鹽脅迫對花生植株形態(tài)建成及物質(zhì)積累的影響

慈敦偉，楊吉順，丁 紅，秦斐斐，石程仁，戴良香，張智猛

(山東省花生研究所，山東 青島 266100)

土壤鹽漬化嚴(yán)重制約了糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國鹽堿土面積約1.0×107hm2，占耕地面積的6.2%，目前有80%左右尚未得到充分利用[1-2]?；ㄉ侵匾挠土虾徒?jīng)濟(jì)作物，在中國農(nóng)業(yè)發(fā)展和出口創(chuàng)匯中均居重要地位[3]。由此，在充分挖掘高產(chǎn)田高產(chǎn)潛力的同時，加大鹽堿地等中低產(chǎn)田的改造與利用，對擴(kuò)大花生種植面積、改善種植結(jié)構(gòu)和增加農(nóng)民收入具有重要意義。

植物對鹽脅迫的適應(yīng)性一方面取決于其種性，另一方面與其生育階段密切相關(guān)，從萌發(fā)出苗到成苗立苗的過程是鹽脅迫環(huán)境限制物種分布的決定性生育階段[4-6]。鹽堿地表層土壤含鹽量及鹽分組成是制約花生種子能否出苗和立苗的關(guān)鍵因素，也是限制花生產(chǎn)量的重要因素?；ㄉ鷮僦械饶望}作物[7]，芽期和幼苗期是花生對鹽脅迫最敏感的時期[8]。目前有關(guān)鹽脅迫對花生生長發(fā)育的影響文獻(xiàn)相對較少，且研究多采用水培方法集中在芽期或苗期某一階段進(jìn)行的短期鹽脅迫[9-12]，不能綜合反映花生整個生育前期的耐鹽狀況。

本研究從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)濱海鹽堿地0～20 cm土層鹽含量及背景值特點(diǎn)，選用不同花生品種，通過不同濃度鹽脅迫對花生種子萌發(fā)出苗、幼苗植株形態(tài)建成和物質(zhì)積累的影響，探究各指標(biāo)與鹽脅迫濃度間的關(guān)系，旨在為建立花生品種耐鹽評價體系及指導(dǎo)鹽堿地花生生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)選用豫花15、花育25、阜花11和冀花5號共4個花生品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

采用人工控制條件下室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，光照培養(yǎng)室晝夜溫度為25℃/20℃，照光/黑暗周期為12h/12h，有效光量子密度為110μmol·m-2·s-1，空氣相對濕度為65%±5%。盆栽所用塑料盆高11.0cm、內(nèi)徑12.7cm，每盆裝風(fēng)干土770g。盆栽土壤基本理化性狀，土壤吸濕水含量5.12%，田間持水量25.86%，土壤容重1.13 g·cm-3，土壤pH 7.6，有機(jī)質(zhì)16.7g·kg-1，全氮1.81g·kg-1，全磷0.81g·kg-1，全鉀10.53 g·kg-1，水解氮89.3 mg·kg-1，速效磷(P2O5) 49.6 mg·kg-1，速效鉀(K2O) 93.6 mg·kg-1。

設(shè)0(CK)、0.15%、0.30%、0.45%、0.50%和0.55%(W鹽/W土) 6個鹽脅迫濃度，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。以分析純NaCl配置不同濃度鹽溶液，于播種前施入各處理盆栽土壤中，使土壤含鹽量分別達(dá)到預(yù)定濃度。依據(jù)田間持水量計算每盆的澆水量，使其剛好達(dá)到田間持水量的90%，加鹽澆水處理后使盆栽土壤在室內(nèi)沉實(shí)、蒸發(fā)，達(dá)到適宜播種墑情后進(jìn)行播種。

精選各品種籽粒飽滿、大小一致的種子100粒。每盆種4粒，并嚴(yán)格保持每粒種子的播種深度均為3 cm。每天觀察記載出苗及幼苗生長狀況，并視不同脅迫濃度下的土壤水分含量適時補(bǔ)水，重量法控制補(bǔ)水量以確保土壤含水量一致。

1.3 測定項(xiàng)目

于播種后42 d(對照恰為6葉期)采集植株樣品。首先，將塑料盆摘除，帶土取出盆內(nèi)植株，小心沖洗根部土壤，并保持根系完整。植株按地上部、地下部分開，測定株高、主莖高、葉片數(shù)、主根長和胚軸長，采用排水法測定根體積。各樣品稱其鮮重后先于105℃下殺青30 min，再于80℃下烘干至恒重。植株鮮重=地上部鮮重+地下部鮮重，植株干重=地上部干重+地下部干重。

1.4 耐鹽指數(shù)

