混合鹽堿脅迫對紫花苜蓿苗期生長特性的影響

張曉磊　劉曉靜　齊敏興　劉艷楠　蒯佳林

摘要：以甘農(nóng)三號紫花苜蓿為試驗材料，NaCl和NaHCO3按摩爾比1∶1混合模擬典型混合鹽堿脅迫，研究不同鹽濃度對苜蓿苗期生長特性的影響。結(jié)果表明，隨著鹽濃度的升高及脅迫時間的延長，生長速度受到明顯的抑制，根、莖、葉鮮重均低于對照，差異均達到顯著水平（P<0.05）；短期低濃度脅迫促使葉面積增大，但差異不顯著；隨著鹽堿濃度的增加，苜蓿地上部干重都呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，且在濃度達到150 mmol/L時差異達到顯著水平；根冠比呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，表明鹽堿脅迫促使紫花苜蓿光合產(chǎn)物向根系分配，以增加根系對無機養(yǎng)分的吸收，用以維持細胞內(nèi)滲透壓及光合同化作用的需要。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿；混合鹽堿脅迫；苗期；生長特性

中圖分類號：S 541 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：10095500（2013）01001605

目前，土壤鹽堿化已成為世界關(guān)注的生態(tài)和環(huán)境問題。據(jù)聯(lián)合國教科文組織（UNESCO） 和糧農(nóng)組織（FAO）的不完全統(tǒng)計，全球約有9.54億hm2鹽堿土地＼[1，2＼]，占陸地總面積的25%＼[3＼]。我國地域廣闊，地形復(fù)雜，土壤鹽堿化日益嚴(yán)重，鹽堿土地面積高達9 900萬hm2，并有逐年擴大的趨勢。

鹽堿土中可溶性鹽分的陽離子包括Na+、Ca2+、Mg2+、K+，陰離子包括SO42-、HCO3-、CO32-和NO3-。由于土壤堿化與鹽化往往相伴發(fā)生，所以長期以來人們將土壤可溶性鹽分的增加籠統(tǒng)稱為“土壤鹽堿化”＼[5＼]。在我國大面積的鹽堿土地中，除新疆和松花江部分地區(qū)土壤以硝酸鹽為主外，其他地區(qū)主要是含有Na+、K+、Mg2+ 3種陽離子和CO32-、HCO3-、Cl-、SO42- 4種陰離子的復(fù)合鹽堿地＼[6＼]。研究表明，鹽和堿脅迫是2種不同的脅迫，植物對其表現(xiàn)出的生理適應(yīng)機制也明顯不同＼[7-9＼]。當(dāng)土壤中含有Na2CO3和NaHCO3堿性鹽時，植物不僅受到鹽脅迫，同時還受到高pH造成的堿脅迫危害＼[10＼]，所以， 由Na2CO3和NaHCO3堿性鹽對植物所造成的脅迫傷害比由NaCl、Na2SO4等中性鹽更為嚴(yán)重＼[11＼]。因此，有必要認識并深入研究混合鹽堿脅迫及其對植物的影響。

紫花苜蓿（Medicago sativa）是一種被廣泛種植的多年生優(yōu)良牧草，具有抗寒、抗旱、耐鹽堿等特點，對鹽堿地有一定的改良作用＼[12-14＼]。而且對苜蓿耐鹽性方面的研究也較多，從種子萌發(fā)＼[15＼]、幼苗生長＼[16，17＼]、離子吸收分布＼[18＼]到抗氧化酶及丙二醛的積累＼[19，20＼]都有研究報道。研究土壤鹽堿化不同類型離子及含量對苜蓿苗期生長的影響，對于進一步開發(fā)利用鹽堿地、提高紫花苜蓿生產(chǎn)力具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試苜蓿品種甘農(nóng)三號紫花苜蓿和中華根瘤菌（12531），均由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。

1.2 試驗設(shè)計與方法

1.2.1 種子處理和菌種培養(yǎng) 種子用0.1%HgCl消毒5 min，并用去離子水沖洗干凈后播種。將菌種接種于YMA固體培養(yǎng)基上＼[21＼]，在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱進行活化培養(yǎng)，活化24 h后將活化的菌種接一環(huán)到裝有50 mL YMA液體培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中，28 ℃，120 r/min避光培養(yǎng)，當(dāng)OD600 nm吸光度值達到0.6時進行離心，再將離心后的菌體用無菌水打散到OD600 nm值為0.6。

1.2.2 Hoagland營養(yǎng)液的配制＼[22＼] 其大量元素為Ca（NO3）2 945 mg/L；KNO3 607 mg/L；KH2PO4 136 mg/L；MgSO4 493 mg/L；微量元素為H3BO3 2.86 mg/L；MnCl2·4H2O 1.81 mg/L；ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L；CuSO4·5H2O 0.08 mg/L；H2MoO4·H2O 0.02 mg/L；鐵鹽為EDTAFe 4.211 mg/L。營養(yǎng)液用NaOH（1 mol/L）或HCl（1 mol/L）調(diào)節(jié)至pH為7.0。

