混合鹽堿脅迫對藜麥萌發(fā)期的影響

修妤 梁曉艷 石瑞常 顧寅鈺 王向譽 郭光 張鳳林 華麗峰

摘要：為研究混合鹽堿脅迫對藜麥種子萌發(fā)的影響，將中性鹽（NaCl、Na2SO4）和堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3）按不同比例混合，按照堿濃度增加的原則設(shè)定4個處理組，每組又設(shè)5個濃度（25、50、100、150、200 mmol·L-1），測定20種混合鹽堿脅迫下藜麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽和胚根長等生長指標(biāo)。結(jié)果表明：混合鹽堿濃度與發(fā)芽勢、發(fā)芽率呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，且對發(fā)芽勢達到極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）；隨著鹽堿濃度的增加，種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率均呈下降趨勢，堿性越強，下降幅度越大，且發(fā)芽勢受濃度影響較大，發(fā)芽率受影響不顯著，說明藜麥具有較強的適應(yīng)鹽堿的能力。鹽堿濃度對于胚芽長和胚根長呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）；隨濃度增加，胚芽與胚根長呈現(xiàn)不同趨勢，胚芽長逐漸減低，胚根長則先增加后降低，并且堿性越大，下降幅度越大。

關(guān)鍵詞：藜麥；混合鹽堿；脅迫；萌發(fā)

中圖分類號：S519 文獻標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2018）09-0051-05

Abstract In order to study the effects of complex salt-alkali stresses on seed germination of Chenopodium quinoa， we mixed the neutral salt （NaCl， Na2SO4） and basic salt （NaHCO3， Na2CO3） under different scale， and designed four treatment groups according to the principle of the scale of basic salt increasing. Every group had five concentrations （25， 50， 100， 150， 200 mmol·L-1）. The germination percentage， germination energy， the length of gemmule and radicle of C. quinoa were measured under the 20 different complex salt-alkali conditions. The results indicated that the complex salt-alkali concentration had negative effects on germination percentage and germination energy， and significantly negatively correlated with germination energy（P<0.01）. The germination percentage and germination energy showed the trends of decreasing with the increase of salt-alkali concentration， and the stronger the alkalinity was， the greater the decrease was. The effect of salt-alkali concentration on germination energy was greater than that on germination percentage. All these indicated that the C. quinoa had higher ability of resisting the complex salt-alkali stress. There was significantly negative correlation between the salt-alkali concentration and the length of gemmule and radicle（P<0.01）. The length of gemmule and radicle showed different trends when the concentration increased. The gemmule length decreased gradually， while the radicle length increased firstly and then decreased， and the greater the alkalinity， the greater the decline.

Keywords Chenopodium quinoa； Complex salt-alkali； Stress； Germination

鹽堿脅迫是當(dāng)前影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地生產(chǎn)力的最主要脅迫因子之一。全球25%的土地面積受鹽漬化影響[1-4]。由于人為不合理灌溉、過度使用化肥、砍伐森林、破壞植被以及溫室效應(yīng)導(dǎo)致的氣候變暖等因素，使土壤鹽堿化日益嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，全球鹽堿地面積每年以（100～150）×104 hm2 的速度在增加，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5，6]。我國東北、西北地區(qū)鹽堿地多為復(fù)合型鹽堿地，成分為堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3），兼有中性鹽（NaCl、Na2SO4）， 鹽化與堿化作用往往相伴發(fā)生[7]，對植物造成鹽脅迫與堿脅迫危害。堿性鹽往往具有高pH值，所以對植物的危害更大。近年來研究鹽、堿脅迫的越來越多，往往都集中于單純的鹽脅迫或是堿脅迫，或是兩者的比較，而對混合鹽堿脅迫研究的很少。

