NaCl和NaHCO3脅迫對蕎麥種子萌發(fā)的影響

， ， ， ， ， ， ， (.天津農(nóng)學院園藝園林學院， 天津 0084； .天津市農(nóng)業(yè)技術推廣站， 天津 00060；.天津市翠屏湖科學園， 天津 0908)

NaCl和NaHCO3脅迫對蕎麥種子萌發(fā)的影響

裴毅1，祁欣2，劉芳3，王藺平1，聶江力1，楊雪君1，張偉1，毛金楓1
(1.天津農(nóng)學院園藝園林學院， 天津 300384； 2.天津市農(nóng)業(yè)技術推廣站， 天津 300060；3.天津市翠屏湖科學園， 天津 301908)

采用單鹽脅迫的方法，研究NaCl和NaHCO3脅迫及解除脅迫對蕎麥種子萌發(fā)的影響，探討蕎麥種子的耐鹽堿能力。結(jié)果表明，隨著NaCl和NaHCO3濃度的增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、胚根長、苗鮮重總體呈下降趨勢；NaCl脅迫下蕎麥種子萌發(fā)的耐鹽濃度、半數(shù)抑制濃度、極限濃度分別為17.693‰、19.703‰、21.713‰； NaHCO3脅迫下蕎麥種子萌發(fā)的耐鹽濃度、半數(shù)抑制濃度、極限濃度分別為13.098‰、16.938‰、20.777‰；清水復萌試驗表明，蕎麥種子經(jīng)NaCl脅迫后的復萌率隨濃度的增加而增加；蕎麥種子經(jīng)NaHCO3脅迫后復萌率為0。

蕎麥； 種子； NaCl； NaHCO3； 脅迫

土壤鹽漬化是限制植物生長的主要環(huán)境因素之一，表現(xiàn)為“滲透脅迫”、“離子失調(diào)”、“膜透性改變”、“氧化脅迫和代謝紊亂”等，尤其在種子萌發(fā)階段，對鹽堿的脅迫尤為敏感[1]。在我國鹽堿土主要分布于北方和沿海地區(qū)，因此，在人口不斷增加、耕地日趨減少的情況下，研究植物的耐鹽能力，對鹽堿土的開發(fā)利用，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義[1-2]。

蕎麥(FagopyrumesculentumMoench)屬蓼科蕎麥屬雙子葉禾谷類作物，一年生，種子三角形，是世界上一種重要的雜糧作物，也是我國古老的農(nóng)作物之一[3]，在我國有兩千多年的種植歷史，大部分地區(qū)都有栽種[3-4]。蕎麥富含蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、粗纖維、維生素、礦物元素等，營養(yǎng)成分比較全面[4]。從唐代以來的歷代著名中醫(yī)方劑中都有記載，蕎麥有入藥治病的作用，《本草綱目》中記載蕎麥有“實腸胃、益氣力、續(xù)精神、能煉五臟滓穢”的作用[4]?，F(xiàn)代研究表明，蕎麥含有豐富的黃酮類物質(zhì)，有清除自由基的能力，具有延緩衰老和防止心腦血管疾病的作用，還能有效控制和治療高血壓、高血脂和糖尿病、促進消化、提高人體免疫力等作用[4]，具有很高的藥用價值。

研究鹽堿脅迫對蕎麥種子萌發(fā)的影響，對蕎麥的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論參考，進而因地制宜擴大蕎麥種植面積，提高種植潛力，對增加蕎麥的經(jīng)濟效益和社會效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材 料

以蕎麥種子為試驗材料，現(xiàn)蕎麥種子標本存放于天津農(nóng)學院園藝園林學院。

1.2 試驗儀器與用具

培養(yǎng)皿、濾紙、鑷子、電子天平、直尺、量筒、燒杯、容量瓶、玻璃棒、錐形瓶、試劑瓶、剪刀、刷子、標簽紙，恒溫培養(yǎng)箱等。

1.3 溶液的配制

以蒸餾水作為溶劑配制1‰的KMnO4溶液，以蒸餾水作為溶劑分別配制NaCl和NaHCO3的2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰、14‰、16‰、18‰、20‰、22‰、24‰溶液。

