NaCl脅迫對(duì)幾種典型耐鹽經(jīng)濟(jì)作物種子萌發(fā)的影響

李 源，朱倩倩，許詠梅

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

鹽漬土面積約占我國(guó)耕地面積的10%，如新疆、華北平原存在大面積的鹽漬化土壤，持續(xù)的土壤鹽漬化已成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題［1］。鹽漬土含鹽成分主要是NaCl、KCl、CaCl2、Na2SO4、MgSO4等［2］。 其 中，Na+和 Cl-對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響及危害最為突出［3-4］，主要表現(xiàn)在Na+對(duì)其它離子具有拮抗作用，影響作物對(duì) K、P 和其它營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。同時(shí)，高鹽造成的植物葉片氣孔失水關(guān)閉以保持葉內(nèi)相對(duì)較高的水勢(shì)，嚴(yán)重阻礙了CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞內(nèi)，使光合速率下降［5］。關(guān)于鹽分過(guò)高所造成的離子毒害、滲透脅迫及元素虧缺等方面問題已被廣泛研究［6］。隨著近年來(lái)耕地面積逐年遞減，如何對(duì)這些鹽漬化土壤進(jìn)行改良以及科學(xué)合理的利用是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)鹽堿地的治理已積累了較多的成果，主要包括化學(xué)改良、生物改良以及水利工程改良方法［7-8］。其中，工程改良方法效果最好，但需要大量水資源以及較高的成本投入，很難大范圍推廣。種植耐鹽作物是鹽堿地生物改良的重要方法，在鹽堿地上種植耐鹽經(jīng)濟(jì)作物，不僅可以提供蔬菜、飼料從而取得經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)改善鹽堿地，提高土地利用效率。堿蓬、黃秋葵、海蓬子、三角葉濱藜和飯豆作為典型的耐鹽經(jīng)濟(jì)作物，得到了較多學(xué)者的關(guān)注［9-12］。前人關(guān)于耐鹽作物的報(bào)道多集中于滲透調(diào)節(jié)、離子吸收、水分關(guān)系和運(yùn)輸?shù)确矫妫?3-15］。種子能否健康發(fā)芽是耐鹽作物生長(zhǎng)的前提，部分學(xué)者針對(duì)作物種子萌發(fā)期的耐鹽性進(jìn)行研究［16-19］，厘定了評(píng)價(jià)種子耐鹽能力的指標(biāo)，主要包括發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)鹽害率、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、膜透性以及相對(duì)電導(dǎo)率。依據(jù)以上評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)不同鹽脅迫下種子發(fā)芽情況進(jìn)行研究，認(rèn)為鹽脅迫嚴(yán)重抑制種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)［20-23］，但在低濃度鹽脅迫時(shí)可能對(duì)種子萌發(fā)起促進(jìn)作用［24］。因此，不同耐鹽經(jīng)濟(jì)作物種子萌發(fā)與鹽脅迫響應(yīng)關(guān)系存在著明顯的差異。種子發(fā)芽期是作物生命史中最為重要的階段，與生長(zhǎng)階段相比，種子發(fā)芽期是對(duì)鹽脅迫響應(yīng)比較敏感的時(shí)期［25］，是進(jìn)行耐鹽性研究的重要時(shí)期。通過(guò)研究不同鹽濃度下發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等性狀指標(biāo)來(lái)反映作物的耐鹽程度，這有利于耐鹽經(jīng)濟(jì)作物的選擇與評(píng)價(jià)［26］，而目前關(guān)于該方面的文獻(xiàn)僅有零星報(bào)道，從而極大程度限制了耐鹽經(jīng)濟(jì)作物在鹽堿地上的推廣和應(yīng)用。

新疆被喻為世界鹽堿地博物館，南疆地區(qū)土地鹽漬化程度較嚴(yán)重，對(duì)鹽堿地的治理與合理利用對(duì)南疆農(nóng)民脫貧及邊疆穩(wěn)定的國(guó)家戰(zhàn)略起著至關(guān)重要的作用。新疆地區(qū)傳統(tǒng)鹽堿地改良及開發(fā)利用的效率低且成本高，在耐鹽經(jīng)濟(jì)作物種植方面的研究，多集中在萌發(fā)后生長(zhǎng)階段，而關(guān)于耐鹽經(jīng)濟(jì)作物萌發(fā)期耐鹽適應(yīng)范圍及耐鹽閾值的確定鮮有報(bào)道［9，24］。本研究以堿蓬、黃秋葵、海蓬子、三角葉濱藜和飯豆典型耐鹽經(jīng)濟(jì)作物為研究對(duì)象，探究不同NaCl濃度脅迫對(duì)這些耐鹽作物種子發(fā)芽的影響，確定不同耐鹽作物的耐鹽閾值及最適鹽濃度，為具有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)耐鹽作物的引進(jìn)、篩選以及在新疆地區(qū)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

