不同水稻品种对NaCl胁迫的生理响应及耐盐性评价

土壤盐渍化是限制作物生长的重要因素之一,培育水稻耐盐新品种,对扩大水稻种植面积具有重要意义。为探究不同品种水稻幼苗的生长及生理的变化趋势,明确不同水稻品种苗期耐盐性强弱,以5个水稻品种为试验材料,采用水培方式研究不同浓度NaCl(0、70、140 mmol/L)处理对水稻苗期生长及相关生理指标的影响,并利用主成分分析及隶属函数法进行综合评价其耐盐性。结果表明,盐胁迫下,盐分对各水稻品种的根长、根表面积、根体积、根尖数及根平均直径总体上起抑制作用,其中‘HH11’和‘日本晴’的根系生长指标值变化较小,‘9311’和‘JX99’的根长、根体积、根表面积、根尖数均受到显著抑制,‘HD961’平均根尖数最多。随着NaCl浓度增大,各品种株高、根系活力总体呈逐渐下降趋势,叶绿素总含量、相对电导率、丙二醛含量、脯氨酸含量、根系Na^(+)/K^(+)总体呈上升趋势,而根系Na^(+)、K^(+)含量呈先升高后减少的趋势。其中,盐胁迫下‘9311’和‘JX99’相对电导率、脯氨酸含量增幅最大,‘日本晴’和‘HH11’的丙二醛含量、根系Na^(+)/K^(+)增幅最小,‘日本晴’的株高下降率最小,‘HH11’的根系活力下降率最小。主成分分析表明,3个相互独立的综合指标解释了盐胁迫下16个单项指标94.23%的变化,其中根长、根体积、根尖数、叶绿素总量、丙二醛含量、电导率可作为评价水稻苗期耐盐性的主要作用因子,K^(+)、Na^(+)/K^(+)、株高可作为评价水稻苗期耐盐性的次要作用因子。隶属函数结果分析表明,5个水稻品种耐盐性由强到弱依次为‘HH11’>‘HD961’>‘日本晴’>‘9311’>‘JX99’。

幼苗期不同水稻材料应答盐胁迫的生理差异分析

为了解耐盐水稻HD96-1幼苗期耐盐生理调控特性,该研究以籼型水稻HD96-1(耐盐性强)和93-11(耐盐性弱)为材料,采用营养液水培法,设置3种NaCl盐浓度(0、60、120 mmol·L^(-1)),对3叶期幼苗进行了7 d盐处理,测定和分析了两个材料的生长参数和生理生化指标。结果表明:(1)在盐胁迫下,水稻幼苗均表现为株高和假茎宽减小,根冠比增加;与93-11比,HD96-1株高和茎宽减小幅度低,根冠比增加幅度高;地上部和根系干重,HD96-1增加,而93-11减少。(2)盐胁迫后,水稻幼苗的丙二醛(MDA)、超氧阴离子(O_(2)^(-))和过氧化氢(H_(2)O_(2))含量均上升,但HD96-1增幅较93-11低。(3)在盐胁迫下,水稻幼苗体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性,以及抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的含量均升高,HD96-1增幅高于93-11。综上表明,两个水稻材料幼苗应答盐胁迫的生理机制相似,差异在于耐盐性强的HD96-1应对盐胁迫较93-11具有更强的抗氧化与渗透调节能力,使生长发育受抑制更小。

盐胁迫下海水稻抗逆生理响应分析

以海水稻品种‘FL478’‘JX99’‘Pokkali’和盐敏感品种‘IR29’为材料,设置6 个土壤含盐量(0 g·kg^-1、1 g·kg^-1、2 g·kg^-1、3 g·kg^-1、4 g·kg^-1、5 g·kg^-1),在防雨大棚下进行盆栽试验,孕穗期测定水稻叶片的丙二醛含量、细胞膜透性、可溶性糖含量、脯氨酸含量,以及Δ^1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)、鸟氨酸-δ-氨基转移酶(δ-OAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,旨在探讨盐胁迫下海水稻渗透调节物质、抗逆酶与海水稻耐盐性的关系,为海水稻耐盐基因的发掘和耐盐品种的选育提供理论依据。结果表明: 1)盐胁迫抑制了海水稻叶绿素的合成与积累,表现为水稻叶片的叶绿素含量随盐胁迫梯度的增加而减少,但其叶绿素含量显著高于盐敏感水稻品种。2)海水稻和盐敏感水稻的可溶性糖对盐胁迫的响应差异显著,其中土壤含盐量0~3 g·kg^-1 胁迫下,盐敏感水稻叶片的可溶性糖含量的增加显著高于海水稻,但是在土壤含盐量4~5 g·kg^-1 下,海水稻叶片的可溶性糖积累量显著高于盐敏感水稻品种。3)随盐胁迫加剧海水稻和盐敏感水稻叶片的丙二醛积累,造成细胞膜透性逐渐增大,但是海水稻品种丙二醛的积累量显著低于盐敏感对照,这表明海水稻叶片细胞膜损伤较小。4)盐胁迫下, 4 个水稻叶片的脯氨酸含量和P5CS、δ-OAT、SOD 活性随盐胁迫浓度增加均表现出先升高后降的趋势,海水稻和盐敏感水稻分别在3 g·kg?1、2 g·kg^-1 盐浓度达到峰值,而海水稻植株的游离脯氨酸积累量、P5CS、δ-OAT 和SOD 活性显著高于盐敏感水稻。5)盐胁迫下海水稻可溶性糖、脯氨酸和P5CS 之间呈极显著正的简单相关和偏相关性。因此,海水稻的抗盐性为生理性耐盐:在盐胁迫下,植株脯氨酸合成酶P5CS 和δ-OAT 均被激活,脯氨酸合成的两个途径(谷氨酸→脯氨酸和鸟氨酸→脯氨酸)同时增强,促使植株游离脯氨酸的快速积累。同时,由于植株游离脯氨酸快速积累,也助于植株SOD 活性的激活,有效降低活性氧的积累,并通过合成可溶性糖与脯氨酸协同缓解渗透胁迫,而表现为较强的耐盐性。