1.4 種子預處理

將供試的蕎麥種子放在蒸餾水中漂洗3次，除去雜質(zhì)，選取籽粒飽滿、大小一致的蕎麥種子用1‰的KMnO4消毒15 min，用蒸餾水沖洗至種皮上沒有KMnO4顏色，再用60 ℃的水浸泡45 min，濾紙吸干種子表面水分，備用。

1.5 試驗方法

采用培養(yǎng)皿(9 cm)紙上發(fā)芽法[5]，在潔凈的培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙，將預處理好的種子放在濾紙上，再覆1層濾紙，加蓋。以蒸餾水為對照組，分別加入上述不同濃度的NaCl和NaHCO3溶液，到濾紙吸收飽和并稍有溢出為止，然后將培養(yǎng)皿立起垂直，傾出多余的溶液，各處理均重復3次，每個重復30粒種子。置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)觀察。每天定時添加1次相應濃度的鹽堿溶液，對照組添加蒸餾水，觀察并記錄蕎麥種子的發(fā)芽情況，第7天取出已經(jīng)發(fā)芽的種苗，測定苗鮮重、胚根長。

復萌試驗[5]，將經(jīng)過鹽堿脅迫處理，未發(fā)芽的蕎麥種子取出，用蒸餾水清洗，重新放入干凈的培養(yǎng)皿中，方法同上，滴加蒸餾水，每日定時觀察并記錄蕎麥種子復萌情況，連續(xù)觀察5 d，計算復萌率。

1.6 試驗指標的測定

以胚根突破種皮達到種子長度的一半為種子發(fā)芽標準，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢[5]。

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(%)=3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

相對發(fā)芽率(%)=某一鹽處理下的發(fā)芽率/對照組的發(fā)芽率×100%;

相對鹽害率(%)=(對照組發(fā)芽數(shù)-各處理發(fā)芽數(shù))/對照組的發(fā)芽數(shù)×100%;

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(第t天種子的萌發(fā)數(shù)/相應的種子發(fā)芽天數(shù));

活力指數(shù)(VT)=發(fā)芽指數(shù)×苗鮮重;

復萌率(%)=復萌的種子數(shù)/經(jīng)鹽脅迫未萌發(fā)種子數(shù)×100%。

耐鹽程度分析[5]：耐鹽濃度(適宜值)：相對發(fā)芽率達到75%時的鹽濃度；半數(shù)抑制濃度(臨界值)：相對發(fā)芽率達到50%時的鹽濃度；極限濃度：相對發(fā)芽率達到25%時的鹽濃度。

1.7 數(shù)據(jù)處理

本試驗數(shù)據(jù)用SPSS 19.0軟件[5]和Office Excel 2007軟件進行方差分析和圖表的繪制，其中不同鹽堿處理水平之間，不同測量生理指標之間均采用單因素方差分析，運用LSD和Duncan(D)兩兩比較。耐鹽程度分析的計算是利用SPSS軟件中的Probit(概率單位)回歸分析[5]“濃度-相對發(fā)芽率”關系。

2 結(jié)果與分析

2.1 在NaCl溶液脅迫處理下蕎麥種子萌發(fā)狀況

不同濃度NaCl對蕎麥種子影響不同。如表1所示，2‰、4‰、6‰、8‰濃度組發(fā)芽率皆高于對照組，差異不顯著；10‰、12‰、14‰、16‰濃度發(fā)芽率皆低于對照組，差異不顯著；18‰濃度組顯著低于對照組；20‰、22‰、24‰濃度組極顯著低于對照組。4‰、6‰、8‰濃度組發(fā)芽勢高于對照組，差異不顯著；10‰、12‰、14‰濃度組發(fā)芽勢低于對照組，差異不顯著；16‰濃度組發(fā)芽勢顯著低于對照組，20‰濃度組發(fā)芽勢極顯著低于對照組。在4‰時發(fā)芽率達到最高(94.44%)，后隨濃度升高發(fā)芽率逐漸下降，相對鹽害率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)同樣的變化趨勢。

