鹽分和干旱脅迫對大豆種子萌發(fā)的影響

劉瑞霞 王國霞 劉宇邈 常書梅

【摘 要】本實驗以大豆為材料，以不同濃度的NaCl和不同質(zhì)量濃度的聚乙二醇溶液處理，研究鹽分和干旱這兩種逆境因素對大豆種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)NaCl溶液濃度在0～0.2mol/L時，其萌發(fā)率高達(dá)62%，而后隨著NaCl濃度的增加，種子的萌發(fā)率急劇下降，當(dāng)NaCl溶液濃度為1.0mol/L時，種子的萌發(fā)率為0，表明鹽分抑制種子的萌發(fā)；復(fù)水后，種子均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，隨著NaCl濃度的逐漸增加，大豆種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加。大豆種子的萌發(fā)率隨著聚乙二醇質(zhì)量濃度的增加而逐漸下降。復(fù)水后，種子均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，且隨著PEG質(zhì)量濃度的增加，大豆種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加。研究發(fā)現(xiàn)，鹽分和干旱脅迫對大豆種子萌發(fā)有抑制作用，但隨著脅迫程度下降，大豆能通過改變自身機(jī)能主動適應(yīng)輕度鹽分脅迫和干旱逆境。

【關(guān)鍵詞】大豆 萌發(fā) 鹽分脅迫 干旱脅迫

大豆（G.max（L.）Merr.）隸屬于蝶形花科（Faboideae， Papilionideae）大豆屬（Glycine），原產(chǎn)中國，現(xiàn)全世界廣為栽培，是我國四大油料作物之一，各地均產(chǎn)，以東北、華北為主。大豆富含蛋白質(zhì)（38%）和脂肪（18～20%）?？芍贫垢褪秤糜蚚1]。

大豆具有喜溫、喜光照、喜濕等特性，但由于我國是世界上鹽堿地較多的國家，各種鹽漬土地總面積約3460hm2，耕種土地的鹽堿化總面積達(dá)760萬hm2，近20%耕種土地發(fā)生鹽堿化，再加上頻繁的土地干旱的發(fā)生、化肥的使用和灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使得越來越多的土地面積趨向于鹽堿化，這已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)正常生長發(fā)展的重要障礙。

因此，在鹽堿化土地上種植大豆成為一個亟待解決的重大問題。本次實驗就用不同濃度的NaCl溶液和不同質(zhì)量濃度的聚乙二醇（PEG）對大豆種子進(jìn)行處理，通過測定其發(fā)芽率，分析大豆種子在鹽分脅迫和干旱脅迫下的種子萌發(fā)情況，為探討大豆對鹽分和干旱脅迫的適應(yīng)機(jī)理，擴(kuò)大大豆的種植規(guī)模，選育耐鹽品種和防止鹽害及開發(fā)利用鹽堿地土地提供理論依據(jù)[2]。

1 材料與方法

1.1植物材料

高蛋白大豆新品種‘科新3號。

1.2儀器與用具

光照培養(yǎng)箱，電子天平，磁力攪拌器，磁力攪拌子，燒杯（500ml），量筒（500ml），容量瓶，試劑瓶，培養(yǎng)皿，小鑷子，玻璃棒，膠頭滴管，小噴霧器，記號筆，標(biāo)簽，吸水紙，廢液杯。

1.3試劑

NaCl，PEG-6000，滅菌蒸餾水，75%乙醇，次氯酸鈉（NaClO）溶液。

1.4試劑的配制

把NaCl分別配制成濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mol/L的NaCl溶液，并分別裝入容量瓶。

把PEG-6000分別配制成質(zhì)量濃度為10%、15%、20%、30%和50%的PEG-6000溶液，并分別裝入容量瓶中。

NaClO溶液配制成0.5%的NaClO消毒液。

1.5種子與器皿的消毒

選取飽滿、色澤良好、無損傷的科新3號大豆種子900粒裝入燒杯中，向燒杯中倒入NaClO消毒液使其浸沒大豆，可以適當(dāng)搖晃燒杯，使種子與消毒液充分接觸，消毒15min。然后倒掉消毒液，加入滅菌蒸餾水搖動，倒掉，反復(fù)清洗5或6次[3]。然后放入蒸餾水中浸泡1小時使種子吸脹吸水促進(jìn)萌發(fā)。

