外源硒对盐胁迫下玉米的影响

外源硒对盐胁迫下玉米的影响1 引 言土壤盐碱化对土壤肥力和植物生长具有不利的影响。据统计，世界上盐碱化土壤约占可耕地面积的10%，中国就有3亿多亩盐荒地和1 亿多亩盐碱化土壤，约占可耕地面积的25%1。由于土壤盐化造成土壤板结和土壤肥力下降，因此不利于农作物吸收养分，阻碍作物的生长。为了更好的利用盐碱地资源既提高盐胁迫下作物的产量，近几年来，添加外源物质浸种减轻盐害已成为作物抗盐研究中的重要举措。玉米在我国粮食安全中起着极其重要的作用，是重要的饲料作物，又是食品、化工、燃料、医药等行业的重要原料。因此其重要性备受瞩目。我国是玉米生产第二大国，常年播种面积2500万hm2 左右，约占世界总面积的17.2% ，玉米种植面积和总产量仅次于美国2。玉米也是我国的三大作物之一，其在三大作物中总产量最高，种植面积最大，单产仅次于水稻的最重要作物。但是，玉米的耐盐能力较低，其极限盐度为1.7 dsm-1（l dsm-1 = 10 mM NaCl）每超过极限盐度l dsm-1，产量降低12%3。玉米高产稳产关系到国家粮食安全，因此，在我国土壤盐渍化快速形成的紧迫形势下，探索提高玉米耐盐性的技术措施及机理，对于更好地治理和利用盐渍化土地，保障玉米产量具有重要的现实意义。关于硒对植物生长发育、抗逆境胁迫等的生理作用，国内外不少学者近年来已在多种作物上进行过研究4。硒是环境中一种重要的生命元素，为动植物必需的营养元素，是动植物和人体谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的组成成分5。适当浓度的硒不仅可以促进植物生长发育、提高作物产量及清除活性氧、具有抗辐射作用，而且可有效改善作物品质增强植物抗逆性及抵抗盐分胁迫。据彭克勤6等研究指出，适量施硒可促进早稻分蘖初期的早生快发，并提高叶片的光合速率和叶绿素含量。付爱飞7等研究指出，施硒可以显著降低和缓解盐胁迫对对番茄植株的伤害。罗盛国8等研究指出，实习可以显著提高大豆中谷胱甘肽过氧化物酶的活性，并能提高大豆产量。近年来，许多报道关于硒浸种可以促进水稻、白菜和番茄种子萌发9-11。但硒浸种对盐胁迫下的玉米萌发及幼苗生长的影响未见系统的报道（研究甚少）。为此，本研究选用的玉米品种为农大108，探讨外源施加不同浓度的亚硒酸钠（Na2SeO3）浸种对盐胁迫下玉米萌发和采用水培法硒对盐胁迫下玉米幼苗生长特性、光合作用以及离子从介质到植株体的转运等的影响，以期阐明硒缓解玉米盐胁迫的作用机理，为提高玉米耐盐性提供技术参考。2 材料和方法2.1试验设计2.1.1浸种选取饱满一致的供试玉米种子，用10%的次氯酸钠消毒玉米10 min，然后用自来水冲洗3次，蒸馏水洗2次，用吸水纸吸干种子表面附着水分，分别置于垫有一层12 cm滤纸的14 cm的玻璃培养皿中，每皿150粒玉米种子分别添加如下溶液：（1）（空白对照）1/2 Hoagland；（2）（胁迫对照）1/2 Hoagland+100 mmolL-1 NaCl；（3）1/2 Hoagland+100 mmolL-1 NaCl+Se1；（4）1/2 Hoagland+100 mmolL-1 NaCl+Se2；（5）1/2 Hoagland+100 mmolL-1 NaCl+Se3；（6）1/2 Hoagland+100 mmolL-1 NaCl+Se4；（7）1/2 Hoagland+100 mmolL-1 NaCl+Se5；每皿加入20 mL溶液，然后浸种24 h在25 黑暗条件下。