堿蓬、黃秋葵、海蓬子、三角葉濱藜和飯豆種子來(lái)源于鹽城綠苑鹽土農(nóng)業(yè)科技有限公司，經(jīng)干燥處理后，保存于4℃冰箱。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在2018年5月進(jìn)行。NaCl單鹽處理，共設(shè)11個(gè)濃度梯度處理，濃度分別為0（對(duì)照）、50、100、150、200、250、300、350、400、450 和500 mmol/L。在洗凈、烘干的培養(yǎng)皿中放入濾紙，分別配置上述NaCl濃度的溶液，然后選取飽滿的堿蓬、黃秋葵、海蓬子、三角葉濱藜和飯豆種子，將種子消毒后沖洗干凈，然后擺入種子100粒，3次重復(fù)，將培養(yǎng)皿放入溫度25℃/20℃（晝/夜）培養(yǎng)箱中，將培養(yǎng)皿用PE封口膜密封。每24 h統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，以可見胚根為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)記錄7 d后結(jié)束，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽鹽害率、發(fā)芽勢(shì)鹽害率和發(fā)芽指數(shù)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法［17］

從培養(yǎng)的第 1 d 開始，每天觀察并記錄發(fā)芽種子（種子萌發(fā)以胚根伸出種皮 2 mm作為發(fā)芽標(biāo)志）的數(shù)量，至第7 d 結(jié)束。萌發(fā)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

萌發(fā)率=（試驗(yàn)種子萌發(fā)個(gè)數(shù)/待測(cè)種子總數(shù)）×100%

萌發(fā)指數(shù)=Σ（第t天種子萌發(fā)個(gè)數(shù)/相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)t）發(fā)芽勢(shì)=6 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/待測(cè)種子數(shù)×100%發(fā)芽鹽害率=（對(duì)照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對(duì)照發(fā)芽率×100%

發(fā)芽勢(shì)鹽害率=（對(duì)照發(fā)芽勢(shì)-處理發(fā)芽勢(shì)）/對(duì)照發(fā)芽勢(shì)×100%

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)不同耐鹽植物種子發(fā)芽率的影響

如表1所示，隨著NaCl濃度的升高，不同耐鹽作物種子發(fā)芽率表現(xiàn)出顯著差異。如在對(duì)照條件下，黃秋葵種子發(fā)芽率為94.00%，在NaCl濃度升高至100 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率與對(duì)照相比顯著降低，即種子萌發(fā)受到了鹽脅迫的抑制，隨后在濃度升至250 mmol/L時(shí)發(fā)芽率降低至27.54%；飯豆在對(duì)照條件下種子發(fā)芽率為84.67%，當(dāng)NaCl濃度升高至250 mmol/L時(shí)，種子發(fā)芽率與對(duì)照相比顯著降低，隨后在濃度升至450 mmol/L時(shí)降低至26.00%；海蓬子在對(duì)照條件下種子發(fā)芽率為61.67%，在NaCl濃度升高至50 mmol/L時(shí)，種子發(fā)芽率與對(duì)照相比顯著降低，隨后在濃度升高至250 mmol/L時(shí)降低至23.33%；三角葉濱藜在對(duì)照條件下種子發(fā)芽率為32.33%，在NaCl濃度升高至50 mmol/L，種子發(fā)芽率表現(xiàn)出對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)，在濃度大于50 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率低于20%；堿蓬在對(duì)照條件下種子發(fā)芽率為46.00%，在NaCl濃度升高至150 mmol/L時(shí)表現(xiàn)出對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)，隨后在濃度升至200 mmol/L時(shí)降低至29.00%。