1.2.3 試驗設(shè)計 試驗采用細沙作為栽培基質(zhì)，栽培基質(zhì)處理參照文獻＼[23＼]方法進行，經(jīng)HCl浸泡后用去離子水清洗干凈，121 ℃高溫滅菌后烘干備用。在直徑7 cm，高8.5 cm，容積350 mL的塑料花盆內(nèi)，裝入250 g干燥細沙，將沙面平整，挑選10粒飽滿種子均勻擺放細沙表面，覆蓋30 g干沙。將其浸在Hoagland營養(yǎng)液的水培盒中，使?fàn)I養(yǎng)液自盆底向上緩慢滲透至沙表面，營養(yǎng)液面以盆中沙表面下1 cm濕潤為準(zhǔn)，標(biāo)好液面線。營養(yǎng)液采用7 d更換1次，每日補水的方式進行澆灌，以確保各營養(yǎng)元素及溶液pH的恒定。待其長至真葉期進行接菌處理，每杯接菌5 mL菌液，接種2次。真葉期后培養(yǎng)35 d進行混合鹽堿脅迫處理，每5 d處理1次，每杯澆灌5 mL，共處理3次。

混合鹽堿為NaCl和NaHCO3以1∶1摩爾比混合，模擬典型鹽堿脅迫環(huán)境，設(shè)置0、25、50、100和150 mmol/L共5個處理，6次重復(fù)，第1次脅迫處理后開始進行株高的測量，每5 d測量1次，脅迫15 d后進行根長、葉面積及根、莖、葉干鮮重等相應(yīng)指標(biāo)測量。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 株高及生長速度 每處理隨機標(biāo)記3株幼苗，每隔5 d測定其伸展高度，取平均值，并計算生長速度。

生長速度=生長凈增加高度/生長間隔天數(shù)

1.3.2 葉面積及單株葉片數(shù) 葉面積采用描形稱重法以標(biāo)記植株自株頂向下第6葉的單葉葉面積進行測定＼[24＼]；脅迫處理15 d后，隨機取各處理5株，統(tǒng)計葉片數(shù)。

1.3.3 根、莖、葉鮮重及干重 脅迫處理15 d后將隨機標(biāo)記的3株幼苗根、莖、葉分開稱量其鮮重，稱重后將其放入烘箱，105 ℃，殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，分別稱其干重。

1.3.4 生物量及根冠比 地上生物量為單株莖、葉干重之和；地下生物量為單株幼苗根系干重；總生物量為單株幼苗根、莖、葉干重總和。

根冠比=地下生物量/地上生物量

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel和SPSS 16.0專業(yè)統(tǒng)計分析軟件以LSR法進行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對紫花苜蓿株高生長速度的影響

生長速度是幼苗在脅迫下受傷害的最直接的反應(yīng)。隨著混合鹽脅迫濃度的升高（圖1），苜蓿5 d和10 d內(nèi)株高的生長速度均呈下降趨勢。在脅迫后5 d內(nèi)25、50 mmol/L鹽脅迫下的生長速度表現(xiàn)與對照（0 mmol/L）接近，差異不顯著（P<0.05），100、150鹽脅迫5 d內(nèi)的生長速度均顯著低于對照，150 mmol/L與100 mmol/L相比5 d內(nèi)生長速度差異不顯著。在脅迫處理后10 d內(nèi)25、50 mmol/L濃度脅迫下的生長速度與對照相比均顯著（P<0.05）低于對照，而25和50 mmol/L之間差異不顯著，100 mmol/L下生長速度顯著低于50 mmol/L，150 mmol/L下生長速度顯著低于100 mmol/L。表明隨著脅迫時間的延長以及脅長以及脅迫強度的增強，苜蓿受到影響均會增強，生長速度逐漸減慢。

2.2 鹽堿脅迫對紫花苜蓿葉面積及單株葉片數(shù)的影響

隨著鹽濃度的增高，葉面積和單株葉片數(shù)都呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，鹽濃度達到150 mmol/L時，葉面積與對照差異顯著（P<0.05），鹽濃度低于100 mmol/L時，葉面積有增大趨勢，但是和對照差異不顯著。葉片數(shù)有隨鹽濃度升高呈現(xiàn)降低的趨勢，但是與對照相比差異不顯著。說明在實驗時間內(nèi)，鹽濃度對葉面積的影響不顯著（表1）。

