微/纳米气泡水对盐胁迫下水稻幼苗的影响

李丽芳，许江环，袁启东，梁均业，何梓峰，谢 平，周鸿凯

(广东海洋大学滨海农业学院，广东湛江 524088)

目前，土壤盐碱化越来越严重，亚洲盐碱地面积约为2.9×108hm2，中国盐渍土壤约有3 333万hm2，约占耕地面积的10%[1]。水稻是重要的粮食作物，全世界近1/2的人口以稻米为主食，中国以稻米为主粮的人约占总人口的2/3，水稻播种面积占粮食种植面积的27%左右[2]，土壤盐碱化影响我国水稻种植，也威胁粮食安全。盐胁迫会导致植物植株高度变矮、叶面积变小、分蘖减少，从而降低光合效率[1-2]，所以大多数植物不能生长在盐碱土壤上。水稻为不耐盐作物，但科学家通过不懈努力，培育出耐盐水稻品种。耐盐水稻可作为先锋作物，修复与改良盐碱农田，所以对耐盐水稻进行研究有重要意义[3]。为了在盐碱土壤上种水稻，前人在育种、土壤改良等方面做了多种研究，结果表明添加某些试剂进行灌溉，可以缓解盐胁迫下水稻的盐渍毒害作用[4-6]，获得较好的收成。

微/纳米气泡水是近年日本开发的一项新技术，通过特定装置使气体(根据需要可以是空气、O2、O3、N2、CO2)以微米或纳米级直径的气泡溶解于水中，形成的“溶液”为微/纳米气泡水。微米气泡的直径在1～50 μm，纳米气泡直径在1 μm 以下，两者统称为微/纳米气泡。微/纳米气泡粒径小、比表面积超大、气体溶解能力强，能够提高气液之间的反应速度[7]，微/纳米气泡水氧含量增加且气泡分布均匀，保持时间较长，可以增加水中生物体的活性。微/纳米气泡水的应用首先是在海水养殖上，研究表明通过使用充氧微/纳米气泡水，可以解决水体缺氧问题，有效降低鱼类死亡率，提高抵抗力[7]。在作物栽培领域，研究表明用微/纳米气泡水浸种可以提高发芽率，进行灌溉可以提高农产品的产量与品质[8-13]。

若给盐胁迫下水稻幼苗使用微/纳米气泡水增氧，也可能提高水稻幼苗生理活性，增加耐盐性。目前鲜见有关微/纳米气泡水增氧对盐胁迫下水稻幼苗生长影响的报道。鉴于此，笔者选用1个模式水稻品种和1个耐盐水稻品种进行增氧和非增氧培育，进行盐胁迫和非盐胁迫处理，研究微/纳米气泡水增氧对水稻幼苗的影响，探究缓解盐胁迫对水稻幼苗毒害的方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试水稻品种为9311和JX99，由广东海洋大学滨海农业学院提供。微/纳米气泡水使用禹创环境科技(济南)有限公司生产的纳米气泡发生装置(YC-MNB-Ⅲ-1)制作。

1.2 试验方法试验共设4个处理：处理1(T1)为Yoshida营养液+蒸馏水；处理2(T2)为Yoshida营养液+微/纳米气泡水；处理3(T3)为0.6% NaCl+ Yoshida营养液+蒸馏水；处理4(T4)：0.6% NaCl + Yoshida营养液+微/纳米气泡水，每处理3次重复。

试验于2020年9月在广东海洋大学滨海农业学院110实验室进行。选取籽粒饱满、大小一致的种子，用3%的过氧化氢溶液浸泡消毒30 min，用蒸馏水反复冲洗后置于培育盆中催芽。种子露白，胚根大约长至3 cm时，播于水稻专用水培盆(每盆有6个小板，每一小板可种96株)中，萌发后用Yoshida营养液+蒸馏水或者Yoshida营养液+微/纳米气泡水培育，每3 d更换1次培育液，用1.0和0.1 mol/L的H2SO4和KOH调节pH至5.5～5.8，每盆使用2 L配置的混合液进行处理，在使用营养液培育12 d后，加0.6% NaCl处理3 d后取样、测定。

1.3 测定项目与方法测定项目包括幼苗生长性状指标与生化指标，幼苗生长性状指标包括茎长、根长、茎鲜重、根鲜重、叶片数、茎基宽，生化指标有脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量。每处理取10株幼苗测量幼苗生长性状指标，每处理取6张幼苗叶片，测量幼苗生化指标。茎长、根长用直尺测定；鲜重用天平称重；茎基宽采用数显卡尺(美耐特公司制造)测量；脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定。