綜上所述，不同耐鹽作物種子發(fā)芽率有如下幾個(gè)特征：（1）不同耐鹽植物種子發(fā)芽率均隨NaCl濃度的升高而下降。（2）在無(wú)鹽（對(duì)照）條件下，黃秋葵和飯豆發(fā)芽率最高，分別為94.00%、84.67%，發(fā)芽率均顯著高于海蓬子（61.67%）、堿蓬（46.00%）、三角葉濱藜（32.33%）；（3）在鹽脅迫下，飯豆種子萌發(fā)受抑制程度最低，而黃秋葵發(fā)芽率對(duì)鹽脅迫最為敏感，鹽害率最高。在NaCl濃度為250 mmol/L，飯豆種子發(fā)芽率開始受到鹽脅迫的抑制，發(fā)芽鹽害率為18.04%，而黃秋葵發(fā)芽鹽害率已達(dá)到76.60%。（4）在發(fā)芽率大于20%時(shí)，飯豆、黃秋葵、海蓬子、堿蓬、三角葉濱藜對(duì)應(yīng)的最高NaCl濃度分別為450、250、250、200和50 mmol/L。因此，在NaCl濃度大于250 mmol/L時(shí)，僅有飯豆發(fā)芽率大于20%；NaCl濃度在0～250 mmol/L范圍內(nèi)，種子耐鹽程度依次為：飯豆＞黃秋葵＞海蓬子＞堿蓬＞三角葉濱藜。

表1不同濃度NaCl脅迫對(duì)種子發(fā)芽率的影響

表2不同濃度NaCl脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響

2.2 鹽脅迫對(duì)不同耐鹽植物種子發(fā)芽勢(shì)的影響

發(fā)芽勢(shì)反映種子發(fā)芽的快慢程度［27］。隨著NaCl濃度的增加（表2），不同耐鹽作物種子發(fā)芽勢(shì)具體表現(xiàn)出如下3個(gè)特征：（1）不同耐鹽作物種子發(fā)芽勢(shì)均隨NaCl濃度的增加而降低。在NaCl濃度升高至50～150 mmol/L時(shí)，不同耐鹽作物發(fā)芽勢(shì)較對(duì)照全部顯著降低。（2）對(duì)比發(fā)芽率鹽害率和發(fā)芽勢(shì)鹽害率可以看出，NaCl脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響比對(duì)發(fā)芽率的影響要大，鹽脅迫嚴(yán)重影響了種子的發(fā)芽勢(shì)。（3）與其它耐鹽作物相比，飯豆在不同鹽脅迫下的發(fā)芽勢(shì)最高，黃秋葵發(fā)芽勢(shì)對(duì)鹽度脅迫最為敏感，在NaCl濃度小于250 mmol/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)大小依次為：飯豆＞黃秋葵＞海蓬子＞堿蓬＞三角葉濱藜，這與發(fā)芽率的結(jié)果高度一致。

2.3 鹽脅迫對(duì)不同耐鹽植物種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖1 不同NaCl濃度對(duì)耐鹽作物發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)能反應(yīng)種子的活力，能較好地反映鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽的影響程度［28］。由圖1可知，隨著NaCl濃度的升高，不同耐鹽作物種子的發(fā)芽指數(shù)呈下降趨勢(shì)，不同耐鹽作物種子的發(fā)芽指數(shù)與NaCl濃度呈線性相關(guān)關(guān)系。通過(guò)擬合方程可以看出，NaCl濃度每增加10 mmol/L，飯豆、黃秋葵、海蓬子、堿蓬、三角葉濱藜發(fā)芽指數(shù)分別下降1.05、1.19、0.5、0.38、0.18。在相同濃度NaCl脅迫下，發(fā)芽指數(shù)大小依次為：飯豆＞黃秋葵＞堿蓬＞海蓬子＞三角葉濱藜。這與發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)結(jié)果略有不同，主要表現(xiàn)在堿蓬與海蓬子的對(duì)比上。海蓬子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率大于堿蓬，但發(fā)芽指數(shù)小于堿蓬，說(shuō)明堿蓬具有初期發(fā)芽較快，后期發(fā)芽率較低的特點(diǎn)。

3 討論與結(jié)論

種子發(fā)芽期是作物生長(zhǎng)過(guò)程中的關(guān)鍵時(shí)期［29］。本研究依據(jù)前人研究成果篩選出幾種典型的耐鹽經(jīng)濟(jì)作物，設(shè)置了11個(gè)不同濃度梯度NaCl 溶液作為脅迫溶液，研究了這些耐鹽經(jīng)濟(jì)作物在不同鹽度脅迫下的發(fā)芽情況。結(jié)果表明，不同耐鹽作物種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均隨NaCl濃度的升高而下降，NaCl脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響大于對(duì)發(fā)芽率的影響，鹽脅迫嚴(yán)重影響了種子的發(fā)芽勢(shì)。NaCl濃度在0～50 mmol/L時(shí)，黃秋葵發(fā)芽率最高；NaCl濃度高于50 mmol/L時(shí)，飯豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)最高，黃秋葵對(duì)鹽度脅迫最為敏感；NaCl濃度在50～250 mmol/L范圍內(nèi)，不同耐鹽作物耐鹽程度大小依次為：飯豆＞黃秋葵＞海蓬子＞堿蓬＞三角葉濱藜；當(dāng)NaCl濃度在250～450 mmol/L時(shí)，僅有飯豆發(fā)芽率大于20%；當(dāng)NaCl濃度大于500 mmol/L時(shí)，所有作物幾乎都不發(fā)芽。

