NaCl脅迫對低植酸小麥突變體材料種子萌發特性的影響

郎淑平，馬燕欣

（浙江省嘉興市農業科學研究院（所），浙江嘉興3 14016）

NaCl脅迫對低植酸小麥突變體材料種子萌發特性的影響

郎淑平，馬燕欣

（浙江省嘉興市農業科學研究院（所），浙江嘉興3 14016）

植酸廣泛存在于禾谷類和豆類等作物種子中，近年來利用誘變技術選育低植酸作物新品種已成研究熱點。本研究在不同NaCl濃度處理下，對前期通過60Co-γ輻射獲得的9 份低植酸小麥突變體材料進行萌發試驗。結果表明，0.5%NaCl能促進種子萌發，而1.0%、1.5%NaCl明顯抑制種子萌發，在其脅迫下，種子幼苗和主根生長受到抑制。初步篩選到耐鹽性較好的低植酸小麥突變體材料4份，分別為lp14、lp49、lp55、lp50。

小麥；突變體；低植酸；耐鹽；萌發

網絡出版時間：2016-03-18

網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/32.1769.S.20160318.2029.002.html

植酸是植物體內磷和肌醇的主要儲存形式，它在種子的發育過程中合成，并與K+、Mg2+、Ca2+和Zn2+等金屬離子形成植酸鹽，廣泛存在于禾谷類和豆類等作物種子中，具有抑制種子萌發和代謝的作用。雖然植酸含有豐富的磷，但由于單胃動物缺少能分解植酸磷的酶而不能有效利用，從糞便排出的磷不僅造成資源浪費，而且由于磷富集又造成環境污染［1］。因而通過物理、化學誘變培育低植酸農作物新品種成為研究熱點。低植酸材料在種子發芽及耐鹽研究方面報道較少。既然植酸與鹽脅迫都具有抑制種子萌發的作用，那么低植酸突變體在鹽脅迫下其萌發表現是否會有所不同？本研究在不同NaCl濃度處理下對小麥低植酸突變體材料進行實驗室萌發試驗，通過分析發芽率、發芽勢、發芽指數、萌發活力指數及幼苗、主根長度等指標，初步篩選到耐鹽性較好的低植酸小麥突變體材料4份，為今后小麥抗逆育種提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1供試材料

供試材料：經60Co-γ輻射誘變后，獲得系列小麥低植酸突變體9份，即lp10、lp14、lp15、lp22、lp48、lp49、lp50、lp51、lp55，其植酸含量如表1，以輻射親本P為參照，共10份小麥材料，均由嘉興市農科院大小麥育種組保存提供。

表1　供試小麥材料植酸含量及千粒重

1.2試驗方法

試驗設計4個NaCl（分析純）濃度處理，分別是0%（CK）、0.5%、1.0%和1.5%，每處理選取籽粒飽滿、胚完整的種子30粒，排列在墊有濾紙的培養皿中，重復3次。用1∶10的雙氧水（30%）消毒5min，去離子水沖洗3 次，加入相應濃度的NaCl溶液，將種子均勻排放于培養皿中，置于2 0℃恒溫、光照8 h/d培養箱中發芽，第3天開始調查發芽數（有根有芽并芽長≥種子1/2長度為發芽），第7天測量幼苗及最長根長度。計算3d發芽勢、7d發芽率、幼苗相對生長率、根長相對生長率、發芽指數和萌發活力指數，以及發芽勢、發芽率、萌發指數和萌發活力指數下降率。

1.3統計方法

3d發芽勢（%）=3d發芽種子數/測量種子總數×100

7d發芽率（%）=7d內發芽種子數/測量種子總數×100

幼苗相對生長率=鹽濃度處理下幼苗平均長度/對照幼苗平均長度

根長相對生長率=鹽濃度處理下最長根平均長度/對照最長根平均長度

發芽指數（GI）=∑Gt/Dt，Gt指在t時間內的發芽數，Dt指發芽天數；

萌發活力指數（GVI）=∑Gt/Dt×幼苗的平均長度（cm）

各指數下降率值（%）=（CK—T）/CK×100，

其中CK為對照發芽指標值，T為鹽處理發芽指標值，所有數值均統計90?；蛑辏?×30）種子或幼苗［2］

綜合評價小麥種子萌發耐鹽性時，根據每個材料在各濃度NaCl脅迫下的各個發芽指標下降率值的大小進行打分，打分標準：把每一種指標的最大值與最小值的差值均分為10個等級，每一個等級為1分。在各種指標中，均以耐鹽性最弱的品種得分最高，即10分；以耐鹽性最強的品種得分最低，即1分，依此類推，最后把各個指標得分進行相加，根據總分高低排出不同小麥種子萌發的耐鹽性順序。