1.4 数据处理方法采用Excel 2010进行数据统计与绘画；采用SPSS 22.0软件进行显著性分析；采用最小显著极差法(LSD)进行差异显著性检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 微/纳气泡水对盐胁迫下水稻幼苗性状的影响

2.1.1对水稻品种9311幼苗性状的影响。从表1可以看出，T2处理的根长、茎鲜重、茎基宽显著小于T1处理，分别减少24.87%、12.20%和12.50%。T1和T2处理间的茎长、根鲜重、叶片数没有显著差异，说明在无盐胁迫下，微/纳米气泡水增氧显著抑制9311幼苗根的伸长和茎的生长。

从表1可以看出，T3处理的根长、茎鲜重、茎基宽显著小于T1处理，分别减少18.56%、42.68%和17.65%。T1和T3处理间茎长、根鲜重、叶片数没有显著差异。这说明盐胁迫下，9311幼苗的根长、茎鲜重和茎基宽显著减小。

表1 不同处理对9311幼苗的性状指标的影响

T4处理的根长、茎鲜重、根鲜重显著小于T3处理，分别减少45.16%、46.81%和38.64%。T3和T4处理间的茎长、叶片数、茎基宽没有显著差异。这说明盐胁迫下，微/纳米气泡水增氧使9311幼苗的根长、茎鲜重和根鲜重显著减小。

2.1.2对水稻品种JX99幼苗性状的影响。从表2可以看出，T2处理的根长、叶片数显著大于T1处理，分别增加31.76%、21.88%。T1和T2处理间茎长、根鲜重、茎鲜重、茎基宽间没有显著差异，说明无盐胁迫下，微/纳米气泡水增氧使JX99幼苗(幼苗)的根长、叶片数显著增大。

表2 不同处理对JX99幼苗的性状指标的影响

T3处理的根长显著小于T1处理，减小10.94%。T1和T3处理间茎鲜重、根鲜重、叶片数、茎基宽没有显著差异，说明盐胁迫下，JX99幼苗的根长显著减小。

T4处理的茎长、根长、茎鲜重、根鲜重显著小于T3处理，分别减少28.09%、35.67%、67.97%和55.43%。T4和T3处理间叶片数、茎基宽没有显著差异，说明盐胁迫下，微/纳米气泡水增氧使JX99幼苗的根长、茎长、茎鲜重和根鲜重显著减小。

品种9311与JX99幼苗的性状在各种处理中表现有相同之处也有不同之处。相同之处是在盐胁迫下使用微/纳米气泡水增氧，2个品种幼苗的生长指标(根长、茎鲜重、根鲜重)显著变小；不同之处是在无盐胁迫下，微/纳米气泡水增氧使JX99幼苗有些生长指标(根长、叶片数)显著增大，而9311幼苗有些生长指标(根长、茎鲜重和茎基宽)显著变小，说明在无盐胁迫下，微/纳米气泡水增氧对不同品种水稻幼苗生长指标的影响不同。

注：每盆左边1列为9311,右边1列为JX99

2.2 微/纳气泡水与盐胁迫对水稻幼苗丙二醛(MDA)含量的影响一般植物在逆境条件下会产生膜质过氧化，细胞膜受伤害，丙二醛(MDA)含量表示细胞膜受伤害程度[14]。由图2可知，品种9311与JX99在各处理中，MDA含量有相同的变化也有不同的变化。与T1处理相比，T2处理2个品种的MDA含量都显著降低，分别减少41.19%、15.85%。与T1处理相比，T3处理2品种的MDA含量变化不同，9311减少7.61%，但差异不显著；JX99增加20.19%，两者差异显著。与T3处理相比，T4处理2个品种的MDA含量都显著增加，分别增加46.25%、36.11%。这说明在盐胁迫下，用微/纳米气泡水增氧，2个品种幼苗的细胞膜质过氧化程度增高，活性氧的伤害增大。

