CaCl2、EBR對鹽脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響研究

劉隆陽 王炳盛 丁宣祺玥

摘 ? 要：以紫花苜蓿為試驗材料，探討了不同程度鹽脅迫及外源CaCl2、EBR對紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結果顯示：①鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數，抑制了紫花苜蓿幼苗的伸長，降低了紫花苜蓿的生長量，鹽脅迫程度越高，抑制作用越強。②外源CaCl2、EBR可以顯著改善紫花苜蓿種子在鹽脅迫下的萌發(fā)和幼苗生長情況，其中以CaCl2濃度為10 mmol/L、EBR濃度為0.1 μmol/L時緩解效果最佳。③同等鹽脅迫條件下，外源施加10 mmol/L CaCl2對鹽脅迫的緩解作用強于0.1 μmol/L EBR。

關鍵詞：CaCl2;EBR;鹽脅迫;紫花苜蓿;種子萌發(fā);幼苗生長;影響

土壤鹽漬化是限制農業(yè)生產最主要的非生物脅迫因素之一。我國約有2 700萬hm2鹽堿土地，其中耕地占25.92%[1]。在耕地有限且鹽漬化日益嚴重的當下，如何提高作物耐鹽性和培育耐鹽的作物新品種已成為當前亟待解決的問題。

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作為豆科苜蓿屬多年生草本植物，具有良好的營養(yǎng)和經濟價值，常作為改良鹽堿地的先鋒植物，擁有“牧草之王”的美稱[2]。然而，土壤鹽堿化已成為限制紫花苜蓿產業(yè)成長與發(fā)展的主要因素之一，尋找有效的植物生長調節(jié)劑緩解紫花苜蓿在鹽脅迫下所遭受的傷害已成為專家學者們的研究熱點。

Ca2+具有維護植物細胞壁和細胞膜正常結構與功能的作用，并作為信號分子，提高植物對逆境的適應性。張會靈等[3]研究發(fā)現，適宜濃度的CaCl2可以有效促進豌豆在鹽脅迫條件下的萌發(fā)，但濃度過低或過高均會對豌豆的生長產生抑制作用;丁能飛等[4]以西蘭花為試驗材料，發(fā)現CaCl2可顯著促進西蘭花在鹽脅迫下的生長，并提出緩解鹽脅迫的最佳鈣濃度為10 mmol/L。2，4-表油菜素內酯（2，4-Epibrassinolide，EBR）是一種廣泛分布于植物器官中的甾醇類新型植物激素，其在較低濃度條件下便可顯著影響植物的生理活動。王小山等[5]研究發(fā)現，0.1 μmol/L EBR能有效緩解鹽脅迫對植物生長的抑制作用，維持植物體內的離子平衡。

目前，對外源調節(jié)物質與植物抗逆性的關系及其信號轉導途徑的研究越來越受到人們的關注，但有關外源CaCl2、EBR在提高苜?？果}性方面的研究報道甚少。本文以紫花苜蓿為試驗材料，研究不同濃度鹽脅迫及外源CaCl2、EBR處理對紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，確定鹽脅迫下提高紫花苜蓿種子發(fā)芽、促進幼苗生長的最佳CaCl2和EBR濃度，為進一步研究添加外源CaCl2、EBR調控苜蓿幼苗的耐鹽機理和利用外源調節(jié)劑緩解鹽害提供理論依據和技術指導。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 供試材料

試驗材料為紫花苜蓿WL525品種，其種子由揚州大學提供。

1.2 ? 試驗方法

試驗前對已選取的優(yōu)質供試苜蓿種子進行消毒處理。試驗處理如下：①鹽脅迫處理：分別配制0 mmol/L、50 mmol/L、150 mmol/L、250 mmol/L的NaCl溶液。②試驗采用外源CaCl2、EBR浸種處理：在150 mmol/L濃度NaCl脅迫處理下，分別配制0 mmol/L、2.5 mmol/L、10 mmol/L、40 mmol/L的CaCl2溶液和濃度0 μmol/L、0.01 μmol/L、0.1 μmol/L、1 μmol/L的EBR溶液。將消毒完全的種子均勻擺放在墊有2層濾紙、底部鋪有海綿的發(fā)芽盒（邊長12 cm）中，分別往發(fā)芽盒中加入50 mL配制好的處理液（至濾紙、海綿飽和），每個處理3組重復。