各指標(biāo)耐鹽指數(shù)的計算：耐鹽指數(shù)=鹽處理值/對照值。鹽脅迫下各指標(biāo)耐鹽指數(shù)分別表示為：相對出苗時間(RET)、相對出苗率(RER)、相對株高(RPH)、相對主莖高(RSH)、相對胚軸長(RHL)、相對主根長(RRL)、相對根體積(RRV)、相對葉片數(shù)(RLN)、相對子葉鮮重(RCFW)、相對地上部鮮重(RSFW)、相對地下部鮮重(RRFW)、相對植株鮮重(RPFW)、相對子葉干重(RCDW)、相對地上部干重(RSDW)、相對地下部干重(RRDW)和相對植株干重(RPDW)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，Origin 7.5進(jìn)行曲線擬合。因試驗(yàn)收獲測定時0.50%和0.55%處理未出苗，故只取前4個濃度處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫濃度對不同花生品種出苗狀況的影響

表1表明，隨鹽脅迫濃度的增加，各品種出苗時間均依次延長，出苗率依次降低，鹽脅迫濃度在0～0.30%時出苗時間和出苗率變幅最大，0.30%～0.45%變幅趨于緩慢，濃度為0.50%和0.55%時不能出苗。不同脅迫濃度和品種間的出苗時間及出苗率差異均達(dá)極顯著水平，但兩指標(biāo)的脅迫濃度與品種間的互作效應(yīng)差異不顯著，這為耐鹽性花生品種的選育提供了基礎(chǔ)。

表1 不同濃度鹽脅迫對不同花生品種出苗狀況的影響

注：F0.05=3.29，F(xiàn)0.01=5.42。ET：出苗時間；ER：出苗率。RET和RER分別為出苗時間和出苗率耐鹽指數(shù)。同列內(nèi)不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

Note:F0.05=3.29，F(xiàn)0.01=5.42. ET: Emergence time; ER: Emergence rate. RET and RER means salt tolerance index of emergence time and emergence rate. Different small letters in the same column indicates significant difference at (p<0.05) . The same below.

0.15%、0.30%和0.45%各脅迫濃度下，豫花15、花育25、阜花11和冀花5等4個花生品種相對出苗時間分別為1.18～1.50、1.68～1.95和2.05～2.80。0.15%低脅迫濃度下，阜花11出苗時間延長最短，相對出苗時間僅為1.18；0.45%脅迫濃度下冀花5號延長時間最短相對出苗時間為2.05；各脅迫濃度下豫花15出苗延長時間均最長。不同脅迫濃度下各品種的相對出苗率依次降低，3個脅迫濃度下分別為0.75～1.00、0.33～1.00和0.29～0.88?；ㄓ?5和阜花11出苗率不受0.15%脅迫濃度的影響，冀花5號和阜花11分別在0.30%和0.45%脅迫濃度下出苗率最高，分別為100%、87.5%；各脅迫濃度下豫花15的出苗率均最低，其耐鹽性較弱。

2.2 鹽脅迫濃度對不同品種幼苗形態(tài)的影響

隨鹽脅迫濃度增加，各品種幼苗形態(tài)建成受抑制，但因指標(biāo)不同其抑制程度有所不同，株高、主莖高、主根長和根體積降低，葉片數(shù)減少，胚軸長增大。鹽脅迫濃度在0～0.30%時各指標(biāo)變幅最大，濃度在0.30%～0.45%其變幅趨于緩慢。各脅迫濃度間株高、主莖高、主根長、根體積和葉片數(shù)5個指標(biāo)差異達(dá)顯著或極顯著，品種間主根長、根體積和葉片數(shù)差異均達(dá)極顯著水平，根體積和葉片數(shù)的濃度和品種互作效應(yīng)差異達(dá)極顯著水平(表2)。

不同脅迫濃度下，表征各品種幼苗形態(tài)的株高、主莖高、主根長、根體積和葉片數(shù)的耐鹽指數(shù)均隨鹽脅迫濃度的升高逐漸降低，降低幅度因脅迫濃度和品種的差異而有所不同。各脅迫濃度下， 阜花11的相對株高和相對主莖高均最大，降幅最小。各品種相對株高分別為0.66～0.83、0.27～0.52和0.22～0.41，0.15%脅迫濃度下，豫花15株高耐鹽指數(shù)最小，為0.66；0.30%和0.45%濃度下的最小株高耐鹽指數(shù)分別為豫花15和花育25。相對主莖高分別為0.54～0.75、0.19～0.42和0.09～0.28，仍以豫花15最??；0.15%濃度下相對胚軸長最小升幅為豫花15，而0.45%脅迫濃度下的最小升幅為花育25。相對主根長的下降幅度以花育25最大，而相對根體積則以豫花15降幅最大；0.15%濃度下的相對葉片數(shù)豫花15最大，而0.45%濃度下則以冀花5最大。由此可見，不同品種、不同形態(tài)指標(biāo)對鹽脅迫濃度的反應(yīng)不同，阜花11耐鹽性較強(qiáng)而豫花15相對較弱。

