱品种耐渗透胁迫能力不同，为甜高粱抗逆品种选育提供了初步依据。关键词：PEG甜高粱生理指标渗透胁迫中图分类号：S609.3文献标识码：AStudyoftheOsmoticStressToleranceinDifferentVarietiesofSweetSorghumCongJingyu,YangGuanyu,ZhangYe,WangRuigangCollegeofLifeSciences,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Huhhot010018,China;Abstract：InthisstudyBJ－17、BJ-18andM－00110werechosenasexperimentalmaterialtostudythechangeofphysiologicalindex,suchasmembranepermeability、chlorophyl、prolineandmalonaldehyde（MDA）contentsintheseedlingofsweetsorghumunderdifferentconcentrationsofpolyethyleneglycol(PEG-6000)stress.Theresultsshowed:themembranepermeability、chlorophyl、prolineandmalonaldehyde（MDA）contentsintheseedlingofsweetsorghumincreasedundertheosmoticstress.TherewerelowerincreaseextentintheBJ-18andhigherincreaseextentintheM－00110,BJ-17isinthemiddle.Itisshowtheosmoticstress-tolerantabilityisdifferentindifferentvarietyofsweetsorghum.Thisstudyprovidesabasisforsweetsorghumbreedingwithosmoticstressresistance.Keywords:PEG；Sweetsorghum；physiologicalindex；Osmoticstress随着能源问题的日益突出,清洁、可再生的生物能源越来越受到人们的关注。甜高粱作为一种C4高能作物[1-3]，具有较强的适应性和光合效率、较高的含糖量和生物产量,被选定为可再生能源的主选资源。利用甜高粱秸秆生产燃料乙醇,无论是从经济性还是从能源安全*项目资助：内蒙古自治区重大科技专项、内蒙古自然科学基金重大项目（2009ZD03）、教育部春晖计划项目（Z2007-1-01017）基金资助；第一作者：丛靖宇（1974-）：女，内蒙古赤峰人，讲师、在读博士，主要研究方向为甜高粱产业化基础研究和植物分子生物学。E-mail：[e-mail]；通讯作者：王瑞刚（1972-）：男，内蒙古赤峰人，博士、教授，E-mail：[e-mail]。的角度讲,都具有广阔的发展前景[4-5]。甜高粱具有抗旱、抗涝、耐盐碱和耐瘠薄等多重抗逆特性。研究发现，环境对甜高粱的生理特性具有一定的影响，如水分、光照、温度等均能影响甜高粱的生物学产量[6-10]；而通过对2个基因型的甜高粱幼苗（耐盐型和盐敏感型）进行盐胁迫处理则发现盐处理降低了相对生长率（RGR），却提高了Na+、Cl-、可溶性糖、脯氨酸的浓度和Na+／K+、Na+／Ca+比例，在盐敏感基因型中这种趋势更加显著[11]。甜高粱抗旱、耐涝、耐盐碱，适于内蒙古地区种植。内蒙古地区气候干燥，土地贫瘠，盐碱化严重，拥有的较为充足的边际性荒漠化土地，可在环境治理的同时，建成规模化的甜高粱种植和生物质能源生产基地。近年来，巴彦淖尔地区已被规划为内蒙古自治区甜高粱生物质能源基地，但受河套灌溉影响，该地区盐碱化严重，限制了甜高粱种植和产业的发展，因此，筛选和培育高耐渗透胁迫甜高粱品种极为重要。本研究以不同浓度梯度聚乙二醇（PEG－6000）处理，通过对三个不同品种甜高粱的生理生化指标检测，探讨和比较了甜高粱耐渗透胁迫性能，为甜高粱抗逆品种选育提供了依据。1实验材料与方法1.1实验材料甜高粱品种：BJ-17、BJ-18、M-001101.2实验方法1.2.1甜高粱种子发芽实验1）把滤纸剪成90mm口径圆片；2）放入培养皿内，每皿5张，高压灭菌；3）配制不同浓度的PEG溶液，高压灭菌；4）培养皿分为五组，每组三个重复，分别为H2O、10%PEG、20%PEG、30%P和40%PEG；以水为对照，在每皿中分别加入10mlPEG；5）取BJ-17甜高粱种子，75%乙醇消毒8min，超纯水冲洗3-4次，置于无菌室晾干，播种于培养皿内，每皿播种30粒，按5×6的矩阵式播种；6）置于1/100的电子天平上称重，记录；7）28℃恒温培养，每日观察和统计种子发芽数，计算发芽率，称重补水。1.2.2甜高粱幼苗生长阶段耐渗透胁迫处理方法1.2.2.1甜高粱材料培养蛭石灭菌，装入培养钵，用花无缺水充分浸泡，分别播种BJ-17、BJ-18、M-00110，播种深度2-3cm，播种量9粒/钵，覆塑料薄膜，23℃，相对湿度60%和16h光照／8h黑暗培养，幼苗长至5-7cm时，进行渗透胁迫处理。1.2.2.2渗透胁迫处理①幼苗长至5-7cm时，进行第一次渗透胁迫处理，以水为对照，分别用80ml10%和15%的PEG处理幼苗；②5天后，进行第二次渗透胁迫处理，处理方法同上。③5天后，取样检测形态和生理生化指标。