2.1.2发芽试验浸种后，挑选露白一致的玉米种子，置于垫有一层12 cm滤纸的14 cm的玻璃培养皿中，每皿40粒玉米种子，并加入100 mmolL-1 NaCl溶液上述浸种中共7个处理，每个处理3次重复。统计发芽势和发芽率，于第3d计算发芽势。2.1.3幼苗生长试验将孔育苗盒及基质珍珠岩清洗干净，并将珍珠岩装到育苗盒中至平整。做好标记与发芽试验浓度相对应，每个浓度3个重复。在玉米发芽第4 d，从培养皿中选取发芽较好且长势一致的玉米种入到相应的育苗盒中加水至育苗盒的3/4出，放入到光照培养箱中，玉米幼苗在育苗盒中生长第2 d时加入100 mmolL-1 NaCl的 1/2 Hoagland盐溶液，要从育苗盒上部淋入（保证每部分都有盐溶液）。每隔一天将育苗盒冲洗一次并加入新鲜的处理液。玉米幼苗在育苗盒长至20 d时测株高和叶长，叶绿素含量，鲜重，净光合速率。2.2萌发及幼苗各指标测定2.2.1萌发指标测定每天定时统计萌发玉米种子数，第3 d计算发芽势，第7 d统计发芽率。用以下公式统计不同处理的种子发芽势和发芽率。发芽势（Gv）=3 d内发芽的种子数/供试的所有种子数*100%发芽率（Gr）=7 d内正常情况下发芽的种子数/供试的所有种子数*100%2.2.2幼苗生长指标测定（1）株高和叶长：幼苗长至20 d时在上午8:00-9:00用直尺测量一次株高和叶长，每个处理测4组数据。（2）叶绿素含量（3）净光和速率（4）鲜重：小心从育苗盒中取出完整植株，用自来水冲洗掉珍珠岩和灰尘，在用去离子水冲洗幼苗3次，并用吸水纸吸干植株表面附着水分称重即为鲜重。2.3数据处理与分析采用Excel 2003进行数据处理和图表绘制，并采用SPSS19.0软件进行方差分析（one-way ANOVA)，以Duncan新复极差法对不同处理结果进行显著性检验。3 结果和分析3.1盐胁迫下外源硒对玉米种子发芽势和发芽率的影响玉米种子在盐胁迫下能否正常发芽是决定其能否在盐碱化土壤中生长的前提。100 mmolL-1 NaCl单独处理时，玉米种子的发芽势、发芽率均明显低于对照（CK)，和（CK）相比，玉米的发芽势、发芽率分别降低了85.71%、48.13%。在NaCl胁迫下，添加外源硒浸种可提高玉米的发芽势和发芽率，且不同处理间存在差异。其中以1.0、10.0 mgL-1 Se处理效果最好，和NaCl单独处理相比，1.0 mgL-1 Se处理下玉米的发芽势、发芽率分别提高了81.82%、30.40%；10.0 mgL-1 Se处理下玉米的发芽势、发芽率分别提高了81.82%、31.33%3.2盐胁迫下外源硒对玉米幼苗生长的影响100 mmolL-1 NaCl胁迫下，玉米种子的株高显著降低，叶长显著减小。和CK相比，玉米的株高降低了31.53%，叶长减小了33.80%。在 NaCl胁迫下，添加外源硒可增加株高和叶长，且不同浓度间存在差异。其中，以1.0 mgL-1 Se处理效果最好，和NaCl单独处理相比，1.0 mgL-1 Se处理下玉米的株高、叶长分别增加了25.64%、29.31% 100 mmolL-1 NaCl胁迫下，玉米幼苗叶绿素含量显著降低。