新型改良劑對(duì)堿脅迫下大豆萌發(fā)的影響

郝 統(tǒng)，趙晉忠，杜維俊 ，楊衛(wèi)仙 ，王 敏 ，岳愛琴

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院，山西太谷030801；3.交城縣農(nóng)業(yè)委員會(huì)土肥站，山西交城030500）

土壤鹽堿化是一種重要的非生物脅迫，對(duì)世界農(nóng)業(yè)發(fā)展影響巨大[1]。全世界鹽漬鹽堿土地面積約10億hm2，我國(guó)有9 913萬(wàn)hm2，主要集中在華北、西北和東北地區(qū)。鹽堿地分為以NaCl和Na2SO4積累為主的中性鹽土和以積累Na2CO3和NaHCO3為主的堿性鹽土[2]。中性鹽和堿性鹽脅迫都能導(dǎo)致滲透脅迫和離子毒害，而堿脅迫又具有高pH值的特點(diǎn)，對(duì)植物的傷害更加嚴(yán)重。研究表明，相同濃度的中性鹽和堿性鹽處理下，堿性鹽對(duì)植物的傷害更嚴(yán)重[2-4]。堿性鹽中的Na2CO3和NaHCO3所含的CO32-和HCO3-離子發(fā)生水解，使土壤的pH值升高而呈強(qiáng)堿性。pH值過高會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生鹽堿燒傷，造成離子堆積，種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)與代謝失調(diào)，導(dǎo)致多種營(yíng)養(yǎng)元素的匱乏，損壞或抑制了質(zhì)膜的電滲透，使種子在萌發(fā)階段的細(xì)胞質(zhì)膜喪失選擇性吸收功能，終止發(fā)芽[5]。GONG等[2]研究認(rèn)為，鹽堿脅迫會(huì)誘導(dǎo)植物體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的暴發(fā)，從而導(dǎo)致細(xì)胞損傷和死亡，這是造成植物損害的重要途徑。因此，研究如何減緩鹽堿脅迫對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害具有非常重要的意義。

近年來，國(guó)內(nèi)外鹽堿地的改良逐漸成為研究的熱點(diǎn)[6-7]。研究表明，外源物浸種或噴灑于作物葉片上可以在一定程度提高作物發(fā)芽率，增強(qiáng)幼苗耐鹽堿能力。例如，將種子經(jīng)過適量濃度的硝普鈉、亞精胺、油菜素內(nèi)酯、硝酸鈣、水楊酸和赤霉素等處理，都可以提高種子的萌發(fā)率和幼苗的生理活性[8-15]，這些外源物主要通過調(diào)節(jié)作物代謝來緩解鹽堿脅迫造成的傷害。前人研究?jī)H局限于鹽脅迫和干旱脅迫對(duì)植物的影響，而堿脅迫下對(duì)植物的影響相對(duì)較少。因此，研究作物種子萌發(fā)對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)機(jī)制以及如何減輕鹽堿脅迫對(duì)植物的影響具有重要的意義。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆課題組針對(duì)上述存在的問題，提出以乙?；咸烟菫榛|(zhì)用于改良鹽堿地的新思路，并用于大田試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，活性乙?；咸烟遣粌H可以改善鹽堿地土壤的理化性狀，還可以提高作物產(chǎn)量[16-18]。但是關(guān)于乙?；咸烟菍?duì)堿脅迫下大豆種子萌發(fā)的影響還未進(jìn)行研究。

本研究采用水培法探討不同濃度堿脅迫及添加不同濃度乙?；咸烟菍?duì)大豆種子萌發(fā)的影響，以期為大豆種子萌發(fā)階段的鹽堿改良提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試大豆材料為武鄉(xiāng)小黑豆，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆課題組提供。

乙酰葡萄糖（C16H22O11）由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)鹽堿地治理課題組合成；Na2CO3和NaHCO3均為分析純。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用Na2CO3和NaHCO3配制成不同濃度的堿脅迫溶液（表1）。將濃度為50 mmol/L堿脅迫溶液中分別添加不同濃度的改良劑（表2）。