用75%的酒精清洗培養(yǎng)皿并用滅菌蒸餾水沖洗干凈。

1.6種子的培養(yǎng)

1.6.1 NaCl脅迫實驗種子的培養(yǎng)

將消毒并經(jīng)過吸脹后的大豆種子分別裝入12個培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中50粒，然后用膠頭滴管分別從已配制好的以上濃度梯度的NaCl溶液中吸取溶液滴入各培養(yǎng)皿中，剩下的一個向其中滴入蒸餾水作為對照實驗，并寫好標(biāo)簽貼于皿底，最后將培養(yǎng)皿蓋子蓋上放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為12h光照12h黑暗，溫度設(shè)置為12℃。為保證種子生長環(huán)境的濕潤，向培養(yǎng)箱中放入盛水的燒杯或者用噴霧器定時噴水。

1.6.2 PEG-6000脅迫實驗種子的培養(yǎng)

在經(jīng)過消毒后的培養(yǎng)皿中分別鋪兩層濾紙，將消毒后的大豆種子分別裝入6個培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中50粒，然后用膠頭滴管向其中滴入已配好的不同質(zhì)量濃度的PEG-6000溶液，其中一個培養(yǎng)皿中滴入蒸餾水作為對照實驗，滴好后再在種子上蓋上一層濕濾紙，并寫好標(biāo)簽貼于皿底，培養(yǎng)條件為12h光照12h黑暗，溫度設(shè)置為12℃，以后每天對其處理滴加適量PEG-6000溶液，以保持濾紙濕潤，防治水勢變動[4]。為保證種子生長環(huán)境的濕潤，向培養(yǎng)箱中放入盛水的燒杯或者用噴霧器定時噴水。

經(jīng)5天培養(yǎng)后，將沒有萌發(fā)的種子用蒸餾水沖洗三次后轉(zhuǎn)移至新的消毒培養(yǎng)皿中滴入蒸餾水繼續(xù)培養(yǎng)5天，測定種子的恢復(fù)萌發(fā)率和最終萌發(fā)率。

恢復(fù)萌發(fā)率（%）=[（a-b）/（c-b）]×100

最終萌發(fā)率（%）=（a/c）×100

其中，a是全部時間的種子萌發(fā)數(shù)，b是鹽溶液中的種子萌發(fā)數(shù)，c是實驗中用該處理的全部種子數(shù)[5]。

2 結(jié)果分析

2.1鹽分脅迫對種子萌發(fā)的影響

2.1.1不同NaCl濃度處理下種子的萌發(fā)率

將大豆種子放置在不同濃度梯度下的NaCl溶液中，于12℃（12h光照12h黑暗）下培養(yǎng)5天，每24h統(tǒng)計一次種子的萌發(fā)情況，并計算其萌發(fā)率（見表1、表2）。

大豆種子的萌發(fā)率隨著NaCl濃度的增加而逐漸降低。當(dāng)在0～0.2 mol/L NaCl溶液中時，其萌發(fā)率高達(dá)62%；當(dāng)在0.6～0.9 mol/L NaCl溶液中時，其萌發(fā)率低于16%；當(dāng)在1.0 mol/L NaCl溶液中時，大豆種子基本不萌發(fā)；表明鹽分抑制種子的萌發(fā)，不同濃度的鹽分溶液中，大豆種子的萌發(fā)率不同，隨著鹽分濃度的逐漸增加，大豆種子的萌發(fā)率逐漸下降，即鹽分對種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制。

2.1.2 不同NaCl濃度處理下種子的恢復(fù)萌發(fā)率

以上實驗進(jìn)行至5天后，將未萌發(fā)的種子轉(zhuǎn)移到蒸餾水中繼續(xù)培養(yǎng)5天，觀察并記錄不同鹽濃度處理的種子的萌發(fā)恢復(fù)情況，并計算其恢復(fù)萌發(fā)率。不同NaCl濃度下的大豆種子的萌發(fā)數(shù)（表3）和萌發(fā)率（表4）如下。