圖1 不同濃度NaCl脅迫對蕎麥種子的累積發(fā)芽曲線

不同濃度NaCl脅迫對蕎麥種子發(fā)芽進程的影響，如圖1，經(jīng)處理第1天，對照組發(fā)芽率為62.2%，2‰濃度組發(fā)芽率達80%，為所有濃度中發(fā)芽率最高，從2‰濃度組開始發(fā)芽率下降，18‰濃度組發(fā)芽率為0；處理第2天，對照組發(fā)芽率為87.80%，2‰濃度組發(fā)芽率為88.90%，4‰濃度組發(fā)芽率為90%，達到所有濃度中最高，從4‰濃度組開始發(fā)芽率下降， 22‰濃度組發(fā)芽率為0；處理第3天，對照組發(fā)芽率為88.90%，2‰濃度組發(fā)芽率為88.90%，4‰濃度組發(fā)芽率依然為最高，達到93.30%，所有濃度組均有發(fā)芽；處理第4天，所有濃度組發(fā)芽率基本穩(wěn)定，4‰濃度組最高。可以看出低于8‰濃度組有不同程度促進蕎麥萌發(fā)，沒有出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。濃度大于8‰后，隨NaCl濃度的升高蕎麥種子萌發(fā)進程有明顯的延遲現(xiàn)象。

表1 在NaCl溶液脅迫處理下蕎麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢

NaCl濃度(‰)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)相對發(fā)芽率(%)相對鹽害率(%)ck91．11aAB88．89aABC——292．22aA88．89aABC101．22-1．22494．44aA93．33aA103．65-3．65693．33aA91．11aA102．43-2．43893．33aA90．00aAB102．44-2．441088．89aAB85．56aABC97．972．031288．89aAB83．33abABC97．752．251488．89aAB83．33abABC97．562．441683．33abAB71．11bBC91．708．301876．67bB70．00bC84．4715．532044．47cC21．11cD49．1750．832212．60dD5．56dD12．0088．00245．57dD5．56dD6．2793．73

注：表中同列不同字母abc表明差異顯著，plt;0.05下顯著性差異；不同字母ABC表明差異極顯著，plt;0.01。下同。

2.2 NaCl脅迫對蕎麥幼苗胚根長度和苗鮮重的影響

結(jié)合表2和圖2可知，隨著NaCl濃度的升高，蕎麥的根長、根重、苗鮮重都明顯下降。由差異顯著分析可知，4‰濃度試驗組根長低于對照組，差異極顯著；2‰濃度試驗組的苗鮮重低于對照組，差異顯著；2‰濃度試驗組根重低于對照組，差異顯著。隨著NaCl濃度升高，蕎麥根長、根重、苗鮮重與對照組差異顯著性增強，對蕎麥根生長影響越大，越不利于其生長。活力指數(shù)同樣隨濃度的升高而降低。

表2 在NaCl溶液脅迫處理后的蕎麥苗重量和長度

NaCl濃度(‰)根長(mm)苗重(g)根重(g)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)ck7．12aA0．141aA0．084aA61．48abAB8．67aA26．78aA0．119bAB0．071bA64．93aAB7．73abA44．12bB0．113bcB0．055cB66．88aA7．22bAB62．58cC0．103bcB0．038dC61．13abAB6．29cBC81．68dD0．093cBC0．024eCD57．49bcBC5．35cC101．18deDE0．071dCD0．017eDE51．23cdCD3．64dD121．08deDEF0．071dCD0．017eDEF52．12cdCD3．70dD140．94efDEF0．07deCD0．015efDEF47．42dD3．32dD160．6efgEF0．058deD0．005fEF31．39eE1．82eE180．54efgEF0．056deD0．006fEF30．91eE1．73eE200．36fgEF0．05deD0．004fEF11．32fF0．57fEF220．2gF0．048eD0．001gF3．25gFG0．15fF240．00gF0．00eD0．00gF1．82gG0．00fF