試驗數據用Excel和SPSS Statistics 17.0軟件進行統計分析。

2　結果與分析

2.1各參試材料在不同濃度NaCl處理下的發芽勢與發芽率下降率值

表2是不同材料在不同濃度NaCl處理下的發芽勢、發芽率下降率值表，從中可以分析出，lp14、lp15、lp22、lp49、lp50、lp51、lp55及親本P的種子發芽勢下降率值隨著NaCl濃度的增大而增大；而lp10、lp48在1.0%NaCl處理下種子發芽勢下降率值達最大。在0.5%NaCl處理下，lp14與lp15、lp22、lp 48、lp50、lp51、lp55及親本P存在顯著差異（P＜0.05），與 lp10、lp49間無顯著差異；而在1.0%、1.5%NaCl處理下各材料間無顯著差異。

表2　供試小麥材料在不同濃度　NaCl處理下發芽勢與發芽率下降率值

除lp10、lp 48、lp50、lp51、lp55外，其余材料隨著NaCl濃度的增大，種子發芽率相應降低。lp14在0.5%、1.0%、1.5%NaCl處理下，發芽率下降率值均為負值，初步表明lp14耐鹽性較好。lp14發芽率下降值，在0.5%NaCl處理下與lp15、lp22存在顯著差異（P＜0.05），在1.0%NaCl處理下則與lp10、lp48存在顯著差異（P＜0.05），而在1.5%NaCl處理下與lp10、lp15、lp22及輻射親本P都存在顯著差異（P＜0.05）。

2.2不同低植酸小麥材料在不同濃度NaCl處理下苗長及相對生長率

由表3可以看出，隨NaCl濃度的增大，各材料種子幼苗長度相應降低，即幼苗相對生長率呈下降趨勢。lp14在0.5%NaCl濃度脅迫下幼苗相對生長率最高，達82.4%，也表明該材料耐鹽性較好。

2.3 不同低植酸小麥材料在不同濃度NaCl處理下最長根長度及相對生長率

在實際生產中，根生長較慢或根系不發達均可造成幼苗生長受阻。因而在研究種子萌發時期耐鹽性時，除衡量幼苗生長狀況外，還應考慮幼苗根的生長狀況。由表4可以看出，隨NaCl濃度增大，各材料最長根生長明顯受阻，其相對生長率亦呈下降趨勢。lp14根的相對生長率在各NaCl濃度處理下均最大，其中，在0.5%NaCl濃度處理下相對生長率高達96.3%，與對照僅差0.2cm。

2.4不同濃度NaCl脅迫對不同低植酸小麥材料發芽指數的影響

隨著NaCl濃度增大，發芽指數下降率值也增大（表5）。lp14在不同濃度NaCl處理下，發芽指數下降率值均為最小。在0.5%NaCl濃度脅迫下，lp14與lp10間發芽指數下降率無顯著差異，而與其它各材料存在顯著差異（P＜0.05）；在1.0%NaCl濃度脅迫下，lp14與lp10存在顯著性差異（P＜0.05）；在1.5%NaCl濃度脅迫下各材料間無顯著差異。

隨著NaCl濃度的增大，各材料萌發活力指數下降率值越大，即種子萌發活力指數越低。在0.5% NaCl濃度處理下，lp14萌發活力指數下降值最低，與lp15、lp22、lp48、lp50、lp51、lp55及P存在顯著差異；在1.0%NaCl濃度處理下，lp51萌發活力指數下降率與lp14、lp49存在顯著差異（P＜0.05）；在1.5%NaCl濃度處理下，各材料間無顯著差異。

表3　供試小麥材料在不同濃度NaCl處理下的苗長及相對生長率

表4　供試小麥材料在不同濃度NaCl處理下的根長度及相對生長率

表5　供試小麥材料在不同濃度　NaCl處理下發芽指數與萌發活力指數下降率值

2.5不同濃度NaCl處理下各小麥材料耐鹽性綜合評價

根據發芽勢、發芽率、發芽指數、種子萌發活力指數4 個發芽指標對不同濃度NaCl脅迫的敏感性不同，對不同濃度NaCl處理下的各材料發芽指標下降率值的大小進行打分，并把各指標的得分進行累加及排序［4］。發芽勢下降率得分取0.5%NaCl處理下數值；發芽率下降率得分取0.5%、1.0%、1.5% NaCl處理下數值；發芽指數下降率得分取0.5%、1.0%NaCl處理下數值；萌發活力指數下降率得分取0.5%、1.0%NaCl處理下數值（指標得分選取有顯著差異性存在的各NaCl濃度處理下的數值），得出供試10個小麥材料的耐鹽性依次為lp14＞p49＞llp55＞lp50＞lp48＞lp22＞lp10＞lp51＞P＞lp15。由此可以初步將上述10份小麥材料劃分為4 個等級，lp14耐鹽性較好，lp49、lp55、lp50耐鹽性中等，lp48、lp22、lp10微弱耐鹽，lp51、P及lp15不耐鹽，從而篩選出比輻射親本P耐鹽性較好且籽粒植酸含量低的小麥新材料4 份，即lp14、lp49、lp55、lp50。

