鹽堿環(huán)境對(duì)甘啤5號(hào)啤酒大麥種子萌發(fā)期的影響

柳小寧，包奇軍，張華瑜，潘永東

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所，甘肅 蘭州 730070）

在土壤鹽漬化面積不斷擴(kuò)大的環(huán)境下，如何培育出耐鹽堿的農(nóng)作物品種是農(nóng)業(yè)科研工作的首要任務(wù)。在中國(guó)的耕地中，鹽堿化土壤總面積已經(jīng)超過3 300 萬 hm2［1-2］，與灌溉有關(guān)的達(dá) 200 萬 hm2，鹽堿化土壤有近70%分布在中國(guó)西北地區(qū)［3］。甘肅省灌區(qū)的鹽堿地面積大，全省有鹽堿地10.50萬hm2［4］，主要分布在沿黃灌區(qū)、景電灌區(qū)、引大入秦灌區(qū)。河西走廊地區(qū)鹽堿化耕地為9.26萬hm2，占現(xiàn)有耕地面積的14.7%［5］。由于降水量少，蒸發(fā)量大，部分灌區(qū)灌溉和排水不暢，土壤次生鹽漬化程度日趨嚴(yán)重［6］。更為嚴(yán)重的是，全球的鹽漬土每年以100萬～150萬hm2的速度增長(zhǎng)［7-8］，因鹽漬化威脅而棄耕的土地面積呈增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)［9］。進(jìn)行鹽堿地的改良利用，使其發(fā)揮出巨大的生產(chǎn)潛力是非常重要措施。目前有效利用鹽堿地的途徑除了利用改土造田或引水灌溉，還有種植耐鹽堿產(chǎn)品。改土造田或引水灌溉途徑的成本較高，可行性較小，實(shí)踐證明，篩選作物的耐鹽品種并在鹽堿地生產(chǎn)種植是一種行之有效的措施［10-12］，也是目前最經(jīng)濟(jì)最有效利用鹽堿地的主要方式之一。但植物對(duì)中性鹽和堿性鹽的適應(yīng)機(jī)制有所不同［13-15］，目前耐鹽堿品種的研究以中性鹽處理較多，涉及堿性鹽的研究比較少。

在植物生長(zhǎng)的整個(gè)生育期中，萌發(fā)期是品種對(duì)環(huán)境比較敏感的階段。要選育出耐鹽堿品種，了解鹽對(duì)種子萌發(fā)期的影響，探索鹽害機(jī)理十分必要。常規(guī)育種存在著時(shí)間長(zhǎng)、工作繁重及遺傳性狀不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，因而利用實(shí)驗(yàn)室模擬土壤鹽堿環(huán)境篩選耐鹽堿品種成為育種研究者的首選。雖然大麥?zhǔn)呛瘫究谱魑镏泄J(rèn)的耐鹽堿作物［16-17］，但對(duì)鹽分濃度相當(dāng)敏感，在鹽脅迫下其生長(zhǎng)發(fā)育受到明顯抑制，特別在發(fā)芽期和苗期。為了了解鹽堿對(duì)大麥萌發(fā)期生理指標(biāo)的影響，我們用中性鹽（NaCl）和堿性鹽（Na2CO3）不同濃度的溶液模擬2種鹽環(huán)境，以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、鹽害指數(shù)、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)等5項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較了在2種鹽環(huán)境啤酒大麥品種甘啤5號(hào)萌芽期特性，為進(jìn)一步開展啤酒大麥種質(zhì)的耐鹽堿研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試啤酒大麥品種為甘啤5號(hào)，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物與啤酒原料研究所選育并提供。供試中性鹽為NaCl，堿性鹽為Na2CO3，均為市售分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

鹽堿環(huán)境對(duì)啤酒大麥萌發(fā)期的影響試驗(yàn)在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西北啤酒大麥及麥芽品質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用恒溫恒濕培養(yǎng)箱進(jìn)行啤酒大麥萌發(fā)期試驗(yàn)，溫度20℃，濕度75%。設(shè)置NaCl和Na2CO3溶液濃度處理分別為0（CK）、100、200、300 mmol/L，重復(fù)3次。精選種子經(jīng)7%次氯酸鈉消毒5 min，用蒸餾水洗凈后置于直徑10 cm并鋪有濾紙的培養(yǎng)皿（經(jīng)過70%酒精消毒）中，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)加入不同濃度的環(huán)境藥劑溶液（6 mL）培養(yǎng)，每天觀察并記錄。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