表2 不同濃度鹽脅迫對不同花生品種幼苗形態(tài)的影響

注：F0.05=3.29，F(xiàn)0.01=5.42。PH：株高；SH：主莖高；HL：胚軸長；TL：主根長；RV：根體積；LN：葉片數(shù)。RPH、RSH、RRL、RRV和RLN分別為各指標(biāo)耐鹽指數(shù)。

Note:F0.05=3.29,F0.01=5.42. PH: Plant height; SH: Stem height; HL: Hypocotyl length; TL: Taproot length; RV: Root volume; LN: Leaf number. RPH, RSH, RRL, RRV and RLN means salt tolerance index of the indices.

2.3 鹽脅迫濃度對不同品種幼苗物質(zhì)積累的影響

隨鹽脅迫濃度的增加，各品種子葉鮮干重增加，地上部鮮干重、地下部鮮干重和植株鮮干重均降低(表3)。各指標(biāo)濃度間差異達(dá)極顯著水平，子葉鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重和植株干重5個指標(biāo)的品種間差異達(dá)極顯著水平，地上部鮮重、植株鮮重、地上部干重和植株干重的濃度和品種互作效應(yīng)差異達(dá)顯著水平。

不同鹽脅迫濃度下，表征各品種幼苗物質(zhì)積累的地上部、地下部和植株生物量的耐鹽指數(shù)均隨鹽脅迫濃度的升高逐漸降低，降低幅度因脅迫濃度和品種的差異而有所不同。各脅迫濃度下，阜花11的相對地上部鮮干重和相對植株鮮干重均最大，降幅最小。各品種相對子葉鮮重分別為1.70～4.47、2.75～12.29和3.18～7.49，阜花11變幅最大，0.15%和0.45%濃度下以冀花5號變幅最??；相對地上部鮮重分別為0.71～0.95、0.33～0.82和0.14～0.57，0.15%和0.30%濃度下豫花15變幅最?。幌鄬Φ叵虏旷r重分別為0.60～0.94、0.27～0.53和0.10～0.39，分別以冀花5號、花育25和阜花11降幅最??；0.15%和0.30%濃度下豫花15降幅最大。相對地下部干重分別為0.37～0.74、0.27～0.48和0.17～0.29，豫花15降幅均最小。由此可見，不同品種、不同物質(zhì)積累指標(biāo)對鹽脅迫濃度的反應(yīng)不同，阜花11耐鹽性相對較強(qiáng)而豫花15相對較弱。

2.4 鹽脅迫濃度下不同品種各指標(biāo)相關(guān)性分析

鹽脅迫濃度對花生出苗狀況、植株形態(tài)和物質(zhì)積累等各指標(biāo)間的相關(guān)程度影響不同，除胚軸長和主根長兩指標(biāo)與其他指標(biāo)間相關(guān)性較小外，其余指標(biāo)間相關(guān)性均達(dá)顯著或極顯著水平，其中植株鮮重與地上部干重相關(guān)性最大，達(dá)0.994(表4)。子葉鮮干重、胚軸長與出苗時間呈正相關(guān)，其他13個指標(biāo)與出苗時間均呈負(fù)相關(guān)。子葉鮮干重、胚軸長與其余14個指標(biāo)間呈負(fù)相關(guān)，而其他14個指標(biāo)間均呈正相關(guān)關(guān)系。由此說明，隨鹽脅迫濃度的增大，出苗率降低，植株生長緩慢，物質(zhì)積累減少；而在一定時間內(nèi)，隨出苗時間的延長，出苗率、植株形態(tài)和物質(zhì)積累均隨之降低，胚軸伸長幅度增加，子葉物質(zhì)消耗減少。

2.5 各指標(biāo)耐鹽指數(shù)與鹽脅迫濃度的關(guān)系

通過線性及非線性回歸分析比較，各指標(biāo)耐鹽指數(shù)與鹽脅迫濃度間均可采用Logistic回歸方程y=k/(1+exp(a+bx))進(jìn)行很好的擬合，其決定系數(shù)均達(dá)顯著或極顯著水平(表5)。相對出苗率、相對胚軸長、相對主根長和相對子葉鮮重等耐鹽指標(biāo)的決定系數(shù)在0.3718～0.5060之間，尤以相對子葉鮮重最小，為0.3718；其余12個耐鹽指標(biāo)的決定系數(shù)在0.7087～0.9436之間，以相對主莖高最大，為0.9436。

表4 不同濃度鹽脅迫各指標(biāo)相關(guān)性分析

Note:R0.05= 0.349，R0.01= 0.449.

