不同鹽脅迫對啤酒大麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

包奇軍，柳小寧，張華瑜，徐銀萍，火克倉，武魏國，潘永東

(甘肅省農(nóng)科院經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所，甘肅蘭州730070)

不同鹽脅迫對啤酒大麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

包奇軍，柳小寧，張華瑜，徐銀萍，火克倉，武魏國，潘永東*

(甘肅省農(nóng)科院經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所，甘肅蘭州730070)

本試驗采用不同濃度的單鹽NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液對2個大麥品種甘啤4號與甘啤5號種子進行脅迫處理。結(jié)果表明：2個不同品種種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、芽重、根數(shù)、根長均隨單鹽濃度的增加而下降，而鹽害指數(shù)隨單鹽濃度的增加而上升；但低濃度(50mmol/L)Na2CO3、NaHCO3會促進甘啤4號根的發(fā)生，高濃度急劇抑制根的生長，當Na2CO3濃度達100mmol/L、NaHCO3濃度達200mmol/L時,則完全抑制大麥根系生長。方差分析結(jié)果表明，在不同單鹽脅迫條件下，品種、鹽濃度及品種與鹽濃度間互作對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、芽重、根數(shù)、根長均有極顯著的影響(P<0.01)，表明同一品種對不同單鹽脅迫的敏感程度不同。4種單鹽對啤酒大麥發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根數(shù)、根長、根重、鹽害指數(shù)脅迫的強弱順序是:堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)>中性鹽(Na2SO4、NaCl)，堿性鹽中Na2CO3>NaHCO3，中性鹽Na2SO4>NaCl；而芽長、芽重對鹽的敏感順序是:Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl，而且這些鹽對根的抑制大于對芽的抑制，不過，在品種之間甘啤5號耐鹽堿性好于甘啤4號。

大麥；鹽脅迫；萌發(fā)

大麥(包括皮大麥和裸大麥)是多用途(食用、飼用、藥用和釀造)的麥類作物，它也是世界上最古老的谷類作物之一，又是禾本科作物中公認的耐鹽堿作物[1-3]。本研究利用NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液模擬鹽脅迫環(huán)境，對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、鹽害指數(shù)、根數(shù)、根長、苗長、苗重7項萌發(fā)期指標[4-6]，比較兩個不同大麥品種種子在上述不同單鹽脅迫下萌發(fā)及幼苗的生長指標，旨在了解不同鹽堿脅迫下大麥萌發(fā)及幼苗的生長狀況，也為進一步研究大麥對鹽堿脅迫的適應能力、培育耐鹽品種以及為鹽堿地的改良提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

甘啤4號(甘4)、甘啤5號(甘5)，均由甘肅省農(nóng)科院經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所提供。

1.2試驗設計

在恒溫恒濕培養(yǎng)箱(溫度20℃，相對濕度75%)對甘啤4號、甘啤5號進行發(fā)芽試驗。設置不同單鹽NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液的濃度分別為0(對照)、50、100、150、200、250、300mmol/L等7個水平，重復3次，種子經(jīng)7%的次氯酸鈉消毒5min后，用蒸餾水洗凈后播于直徑10cm并鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中放100粒種子，分別用不同濃度的鹽溶液培養(yǎng)，每天定時定量添加一定質(zhì)量的蒸餾水，保持種子發(fā)芽所必需的水分。觀察記錄發(fā)芽種子數(shù)，以胚芽長度達種子(或種子直徑)長度的一半或胚根與種子(或種子直徑)等長為標準。以3個重復中有1粒種子萌發(fā)的日期作為該處理的發(fā)芽始期，連續(xù)3d不再有種子發(fā)芽為發(fā)芽結(jié)束期，分別于開始萌發(fā)后第4天和第7天統(tǒng)計種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率，并在發(fā)芽實驗結(jié)束后計算不同品種的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、相對鹽害率等指標。每處理各取10粒萌發(fā)的種子，測定幼苗胚根數(shù)、胚根長、胚芽長度、幼苗鮮重，并分別計算。

1.3測定指標及方法

發(fā)芽勢的測定:發(fā)芽勢(%)=(規(guī)定日數(shù)內(nèi)發(fā)芽的種子粒數(shù)/供試種子數(shù))×100

發(fā)芽率的測定:發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子粒數(shù)/供試種子數(shù))×100

苗長和根長的測定:處理后第7天測量各品種幼苗的苗長及主根長度，每處理選取10株長勢均勻的進行測量。

鹽害指數(shù)計算:鹽害指數(shù)(%)=[(對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率]×100。