湛江沿海盐渍田土壤-稻米系统重金属含量与土壤酶活性的特征及其相关分析

沿海盐渍田中耐盐水稻的种植可以有效利用土地资源,增加中国粮食总产量。探究湛江沿海盐渍田土壤-稻米重金属含量与土壤酶活性的特征及其相关关系,对评估湛江沿海盐渍田环境、农产品安全风险具有重大意义。以湛江5个区域沿海盐渍田种植耐盐水稻海红11的土壤-稻米系统为研究对象,采集了土壤样品及相应稻米,测定了脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶等3种土壤酶活性及土壤和稻米中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等5种重金属含量,采用单因子污染指数及内梅罗综合指数对重金属含量进行评价,对土壤、稻米重金属含量之间的关系作了生物富集系数与简单相关性分析,并对土壤重金属与酶活性进行了一元线性及非线性回归分析。结果表明,5个研究区域土壤及其稻米的5种重金属含量均未超过国家标准,但与1996年雷州半岛砖红壤背景值比较,研究区域盐渍田土壤存在着重金属富集的趋势,受人为活动影响较大,其中Cd的单因子污染指数最高,那么其为影响研究区土壤重金属污染的主要因子。研究区稻米重金属含量均未超过限量值,5种重金属富集能力大小的顺序为Zn>Cd>Cu>Cr=Pb。土壤与稻米重金属含量的相关性分析结果表明,土壤、稻米中重金属含量关系紧密,土壤中重金属含量直接影响稻米重金属含量。通过土壤重金属与酶活性的回归分析统计发现,过氧化氢酶活性与土壤Cu、Zn含量达到显著性负相关,脲酶活性与土壤Cu含量之间的回归关系也均达到了极显著负相关水平,因此,在湛江沿海盐渍田中,将过氧化氢酶作为评估Cu、Zn污染程度,脲酶作为评估Cu污染程度的生化指标是可行的。这些结果可为沿海盐渍田的修复、环境与农产品安全风险管控提供科学依据。

低盐胁迫对5个海水稻种质若干生理生化指标的影响

以HH11、R15A14、Pokkali、FL478、 IR29为材料,设0、2.5 g/kg NaCl两种盐胁迫处理进行盆栽试验,研究不同盐浓度对水稻叶片的光合速率、叶绿素含量、游离脯氨酸含量、丙二醛含量、细胞膜透性以及农艺性状的影响。结果表明:在低盐胁迫条件下,HH11、R15A14与耐盐基因型(Pokkali和FL478)和盐敏感基因型(IR29)水稻相比:⑴5个海水稻叶绿素含量没有显著性差异,但是HH11低于pokkali而高于FL478耐盐品种;海水稻在低盐胁迫下光合速率变化较小,并且维持在较高水平;⑵不同海水稻体内的游离脯氨酸维持在较高水平,而HH11游离脯氨酸含量达到最大值;⑶HH11、R15A14和FL478丙二醛含量相近;相比其他种质,R15A14和Pokkali细胞膜透破坏程度相对较小,细胞膜透性仍处于稳定状态;⑷低盐胁迫下植株细胞聚集大量的丙二醛,细胞膜透性受伤害程度加剧,从而造成光合速率下降;而脯氨酸作为小分子渗透调节物质,以缓解细胞渗透压,维持细胞膜结构稳定,从而维持水稻植株叶片可以进行正常光合速率,植株保持正常生命活动;⑸HH11和R15A14这2份海水稻种质在盐胁迫下仍能进行正常生长并且具有显著抗盐胁迫能力,表现了较好的耐盐碱性,可作为耐盐碱籼稻资源加以利用。