和CK相比，玉米幼苗的叶绿素含量显著降低了21.12%。在NaCl胁迫下，添加外源硒可增加玉米幼苗的叶绿素含量，且不同浓度间存在差异。其中，以1.0、5.0 mgL-1 Se处理效果最好，和NaCl单独处理相比，1.0 mgL-1 Se处理下玉米幼苗的叶绿素含量增加了21.91%；5.0 mgL-1 Se处理下玉米幼苗的叶绿素含量增加了21.51%100 mmolL-1 NaCl胁迫下，玉米幼苗的净光合速率显著降低。和CK相比，玉米幼苗的净光合速率降低了40.12%。在 NaCl胁迫下，添加外源硒可提高玉米幼苗的净光合速率，且不同浓度间存在差异。其中以1.0、5.0 mgL-1 Se处理效果最好，和NaCl单独处理相比，1.0 mgL-1 Se处理下玉米幼苗的净光合速率增加了49.85%；1.0 mgL-1 Se处理下玉米幼苗的净光合速率增加了42.45% 100 mmolL-1 NaCl盐胁迫显著降低了玉米幼苗地下部分、地上部分及整株幼苗的鲜重，和CK相比，玉米幼苗玉米幼苗地下部分、地上部分及整株幼苗的鲜重分别降低17.12%、38.85%和32.35%。在 NaCl胁迫下，添加外源硒可提高玉米幼苗地下部分、地上部分及整株幼苗的鲜重，且不同浓度间存在差异。其中以1.0 mgL-1 Se处理效果最好，和NaCl单独处理相比，1.0 mgL-1 Se处理下，玉米幼苗的地下部分、地上部分及整株幼苗的鲜重分别增加了13.04%、54.72%和39.44%4 讨论种子萌发期是植物个体发育的重要阶段，直接影响植物的生长发育和产量。宗会等12 指出，植物在萌发及幼苗期耐盐性最差，其它发育阶段对盐胁迫相对不敏感。土壤盐渍化现象日益严重, 玉米种子经常受到盐胁迫逆境而影响其正常萌发及后期的生长发育13。盐胁迫对植物的伤害主要体现在种子萌发及幼苗生长时受到抑制，最终导致生物量积累的下降14。本研究结果显示，100 mmolL-1 NaCl单独处理时，玉米种子的发芽势、发芽率较CK1分别降低了85.71%、48.13%，株高、叶长分别降低了了31.53%、33.80%，叶绿素含量降低了21.12%，净光合速率降低了40.12%，玉米幼苗地上部分、地下部分及整株幼苗分别降低了7.12%、38.85%和32.35%。说明100 mmolL-1 NaCl显著抑制了玉米种子的萌发及玉米幼苗的生长。种子是植物为躲避恶劣环境以进行种群延续的一种重要机制15，种子萌发是植物生活史中的关键过渡阶段（从种子到幼苗）16-17。种子发芽率、发芽势均可以反映出种子萌发的优劣。通常情况下，种子的发芽率与其生活力是一致的，因此在生产和实验中一般将种子的发芽率作为鉴定种子发芽能力的一个重要指标；该研究表明，在盐胁迫的情况下，玉米种子的发芽势、发芽率明显下降，添加外源硒对盐胁迫有一定的缓解作用，本次实验结果与之前众多学者的研究结论相一致9-11。本次研究可知，100 mmolL-1 NaCl抑制了玉米的发芽势和发芽率；添加不同浓度的外源硒有效缓解了盐胁迫下玉米的发芽势和发芽率。株高、叶长和鲜重等变化是反映玉米幼苗生长的重要指标，本实验结果表明盐胁迫显著抑制了玉米的株高、叶长和鲜重。盐胁迫作用下，具有高生物活性的微量元素Se使得玉米幼苗体内一系列生理生化指标的变化，增强了植株对盐胁迫的抗性，表现在玉米幼苗株高和叶长的增加以及地上部、地下部总生物量的增加。