草決明生長發(fā)育對鹽脅迫的響應(yīng)及耐鹽性評價

張曉東，宋明月，2，王秀萍*，劉春榮，魯雪林，吳 哲，薛志忠，王怡天，2，晉夢珂，2

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北省鹽堿地綠化工程技術(shù)中心，唐山市植物耐鹽研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 曹妃甸 063299；2.河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；3.唐山市豐南區(qū)農(nóng)牧局，河北 唐山 063300）

土壤鹽漬化是目前嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全球性問題之一[1]。我國現(xiàn)有濱海鹽漬土地、鹽漬化和次生鹽漬化耕地4×107hm2以上（約占我國耕地總面積的10% ）[2]，由于受到淡水資源短缺、土壤鹽漬化嚴(yán)重等自然因素的影響，大部分鹽漬土地未得到合理、有效的開發(fā)利用[3]。開展耐鹽經(jīng)濟(jì)作物的鑒定篩選工作，可豐富濱海鹽漬土地的種植品種及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高濱海鹽堿地的利用效率，從而為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新的契機(jī)[4，5]。

草決明是一年生半灌木狀草本，種子具有藥用和保健價值[6]。草決明對土壤要求不高，且具有耐旱性[7]。前人對決明屬植物的研究多側(cè)重于藥理性質(zhì)和化學(xué)成分等方面[8]，對其耐鹽性的研究較少。研究表明，決明子在鹽分含量躍0.3% 時，發(fā)芽勢、發(fā)芽能力和發(fā)芽數(shù)量均受到抑制[9]；在復(fù)合鹽分含量躍0.6% 時，雙莢決明苗的正常生長受到限制[10]；在高鹽分脅迫下，茶豆決明種子也呈現(xiàn)抑制生長的現(xiàn)象[11]。以往研究大多是基于NaCl單鹽脅迫或復(fù)合鹽分脅迫下對決明屬植物種子發(fā)芽或苗期生長的影響[12-14]，與實(shí)際應(yīng)用存在一定的差距，同時決明屬植物在濱海區(qū)的耐鹽性，尤其是對濱海鹽堿原土脅迫的響應(yīng)及耐鹽閾值的研究鮮有報(bào)道。以河北粘質(zhì)濱海鹽漬土為鑒定基質(zhì)，研究草決明全生育期在梯度濱海鹽漬土栽培條件下主要生長指標(biāo)對鹽脅迫的響應(yīng)，并分析其生長狀態(tài)及產(chǎn)量，通過相關(guān)性分析確定其耐鹽鑒定指標(biāo)和耐鹽性，旨為草決明在濱海鹽區(qū)的高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 植物試材 將飽滿的草決明種子利用培養(yǎng)基質(zhì)在穴苗盤（36孔）中育苗，選擇兩葉一心期生長良好、大小一致的草決明幼苗進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1.2 栽培基質(zhì) 將濱海鹽漬土（含鹽量2.78% ）和低鹽分濱海鹽堿原生土壤（含鹽量0.1% ）分別過篩、晾曬，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)配制公式配制含鹽量0.1% 、0.2% 、0.3% 、0.4% 、0.5% 、0.6% 、0.7% 、0.8% 和0.9% 的梯度濱海鹽漬土壤。將混合土樣完全攪拌均勻后，分別進(jìn)行多點(diǎn)取樣并利用電導(dǎo)率儀器（雷磁DDS-11A）測定土壤電導(dǎo)率，計(jì)算得出各梯度土壤的實(shí)際含鹽量（表 1）。

表1 梯度濱海鹽漬土的含鹽量 (% )Table 1 The salt content of coastal saline soil

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用盆栽法，在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所濱海農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)基地塑料遮雨棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。將梯度濱海鹽漬土分別裝盆（花盆口徑29 cm，盆高35 cm），即試驗(yàn)土壤含鹽量設(shè)0.1%（CK）、0.2% 、0.3% 、0.4% 、0.5% 、0.6% 、0.7% 、0.8% 和0.9% 共計(jì)9個處理，裝土量均為15 kg/盆。將草決明幼苗移栽至各梯度土壤的花盆中，5棵/盆，每個處理重復(fù)6次。由于露地盆栽的土壤溫度易受到陽光直射的影響，從而影響植物根系的生長環(huán)境[14，15]，因此，本試驗(yàn)中將花盆放置于下沉式種植槽內(nèi)，以減少外界環(huán)境對土壤溫度的影響。