表1　不同濃度單鹽脅迫對不同品種大麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

注:不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，不同大寫字母表示在0.01水平上差異極顯著。

1.4數(shù)據(jù)處理

應用DPS7.05統(tǒng)計軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，多重比較用新復極差法。

2　結(jié)果與分析

2.1不同單鹽脅迫對大麥種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響

從表1可看出:兩個不同品種大麥的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均隨單鹽濃度的增加而下降。當單鹽濃度為50mmol/L時，Na2CO3脅迫對大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響均達極顯著，發(fā)芽勢在70%以下，發(fā)芽率在78%以下，NaHCO3脅迫對大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響不大，發(fā)芽勢在90%以上，發(fā)芽率在96%以上；NaCl、Na2SO4脅迫對大麥發(fā)芽勢影響不大，對發(fā)芽率無影響。當單鹽濃度為100mmol/L時，Na2CO3脅迫對大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響均達極顯著，發(fā)芽勢在38%以下，發(fā)芽率在44%以下，NaHCO3脅迫對大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響均達極顯著，發(fā)芽勢在70%以下。發(fā)芽率在80%以下；NaCl脅迫對大麥發(fā)芽勢影響不大，對發(fā)芽率無影響；Na2SO4脅迫對大麥發(fā)芽勢影響達極顯著，對發(fā)芽率影響不大(90%以上)。當單鹽濃度為150mmol/L時，Na2CO3脅迫幾乎完全抑制大麥發(fā)芽，大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率均降為2%；NaCl脅迫對大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響均達顯著，Na2SO4脅迫對大麥發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響均達極顯著，發(fā)芽勢和發(fā)芽率均在78%以下。當單鹽濃度大于200mmol/L時，4種單鹽脅迫對大麥發(fā)芽勢和發(fā)芽率影響均達極顯著，其脅迫程度為Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。

從發(fā)芽率的變異系數(shù)來看(表2)，不同單鹽對啤酒大麥脅迫的敏感程度不同，啤酒大麥種子對Na2CO3脅迫最敏感，變異系數(shù)較大，其次是NaHCO3、Na2SO4，而對NaCl脅迫敏感性最低。結(jié)果表明4種單鹽對啤酒大麥脅迫的敏感性順序是:堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)>中性鹽(Na2SO4、NaCl)，其中堿性鹽中Na2CO3>NaHCO3，中性鹽Na2SO4>NaCl，即Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。品種之間甘啤5號耐鹽堿性好于甘啤4號。

表2　不同濃度單鹽脅迫時不同大麥品種的發(fā)芽率及變異系數(shù)

2.2單鹽脅迫對啤酒大麥鹽害指數(shù)的影響

圖1表明2個啤酒大麥種子的鹽害指數(shù)隨單鹽脅迫濃度的升高而增大，趨勢為鹽害指數(shù)堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)>中性鹽(Na2SO4、NaCl)，其中堿性鹽鹽害指數(shù)Na2CO3>NaHCO3，中性鹽鹽害指數(shù)Na2SO4>NaCl，即Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。品種間甘啤4號鹽害指數(shù)大于甘啤5號鹽害指數(shù)，表明甘啤5號耐鹽堿性強于甘啤4號。

表3　不同單鹽脅迫下不同品種大麥幼芽形態(tài)與生長指標的變異系數(shù)

2.3不同單鹽脅迫對大麥芽長與芽重的影響

圖1　不同單鹽脅迫對啤酒大麥鹽害指數(shù)的影響

圖2　不同單鹽脅迫對啤酒大麥芽長的影響

圖3　不同單鹽脅迫對啤酒大麥芽重的影響

從圖2、圖3可看出，2個不同啤酒大麥品種幼芽的芽長、芽重均隨單鹽濃度的增加而下降，單鹽Na2CO3脅迫下大麥芽長、芽重下降幅度最大，當Na2CO3濃度為200mmol/L時，大麥芽完全被抑制，芽長、芽重為零；其次為Na2SO4脅迫；單鹽NaHCO3和NaCl脅迫對大麥芽長、芽重的趨勢基本一致，隨單鹽濃度增加而下降，低濃度時NaCl脅迫對大麥芽長、芽重的抑制大于NaHCO3，高濃度時NaCl脅迫對大麥芽長、芽重的抑制小于NaHCO3?？傮w來看，4種單鹽脅迫對大麥種子芽長和芽重的抑制強度為Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl。