表2 不同改良劑處理溶液及其pH值

表1 不同堿脅迫溶液及pH值

1.3 試驗(yàn)方法

挑選顆粒飽滿、大小均勻、未破碎的大豆種子，用1%NaClO溶液進(jìn)行消毒，蒸餾水清洗3次后，浸泡5 h。之后放置于滅菌培養(yǎng)皿（放置2層濾紙），每個(gè)培養(yǎng)皿中放入100粒種子，并加入10 mL不同濃度的處理液，每個(gè)處理重復(fù)3次。在溫度25℃、相對(duì)濕度80%、黑暗條件下進(jìn)行萌發(fā)。從第2天起，每天8：00統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，并更換處理液，以防止種子腐爛并保證處理液濃度不變；在第7天，隨機(jī)選擇30粒種子以測(cè)量芽長(zhǎng)度，然后在105℃下殺青15 min，并在75℃下烘至恒質(zhì)量稱干質(zhì)量，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖，用SPSS 22軟件對(duì)平均數(shù)進(jìn)行多重比較和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿脅迫對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆種子萌發(fā)的影響

2.1.1 堿脅迫對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆種子發(fā)芽率的影響

從表3可以看出，不同濃度的堿脅迫對(duì)大豆種子的發(fā)芽率影響不同。發(fā)芽第1～7天，25 mmol/L堿脅迫下的發(fā)芽率與空白組（蒸餾水）的發(fā)芽率差異均不顯著。第3～7天，50 mmol/L的發(fā)芽率均顯著低于空白組。在100 mmol/L的脅迫濃度下，發(fā)芽的第2～7天均顯著低于空白組。而脅迫濃度為150，200，250 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率在第1～7天均顯著低于空白組。除25 mmol/L堿脅迫外，隨著堿脅迫濃度的增加，發(fā)芽率逐漸降低，對(duì)發(fā)芽率的抑制作用也越來越明顯。

2.1.2 堿脅迫對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由圖1可知，在堿脅迫濃度為25 mmol/L時(shí)，大豆種子的發(fā)芽勢(shì)與空白組（蒸餾水）的發(fā)芽勢(shì)無(wú)顯著差異。50，100 ，150，200，250 mmol/L條件下發(fā)芽勢(shì)均顯著低于對(duì)照組。結(jié)果表明，隨著堿脅迫濃度的提高，對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)抑制作用增強(qiáng)。

2.1.3 堿脅迫對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖2可知，不同濃度的堿脅迫對(duì)大豆種子的發(fā)芽指數(shù)影響不同。堿脅迫濃度為25 mmol/L時(shí)的發(fā)芽指數(shù)比空白組高3.94%。隨著堿脅迫濃度的增加，發(fā)芽指數(shù)逐漸降低。顯著性分析結(jié)果表明，堿濃度為25 mmol/L脅迫下的發(fā)芽指數(shù)與空白組間差異不顯著；50，100，150，200，250 mmol/L 堿濃度脅迫下的發(fā)芽指數(shù)均與空白組間差異顯著，并且隨著堿脅迫濃度的升高，發(fā)芽指數(shù)逐漸減小。

表3 堿脅迫對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆發(fā)芽率的影響 %

2.1.4 堿脅迫對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆種子胚根長(zhǎng)的影響

由圖3，4可知，不同濃度的堿脅迫處理下，武鄉(xiāng)小黑豆的胚根長(zhǎng)在第7天時(shí)均顯著變短?？瞻讓?duì)照條件下平均胚根長(zhǎng)為 12.83 cm，25，50，100，150，200，250 mmol/L堿濃度脅迫下胚根長(zhǎng)分別為7.87，5.17，2.03，2.00，0.90，0.43 cm，與空白組相比依次減少了38.66%，59.70%，84.18%，84.41%，92.99%，95.56%。由此可見，無(wú)論低濃度還是高濃度堿脅迫，均嚴(yán)重抑制了武鄉(xiāng)小黑豆種子胚根的生長(zhǎng)。