杨晓慧18等研究表明，在生菜生长的不同生育期，硒对盐胁迫下植株鲜重和茎粗的缓解效果在前期和中期较好，说明盐胁迫下施硒对生菜前期和后期植株鲜重和茎粗的影响较大。本实验表明，盐胁迫下施加外源硒显著增加了玉米的株高、叶长和地上、地下的生物量，这与前人的相应研究的结果一致。在光合作用的反应过程中，叶绿素是主要色素，在一定的条件下适宜含量的叶绿素与光合作用密切相关。而且植物中叶绿素含量的多少可以影响叶绿体的光能利用率。光合作用的强弱在一定程度上取决于植物体中叶绿素含量的高低，同时与植物生长和生理状况密切相关。而盐分对植物色素及其蛋白复合体的合成和代谢的抑制作用是造成植物缺绿和叶片发黄的原因。由此得知，衡量盐胁迫程度高低的重要指标之一是叶绿素含量19-20。此次研究表明，盐胁迫明显影响了玉米幼苗中叶绿素的含量，而施加外源硒浸种不但可以抑制叶绿素含量的减少，而且可以维持叶片含有较高的叶绿素含量，从而对维持盐胁迫下玉米较高的光合效率有一定促进作用。在盐胁迫情况下，玉米幼苗的的净光合速率比较低，光合速率的降低原因可能由以下几方面来显示：（1）细胞膜脱水降低对CO2的渗透性；（2）盐分含量变化引起玉米叶片黄化及玉米衰老叶片的增多；（3）气孔主动关闭所造成的CO2供应量降低；（4）盐的毒害。添加外源硒之后，玉米幼苗光合速率的降低在一定程度上得到有效缓解，并维持在一定的较高水平。研究盐分含量多少影响光合作用的机制可以帮助我们寻找植物生长条件下最适的盐含量，以期提高其产量。目前当盐胁迫时，光合作用速率降低，导致抑制玉米生长和影响其产量降低的作用机理研究不够深入，我们应该加强这些方面的研究，以便能够更好地指导玉米大田生产，从而提高其产量和品质，更好的服务于社会。前人研究表明低浓度盐胁迫对植物种子萌发和幼苗生长有促进作用，高浓度则有抑制作用21。但本实验添加外源硒的浓度并没有表现出高浓度对玉米萌发和玉米幼苗生长的抑制作用，主要原因可能是：外源硒的添加是在浸种时期，最高Se浓度为50 mgL-1，后期萌发、幼苗生长试验时的淋洗及水培法培养玉米幼苗生长，都在不同程度的稀释硒的浓度。5 结论在盐胁迫下，玉米萌发和幼苗生长受到抑制，而施加外源硒浸种使玉米的耐盐性有所增加。在添加不同浓度的外源硒后，与胁迫对照相比，玉米的发芽势、发芽率均显著增加；玉米幼苗株高和叶长均有所增加，幼苗的地上、地下和整株鲜重增加，幼苗的叶绿素含量增加，幼苗的净光合速率的抑制得到明显的缓解，因此施加外源硒对盐胁迫下玉米萌发和幼苗的生长具有显著缓解效应。在该实验浓度范围内，外源硒的最佳施加浓度为1.0 mgL-1 Se，结果进一步证实了硒在缓解作物盐胁迫上的积极作用。（1）100 mmolL-1 NaCl胁迫抑制了玉米种子的萌发和幼苗的生长。降低了幼苗地上、地下生物量。（2） 通过不同浓度的外源硒浸种，可有效缓解NaCl胁迫对玉米种子萌发、玉米幼苗的生长及干物质的积累，主要表现在玉米发芽势、发芽率、鲜重、叶绿素含量和将光合速率的显著增加。（3） 综合萌发试验、幼苗生长实验，1.0 mgL-1 Se处理对100 mmolL-1 NaCl盐胁迫下玉米萌发和幼苗生长的缓解作用效果最好。参考文献1 Epstein E. 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