從表3來看，啤酒大麥芽長、芽重對Na2CO3最敏感，其次為Na2SO4、NaHCO3、NaCl。即啤酒大麥對4種單鹽脅迫的敏感性順序為:Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl。不同大麥品種對同一單鹽脅迫的敏感性亦存在較大的差異，甘啤5號耐鹽堿性好于甘啤4號。

2.4不同單鹽脅迫對大麥根數(shù)與根長的影響

圖4　不同單鹽脅迫對啤酒大麥根數(shù)的影響

圖5　不同單鹽脅迫對啤酒大麥根長的影響

從圖4、圖5看出:兩個不同品種大麥的根數(shù)、根長均隨單鹽濃度的增加而下降，當單鹽濃度為50mmol/L時，NaCl脅迫對大麥根數(shù)影響最大，其次為Na2SO4，而Na2CO3、NaHCO3脅迫下甘啤4號根數(shù)較對照增加，表明適當?shù)腘a2CO3、NaHCO3脅迫會促進甘啤4號根的發(fā)生，但抑制甘啤5號根的發(fā)生；當濃度高于50mmol/L時大麥根數(shù)隨單鹽濃度的增加而減少，當Na2CO3濃度達100mmol/L時，脅迫會完全抑制大麥根數(shù)增加，根數(shù)、根長為零；當單鹽濃度達200mmol/L時，NaHCO3脅迫會完全抑制大麥根數(shù)生長，以致根數(shù)、根長為零，而Na2SO4、NaCl脅迫則次之。大麥種子對4種單鹽脅迫的敏感性強弱順序是:Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。

從表3根數(shù)、根長的變異系數(shù)來看，啤酒大麥幼苗根數(shù)、根長對Na2CO3最敏感，變異系數(shù)較大，其次為NaHCO3、Na2SO4、NaCl，總體來看，4種單鹽脅迫對大麥種子根的影響為堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)>中性鹽(Na2SO4、NaCl)，堿性鹽中Na2CO3>NaHCO3，中性鹽中Na2SO4>NaCl，4種單鹽對大麥萌發(fā)期根抑制強弱順序為Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。品種間甘啤5號耐鹽堿性好于甘啤4號。

3　結(jié)論與討論

種子萌發(fā)在植物的整個生育期中是最敏感的時期，也是對鹽堿脅迫響應比較敏感的階段，較高的種子萌發(fā)力是植株在鹽分脅迫下能夠生長的基礎[7-8]，也是植物在鹽堿條件下生長發(fā)育的前提，決定作物的生長以及產(chǎn)量[9]，因此在鹽脅迫下研究種子萌發(fā)狀況具有重要的意義[3]。大麥種子的萌發(fā)期對自然環(huán)境的脅迫也比較敏感。雖然目前還沒有植物種子萌發(fā)階段與后期生長階段耐鹽性相關的證據(jù)[10]，但Asharf等研究表明，大麥種子萌發(fā)期鹽脅迫耐受程度與植株生長期相比差異較大。充分了解鹽堿對種子萌發(fā)的影響，探索鹽害機理是十分必要的。本試驗采用不同濃度的NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3鹽溶液對2個不同品種大麥種子進行脅迫處理，結(jié)果表明，2個不同品種大麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、芽重、根數(shù)、根長均隨單鹽濃度的增加而呈下降趨勢，而鹽害指數(shù)隨單鹽濃度的增加而上升，相關結(jié)果與盧艷敏等人研究結(jié)果一致[11-13]。本研究中50mmol/L的Na2CO3、NaHCO3會促進甘啤4號根萌發(fā)，當濃度高于50mmol/L時，大麥根數(shù)與根長隨單鹽濃度的增加而減少，當Na2CO3濃度達100mmol/L以上、NaHCO3濃度達200mmol/L時，單鹽脅迫會完全抑制大麥根的生長。鹽分是植物生長的必需元素，但是過量鹽分會影響植物生長[14-15]。低濃度鹽對植物種子萌發(fā)影響小或無影響，高濃度鹽強烈抑制植物種子萌發(fā)，樊瑞蘋等認為低濃度鹽能滿足植物種子萌發(fā)和幼苗對水分的需求，并且鹽中的無機離子作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在一定程度上還可以促進根系生長，所以不會造成鹽害[16]。