注: 不同小写字母表示在0.05水平差异显著

2.3 微/纳气泡水与盐胁迫对水稻幼苗脯氨酸含量的影响在干旱、盐渍等胁迫条件下，许多植物体内脯氨酸大量积累[15]。由图3可知，品种9311与JX99在各处理中，幼苗脯氨酸含量的变化相近，都是T4处理最大，T3处理次之，两者间差异显著；T1与T2处理较小，两者间无显著差异。与T1处理相比，T3处理2个品种的脯氨酸含量显著增加，分别增加102.75%、60.72%。与T3处理相比，T4处理2个品种的脯氨酸含量都显著增加，分别增加85.63%、131.64%，说明在盐胁迫下，用微/纳米气泡水增氧，水稻幼苗所处的胁迫环境加剧，对幼苗的伤害也加大。

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著

2.4 微/纳气泡水与盐胁迫下水稻幼苗指标的相关性

2.4.1水稻品种9311幼苗指标的相关性。由表3可知，9311幼苗的性状指标中，茎长、根长、茎基宽、根鲜重、茎鲜重间都呈正相关，其中根长与茎长、茎基宽、根鲜重、茎鲜重间都呈极显著正相关，茎鲜重与茎长、茎基宽呈极显著正相关。

表3 微/纳气泡水与盐胁迫下9311幼苗指标的相关系数

MDA和脯氨酸含量与幼苗的生长性状指标间都呈负相关，说明水稻幼苗体内的MDA和脯氨酸含量增加，茎长、根长、茎基宽、根鲜重、茎鲜重等生长性状指标减小。脯氨酸含量与茎长、茎基宽间呈显著负相关，与根长、茎鲜重间呈极显著负相关；MDA含量与茎长、茎鲜重间呈显著负相关。MDA含量与脯氨酸含量间呈极显著正相关。

2.4.2水稻品种JX99幼苗指标的相关性。由表4可知，JX99幼苗的性状指标中，茎长、根长、茎基宽、根鲜重、茎鲜重间都呈正相关，其中根鲜重、茎鲜重与根长、茎长呈极显著正相关，根鲜重与茎鲜重间呈极显著正相关。

表4 微/纳气泡水与盐胁迫下JX99幼苗指标的相关系数

MDA和脯氨酸含量与幼苗的性状指标都呈负相关，说明水稻幼苗体内的MDA和脯氨酸含量增加，茎长、根长、茎基宽、根鲜重、茎鲜重等性状指标减小。脯氨酸和MDA含量与茎长、根长、茎鲜重间呈极显著负相关。MDA含量与脯氨酸含量间呈极显著正相关。

3 结论与讨论

正常情况下，植物的根进行有氧呼吸，若在富氧环境下对改善植物根的功能、促进微生物活动以及矿物质的转化、提高对营养物质的吸收都有重要意义[8]。水稻的根进行有氧呼吸，主要是吸收溶解在水中的氧，增氧灌溉提高水稻产量[13]。该研究用微/纳米气泡水与营养液对水稻幼苗进培育，使JX99幼苗根长、叶片数显著增大，部分生长性状指标更优，与其他研究一致，但使9311水稻幼苗的根长、茎鲜重和茎基宽显著减小，部分性状变差，说明微/纳米气泡水增氧时，不同的水稻品种幼苗表现不同，也可能是不同的水稻品种幼苗对微/纳米气泡水增氧浓度有不同的反应，因此需进一步研究。

在盐胁迫时，植物体内会产生大量的活性氧，促进植物膜脂过氧化作用，增加MDA含量[14]。在盐胁迫下产生渗透胁迫，植物为了维持较高的细胞质渗透压以便吸水，积累一定数量的可溶性有机物，如脯氨酸。因此在盐分胁迫下脯氨酸含量增加[15]。该研究中在0.6% 盐胁迫下，9311的MDA含量没有显著变化，但JX99显著增加，说明不同品种有不同的反应。2个品种的脯氨酸含量显著增加，与其他研究一致。

该研究试图通过微/纳米气泡水增加水稻幼苗根际的氧含量，提高根活力来提高幼苗的耐盐性。但研究结果显示，在盐胁迫下，微/纳米气泡增氧使9311水稻幼苗根长、茎鲜重、根鲜重显著减小，使JX99水稻幼苗的根长、茎长、茎鲜重、根鲜重显著减小，2个品种水稻幼苗生长指标均变差。2个品种水稻幼苗MDA含量都显著增大，水稻幼苗的脯氨酸含量都显著增大。生化指标也反映微/纳米气泡增氧使细胞膜质过氧化程度加大，加剧渗透胁迫。盐胁迫下，用微/纳米气泡水增氧培育加剧水稻幼苗伤害的原因，需今后进一步研究。