沙地、盐碱地海水稻—棉花间作模式的探索

选用抗逆优质种源(海稻86、中棉所45),引用肥土育苗与保苗移栽、膜下滴灌技术,探讨海水稻—棉花间作栽培模式的优势。通过科研单位成果转化产学结合,提供技术服务,政府建立稳定补偿与奖励政策,担保种植风险,以提高农户种植积极性,达到创新防治盐碱、荒漠化与加速脱贫、改善民生的目的。

微/纳米气泡水对盐胁迫下水稻幼苗的影响

为探究微/纳米气泡水增氧对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响,以9311(模式种)和JX99(较耐盐)为供试材料,用Yoshida营养液+蒸馏水与Yoshida营养液+微/纳米气泡水培育水稻幼苗,再进行0.6%NaCl盐胁迫与无盐胁迫处理,测定水稻幼苗生长指标及生化指标。结果表明,无盐胁迫下,微/纳米气泡水增氧,9311水稻幼苗的根长、茎鲜重和茎基宽显著减小,分别减少24.87%、11.20%和12.50%,JX99的根长、叶片数显著增大,分别增加31.76%、21.88%,2个品种幼苗的丙二醛含量显著减小,分别减少41.19%、15.85%,2个品种的脯氨酸含量没有显著变化;0.6%盐胁迫下,微/纳米气泡水增氧,9311水稻幼苗的根长、茎鲜重、根鲜重显著减小,分别减少45.16%、46.81%和38.64%,JX99的茎长、根长、茎鲜重、根鲜重显著减小,分别减少28.09%、35.67%、67.97%和55.43%,2个品种幼苗的丙二醛显著增大,分别增加46.25%、36.11%,2个品种幼苗的脯氨酸含量显著增大,分别增加85.63%、131.64%。无盐胁迫时,微/纳米气泡水减缓2个品种幼苗细胞膜质过氧化程度,降低活性氧的伤害;0.6%盐胁迫下,微/纳米气泡水加剧2个品种幼苗细胞膜质过氧化程度,加剧活性氧的伤害,渗透胁迫也加剧。

盐胁迫对稻米中矿质元素和抗氧化物质含量的影响

为探究盐胁迫对水稻糙米中抗氧化物质和矿质元素含量的影响,以‘海红11’、‘海红12’、‘建新99’、‘阳山香稻’、‘香粘3号’和‘泰香粘’等6个基因型水稻为材料,设置9个含有NaCl的土壤处理(0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0g/kg),分别测定稻米中抗氧化物质(抗坏血酸、植酸、花青素和总黄酮)和矿质元素(P、Fe、Zn、Mg、Se和Mn)的含量,并进行典型相关和典型冗余分析。结果表明:不同NaCl浓度处理下,1)稻米中花青素含量的累积受到基因型和NaCl处理相互独立的影响,而P、Zn、Fe和Se的含量均在互作效应上达到显著相关。2)在不同的NaCl处理中,除1.5g/kg的NaCl处理,‘建新99’稻米中植酸含量均为最低,分别较其他8个处理中含量最高的基因型低72%~92%;除0.5、1.0和3.5g/kg的NaCl处理,‘海红12’稻米中抗坏血酸含量均为最高,分别较其他6个处理中含量最低的基因型高105%~566%;‘海红11’、‘海红12’和‘建新99’稻米中总黄酮含量均显著高于其他3个基因型。3)对稻米中矿质元素和抗氧化物质进行典型相关和典型冗余分析。典型相关分析表明稻米中第Ⅰ对典型变量(U_(1),V_(1))相关系数λ为0.546(P<0.01),在这一对典型变量中,在一定范围内,随着Zn和Se含量的降低以及Fe含量的增加,稻米中抗坏血酸和植酸的含量呈上升趋势。典型冗余分析结果表明,第Ⅰ对典型变量中抗氧化物质含量的变量组U_(1)对自身含量变异的解释程度为39.1%,矿质元素含量的变量组V_(1)对自身含量变异的解释程度为20.2%;同时,抗氧化物质含量的变量组U_(1)解释了矿质元素含量的变量组V_(1)总变异程度的11.7%,矿质元素含量的变量组V_(1)解释了抗氧化物质含量变量组U_(1)总变异的6.0%。综上,不同NaCl处理下,抗坏血酸和植酸含量在不同基因型稻米中差异显著;除Mg外,其他矿质元素含量在不同NaCl浓度处理间差异均达显著。在基因型和不同NaCl处理的互作效应下,稻米中Fe的含量分别与抗坏血酸和植酸含量呈显著正相关,而Zn和Se的含量分别与抗坏血酸和植酸含量呈显著负相关。