萌發(fā)試驗在光照培養(yǎng)箱中進行，連續(xù)7 d定點觀察并記錄種子的萌發(fā)個數（以胚根長度>1 mm認為發(fā)芽）。相關指標計算公式如下：

發(fā)芽率（%）=（正常發(fā)芽粒數/供試種子總數）×100%;

發(fā)芽指數（GI）=∑Gt/Dt，Gt為在第t日的發(fā)芽數，Dt為相應的發(fā)芽天數;

活力指數（VI）=S∑Gt/Dt，S為幼苗的平均長度。

第7天統(tǒng)計種子發(fā)芽結束時，測定幼苗的整株長度、干重，每個處理隨機選取9株測量。

1.3 ? 數據處理及分析

采用Excel 2016軟件和SPSS 18.0軟件進行數據處理。

2 ? 結果與分析

2.1 ? 不同鹽濃度對紫花苜蓿種子萌發(fā)的影響

2.1.1 ? 不同鹽濃度對紫花苜蓿種子發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿種子的發(fā)芽率（P<0.05），且降低幅度隨鹽濃度的增加逐漸增大。50 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿種子發(fā)芽率顯著低于對照（P<0.05），但明顯高于150 mmol/L、250 mmol/L的NaCl處理（P<0.05），其發(fā)芽率保持在較高水平且整體變化趨勢與對照一致。150 mmol/L NaCl處理下，紫花苜蓿種子在第1天僅有少量種子萌發(fā)，之后各時期的發(fā)芽率均保持在60%～70%，經250 mmol/L NaCl處理，紫花苜蓿種子發(fā)芽率最低，第1、2天僅有極少數種子萌發(fā)，最終發(fā)芽率為24.44%，與對照相比降低了72.23%。

2.1.2 ? 不同鹽濃度對紫花苜蓿種子發(fā)芽指數的影響

研究表明（圖2），隨著鹽濃度的不斷增加，紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數逐漸降低。低濃度NaCl（50 mmol/L）處理與對照相比，對紫花苜蓿種子發(fā)芽指數影響不大，但隨著NaCl溶液濃度（≥150 mmol/L）的增加，紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數顯著降低（P<0.05）。50 mmol/L、150 mmol/L、250 mmol/L處理下種子發(fā)芽指數分別為對照的86.34%、49.48%、11.03%。

2.1.3 ? 不同鹽濃度對紫花苜蓿種子活力指數的影響

由圖3可以看出，隨著鹽濃度的增加，紫花苜蓿種子的活力指數逐漸顯著降低（P<0.05）。50 mmol/L、150 mmol/L、250 mmol/L濃度的NaCl處理下種子活力指數分別為對照的49.03%、7.93%、2.17%。

2.1.4 ? 不同鹽濃度對紫花苜蓿幼苗生長的影響

由圖4可以看出，鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗的生長具有抑制作用，且隨著鹽濃度的不斷增加，抑制作用越強，除50 mmol/L的NaCl處理下紫花苜蓿幼苗干重與對照沒有顯著差異外，其余處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重均逐漸顯著減少（P<0.05）。50 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重分別為對照的56.79%、92.65%;當鹽濃度達到高濃度（≥150 mmol/L）時，少數已萌發(fā)的幼苗無法正常生長，150 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重分別為對照的16.04%、50.88%;250 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重分別僅為對照的2.13%和15.97%。

2.2 ? 不同CaCl2、EBR濃度對鹽脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)的影響

通過分析紫花苜蓿種子在鹽脅迫處理下的萌發(fā)結果，確定150 mmol/L NaCl可作為研究外源CaCl2、EBR處理對鹽脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長影響的適宜濃度。

2.2.1 ? 不同CaCl2、EBR濃度對鹽脅迫下紫花苜蓿種子發(fā)芽率的影響

由圖5可以看出，在150 mmol/L的鹽脅迫下，添加外源CaCl2可以顯著提高各時期紫花苜蓿種子的發(fā)芽率，但其作用效果存在濃度效應。2.5 mmol/L、40 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子最終發(fā)芽率比單純鹽處理分別顯著提高了14.06%、18.75%，但均顯著低于10 mmol/L CaCl2處理，10 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子最終發(fā)芽率比單純鹽處理顯著提高了28.13%。