同一品種對不同單鹽脅迫的敏感程度不同。大麥品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根數(shù)、根長對Na2CO3脅迫最敏感，變異系數(shù)較大，其次是NaHCO3脅迫，再次為Na2SO4脅迫，而對NaCl脅迫敏感性最低；大麥品種的芽長、芽重對Na2CO3脅迫最敏感，變異系數(shù)較大，其次是Na2SO4脅迫，再次為NaHCO3脅迫，而對NaCl脅迫敏感性最低。4種單鹽對大麥發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根數(shù)、根長、根重、鹽害指數(shù)脅迫的敏感性順序是:堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)>中性鹽(Na2SO4、NaCl)，堿性鹽中Na2CO3>NaHCO3，中性鹽Na2SO4>NaCl；而對芽長、芽重的脅迫強弱順序是:Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl；并且鹽對根的抑制大于對芽的抑制。結(jié)果說明除了高濃度的鹽離子對種子萌發(fā)和幼苗生長具有抑制作用外，堿性鹽的高pH值也會對種子萌發(fā)和幼苗生長造成危害，這與盧艷敏等[13]的觀點也是一致的。黃立華等[17]認為堿性鹽的高pH值對種子萌發(fā)的抑制作用大于鹽分作用；顏宏等[18]認為堿性鹽對植物的脅迫作用與中性鹽脅迫不同。高濃度鹽分破壞了細胞質(zhì)膜的完整性，導致細胞膜選擇透過性下降，細胞離子平衡被打破[19-20]，造成離子毒害，進而誘導細胞死亡。其機理可能在于高鹽脅迫誘導激活了細胞內(nèi)類似于植物細胞程序性死亡的信號傳導途徑，使核酸酶活性增加，DNA降解，從而導致細胞死亡[21-22]。張萬鈞等[23]認為鹽可能對種子萌發(fā)過程中起關鍵作用的酶具有抑制作用。也有研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的鹽溶液將使酶活力受到抑制，淀粉和蛋白會分解，而大麥淀粉和蛋白的溶解程度會直接影響到大麥的萌發(fā)，在沒有足量的葡萄糖和氨基酸時，大麥的萌發(fā)會受到抑制，基本不萌發(fā)[24]。綜合各個指標看，品種間甘啤5號耐鹽堿性好于甘啤4號。選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的耐鹽堿大麥品種，對于擴大鹽堿地大麥種植面積，提高大麥產(chǎn)量具有重要的意義。

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Effects of Different Salts on Seed Germination and Seedling Growth of Barley

BAO Qi-jun, LIU Xiao-ning, ZHANG Hua-yu, XU Yin-ping,HUO Ke-cang, WU Wei-guo, PAN Yong-dong

(Institute of Economic Crops and Beer Materials，Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China)

The current research examined the impact of the stress of single salts-sodium chloride (NaCl), sodium sulfate (Na2SO4), sodium bicarbonate (NaHCO3), and sodium carbonate (Na2CO3)-at different concentrations on seed germination and seedling growth of two barley varieties, Ganpi 4 and Ganpi 5. As a result, an increase in the concentration of single salt led to reductions in parameters of seed germination and seedling growth (germination potential, germination rate, sprout length, sprout weight, root number, and root length) of the two varieties, but an rise in salt harm index. However, the root growth of Ganpi 4 was stimulated by sodium carbonate (Na2CO3) and sodium bicarbonate (NaHCO3) at low concentrations, but was inhibited by them at high concentrations; its root growth was completely inhibited by 100 mmol/L sodium carbonate (Na2CO3) or 200 mmol/L sodium bicarbonate (NaHCO3). The intensity of the salt stress resulting from four kinds of single salts on barley germination potential, germination rate, root number, root length, root weight and salt injury index of stress was in the following order: alkaline salt (Na2CO3, NaHCO3) > neutral salt(Na2SO4, NaCl); between two alkaline salts, Na2CO3>NaHCO3; and between two neutral salts, Na2SO4> NaCl. The impact of the four kinds of single salts on sprout length and weight displayed the following order: Na2CO3> Na2SO4> NaHCO3> NaCl. Moreover, the salt stress had a greater inhibitory effect on the roots than on the sprout, and Ganpi 5 showed stronger tolerance to saline-alkaline stress than Ganpi 4.

Barley; Salt stress; Germination

2015-05-05

國家大麥青稞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-05)；甘肅省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項(2012GAAS15-3)。

包奇軍(1978—)，男，副研究員，碩士，主要從事大麥育種及栽培技術(shù)研究；E-mail:baoqijun78@163.com。

潘永東(1962—)，男，研究員，主要從事大麥育種及栽培技術(shù)研究;E-mail:panyongdong1010@163.com。