復(fù)水后，種子均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，隨著NaCl濃度的逐漸增加，大豆種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加。其中在低濃度（0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mol/L）的NaCl溶液中的大豆種子恢復(fù)萌發(fā)率較低，較高濃度（0.7、0.8、0.9、1.0mol/L）的NaCl溶液中的種子恢復(fù)萌發(fā)率較高。

2.2 PEG脅迫對種子萌發(fā)的影響

2.2.1不同質(zhì)量濃度PEG-6000溶液處理下種子的萌發(fā)率

將大豆種子放置在不同質(zhì)量濃度梯度下的PEG-6000溶液中，于12℃（12h光照12h黑暗）下培養(yǎng)5天，每24h統(tǒng)計一次種子的萌發(fā)情況，所記錄的萌發(fā)數(shù)9（表5）和萌發(fā)率結(jié)果見下和（表6 ）。

在不同的干旱脅迫下，大豆種子的萌發(fā)率也不同，且隨著聚乙二醇質(zhì)量濃度即干旱脅迫的增加而逐漸下降。較低質(zhì)量濃度聚乙二醇脅迫下種子萌發(fā)速率較快，較高質(zhì)量濃度脅迫下種子萌發(fā)速率緩慢甚至不萌發(fā)，如在50%質(zhì)量濃度下，種子不萌發(fā)，即干旱抑制種子的萌發(fā)。

2.2.2不同質(zhì)量濃度PEG-6000溶液處理下種子的恢復(fù)萌發(fā)率

將未萌發(fā)的種子拿出來沖洗干凈后放入蒸餾水中繼續(xù)做萌發(fā)實驗，每天統(tǒng)計一次，連續(xù)觀察5天后，記錄的萌發(fā)情況（表7和表8）如下。

復(fù)水后，種子均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，且隨著PEG質(zhì)量濃度的增加，大豆種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加，且高濃度PEG-6000質(zhì)量濃度之間的恢復(fù)萌發(fā)率差異顯著，如20%～50%。

3.結(jié)論與討論

3.1鹽分脅迫對大豆種子萌發(fā)影響的結(jié)果討論

比較0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mol/LNaCl溶液中的大豆種子萌發(fā)率，得出結(jié)論：鹽分濃度不同的溶液中，大豆種子的萌發(fā)率不同，且隨著鹽分濃度的增加，萌發(fā)率降低，表明鹽分抑制萌發(fā)。

未萌發(fā)的種子復(fù)水后，觀察記錄萌發(fā)率，得出結(jié)論：種子復(fù)水后均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，且隨著鹽分濃度的增加，種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加。

種子的萌發(fā)是植物生長過程中的重要階段，其萌發(fā)和耐鹽能力經(jīng)常會影響植物種群的分布范圍。生長在鹽堿化土地中的植物種子往往具有在鹽濃度較高條件時能夠保持生命活力的能力，而且在鹽濃度降低后可以恢復(fù)萌發(fā)，甚至?xí)霈F(xiàn)積累萌發(fā)率加大現(xiàn)象，這種嚴(yán)酷的環(huán)境條件使植物通過產(chǎn)生不同的生活史策略來增強(qiáng)其對環(huán)境的適應(yīng)能力。許多鹽生植物的種子會在多雨和潛在蒸發(fā)量較低的季節(jié)萌發(fā)，此時因為降雨或蒸發(fā)量低而使土壤溶液中的鹽濃度降低，同時種子內(nèi)部的水勢升高，因此萌發(fā)被促進(jìn)[6]。