藜麥原產(chǎn)于玻利維亞、智利和秘魯一帶的安第斯山脈，喜熱帶、亞熱帶干濕氣候，生長氣溫為2～35℃，生長適溫14～18℃，是莧科藜亞科藜屬一年生自花授粉植物。在營養(yǎng)生長階段可耐輕度霜凍（-1～0℃），在種子結(jié)實之后可耐-6℃低溫；為短日照植物，性喜強光；喜高海拔地區(qū)，最適栽植于海拔3 000～4 000 m的山地或高原上；為耐鹽堿植物，適宜的土壤為pH值4.5～9.5且排水良好的砂質(zhì)壤土或壤質(zhì)砂土。藜麥籽粒中含有豐富的蛋白質(zhì)、類胡蘿卜素和VC，其蛋白質(zhì)中氨基酸組成均衡，賴氨酸（5.1%～6.4%）和蛋氨酸（0.4%～1.0%）含量較高[8]；藜麥籽實的灰分含量（3.4%）高于水稻（0.5%）、小麥（1.8%）及其它傳統(tǒng)禾谷類作物，而且籽實中富含大量礦質(zhì)營養(yǎng)，如Ca、Fe、Zn、Cu和Mn，其中，Ca（874 mg·kg-1）和Fe（81 mg·kg-1）含量明顯高于大多數(shù)常見谷物[9]，因而藜麥被國際營養(yǎng)學(xué)家稱為“營養(yǎng)黃金”“超級谷物”和“未來食品”。聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)為藜麥?zhǔn)俏ㄒ灰环N可滿足人體基本營養(yǎng)需求的單體植物，并正式推薦藜麥為最適宜人類的全營養(yǎng)食品[10]，所以藜麥有望成為適應(yīng)鹽堿環(huán)境、符合綠色健康飲食的優(yōu)良之選，其推廣種植具有非常重要的意義。

藜麥引種已遍布全球，成為食品領(lǐng)域的研究熱點，我國藜麥種植最早可追溯到1990年，在西藏地區(qū)進行試種，現(xiàn)今在山西、甘肅和吉林等廣泛種植成功[11]。目前關(guān)于藜麥鹽堿脅迫的研究很少，本研究首次用復(fù)合鹽堿脅迫藜麥種子，以初步探討藜麥的抗復(fù)合鹽堿能力，為藜麥在貧瘠地區(qū)的推廣、在復(fù)合鹽堿土地種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試藜麥種子采自山西靜樂縣。于2018年3月在山東省蠶業(yè)研究所日光溫室內(nèi)進行本試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 混合鹽堿條件的模擬 將 NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3按不同比例混合，以堿性鹽所占比例由小到大依次標(biāo)為A、B、C、D。每組內(nèi)又設(shè) 5個濃度， 其混合鹽總濃度依次為 25、50、100、150、200 mmol·L-1。因此本試驗共模擬出 20 種鹽度及堿度各不相同的鹽堿條件（表1）。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗 按照1.2.1的方法配好復(fù)合鹽堿溶液，共20種鹽度和堿度不同的溶液，以清水作為對照（CK），每個鹽堿溶液設(shè)3個重復(fù)。藜麥種子用0.1%KMnO4消毒10 min，流水沖洗，置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿（Φ=7 cm）中。每個培養(yǎng)皿放30粒種子，置于光照培養(yǎng)箱中，以研究復(fù)合鹽堿脅迫對藜麥種子萌發(fā)的影響。種子發(fā)芽以胚根長為種子長的2倍、胚芽與種子等長作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)[12]，從試驗的第2 d開始計數(shù)，萌發(fā)量連續(xù)3 d不增加視為發(fā)芽結(jié)束。試驗進行10 d，第10 d測定胚芽長和胚根長。

種子萌發(fā)參數(shù)：發(fā)芽率（%）=培養(yǎng)第5 d萌發(fā)種子數(shù)/試驗種子數(shù)×100（5d后各組發(fā)芽數(shù)不再增加）；發(fā)芽勢（%）=第2 d發(fā)芽種子數(shù)/試驗種子數(shù)×100（培養(yǎng)的第2 d對照組達到日發(fā)芽最高值）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 21.0軟件進行分析，對混合鹽堿脅迫下的藜麥發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長和胚根長進行雙因素方差分析，并分別進行單因素方差分析，比較每個指標(biāo)在各個處理和濃度組合下的差異性，用Microsoft Excel作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽堿脅迫對藜麥種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