2.3 鹽堿脅迫對紫花苜蓿鮮重及干重的影響

2.3.1 鹽堿脅迫對紫花苜蓿鮮重的影響 幼苗各器官的鮮重可直接反映在脅迫條件下植株生長情況，實驗表明，苜蓿的根、莖、葉鮮重隨著鹽濃度的增加呈現(xiàn)降低趨勢（表2）。在鹽濃度達到100，150 mmol/L時，根莖葉的鮮重均顯著（P<0.05）低于對照。在鹽濃度達150 mmol/L時，根鮮重較對照減少了30%，莖鮮重較對照減少了47.4%，葉鮮重較對照減少29.4%。說明在鹽濃度較高情況下嚴(yán)重影響了植物的根、莖、葉生長。

2.3.2 鹽脅迫對紫花苜蓿干重的影響 混合鹽堿脅迫對紫花苜蓿生物量及根冠比的影響結(jié)果顯示（表3），隨著鹽濃度的增減地上生物量呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，總生物量和根冠比則呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢。在鹽濃度達到25 mmol/L時，總生物量最大，但與對照差異（P<0.05）不明顯，但是根冠比明顯大于對照。在鹽濃度達到150 mmol/L時，地上生物量和總生物量均顯著低于對照。

3 討論與結(jié)論

（1）幼苗期是植物生長的關(guān)鍵時期，也是對鹽堿脅迫較為敏感的時期，幼苗期的營養(yǎng)物質(zhì)的積累直接影響植物后期對脅迫環(huán)境的適應(yīng)性，因此，苗期植物對于脅迫環(huán)境的反應(yīng)影響著后期植物的生長及其營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和積累。試驗表明，鹽堿脅迫抑制了苜蓿的生長速度，而且隨著鹽濃度的升高以及脅迫時間的增加對其生長速度抑制作用更加明顯。在短期低濃度的鹽堿脅迫下，苜蓿的葉面積具有增大的趨勢，這也是植物對鹽堿脅迫的一種適應(yīng)性表現(xiàn)，增加葉面積，進而增加光合作用。但在高濃度脅迫下植株表現(xiàn)出生長緩慢，葉面積減小，部分葉片萎蔫、黃化、脫落，這是由于高濃度脅迫超出了苜蓿的耐受范圍從而表現(xiàn)出嚴(yán)重的生長抑制現(xiàn)象。

（2）鹽脅迫影響植物的生長高度、莖生長、生物量積累及生物量分配＼[25＼]。郭洪海等＼[26＼]研究了鹽脅迫下飼料酸模植株的生長，表明其生物量隨著鹽濃度的升高逐漸降低，其幅度越來越大，其中鹽分對地上部生長的抑制作用大于對根的影響。試驗表明，隨著鹽濃度的增加，苜蓿的根、莖、葉鮮重及地上部干重都呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，根冠比呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。這一方面是由于鹽堿脅迫造成的植物生理性干旱，使得營養(yǎng)物質(zhì)積累量減少；另一方面是由于在脅迫環(huán)境下，苜蓿的碳同化產(chǎn)物再分配的結(jié)果。由于，鹽堿脅迫使得苜蓿生長受到抑制，所以，光合產(chǎn)物再分配后根系生物量增加，為了適應(yīng)環(huán)境，根系增大，根吸收面積增加，從而增加根系對無機鹽的吸收，用以維持細胞內(nèi)滲透壓及光合同化作用的需要。但在高濃度脅迫下，苜蓿根系超出對鹽堿的最大耐受程度，根系生長受抑制，根系減小，進一步影響地上部光合產(chǎn)物的積累，也使得地上部生長受抑制。

（3）NaCl和NaHCO3造成的混合鹽堿脅迫，抑制苜蓿的生長速度、根莖葉的鮮物質(zhì)積累，總的干物質(zhì)積累也顯著受到抑制，但葉面積增加，同時促進碳同化產(chǎn)物向地下分配，根冠比增大。較高鹽濃度抑制苜蓿根系吸收作用以及光合產(chǎn)物積累，苜蓿的各項生長指標(biāo)均受到顯著抑制。混合鹽堿脅迫對于苜蓿不同生長階段不同生理過程的影響機理，還缺乏生物學(xué)和生理學(xué)上的解釋，還需要進一步研究。

短期低濃度鹽堿脅迫，對紫花苜蓿的生長速度影響較弱，隨著脅迫時間的增加以及鹽濃度的升高，幼苗的生長速度受到明顯的抑制作用。低濃度的鹽堿脅迫可以促進碳同化產(chǎn)物向地下分配，根鮮重以及根冠比增加，為紫花苜蓿對環(huán)境低濃度鹽堿脅迫的適應(yīng)性提供了條件，從而為紫花苜蓿在鹽堿條件下種植提供了理論依據(jù)。

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