在150 mmol/L的鹽脅迫下，不同濃度EBR處理對紫花苜蓿種子萌發(fā)作用效果不同。0.01 μmol/L EBR處理使紫花苜蓿種子的萌發(fā)受到進一步抑制，種子最終發(fā)芽率為63.33%，比單純鹽處理降低了10.94%。當外源EBR濃度為 0.1 μmol/L 時，紫花苜蓿種子的發(fā)芽率在各時期均顯著高于其他處理，其種子最終發(fā)芽率分別是對照、0.01 μmol/L、1 μmol/L EBR處理的1.14倍、1.28倍與1.07倍。經1 μmol/L EBR處理的紫花苜蓿種子的發(fā)芽進程及最終發(fā)芽率與對照相比，均無顯著差異。

2.2.2 ? 不同CaCl2、EBR濃度對鹽脅迫下紫花苜蓿種子發(fā)芽指數的影響

由圖6可知，2.5 mmol/L、40 mmol/L外源CaCl2處理對鹽脅迫下紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數無顯著影響，當CaCl2濃度為10 mmol/L時，種子的發(fā)芽指數和對照相比顯著升高，發(fā)芽指數為20.07，為單純鹽處理的1.50倍。

0.01 μmol/L、1 μmol/L外源EBR處理對鹽脅迫下紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數無顯著影響，但都顯著低于0.1 μmol/L EBR處理，0.1 μmol/L EBR處理下紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數為16.25，分別是對照、0.01 μmol/L、1 μmol/L EBR處理的1.22倍、1.28倍與1.25倍。

2.2.3 ? 不同CaCl2、EBR濃度對鹽脅迫下紫花苜蓿種子活力指數的影響

在150 mmol/L NaCl脅迫下，如圖7所示，添加外源CaCl2可顯著提高紫花苜蓿種子的活力指數，但其作用效果存在濃度效應。2.5 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子的活力指數與對照相比顯著提高了3.68倍;10 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子的活力指數最高，為65.42，是單純鹽處理的4.99倍;隨著CaCl2濃度的升高（40 mmol/L），紫花苜蓿種子的活力指數下降，為單純鹽處理的2.87倍。

鹽脅迫下添加外源EBR對紫花苜蓿種子活力指數的影響同樣存在濃度效應。0.01 μmol/L EBR處理下，紫花苜蓿種子的活力指數與對照相比顯著升高了80.61%，0.1 μmol/L EBR處理下紫花苜蓿種子的活力指數達到最高，為34.29，是單純鹽處理的2.62倍，當種子經1 μmol/L EBR處理時其活力指數下降，僅為對照的77.40%。

2.2.4 ? 不同CaCl2、EBR濃度對鹽脅迫下紫花苜蓿幼苗生長的影響

如圖8所示，在150 mmol/L NaCl脅迫下，添加外源CaCl2可以顯著提高紫花苜蓿幼苗的長度和干重，其值隨CaCl2濃度的提高均先升高后降低，10 mmol/L CaCl2提升作用最為明顯。對照、2.5 mmol/L、40 mmol/LCaCl2處理下紫花苜蓿幼苗的長度分別是10 mmol/L CaCl2處理的30.06%、81.90%、75.15%。不同濃度CaCl2處理對紫花苜蓿幼苗干重的提升效果沒有顯著差異。

鹽脅迫下紫花苜蓿幼苗的長度和干重，隨EBR濃度的提高呈現先升高后降低的變化，其中0.1 μmol/L EBR提升作用最為顯著。0.01 μmol/L EBR處理顯著提高了紫花苜蓿幼苗的長度，但對幼苗干重的提升效果并不明顯，0.1 μmol/L EBR處理顯著促進了幼苗的生長，其幼苗長度和干重與對照相比分別增加了115.31%、61.80%，當外源EBR濃度升高至1 μmol/L 時，對紫花苜蓿幼苗的生長又起到明顯的抑制作用。

3 ? 討論

鹽脅迫對植物的傷害主要體現在抑制種子萌發(fā)及幼苗生長上，并最終引起生物量積累下降。盡管紫花苜蓿屬于耐鹽性較強的作物，但在萌發(fā)和苗期依然對鹽脅迫具有較高的敏感性。在鹽堿條件下擁有較高的萌發(fā)率是牧草在鹽堿地建植的關鍵，也是牧草在鹽堿環(huán)境中生存的基礎。