雙因素方差分析結(jié)果表明：濃度、處理、濃度與處理的交互作用極顯著影響藜麥的發(fā)芽勢和發(fā)芽率（P<0.01，表2）。隨著鹽堿濃度的增加，發(fā)芽勢和發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢，處理的堿性越強，下降的幅度越大，如在濃度為100 mmol·L-1時，D處理組的發(fā)芽勢和發(fā)芽率為65%和81%，當(dāng)濃度達到200 mmol·L-1時，與100 mmol·L-1相比，分別下降69%和49%。對于發(fā)芽勢，A、B、C、D各組的CK與混合鹽堿濃度25 mmol·L-1時的發(fā)芽勢差異不顯著，C、D組與濃度50 mmol·L-1時的發(fā)芽勢差異也不顯著，當(dāng)濃度超過100 mmol·L-1時，達到顯著水平。由此可見，混合鹽堿濃度較低（﹤50 mmol·L-1）對于發(fā)芽勢的影響不大，濃度增加至100 mmol·L-1以上時，影響較大。對于發(fā)芽率，除了B組，CK與濃度200 mmol·L-1處理差異達到顯著以外，與其它各濃度處理差異均不顯著，說明混合鹽堿濃度小于200 mmol·L-1，對于藜麥的發(fā)芽率影響不大?？梢?，隨著混合鹽堿溶液的濃度增加、堿性增強，對于發(fā)芽勢的影響比發(fā)芽率大，初步得出藜麥的耐鹽堿能力較強（圖1）。

2.2 混合鹽堿脅迫對藜麥胚芽長和胚根長的影響

雙因素方差分析結(jié)果（表2）表明：濃度、處理、濃度與處理的交互作用極顯著影響藜麥的胚芽長和胚根長（P<0.01，）。由圖2可以看出，隨著濃度增加，胚芽長與胚根長呈現(xiàn)不同的趨勢，胚芽長逐漸減低；胚根長A、D處理組基本呈逐漸減低趨勢，B、C處理組基本呈先增加后降低趨勢，并且堿性越大，下降的幅度越大。

對于胚芽長，除了C處理組以外，A、B、D處理組濃度25 mmol·L-1時與對照差異都不顯著，當(dāng)濃度超過100 mmol·L-1則顯著低于對照。對于胚根長，B、C處理組根長增加量都在25 mmol·L-1時達到最大，且與對照相比均達到顯著水平（P<0.05），分別比對照增加41%和15%；當(dāng)濃度超過100 mmol·L-1時，下降的幅度非常大，與對照差異顯著。A處理組，CK胚根長為34.27 mm，鹽堿濃度100 mmol·L-1時為3.61 mm，下降89.5%；D處理組，鹽堿濃度100 mmol·L-1時胚根停止生長，A處理組為3.61 mm ，B為3.56 mm ，C為2.95 mm。

胚芽對于鹽堿脅迫的敏感度較胚根弱。當(dāng)濃度為100 mmol·L-1時D組胚芽長可達3.91 mm，其胚根已不生長；B組的根長與濃度為50 mmol·L-1相比顯著縮短，到濃度為150 mmol·L-1時已經(jīng)爛掉取不出完整幼苗。

3 討論與結(jié)論

土壤鹽漬化是威脅我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要問題，我國鹽堿地面積有近1.0×108 hm2，有非常大的開發(fā)利用潛力。在大面積的鹽漬地里，鹽生植物是特有的生態(tài)系統(tǒng)組分。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)今約有該類植物500多種。在眾多鹽堿土改良方法中，耐鹽植物改良技術(shù)具有費用少、見效快、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，受到廣泛關(guān)注。有研究結(jié)果表明，種植鹽生植物后土地的覆蓋面積加大，植物蒸騰取代了土壤蒸發(fā)，使地下水的鹽分不能在土壤表層積累而滯留在土壤深層，從而避免土壤耕作層的鹽漬化，若干年后鹽堿土即改造為良田。在這方面，澳大利亞中部地區(qū)、印度旁遮普地區(qū)已取得成果和經(jīng)驗[13]。王秀萍等[14]研究表明，種植養(yǎng)心菜可促進土壤含鹽量降低，使土壤逐步脫鹽，同時得益于養(yǎng)心菜根系發(fā)達，致使土壤通透性增強、板結(jié)狀況改善，微生物量增加。堿蓬對鹽堿地具有較好的適應(yīng)性，同時具有良好的經(jīng)濟價值，還可以促進重金屬和有機物污染的生物修復(fù)，對改良鹽堿地具有明顯的效果[15-21]。