2.3 NaHCO3脅迫下蕎麥種子萌發(fā)狀況

不同濃度的NaHCO3脅迫對種子發(fā)芽的影響不同，如表3所示，蕎麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對鹽害率隨NaHCO3濃度變化而變化。隨著NaHCO3濃度升高，蕎麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢逐漸下降，2‰、4‰、6‰、8‰、10‰濃度組發(fā)芽率低于對照組，差異不顯著；12‰濃度時的發(fā)芽率極顯著低于對照組。12‰濃度時發(fā)芽勢顯著低于對照組，16‰濃度時發(fā)芽勢與對照組差異達到極顯著；相對鹽害率隨NaHCO3濃度增加而升高，24‰濃度時達到93.73%。

注：濃度從左到右依次是ck、4‰、6‰、10‰、14‰、16‰。圖2 NaCl脅迫下第4天的種子發(fā)芽情況

圖3 不同濃度NaHCO3脅迫對蕎麥種子的累積發(fā)芽曲線

表3 NaHCO3溶液脅迫處理下蕎麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢

NaHCO3濃度(%)發(fā)芽率(%)發(fā)芽勢(%)相對發(fā)芽率(%)相對鹽害率(%)ck91．11aA91．11aA——288．89aAB88．89aA97．552．56487．78aAB87．78abA96．353．93687．78aAB84．43abcA96．347．41881．11abABC81．11abcAB89．0210．381081．11abABC81．11abcAB89．0011．001275．56bBC74．44cbdAB82．9319．351474．44bBC73．33cdAB81．7020．631668．89bC63．33dB75．6124．481847．78cD43．33eC52．4447．442013．34dE12．22fD14．6485．122211．11dE10．0fD12．1887．94245．56dE4．44fD6．1293．73

不同濃度NaHCO3對蕎麥種子發(fā)芽進程的影響見圖3，經(jīng)過1 d處理，對照組發(fā)芽率為71.11%，2‰濃度組發(fā)芽率為66.67%，隨著濃度的增加發(fā)芽率逐漸下降，直到24‰濃度組發(fā)芽率為0。經(jīng)過3 d處理，對照組發(fā)芽率為88.89%，24‰濃度組發(fā)芽率為4.44%。

2.4 NaHCO3脅迫對蕎麥幼苗胚根長度和苗鮮重的影響

圖4是NaHCO3處理下第4天種子的發(fā)芽情況，能很清晰地看出，隨著濃度的升高，蕎麥種子的根長下降。結(jié)合表4可知，對照組根長達到7.12 cm、根重為0.084 g、苗鮮重0.141 g，均與試驗組差異顯著。不同濃度的NaHCO3試驗組之間根長、苗鮮重、芽重差異顯著，隨著NaHCO3濃度的增大蕎麥胚根長度下降，苗鮮重下降。第4天濃度為4‰的蕎麥根尖出現(xiàn)褐變，隨著濃度升高，褐變程度越明顯。說明隨著NaHCO3濃度增大對蕎麥種子的傷害越大。

2.5 解除鹽脅迫后蕎麥種子的復萌情況

經(jīng)NaCl和NaHCO3溶液脅迫處理后，未萌發(fā)的蕎麥種子解除脅迫復萌情況，如表5所示，NaCl溶液脅迫低于18‰濃度的試驗組復萌率皆為0，超過18‰濃度，蕎麥種子有復萌，且隨NaCl濃度的增加蕎麥種子的復萌率增加。經(jīng)NaHCO3溶液脅迫的蕎麥種子，解除脅迫后復萌率全部為0，說明經(jīng)NaHCO3溶液脅迫未萌發(fā)的蕎麥種子全部失去生命活力。