表5 耐鹽指數(shù)與鹽濃度之間回歸分析

3 討 論

種子萌發(fā)出苗和幼苗生長是植物生命周期的重要階段，也是對鹽脅迫最敏感的時期[9, 11-12]。鹽脅迫抑制植物種子萌發(fā)出苗，延遲出苗時間，減慢生長速率使生長量降低，植株矮小，發(fā)育遲緩，嚴(yán)重時葉片和根變成褐色或干枯以至枯死[13-19]。研究表明，鹽脅迫下玉米葉片數(shù)、地上部鮮干重和根系鮮干重都明顯降低[20]；棉花地上部莖枝葉和根系的生長受抑制，對其地上部的抑制作用大于地下部[21]。鹽脅迫下花生種子萌發(fā)慢，出苗率低，植株發(fā)育延遲，長勢不足，葉片數(shù)減少，地下部生長發(fā)育障礙要比地上部小[22-24]。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫抑制花生萌發(fā)出苗、植株形態(tài)建成和物質(zhì)積累，且存在劑量效應(yīng)。低脅迫濃度(0.15%)下，出苗和植株生長受影響小；中等脅迫濃度(0.30%)下，出苗較晚，植株生長受影響較大；較高脅迫濃度(0.45%)下，出苗晚，植株生長受到嚴(yán)重抑制。在一定時間內(nèi)，隨著出苗時間的延長，出苗率、植株形態(tài)和物質(zhì)積累均降低，胚軸長伸長幅度增加，子葉物質(zhì)消耗減少。

作物耐鹽性在種間及種內(nèi)不同品種間存在顯著差異，并且不同品種耐鹽性差異反映在眾多生長發(fā)育指標(biāo)上[5]。本試驗(yàn)表明，不同鹽脅迫濃度間的出苗時間、出苗率、株高、主莖高、主根長、根體積、葉片數(shù)、子葉鮮干重、地上部鮮干重、地下部鮮干重和植株鮮干重等15個指標(biāo)差異顯著；品種間的主根長、根體積、葉片數(shù)、子葉鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重和植株干重等8個指標(biāo)差異顯著；濃度和品種互作效應(yīng)的根體積、葉片數(shù)、植株鮮重、地上部干重和植株干重等5個指標(biāo)差異顯著。表明使用單一指標(biāo)、單一濃度很難準(zhǔn)確反應(yīng)花生品種耐鹽性的強(qiáng)弱。

衡量作物耐鹽性的生長發(fā)育指標(biāo)多屬數(shù)量性狀，表型易受環(huán)境影響而發(fā)生變異，而影響耐鹽性表現(xiàn)的環(huán)境因素中其核心因素則是根際鹽濃度[25]。因此，建立各指標(biāo)與鹽脅迫濃度間的量化關(guān)系對品種遺傳變異的準(zhǔn)確估計至關(guān)重要。已有研究表明，作物生長量是土壤溶液鹽度的函數(shù)[26]，通過建立特定水鹽狀況下作物生產(chǎn)函數(shù)或抗鹽模型[27]，可以反映作物產(chǎn)量與土壤鹽度之間的內(nèi)在聯(lián)系。本試驗(yàn)條件下，品種間出苗狀況、植株形態(tài)和物質(zhì)積累等指標(biāo)隨鹽脅迫濃度的變化可用Logistic回歸方程很好地擬合，其決定系數(shù)均達(dá)顯著或極顯著水平，可有效地表達(dá)各指標(biāo)耐鹽指數(shù)與鹽脅迫濃度間的量化關(guān)系。據(jù)此方程可以估計不同鹽脅迫濃度對花生萌發(fā)出苗及幼苗生長的脅迫程度，或通過調(diào)查測定花生生育前期的指標(biāo)來推算土壤中的鹽含量。

4 結(jié) 論

本研究條件下，鹽脅迫抑制花生出苗，阻礙幼苗植株形態(tài)建成和物質(zhì)積累，且存在劑量效應(yīng)?；ㄉ劝l(fā)出苗的土壤含鹽量閾值為0.45%，超過此濃度花生種子不能出苗。花生品種耐鹽性在同一鹽脅迫濃度下的不同指標(biāo)間，或同一指標(biāo)不同脅迫濃度下均表現(xiàn)差異。出苗時間、株高、主莖高、根體積、葉片數(shù)、子葉干重、地上部鮮干重、地下部鮮干重和植株鮮干重等12個指標(biāo)可作為綜合評價花生品種或種質(zhì)資源耐鹽性的較理想指標(biāo)。