藜麥?zhǔn)且环N兼性鹽生植物，能耐受相當(dāng)于海水的鹽濃度[22，23]，是一種非常耐鹽的植物[24-26]，有望開發(fā)成為改良鹽堿土的優(yōu)良作物。本研究證實：A處理組，當(dāng)濃度為200 mmol/L時仍有發(fā)芽現(xiàn)象，可見當(dāng)鹽堿土為中性鹽時，對于藜麥的萌發(fā)影響不大。研究還表明：鹽堿濃度與發(fā)芽勢、發(fā)芽率呈現(xiàn)負(fù)效應(yīng)，而且對于發(fā)芽勢而言，達到極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。隨著鹽堿濃度的增加，發(fā)芽勢和發(fā)芽率均呈現(xiàn)下降趨勢，處理的堿性越強下降的幅度越大。當(dāng)鹽堿濃度較低時，發(fā)芽勢與對照相比差異不顯著，當(dāng)濃度超過100 mmol·L-1時，差異達顯著水平，而發(fā)芽率受濃度影響不大，只在濃度達到200 mmol·L-1時達到顯著水平。由此可見，藜麥種子發(fā)芽勢受濃度影響較大，發(fā)芽率受濃度影響較小，即藜麥具有較強的適應(yīng)鹽堿的能力。這與季平等[27]的研究結(jié)果相一致。

胚根與胚芽生長是種子萌發(fā)期向苗期過渡的重要階段，也是植物能否在鹽堿環(huán)境下生存的決定性階段。鹽堿濃度對于胚芽長和胚根長，呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），隨著濃度的增加，胚芽與胚根長呈現(xiàn)不同的趨勢，胚芽長逐漸減低，胚根長基本先增加后降低，并且堿性越大，下降的幅度越大。胚根長在低鹽堿濃度下顯著高于對照，表明低濃度鹽堿溶液對藜麥根系的生長有促進作用，而高濃度鹽堿溶液顯著抑制了根系生長，隨著堿性鹽比例的增加，抑制作用增強。胚芽的下降幅度比胚根小，當(dāng)D組濃度為100 mmol·L-1時，胚芽長為3.91 mm，而胚根長為零，說明胚芽對于鹽堿脅迫的敏感度較胚根弱。

參 考 文 獻：

[1] Yeo A. Predicting the interaction between the effects of salinity and climate change on crop plants[J]. Scientia Horticulturae，1998，78（1/2/3/4）：159-174.

[2] Yamaguchi T，Blumwald E. Developing salt-tolerant crop plants：challenges and opportunities[J]. Trends in Plant Science，2005，12（10）：615-620.

[3] Ashraf M. Biotechnological approach of improving plant salt tolerance using antioxidants as markers[J]. Biotechnology Advances，2009，27（1）：84-93.

[4] Parida A K，Das A B. Salt tolerance and salinity effects on plants：a review[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2005，60（3）：324-349.

[5] Darwish T，Atallah T，Moujabber E I，et al. Salinity evolution and crop response to secondary soil salinity in two agro-climatic zones in Lebanon[J]. Agricultural Water Management，2005，78（1/2）：152-164.

[6] Luchli A，James R A，Huang C X，et al. Cell-specific localization of Na+ in roots of durum wheat and possible control points for salt exclusion[J]. Plant Cell Environ.，2008，31（11）：1565-1574.

[7] 徐芬芬，羅雨晴. 混合鹽堿脅迫對芹菜種子萌發(fā)的影響[J]. 生物加工過程，2012， 10（1）：63-66.