1.2.3甜高粱各品种耐渗透胁迫形态指标的检测方法1.2.3.1甜高粱幼苗鲜重的测定PEG胁迫处理5天后，选取长势均匀的甜高粱完整植株，用水冲洗干净，吸干表面水分，称量鲜重，记录，每个浓度检测9株。1.2.3.2甜高粱幼苗株高及根长的测定测定鲜重后，用直尺测量株高和根长，记录。1.2.4甜高粱各品种耐渗透胁迫生理生化指标的检测方法1.2.4.1叶绿素含量的测定：丙酮、无水乙醇浸提法[12]1.2.4.2植物细胞质膜透性的测定：MaribolL,Dionisio—Sese,SatoshiT法[13]1.2.4.3脯氨酸含量的测定：改进的脯氨酸测定方法[14]1.2.4.4丙二醛(MDA)含量的测定：改进的植物组织中丙二醛测定方法[15]2结果分析与讨论2.1甜高粱种子萌发阶段耐受PEG浓度范围的确定为确定甜高粱种子萌发阶段耐受PEG的浓度范围，以BJ-17甜高粱品种为材料，分别用H2O、10%PEG、20%PEG、30%PEG、40%PEG处理种子。在25℃的恒温培养箱中，经过8天的发芽实验后，统计发芽率，结果如表1所示。从表1中可以看出，当PEG浓度超过20%时，种子发芽率急速下降，当PEG浓度达到40%时，种子发芽率为0。这说明甜高粱耐受PEG的最大浓度为40%。试验中发现，在25%PEG以上浓度处理时，种子发霉极为严重，且当PEG超过20%时发芽率极低，因此，试验确定的PEG处理范围为0－20%。表1甜高粱种子萌发率Table1Germinationrateofsweetsorghumseed1d2d3d4d5d6d7d8dH2O41.1%65.6%94.4%100%100%100%100%100%10%PEG3.33%3.33%22.2%32.7%44.0%51%66.7%66.7%20%PEG0003.33%5.56%10%12.3%15%30%PEG00003.33%3.33%6.67%6.67%40%PEG000000002.2甜高粱对渗透胁迫的生理生化响应2.2.1PEG处理对甜高粱鲜重、株高、根长的影响幼苗在受到非生物胁迫后，鲜重、株高等指标均表现出下降趋势，其下降幅度越小，说明幼苗在该胁迫条件下生长，受到的抑制就越小，其抗性越强。本实验选用15%PEG对三个品种的甜高粱幼苗进行处理，经两次处理5天后，各品种植株鲜重、株高和根长比较如表2所示。从中可见，经15%PEG处理后，BJ-17、BJ-18、M0-00110鲜重均大幅下降，与对照组相比，分别下降19.05%、15.79%、32.00%。而经15%PEG处理后，BJ-17、BJ-18、M-00110三个品种的株高均有下降，与对照组相比，分别下降25.69%、22.84%、33.25%。BJ-18的鲜重和株高的变化与其他两个品系相比，差异率均达到了0.05的显著水平。甜高粱幼苗在受到非生物胁迫后，根长变化同鲜重、株高的变化略有不同，因甜高粱是须根植物，其在受到非生物胁迫后，表现出根长略有减小，须根数目减少。其变化不如鲜重及株高明显，但也能表现出根长随受胁迫程度增加而下降的趋势。从表2数据中可知，经15%PEG处理后，BJ-17、BJ-18、M-00110三个品种的根长均略有下降，与对照组相比，其下降幅度并不明显，分别只下降了9.87%、8.58%、9.90%。但BJ-18与其他两个品系相比，差异率也达到了0.05的显著水平。从总体看，15%PEG处理后的甜高粱幼苗无论是株高、鲜重还是根长都是BJ-18下降幅度最小，BJ-17次之，M－00110的下降幅度最大。因此，根据鲜重这三个生理指标的差异可断定三个品种甜高粱耐受渗透胁迫的能力依次为：BJ-18＞BJ-17＞M-00110。表2不同甜高粱品种经PEG处理后鲜重、株高、根长比较Table2Freshweight,plantheight,rootlengthbythePEGtreatmentofdifferentsweetsorghumvariety品种variety鲜重（g）freshweight株高（cm）stockheight根长（cm）rootlength对照CK15%PEG处理treatment减少量％decrement对照CK15%PEG处理treatment减少量％decrement对照CK15%PEG处理treatment减少量％decrementBJ-17BJ-18M-001100.210.190.250.170.160.1719.05%Bb15.79%Bc32.00%Aa24.6825.3128.1818.3419.5318.8125.69%Bb22.84%Bc33.25%Aa12.8711.3111.5211.610.3410.389.87%Aa8.58%Ab9.90%Aa注：表中的A、B、C和a、b、c分别表示在0.01和0.05的显著水平下各品系间的差异，下同。Note:intableA,B,C,anda,b,cexpressrespectivelythedifferencesofsignificancelevelfor0.01and0.05ofbetweenthevariousvariety,Itissamehereinafter.2.2.2PEG处理对甜高粱叶绿素含量的影响叶片叶绿素含量与光合作用密切相关，受营养、光照等因素的影响。叶绿素含量是植物生理、栽培和育种研究中的一个重要指标。幼苗在受到非生物胁迫后，叶绿素含量表现出下降趋势，其下降幅度越小，说明幼苗在该胁迫条件下生长，受到的抑制就越小，说明其抗性越强。本实验选用15%PEG对三个品种的甜高粱幼苗进行处理，经两次处理5天后，各品种植株叶绿素含量比较如表3所示。从中可见，经15%PEG处理后，BJ-