除飯豆外，其他幾種作物受鹽脅迫的最低濃度都在50～150 mmol/L。因此，在0～50 mmol/L的低鹽脅迫下對(duì)作物種子的發(fā)芽無(wú)抑制作用，這一結(jié)果與劉國(guó)民［30］、張秀玲［31］研究結(jié)果一致，這可能是由于低濃度鹽對(duì)細(xì)胞膜滲透調(diào)節(jié)以及對(duì)呼吸酶的抑制作用較??；低鹽脅迫下黃秋葵的發(fā)芽率最高，是最適宜種植的經(jīng)濟(jì)作物。當(dāng)濃度大于100 mmol/L時(shí)，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)急劇下降，這一研究結(jié)果與楊林［32］、 楊秀玲等［33］的研究結(jié)果相一致。在高濃度 NaCl 溶液脅迫下，種子發(fā)芽率顯著降低，可能是由于過(guò)高濃度的NaCl溶液破壞了細(xì)胞質(zhì)膜的完整性和功能，Na+、Cl-等在細(xì)胞內(nèi)的大量積累，造成細(xì)胞內(nèi)離子失調(diào)，引發(fā)一系列代謝紊亂，導(dǎo)致種子萌發(fā)受阻，其中，黃秋葵的下降幅度最大。徐麗等［34］研究表明，黃秋葵種子的吸水速度較快，最佳發(fā)芽溫度在25℃，過(guò)高和過(guò)低都不利于種子發(fā)芽。本次實(shí)驗(yàn)發(fā)芽時(shí)溫度控制在25℃，使種子能快速吸收NaCl溶液中的Na+、Cl-，從而引起離子毒害，造成黃秋葵種子發(fā)芽率的快速下降，但其耐鹽能力仍然強(qiáng)于堿蓬和海蓬子。喬永旭等［35］的研究表明，堿蓬種子的發(fā)芽率隨著鹽分濃度的增加而減少，30℃時(shí)種子的發(fā)芽率最高，在無(wú)鹽對(duì)照中獲得最大的發(fā)芽率，種子的低發(fā)芽率主要是因?yàn)辂}脅迫下的滲透效應(yīng)，高濃度鹽抑制種子萌發(fā)過(guò)程中水分吸入。張晶等［36］研究表明，海蓬子種子在NaCl濃度為150 mmol/L時(shí)的發(fā)芽率最高，隨NaCl濃度增加發(fā)芽率呈下降的趨勢(shì)，可能是由于低鹽環(huán)境能夠刺激海蓬子種子中脯氨酸等其他可溶性物質(zhì)的積累，提高細(xì)胞內(nèi)部的滲透壓，增加種子的吸水能力，還有可能改變細(xì)胞膜質(zhì)蛋白的功能，細(xì)胞從外界環(huán)境中吸收無(wú)機(jī)離子，降低細(xì)胞水勢(shì)，促進(jìn)種子吸水萌發(fā)。吉榮龍等［37］的研究表明，飯豆具有耐鹽、耐旱、適應(yīng)性廣、播種適期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，鹽度過(guò)高不利于飯豆的發(fā)芽與生長(zhǎng)，在鹽度低于5‰的沿海灘涂地塊上進(jìn)行種植時(shí)獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。以上學(xué)者對(duì)飯豆、堿蓬、海蓬子的研究結(jié)果與本次研究結(jié)果一致，但對(duì)其耐鹽機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍然不是十分清楚。

因此，在NaCl濃度為0～50 mmol/L低鹽環(huán)境下，黃秋葵種子具有較好的耐鹽性；在NaCl濃度為50～450 mmol/L高鹽環(huán)境下，飯豆種子具有較好的耐鹽性；NaCl濃度大于450 mmol/L時(shí)，以上耐鹽經(jīng)濟(jì)作物都無(wú)法發(fā)芽。本次僅僅是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)種子的發(fā)芽情況及耐鹽性進(jìn)行研究，還需要在大田中進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)，為耐鹽經(jīng)濟(jì)作物的推廣應(yīng)用提供參考。