注：濃度從左到右依次是ck、4‰、8‰、10‰、14‰、18‰。圖4 NaHCO3脅迫下第4天的種子發(fā)芽情況

表4 NaHCO3溶液脅迫處理的蕎麥幼苗的重量和長度

NaHCO3濃度(‰)苗鮮重(g)根重(g)根長(mm)發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)00．141aA0．084aA7．12aA64．48aA9．09aA20．130abAB0．068bB4．8bB61．97abA8．06abAB40．116bcBC0．047cC2．93cC61．10abA7．09bcAB60．103cdCD0．029dD1．92dD60．27abA6．21cdBC80．088deDE0．022deDE1．5dDE60．09abA5．29deCD100．073efEF0．014eE0．9eEF57．09abAB4．17efDE120．061fF—0．49efF52．63bcAB3．21fgEF140．063fF—0．47efF46．93cBC2．96fgEF160．055fF—0．35efF38．03dCD2．09gF180．058fF—0．31fF31．72dD1．84gF20———7．34eE—22———4．78eE—24———2．04eE—

2.6 蕎麥種子的耐鹽程度分析

從圖5、圖6可看出，不同濃度NaCl和NaHCO3溶液處理的蕎麥苗鮮重、胚根長隨NaCl和NaHCO3濃度的增加持續(xù)下降，且對胚根的生長抑制作用更明顯。

表5 解除脅迫后蕎麥種子的復萌率

NaCl濃度(‰)復萌率(%)NaHCO3濃度(‰)復萌率(%)20cC2040cC4060cC6080cC80100cC100120cC120140cC140160cC160185cBC1802014．2bcABC2002216．77abAB2202429．6aA240

注：小寫字母為plt;0.05，表示差異顯著；大寫字母為plt;0.01，表示差異極顯著。

圖5 不同濃度的鹽堿脅迫下蕎麥種子的苗鮮重

圖6 不同濃度鹽堿溶液脅迫下蕎麥的胚根長度

SPSS軟件中的“概率單位回歸”可以用于分析“濃度-反應”關系，通過利用相對鹽害率計算求出半數(shù)抑制濃度、耐鹽濃度。

蕎麥種子對NaCl脅迫耐受程度得出模型方程為：Y=6.612-0.336x；耐鹽濃度為17.693‰，95%置信限度：上限19.297‰、下限14.973‰；半數(shù)抑制濃度為19.703‰，95%置信限度：上限21.786‰、下限17.976‰；極限濃度為21.713‰，95%置信限度：上限25.201‰、下限20.053‰。

NaHCO3脅迫下蕎麥種子耐受模型方程為：Y=2.975-0.176x；耐鹽濃度為13.098‰，95%置信限度：上限14.509‰、下限11.349‰；半數(shù)抑制濃度為16.938‰，95%置信限度：上限18.535‰、下限15.548‰；極限濃度為20.777‰，95%置信限度：上限23.207‰、下限19.102‰。

3 討論與結(jié)論

發(fā)芽率和發(fā)芽勢是判定種子活力的重要指標，根據(jù)種子在不同濃度鹽堿溶液處理種子發(fā)芽情況，可以判定種子發(fā)芽時的耐鹽能力。高濃度的鹽環(huán)境會導致植物的離子失衡和高滲脅迫[6]，在高鹽高堿環(huán)境下，種子不能從外界吸收足夠的水分來合成萌發(fā)所需的各種酶和結(jié)構(gòu)蛋白，難以完成細胞分裂分化、胚生長，從而降低了種子萌發(fā)率[7]。從本試驗結(jié)果可以看出，當NaCl溶液濃度小于4‰時，種子發(fā)芽率隨溶液濃度增高而增高；當NaCl溶液濃度大于4‰時，種子發(fā)芽率會隨溶液濃度增高而降低，濃度大于8‰后發(fā)芽率低于對照組，而活力指數(shù)則一直隨溶液濃度增高而降低。與程玉杰等[6]研究NaCl脅迫對蕎麥種子萌發(fā)的影響試驗結(jié)果一致，所以說明低濃度NaCl溶液對蕎麥種子的萌發(fā)具有一定的促進作用，高濃度則抑制其萌發(fā)。