[8] Bhargava A，Shukla S，Ohri D. Genetic variability and interrelationship among various morphological and quality traits in quinoa （Chenopodium quinoa Willd.）[J]. Field Crops Research，2007，101（1）：104-116.

[9] Vega-gálvez A，Miranda M，Vergara J，et al. Nutrition facts and functional potential of quinoa （Chenopodium quinoa Willd.），an ancient Andean grain：a review[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2010，90（15）： 2541-2547.

[10] 譚斌，譚洪卓，劉明，等. 糧食（全谷物）的營養(yǎng)與健康[J]. 中國糧油學(xué)報，2010， 25（4）：100-107.

[11] 肖正春，張廣倫. 藜麥及其資源開發(fā)利用[J]. 中國野生植物資源，2014，33（2）：62-66.

[12] 楊宏偉，劉文瑜，沈?qū)氃?，? NaCl脅迫對藜麥種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響[J]. 草業(yè)學(xué)報，2017，26（8）：146-153.

[13] 趙可夫. 鹽生植物資源及鹽堿土改良利用研究動態(tài)[J]. 資源與環(huán)境，1989，1（1）：40-43.

[14] 王秀萍，張國新，魯雪林，等. 養(yǎng)心菜的耐鹽性及其對濱海鹽堿土的改良效果研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（4）：1796-1799.

[15] 鄒桂梅，蘇德榮，黃明勇，等. 人工種植鹽地堿蓬改良吹填土的試驗研究[J]. 草業(yè)科學(xué)，2010，27（4）：51-56.

[16] 張立賓， 徐化凌， 趙庚星. 堿蓬的耐鹽能力及其對濱海鹽漬土的改良效果[J]. 土壤， 2007，39（2）：310-313.

[17] 趙可夫，范海，江行玉，等. 鹽生植物在鹽漬土壤改良中的作用[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2002，8（1）：31-35.

[18] 林學(xué)政，沈繼紅，劉克齋，等. 種植鹽地堿蓬修復(fù)濱海鹽漬土效果的研究[J]. 海洋科學(xué)進展，2005，23（1）：65-69.

[19] 林學(xué)政，陳靠山，何培青，等. 種植鹽地堿蓬改良濱海鹽漬土對土壤微生物區(qū)系的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2006，26（3）：801-807.

[20] 劉玉新，謝小丁. 耐鹽植物對濱海鹽漬土的生物改良試驗研究[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，38（2）：183-188.

[21] 秦嘉海，呂彪，趙蕓晨. 河西走廊鹽土資源及耐鹽牧草改土培肥效應(yīng)的研究[J]. 土壤， 2004，36（1）：71-75.

[22] 周希琴，莫燦坤. 植物重金屬脅迫及其抗氧化系統(tǒng)[J]. 新疆教育學(xué)院學(xué)報，2003，19（2）：103-108.

[23] 羅通，黃鶴平. Ag+、Pb2+對輪藻3種酶活性的影響[J].四川師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，28（2）：238-241.

[24] Gómez-Pando L R，lvarez-Castro R，de la Barra E. Effect of saltstress on Peruvian germplasm of Chenopodium quinoa Willd：a promising crop[J]. J. Agro. Crop Sci.，2010，196（5）：391-396.

[25] Jacobsen Sven-Erik. The worldwide potential for quinoa （Chenopodium quinoa Willd.） [J]. Food Rev. Int.，2003，19 （1/2） ：167-177.

[26] Hariadi Y，Marandon K，Tian Y，et al.Ionic and osmotic relationsin quinoa （Chenopodium quinoa Willd.） plant grown at varioussalinity levels[J]. J. Exp. Bot.，2011，62 （1） ：185-193.

[27] 季平，張鵬，徐克章，等. 不同類型鹽堿脅迫對大豆植株生長性狀和產(chǎn)量的影響[J].大豆科學(xué)，2013，32（4）：477-481.

[28] 張曉磊，劉曉靜，齊敏興，等. 混合鹽堿對紫花苜蓿苗期根系特征的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，21（3）：340-346.