每天觀察記錄發(fā)芽種子數(shù)，種子發(fā)芽以胚芽長(zhǎng)度達(dá)種子長(zhǎng)度的一半為標(biāo)準(zhǔn)，以3個(gè)重復(fù)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)3 d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(jì)種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算不同品種的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)鹽害率等指標(biāo)。每處理各取10粒萌發(fā)的種子，測(cè)定根數(shù)、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、芽重。每處理于第7天選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的10株測(cè)量苗長(zhǎng)及主根長(zhǎng)度。

發(fā)芽勢(shì)=（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=（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%

鹽害指數(shù)=［（對(duì)照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對(duì)照發(fā)芽率］×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excell和SPSS 17.0分析系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)發(fā)芽勢(shì)的影響

從圖1可以看出，隨著濃度的增加，啤酒大麥甘啤5號(hào)的發(fā)芽勢(shì)在2種鹽的環(huán)境下變化趨勢(shì)有很明顯的差異。中性鹽（NaCl）環(huán)境下的下降趨勢(shì)比較平緩，方差分析顯示，NaC1濃度達(dá)到100 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），NaC1濃度為200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。堿性鹽（Na2CO3）環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)發(fā)芽勢(shì)的影響比較大，當(dāng)Na2CO3濃度為100 mmol/L時(shí)，啤酒大麥甘啤5號(hào)的發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照的差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），濃度為200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)為0。

圖1 不同鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)發(fā)芽勢(shì)的影響

2.2 2種鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)發(fā)芽率的影響

中性鹽和堿性鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)的發(fā)芽率影響差異比較大，結(jié)果見圖2和表1。

從圖2可以看出，2種鹽環(huán)境下的啤酒大麥甘啤5號(hào)發(fā)芽率均呈下降趨勢(shì)。濃度為100 mmol/L時(shí)，NaC1環(huán)境下的發(fā)芽率為98%，Na2CO3環(huán)境下的發(fā)芽率只有36%。濃度為200 mmol/L時(shí)，NaC1環(huán)境的發(fā)芽率達(dá)到81%，與對(duì)照差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；Na2CO3環(huán)境的發(fā)芽率為0，可見濃度為200 mmol/L的Na2CO3溶液可以完全抑制啤酒大麥甘啤5號(hào)的發(fā)芽。從發(fā)芽率的變異系數(shù)（表1）來看，2種鹽對(duì)啤酒大麥環(huán)境的敏感程度不同，啤酒大麥甘啤5號(hào)對(duì)Na2CO3環(huán)境最敏感，變異系數(shù)較大。

圖2 不同鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)發(fā)芽率的影響

表1 不同單鹽環(huán)境時(shí)啤酒大麥甘啤5號(hào)的發(fā)芽率及變異系數(shù)

2.3 2種鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)的鹽害指數(shù)

圖3 不同鹽環(huán)境下對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)鹽害指數(shù)

相對(duì)鹽害率反映了種子萌發(fā)期鹽環(huán)境對(duì)種子的傷害程度［18］。從圖3的結(jié)果可以看出，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，隨著鹽濃度的增加，2種鹽對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)的相對(duì)鹽害率均呈上升趨勢(shì)。對(duì)甘啤5號(hào)種子的傷害程度Na2CO3大于NaC1。在Na2CO3環(huán)境下，當(dāng)濃度為100 mmol/L時(shí)，甘啤5號(hào)的鹽害指數(shù)急劇增加為64；當(dāng)濃度達(dá)到200 mmol/L時(shí)，甘啤5號(hào)的鹽害指數(shù)達(dá)到100。在NaC1環(huán)境下，當(dāng)濃度小于100 mmol/L時(shí)，甘啤5號(hào)的鹽害指數(shù)較小，隨后隨著鹽濃度增加，鹽害指數(shù)由100 mmol/L時(shí)的0.67開始增加，到300 mmol/L時(shí)達(dá)到39.88。

2.4 2種鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)的根長(zhǎng)影響

從圖4可以看出，堿性鹽和中性鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)幼苗的根長(zhǎng)均具有顯著的抑制作用。兩種鹽環(huán)境下啤酒大麥甘啤5號(hào)的根長(zhǎng)隨鹽濃度的升高而明顯的下降，不同鹽之間存在差異。當(dāng)濃度為100 mmol/L時(shí)，甘啤5號(hào)的根長(zhǎng)在2種鹽環(huán)境下與對(duì)照的差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），NaC1環(huán)境下為6.77 cm，Na2CO3環(huán)境下為0。當(dāng)Na2CO3濃度大于100 mmol/L時(shí)，啤酒大麥甘啤5號(hào)根的生長(zhǎng)完全被抑制。