NaHCO3溶液脅迫下，發(fā)芽率、發(fā)芽勢隨NaHCO3溶液濃度增加而降低，各濃度組發(fā)芽率、發(fā)芽勢均低于對照組。相對鹽害率隨濃度的增加而增加，說明不同濃度的NaHCO3溶液都會影響蕎麥種子的發(fā)芽，隨濃度的增加，對蕎麥種子發(fā)芽抑制作用增強。

鹽堿脅迫對種子發(fā)芽的影響多以對胚根的影響作為指標之一，種苗鮮重和胚根長度是種子發(fā)芽質(zhì)量的2個重要指標[8]。隨著NaCl和NaHCO3濃度升高蕎麥鮮重和胚根長度受到明顯的抑制作用，呈下降趨勢，鹽堿濃度升高，使植物吸水困難，正常的生理過程受到干擾，影響胚根的正常生長。當2種溶液濃度達到18‰時對根長和苗鮮重影響極顯著，胚根長度趨近于零，大于18‰濃度組因胚根太短沒有測量價值?？煽闯?，相同濃度的NaHCO3溶液比相同濃度的NaCl溶液對蕎麥的脅迫作用大。

種子在鹽溶液中受到滲透脅迫時，通常在細胞內(nèi)積累滲透保護物質(zhì)以降低細胞的滲透勢來保護細胞不受破壞[9]，同時種子在不適宜環(huán)境下可通過休眠來抵御不良環(huán)境，待環(huán)境適宜后打破休眠繼續(xù)萌發(fā)。18‰～24‰濃度的NaCl溶液使大部分蕎麥種子處于休眠狀態(tài)，清水處理后出現(xiàn)復萌，隨濃度的增加復萌率顯著增加。而堿脅迫對種子萌發(fā)的影響可能是極其復雜的,高堿濃度下,高pH值可能造成種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)被分解和破壞,甚至導致種子死亡[9]。本試驗中經(jīng)NaHCO3處理未萌發(fā)的蕎麥種子，在清水處理后也沒出現(xiàn)復萌現(xiàn)象，種子失去生命活力。

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Effect of the NaCl and NaHCO3Stress on the Seeds Germination ofFagopyrumesculentum

PEIYi1，QIXin2，LIUFang3，WANGLinping1，NIEJiangli1，YANGXuejun1，ZHANGWei1，MAOJinfeng1
(1.College of Horticulture and Landscape,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China；2.Tianjin Agrotechnique Extending Station,Tianjin 300060,China；3.Tianjin Cuiping Lake Science Park,Tianjin 301908,China)

In order to investigate salinity resistance ofFagopyrumesculentum,by using single salt stress method,effect of NaCl and NaHCO3stress on seeds germinations ofF.esculentumand salt stress recovery were studied.The results showed that with increasing of NaCl and NaHCO3,germination rate,germination potential,the relative germination rate,radicle length,seedling fresh weight ofF.esculentumwere reduced.The salt tolerance concentration,half inhibition concentrations and limiting concentration of NaCl stress onF.esculentumwere 17.693‰、19.703‰、21.713‰；The salt tolerance concentration,half inhibition concentrations and limiting concentration of NaHCO3stress onF.esculentumwere 13.098‰、16.938‰、20.777‰；After the stress being removed,recovery germination rate of NaCl stress onF.esculentumwas increased with NaCl concentrations increasing.The recovery germination rate of NaHCO3stress was 0%.Therefore,F.esculentumseeds had certain salinity and alkali resistance.

Fagopyrumesculentum; seeds; NaCl； NaHCO3； stress

2016-05-17

天津市科技計劃項目(編號：13 ZLZLZF 05700)；國家自然科學基金項目(編號：31100401);天津市科技計劃(科技特派員)項目(編號：15 JCTPJC 59500)。

裴 毅(1971—)，男，遼寧錦州人；副教授，博士，主要從事藥用植物學與生藥學方面的研究工作。

聶江力(1972—)，女，遼寧興城人；副教授，博士，主要從事藥用植物學、植物學及植物資源學教學和科研工作；E-mail:njlnie@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.11.013

S 517

A

1001-4705(2016)11-0013-06