在草決明生長期內(nèi)，利用便攜式土壤三參測定儀（EasyTest）實(shí)時測定土壤的含鹽量、濕度和溫度。及時補(bǔ)充土壤水分，嚴(yán)格控制土壤濕度在28%-30% 。在花盆底部加托盤，澆水后將托盤中的滲透水及時返還盆中，以保持同梯度混合土壤含鹽量的基本一致。

1.2.2 項(xiàng)目測定與方法 分別在鹽脅迫后第15、30和45天時，觀察草決明苗的生長勢并測定株高，每個處理測定6次，計(jì)算株高增量和相對生長速率[16]。在鹽脅迫后第60天時，測定草決明的株高、主根長、根冠比、相對含水量以及地上和地下部分生物量，每個指標(biāo)測定6次[17]。在決明子收獲期，以盆為單位采收，分別統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量并計(jì)算百粒重。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對不同生長時期草決明株高增量的影響

除0.2%鹽分處理脅迫15-30d的草決明株高增量略躍CK外，其他鹽分處理和脅迫時期的株高增量均顯著約CK，且指標(biāo)值隨著含鹽量的增加大體呈下降趨勢（表2）。

鹽脅迫15-30 d時，除0.2% 鹽分處理的草決明生長速率較CK增加了14.0% 但差異不顯著外，其他鹽分處理的生長速率均較CK顯著降低，其中，0.3% 鹽分處理的生長速率下降了24.6% ；鹽脅迫30-45 d時，不同鹽分處理的草決明生長速率均較CK顯著降低，其中，0.2% 鹽分處理的生長速率下降了27.5% ，0.5% 鹽分處理的生長速率降幅高達(dá)53.7% ?？梢钥闯觯寥篮}量逸0.3% 時會明顯抑制草決明幼苗的株高生長；而0.2%的低鹽脅迫在脅迫前期可以刺激草決明株高生長，但脅迫時間較長（超過30 d）時也會對株高生長產(chǎn)生明顯的抑制效應(yīng)。

表2 鹽脅迫對不同生長時期草決明株高增量的影響Table 2 The effect of salt stress on the plant heigh increment of C.obtusifolia in different growth period

2.2 鹽脅迫對草決明株高和主根長的影響

圖1 鹽脅迫對草決明株高的影響Fig.1 Effect of salt stress on the plant height of C.obtusifolia

隨著土壤含鹽量的增加，草決明的株高呈先升高后降低的變化趨勢（圖1）。其中，0.2%-0.5%鹽分處理的草決明株高與CK差異均不顯著，但土壤含鹽量為0.2% 時草決明株高達(dá)到最大，較CK增加了14.7% ；逸0.6%鹽分處理的草決明株高均較CK顯著降低，其中土壤含鹽量為0.6% 時株高降幅為28.3% ?？梢钥闯?，土壤含鹽量≤0.5%時對草決明株高生長影響不大，其中0.2% 的低鹽脅迫對促進(jìn)草決明株高生長效果最好；土壤含鹽量為0.6% 時即對株高生長產(chǎn)生明顯的抑制效應(yīng)。

不同鹽分處理的草決明主根長與CK差異均不顯著（圖2）。表明土壤含鹽量為0.2%-0.9%時對草決明主根生長影響不大。

隨著土壤含鹽量的增加，草決明的主根長/株高（主根長與株高的比值）呈先降低后升高的變化趨勢（圖3）。其中，0.2%-0.7%鹽分處理的草決明主根長/株高與CK差異均不顯著，但土壤含鹽量為0.6% 時草決明的主根長/株高最大，較CK增加了38.0% ；逸0.8%鹽分處理的草決明主根長/株高明顯較高，其中，土壤含鹽量為0.9% 時草決明的主根長/株高躍1。可以看出，隨著土壤含鹽量的增加，草決明株高生長的抑制效應(yīng)增大，高鹽分脅迫下抑制作用更加明顯。