鹽脅迫可顯著降低植物種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數及胚芽長、胚根長，抑制幼苗的生長。本試驗中，鹽脅迫抑制了紫花苜蓿種子的萌發(fā)，降低了發(fā)芽率、發(fā)芽指數、活力指數、苗長及干重，該結果與陸婷等[6]在橡膠草上的研究結果相同;而李玉梅等[7]認為鹽脅迫對植物生長存在“低促進、高抑制”的濃度效應，這應該與所研究的植物品種及鹽處理濃度有關。本研究中，150 mmol/L NaCl處理下，外源添加CaCl2和EBR均可以不同程度地提高紫花苜蓿種子的萌發(fā)能力，改善了萌發(fā)期幼苗的生長，而尤以10 mmol/L CaCl2和0.1 μmol/L EBR處理效果最顯著。

本研究中外源CaCl2緩解鹽脅迫對紫花苜蓿種子萌發(fā)抑制作用的最佳濃度與李文楊[8]的研究結果相同，而何麗丹等[9]認為20 mmol/L CaCl2對鹽脅迫的緩解效果最佳。同樣的，劉金隆[10]在對十字花科植物的研究中認為10-4 μmol/L EBR對鹽脅迫的緩解效果最好，與本研究中0.1 μmol/L也不盡相同。因此，CaCl2、EBR在不同的物種中應用時可能會存在濃度差異。由于多數生長調節(jié)劑對生長的調控作用都具有濃度效應，即低濃度促進生長而高濃度抑制生長的現象，因此在鹽脅迫條件下繼續(xù)提高CaCl2和EBR濃度會抑制種子萌發(fā)及幼苗生長的現象，究竟是由于CaCl2、EBR增強了鹽脅迫的抑制作用還是因為高濃度CaCl2、EBR自身對植物產生了新的抑制作用而引起的，其機理仍有待于進一步研究。

另外，本研究通過比較兩種外源調節(jié)物質對鹽脅迫的緩解效果發(fā)現，同等濃度鹽脅迫下添加10 mmol/L CaCl2后，紫花苜蓿種子及幼苗的各項指標普遍高于0.1 μmol/L EBR，說明CaCl2對鹽脅迫的緩解作用強于EBR，推斷這與CaCl2和EBR參與不同的生長調節(jié)機制有關，這對鹽堿地苜蓿大田生產上選擇合適的外源生長調節(jié)劑具有重要的指導意義。

綜上所述，鹽脅迫會顯著抑制紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長，外源CaCl2和EBR對鹽脅迫具有一定的緩解作用，但其作用效果存在明顯的局限性，即適宜的CaCl2、EBR濃度可以促進種子萌發(fā)，緩解鹽害效應，當CaCl2、EBR濃度較高時，其促進作用明顯減弱， 甚至抑制種子的萌發(fā)。在鹽堿地上種植紫花苜蓿，并外源施加一定濃度的CaCl2（以10 mmol/L為宜）、EBR（以從0.1 μmol/L為宜），可以有效促進紫花苜蓿在鹽脅迫條件下種子的萌發(fā)及幼苗生長。

4 ? 結論

（1）鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數和活力指數，抑制了紫花苜蓿幼苗的伸長，降低了紫花苜蓿的生長量。另外，鹽脅迫程度越高，抑制作用越強。

（2）外源CaCl2、EBR可以顯著改善紫花苜蓿種子在鹽脅迫下的萌發(fā)和幼苗生長情況，但具有明顯的濃度效應，其中以CaCl2濃度為10 mmol/L、EBR濃度為0.1 μmol/L時緩解效果最佳。

（3）同等鹽濃度脅迫條件下，外源施加10 mmol/L CaCl2對鹽脅迫的緩解作用強于0.1 μmol/L EBR。

參考文獻：

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[ 6 ] 陸婷，李英霜，康健.混合鹽堿脅迫對橡膠草種子萌發(fā)的影響[J].種子，2019，38（2）：12-15，19.

[ 7 ] 李玉梅，田新，姜云天.混合鹽脅迫對茶花鳳仙種子萌發(fā)的影響[J].種子，2019，38（4）：36-41，46.

[ 8 ] 李文楊.外源鈣對鹽脅迫下白菜種子萌發(fā)的影響[J].南方園藝，2018，29（1）：9-12.

[ 9 ] 何麗丹，劉廣明，楊勁松，等.外源物質浸種對NaCl脅迫下鹽地堿蓬發(fā)芽的影響[J].草業(yè)科學，2013，30（6）：860-867.

[ 10 ] 劉金隆.油菜素內酯調控三種雙子葉植物耐鹽性的效應? 及其機制[D].南京：南京農業(yè)大學，2013.