比較0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mol/LNaCl溶液中的大豆種子萌發(fā)率，大豆種子的萌發(fā)率隨著鹽分濃度的增加而降低，表明鹽分能抑制大豆種子萌發(fā)。將未萌發(fā)的種子復(fù)水后，均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，且隨著鹽分濃度的增加，種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加。其中較低濃度（0.05～0.6mol/L）的鹽溶液中培養(yǎng)的種子轉(zhuǎn)移至蒸餾水后，種子的恢復(fù)萌發(fā)率較低；而在高濃度（0.7～1.0mol/L）鹽溶液中培養(yǎng)的種子轉(zhuǎn)移至蒸餾水中后，其恢復(fù)萌發(fā)率較高，因為低濃度鹽分中大多種子已萌發(fā)，其中沒有萌發(fā)的種子有可能生活力低，對其復(fù)水后也不能萌發(fā)。此結(jié)果與新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)周平的實驗溫度、鹽分及干旱脅迫對白梭梭種子萌發(fā)的影響的結(jié)果一致。

3.2干旱脅迫對大豆種子萌發(fā)影響的結(jié)果討論

比較0、10%、15%、20%、30%和50%質(zhì)量濃度PEG-6000溶液中的大豆種子的萌發(fā)率，得出結(jié)論：不同干旱脅迫下，大豆種子的萌發(fā)率不同，且隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，種子的萌發(fā)率降低，50%濃度下甚至不萌發(fā)。

未萌發(fā)的種子復(fù)水后，觀察記錄萌發(fā)率，得出結(jié)論：復(fù)水后，大豆種子均有恢復(fù)萌發(fā)的能力，隨著PEG-6000質(zhì)量濃度的增加，種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增加，且PEG濃度越高，種子萌發(fā)率增加也愈顯著。

大豆種子的萌發(fā)率隨著干旱脅迫程度的增加而逐漸降低，干旱脅迫程度較低的種子迅速萌發(fā)，干旱脅迫程度較高的萌發(fā)率較低，PEG濃度50%時甚至不萌發(fā)。本實驗結(jié)論表明：生長環(huán)境的含水量是影響種子萌發(fā)的一個關(guān)鍵因素，如果種子得不到充足的水分，將會對種子的萌發(fā)產(chǎn)生抑制。

在現(xiàn)在土地荒漠化逐漸加重的情況下，植物種子萌發(fā)所依賴的重要環(huán)境條件是降雨的分布和降雨量，只有水分充足，種子能夠順利經(jīng)過吸脹作用，其才可以正常萌發(fā)。干旱脅迫是影響植物正常生長發(fā)育的主要非生物脅迫因素之一，種子萌發(fā)階段是檢驗植物抗旱性能力的關(guān)鍵時期，它與植物的出苗息息相關(guān)。周平對白梭梭種子的研究[7]表明，PEG對種子的干旱脅迫處理可以使種子萌發(fā)階段的抗逆性提高。還有研究表明，種子萌發(fā)率及其速率隨著水勢的下降而降低。本實驗結(jié)果與他們的研究結(jié)論相同，即干旱脅迫程度較低時，大豆種子迅速萌發(fā)，而干旱脅迫程度較高時，種子萌發(fā)受到抑制甚至不萌發(fā)。

將未萌發(fā)的大豆種子放到蒸餾水中復(fù)水后，其具有恢復(fù)萌發(fā)的能力，且隨著干旱脅迫程度的增加，種子的恢復(fù)萌發(fā)率逐漸增大。大豆種子的復(fù)水實驗結(jié)果表明：當(dāng)具有充足的水分時，水分會和鹽分相結(jié)合，從而增加種子周圍的水勢，由于種子內(nèi)的水勢處于相對較低狀態(tài)，在這種情況下，種子將會吸水而促進(jìn)萌發(fā)恢復(fù)。在PEG濃度較低即干旱脅迫程度較低時大豆種子迅速萌發(fā)，它們能夠利用充足的水分在較短時間內(nèi)快速萌發(fā)；而在PEG濃度較高時，種子將會采取一部分先萌發(fā)的策略，這樣不至于種子都不萌發(fā)的現(xiàn)象出現(xiàn)，避免了種群滅絕現(xiàn)象，對種子適應(yīng)干旱環(huán)境有很大的積極意義[8]。

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作者簡介：劉瑞霞（1981-），女（漢），河南?？h人，博士，講師，主要從植物逆境生理學(xué)研究。