圖2 鹽脅迫對草決明根長的影響Fig.2 Effect of salt stress on the root length of C.obtusifolia

2.3 鹽脅迫對草決明生物量的影響

圖3 鹽脅迫對草決明主根長/株高的影響Fig.3 Effect of salt stress on the root length and the plant height ratio of C.obtusifolia

隨著土壤含鹽量的增加，草決明的地上部分生物量呈先升高后降低的變化趨勢（表3）。0.2% -0.3% 鹽分處理的草決明地上部分生物量均較CK顯著增加，其中，土壤含鹽量為0.2% 時地上部分鮮重和干重分別較CK提高了32.8% 和34.2% ，土壤含鹽量為0.3% 時地上部分鮮重和干重分別較CK提高了13.3% 和38.5% ；逸0.4% 鹽分處理的草決明地上部分鮮重和干重均約CK，且除0.4%脅迫處理外其他處理與CK差異均達(dá)到了顯著水平，其中，土壤含鹽量為0.8% 時地上部分鮮重和干重的降幅分別達(dá)到了66.7% 和38.6% 。

表3 鹽脅迫對草決明生物量的影響Table 3 Effect of salt stress on the biomass of C.obtusifolia

隨著土壤含鹽量的增加，草決明的地下部分生物量呈降低—升高—降低的變化趨勢。0.2%鹽分處理的草決明地下部分鮮重和干重均略約CK，但差異不顯著。0.3%-0.4%鹽分處理的草決明地下部分生物量均躍CK，其中，土壤含鹽量為0.4% 時地下部分鮮重最大，較CK增加了22.0% ，差異達(dá)顯著水平；地下部分干重均明顯增加，其中，土壤含鹽量為0.3% 時干重最大，較CK提高了21.3% 。逸0.5% 鹽分處理的草決明地下部分生物量均約CK，其中，土壤含鹽量為0.5%時鮮重降低明顯（降幅8.2% ）、干重差異不大，但土壤含鹽量逸0.6% 時地下部分鮮重和干重均顯著降低。

從草決明整株（地上部分+地下部分）生物量看，其隨土壤含鹽量的增加呈先增加后降低的變化趨勢?！?.4% 鹽分處理的植株生物量均躍CK，其中，土壤含鹽量為0.2% 時含水量較CK降低不顯著，植株鮮重最大；土壤含鹽量為0.3% 時含水量明顯約CK，降幅達(dá)11.7% ，植株干重最大，表明該鹽分脅迫下草決明的生物積累量最高。逸0.5% 的高鹽脅迫會明顯抑制草決明生物量的積累，其中，逸0.7% 鹽分處理的含水量差異不顯著但顯著約CK，說明土壤含鹽量逸0.7% 時草決明的干物質(zhì)積累相對較多，當(dāng)土壤含鹽量為0.8% 時草決明的植株鮮重較CK降幅高達(dá)64.0% 。

0.2 % 鹽分處理的草決明根冠比最小，說明該鹽分脅迫下草決明地上部分生物量的積累量較地下部分高；逸0.5% 鹽分脅迫下，根冠比隨著土壤含鹽量的增加呈逐漸上升趨勢，說明鹽脅迫對草決明地上部分生長及生物量積累的抑制效應(yīng)在逐漸增大。

2.4 鹽脅迫對草決明產(chǎn)量的影響

隨著土壤含鹽量的升高，植株逐漸變得矮小、瘦弱[18]。本研究條件下，土壤含鹽量逸0.8% 時，草決明植株出現(xiàn)頂端枯死的現(xiàn)象，未形成產(chǎn)量。隨著土壤含鹽量的增加，草決明產(chǎn)量呈先升高后降低的變化趨勢（圖4）。其中，0.2%-0.4%鹽分處理的草決明產(chǎn)量與CK差異均不顯著，但土壤含鹽量為0.4% 時產(chǎn)量達(dá)到最高，較CK增產(chǎn)25.7% ；逸0.5%鹽分處理的草決明產(chǎn)量均較CK顯著降低，其中，土壤含鹽量為0.5% 時產(chǎn)量降低了5.0% ?？梢钥闯觯寥篮}量≤0.4%時對草決明產(chǎn)量影響不大，其中土壤含鹽量為0.4% 時草決明產(chǎn)量最高。