表6　不同濃度NaCl處理下供試材料的各項指標評分及耐鹽性評價

3　小結與討論

本研究初步表明大部分低植酸小麥突變體在種子萌發過程中耐鹽性優于輻射親本，可能原因在于植酸含有12個可解離的氫原子，這些位點可與K+、Mg2+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Ba2+和Fe3+等陽離子結合形成植酸鹽［3］；種子在萌發過程中，植酸酶活性增強，水解植酸，從而使得游離的K+、Mg2+、Ca2+濃度增加，在一定濃度NaCl脅迫下，細胞內K+/Na+比產生變化，從而抑制了種子發芽。本研究只是從實驗室角度初步分析了低植酸材料種子萌發的耐鹽性，在NaCl脅迫下所有種子萌發、幼苗和主根生長都受到不同程度的抑制，但分蘗能力、結實率等產量構成因素如何，還應從田間試驗進一步驗證。

本研究證實，低鹽濃度能促進小麥種子發芽，如在0.5%NaCl處理下，相比0%NaCl（CK），lp10、lp14的發芽勢下降率值為負值，即發芽勢增加，同樣lp14在0.5%NaCl處理下比無NaCl處理下發芽率升高。但所有參試材料，無論其植酸含量高低，其發芽勢、發芽率、發芽指數、萌發活力指數以及幼苗長度、根長都隨NaCl濃度的增大而下降，表明高鹽脅迫能強烈地抑制小麥種子發芽。

本研究采用的依據，是在不同NaCl處理下發芽勢、發芽率、發芽指數、萌發活力指數4 指標下降率值得分排序的方法，相比只采用發芽勢、發芽率來評價種子耐鹽性要準確，然而在各材料間差異不顯著的情況下，采用這種打分排序的方法難免存在一定的誤差，能否從其他角度加以分析，比如聚類分析等，還須深入探討。

從理論上講，隨著植酸的下降，植物體內的養分構成也可能會發生變化，因此會影響其他生理活動，特別是遇到不良的生長環境，如旱澇、鹽堿及病蟲害，其抵抗能力是否也會變差？在實際生產中我們也發現，突變體材料在株高方面變化微小，而在穗型和白粉病抗性方面差異較大，如親本為長紡穗，而lp22、lp49、lp55為棒穗，lp10、lp51穗明顯變??；親本對白粉病表現中抗—抗，而lp14、lp15中抗白粉病，lp10、lp22、lp48、lp49、lp50表現中感，lp51、lp55則表現感白粉病。這表明突變體可能在其他的位點也發生了變異，而不僅僅在控制植酸含量的位點出現突變［5］，從而使得突變體在植酸含量和抗病性及農藝性狀方面也發生了變化，其中的生理與分子生物學機制還有待于進一步研究。

［1］任學良，舒慶堯.低植酸作物的研究進展及展望［J］.核農學報，2004，18（6）：438-442.

［2］郎淑平，陸瑞菊.不同大麥品種發育期的耐鹽性比較研究［J］.上海農業學報，2008，24（4）：83-87.

［3］OTEGUIm S，CAPP R，STAEHELIN L A.Developing seeds of Arabidopsis store differentminerals in two types of vacuoles and in the endoplasmic reticulum［J］.The Plant Cell，2002，14：1311-1327.

［4］李蔚霞，齊軍倉，石國亮.NaCl脅迫對不同大麥品種種子發芽的影響［J］.大麥與谷類科學，2007（1）：22-25.

［5］楊宋蕊，劉錄祥，趙林姝.低植酸作物研究現狀與展望［J］.植物遺傳資源學報，2008，9（2）：263-265.

The Effect of NaCl Stress on Seed Germination of Wheatmutants with Low Phytic Acid

LANG Shu-ping，MA Yan-xin
（Jiaxing Academy of Agricultural Sciences in Zhejiang Province，Jiaxing 314016，China）

Phytic acid（PA）is naturally stored in seeds of a wide range of cereal and legume crops.In recent years，it has become a research hotspot to breed crop varieties with low phytic acid（LPA）by usingmutagenesis technology.In the current research，we obtained nine LPA wheatmutants by60Co-γ radiation，and then assessed their salt tolerance using a germination test with different concentrations of NaCl.As a result，their seed germination was promoted at 0.5%NaCl concentration，but substantially inhibited at 1.0%and 1.5%NaCl concentrations；all tested NaCl concentrations produced an inhibitory effect on seedling growth and primary root growth.Among the nine LPA wheatmutants，four（lp14，lp49，lp50，and lp55）showed higher salt tolerance，whichmay be used asmaterials for breeding wheat varieties with salt tolerance in the future.

Wheat（Triticum aestivum）；Mutant；Low phytic acid；Salt tolerance；Germination

S512.1；Q945.78

A

1673-6486-20150108

2015-10-28

嘉興市科技計劃項目（2012AZ1007）；浙江省重大科技專項農業項目（2012C12902-2-4）。

郎淑平（1979—），男，高級農藝師，主要從事大小麥遺傳育種研究。E-mail：littlelsp@163.com。