2.2 改良劑對(duì)堿脅迫下武鄉(xiāng)小黑豆種子萌發(fā)的影響

由以上試驗(yàn)可知，50 mmol/L堿脅迫顯著影響武鄉(xiāng)小黑豆的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和胚根長(zhǎng)，因此，在50 mmol/L堿脅迫溶液中分別添加濃度為1，2，3，4，5 mmol/L的改良劑進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，探究添加改良劑對(duì)武鄉(xiāng)小黑豆發(fā)芽的影響。

2.2.1 改良劑對(duì)堿脅迫下武鄉(xiāng)小黑豆種子發(fā)芽過程中發(fā)芽率的影響 由圖5可知，添加不同濃度改良劑對(duì)大豆種子發(fā)芽率的影響不同。隨著改良劑濃度的增加，種子的發(fā)芽率呈先上升后下降。其中，添加3 mmol/L的改良劑時(shí)，武鄉(xiāng)小黑豆種子的發(fā)芽率最高，第1～7天發(fā)芽率均顯著高于對(duì)照（CK）；添加4，5 mmol/L改良劑時(shí)發(fā)芽率降低，說明改良劑濃度太高反而對(duì)種子的發(fā)芽率有抑制作用。

2.2.2 改良劑對(duì)堿脅迫下武鄉(xiāng)小黑豆種子發(fā)芽力的影響 由表4和圖6可知，添加改良劑濃度分別為 1，2，3，4 mmol/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和胚根長(zhǎng)度均顯著高于CK（堿脅迫）。隨著改良劑濃度的增加，武鄉(xiāng)小黑豆的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和胚根長(zhǎng)度均呈先上升后下降。當(dāng)添加3 mmol/L改良劑時(shí)，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和胚根長(zhǎng)度均達(dá)最高，分別為 82.33%，143.55，572.34，3.99 cm，與CK（堿脅迫）處理相比分別提高12.55%，14%，38.72%，28.82%。結(jié)果說明，堿脅迫下添加改良劑可以提高大豆的種子活力，且添加3 mmol/L改良劑時(shí)效果最佳。

表4 改良劑對(duì)堿脅迫下武鄉(xiāng)小黑豆發(fā)芽力的影響

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)是幼苗成長(zhǎng)的關(guān)鍵階段。VOIGY等[19]研究表明，鹽堿脅迫會(huì)減緩種子內(nèi)部?jī)?chǔ)藏器官中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水解和轉(zhuǎn)運(yùn)，破壞其與生長(zhǎng)組織營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給之間的平衡關(guān)系，導(dǎo)致種子的萌發(fā)受制。本研究結(jié)果表明，鹽堿脅迫濃度為25 mmol/L時(shí)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)與空白對(duì)照間差異均不顯著，而胚根長(zhǎng)顯著低于對(duì)照，并且隨著堿脅迫濃度的增加，大豆種子萌發(fā)過程中發(fā)芽力均逐漸降低。說明堿脅迫顯著降低了種子的發(fā)芽力，延長(zhǎng)了發(fā)芽時(shí)間。

本研究使用的鹽堿改良劑乙?；咸烟遣粌H降低了堿脅迫液的pH值，還產(chǎn)生了糖類物質(zhì)，可用作外源糖來促進(jìn)植物生長(zhǎng)。前人研究結(jié)果表明，鹽堿脅迫下經(jīng)過低濃度的葡萄糖或果糖浸種處理的水稻種子，其發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)得到了顯著提高[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，堿脅迫下添加乙酰化葡萄糖濃度為3 mmol/L時(shí)，對(duì)大豆種子萌發(fā)的促進(jìn)作用最強(qiáng)，隨著添加乙?；咸烟菨舛鹊脑黾?，對(duì)大豆種子萌發(fā)產(chǎn)生了抑制作用，可能是由于產(chǎn)生糖濃度過高，導(dǎo)致培養(yǎng)液的滲透壓增加，對(duì)大豆種子產(chǎn)生了滲透脅迫，但結(jié)果還有待進(jìn)一步研究。