圖4 鹽脅迫對草決明產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of salt stress on the yield of C.obtusifolia

不同鹽分處理的草決明百粒重均約CK，指標(biāo)值隨著土壤含鹽量的增加呈先降低后略有升高的變化，其中僅0.5%和0.6%鹽分處理與CK差異達(dá)到了顯著水平，而其他鹽分處理之間及其與CK之間的差異均不顯著（圖5）。可以看出，土壤含鹽量≤0.4%時對草決明百粒重影響不大。

圖5 鹽脅迫對決明子百粒重的影響Fig.5 Effect of salt stress on 100-seed weight of C.obtusifolia

2.5 草決明耐鹽鑒定指標(biāo)的篩選

相關(guān)分析結(jié)果（表4）顯示，土壤含鹽量與草決明株高、株高增量和地上部分生物量均呈極顯著的負(fù)相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，其中，與株高增量的相關(guān)系數(shù)絕對值（0.983）最大，相關(guān)性位居首位。因此，選取株高增量作為草決明的耐鹽鑒定指標(biāo)。

表4 土壤含鹽量與草決明6項(xiàng)生長指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between soil salt content and 6 growth indexes of C.obtusifolia

3 結(jié)論與討論

在我國沿海地帶及內(nèi)陸地區(qū)有大面積的鹽堿地，近年來鹽堿地的開發(fā)利用越來越受到重視[19]。鹽分是影響植物生長的主要環(huán)境因素之一，鹽脅迫會抑制植物生長，減少生物量的積累。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，低鹽（0.2% ）環(huán)境下，短期脅迫可以提高草決明的相對生長速率，其株高在脅迫初期（30 d內(nèi)）略高于CK，但脅迫時間較長（超過30 d）時也對草決明的株高生長產(chǎn)生明顯的抑制效應(yīng)。這種現(xiàn)象可能是植物生長自我調(diào)控后的結(jié)果，是草決明對鹽脅迫的一種適應(yīng)[20]。

≤0.4% 鹽分脅迫下，草決明的植株（地上部分+地下部分）鮮重較CK增加較多，其中，土壤含鹽量為0.2% 時地上部分鮮重最大，土壤含鹽量為0.4% 時地下部分鮮重最大；逸0.5% 的高鹽脅迫會明顯抑制草決明生物量的積累，其中，土壤含鹽量為0.8% 時草決明的植株鮮重較CK減少了64.0% 。鹽脅迫會導(dǎo)致植物生物量明顯減少，這與前人在大多數(shù)植物上的研究結(jié)果[21]相一致。

在生殖生長時期，0.2% 鹽分脅迫處理時，草決明植株開花和結(jié)實(shí)均較早，但產(chǎn)量和百粒重均與CK差異不顯著。說明低鹽脅迫可以促使植物發(fā)育進(jìn)程提前，但對產(chǎn)量和品質(zhì)影響不大，這與羅成科等[22]在水稻上的研究結(jié)果相一致。本研究結(jié)果顯示，≤0.4%的鹽分脅迫對決明子產(chǎn)量和百粒重均無顯著影響，其中土壤含鹽量為0.4% 時草決明產(chǎn)量達(dá)到最高，較CK增加了25.7% 。逸0.8% 的高鹽脅迫下，草決明在結(jié)實(shí)期出現(xiàn)頂端萎蔫的現(xiàn)象且植株逐漸枯死，說明高鹽脅迫會抑制植物組織或器官的生長與分化，導(dǎo)致其生長進(jìn)程提前結(jié)束，這與鹽脅迫對樹木生長影響[23]的研究結(jié)果相一致。

鹽脅迫對草決明的生長發(fā)育有較大影響，其中對地上部生長及生物量積累的影響明顯大于對地下部分的影響，土壤含鹽量≤0.4% 時對草決明株高、主根長、產(chǎn)量和百粒重影響均不顯著。相關(guān)分析結(jié)果顯示，土壤含鹽量與草決明株高、株高增量和地上部生物量均呈極顯著的負(fù)相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，其中與株高增量的相關(guān)系數(shù)絕對值最大。因此，選取株高增量作為草決明的耐鹽鑒定指標(biāo)。