圖4 不同鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)根長(zhǎng)的影響

2.5 2種鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)的苗長(zhǎng)影響

由圖5可以看出，環(huán)境鹽的濃度大于100 mmol/L時(shí)，啤酒大麥甘啤5號(hào)的苗長(zhǎng)開始受到明顯的抑制。200 mmol/L的Na2CO3可以完全抑制啤酒大麥甘啤5號(hào)的萌發(fā)。NaC1環(huán)境下，隨著濃度的增大，對(duì)甘啤5號(hào)苗長(zhǎng)抑制呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但在設(shè)置的試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，甘啤5號(hào)苗長(zhǎng)沒有被完全抑制，各處理與對(duì)照差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。

圖5 不同鹽環(huán)境對(duì)啤酒大麥甘啤5號(hào)苗長(zhǎng)的影響

3 小結(jié)與討論

種子萌發(fā)期是植物生活史中對(duì)鹽環(huán)境十分敏感的時(shí)期，植物能否在鹽堿環(huán)境中生存，首先取決于它能否發(fā)芽以及發(fā)芽率的高低和發(fā)芽速度［19］。環(huán)境對(duì)植物種子的抑制程度與環(huán)境中鹽的濃度、鹽的種類以及植物抗鹽能力有關(guān)。鹽對(duì)種子萌發(fā)的危害主要有兩個(gè)方面：一是滲透效應(yīng)，二是離子效應(yīng)［20］。滲透效應(yīng)是指當(dāng)土壤中鹽分含量增加時(shí)，滲透壓隨之提高，而水勢(shì)相應(yīng)降低，使種子吸水困難，從而影響種子的萌發(fā)；離子效應(yīng)是指某種離子濃度升高對(duì)種子造成毒害。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境鹽的濃度大于100 mmol/L時(shí)，鹽環(huán)境會(huì)對(duì)啤酒大麥種子造成毒害而抑制其萌發(fā)。以不同濃度的NaC1溶液模擬鹽分環(huán)境中，隨著鹽環(huán)境濃度增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，這與他人的研究結(jié)果基本一致［21］。

在中性鹽和堿性鹽不同濃度的環(huán)境下，啤酒大麥甘啤5號(hào)種子的萌發(fā)期均受到影響。在中性鹽（NaCl）的環(huán)境下，隨著環(huán)境濃度的升高，各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)的變化達(dá)到顯著水平（P＜0.05），發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根長(zhǎng)以及苗長(zhǎng)都出現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。堿性鹽（Na2CO3）環(huán)境下，隨著濃度增加，測(cè)試指標(biāo)均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），當(dāng)環(huán)境中鹽濃度達(dá)到100 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)指標(biāo)急劇變化，鹽害指數(shù)大幅增加；200 mmol/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根長(zhǎng)以及苗長(zhǎng)完全被抑制，鹽害指數(shù)達(dá)到最大。有研究認(rèn)為，種子耐鹽能力的大小取決于種子萌發(fā)過程中對(duì)鹽分引起的滲透效應(yīng)和離子效應(yīng)的綜合適應(yīng)［22］，而Na2CO3導(dǎo)致pH升高，使植物受到鹽環(huán)境的同時(shí)還受到高pH的影響［23］，而不是滲透環(huán)境和離子毒害［24］，所以Na2CO3使植物受害會(huì)更嚴(yán)重，這與本結(jié)果一致。

方差分析表明，在不同單鹽環(huán)境條件下，鹽濃度對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)均有極顯著的影響（P＜0.01）。不同單鹽環(huán)境對(duì)同一品種的敏感程度不同，表明在啤酒大麥甘啤5號(hào)萌發(fā)期，堿性鹽環(huán)境比中性鹽環(huán)境敏感。

本試驗(yàn)所設(shè)置的鹽濃度梯度還有待細(xì)化，尤其是0～100 mmol/L的濃度。有研究顯示，0～100 mmol/L的濃度區(qū)間，鹽環(huán)境反而會(huì)促使大麥種子根的生長(zhǎng)［23，25-26］，這將為那些輕微鹽堿地的開發(fā)利用借鑒。