不同鹽脅迫對苦豆子種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

趙 露，苗玉華，吳儒琳，魏少翀，劉 振，劉桂霞

（1.河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北保定071002；2.敖漢旗農(nóng)牧局，內(nèi)蒙古赤峰024300）

土壤鹽堿化是全球普遍存在的環(huán)境問題，現(xiàn)階段世界上的土壤鹽漬化土地面積已經(jīng)高達(dá)9.545 6 億hm2，而我國鹽堿地面積位居世界第3 位[1]。我國鹽堿土主要分布在東北、華北、華東、西北四大區(qū)域[2]，其中，沿海地區(qū)以氯化鹽（NaCl）中性鹽為主，內(nèi)陸地區(qū)以碳酸鹽（NaHCO3和Na2CO3）堿性鹽為主。有研究發(fā)現(xiàn)，作物在鹽堿地種植容易造成新陳代謝受阻、生長發(fā)育緩慢，進(jìn)而降低產(chǎn)量，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動造成影響，阻礙農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3-4]。因此，篩選種植耐鹽堿性強的品種，對于鹽堿地植被恢復(fù)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

苦豆子（Sophora alopecuroidesL.）為豆科槐屬多年生草本植物，具有耐鹽堿、抗干旱等特性，是我國新疆、寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅、青海及西藏等省區(qū)境內(nèi)常見的飼用和藥用植物資源，同時也是我國西北荒漠地區(qū)廣泛分布的一種重要的抗風(fēng)固沙、保持水土和改良鹽堿地的優(yōu)良野生植物[5-6]。其全草可供藥用，具有清熱解毒、抗菌消炎、免疫調(diào)節(jié)等功效；臨床可用于治療痢疾、濕疹、頑癬、滴蟲、外傷化膿及胃痛等疾病[7]。早期對苦豆子的研究主要圍繞在藥用、化學(xué)成分及飼料等生態(tài)開發(fā)和應(yīng)用方面[8]，近年隨著生態(tài)治理力度的加大，對土壤鹽堿化研究日益重視，大量研究集中在篩選耐鹽堿性強的品種、加強鹽堿地植被恢復(fù)上。有研究發(fā)現(xiàn)，苦豆子具有抗鹽性，且對中性鹽具有較強的耐受性[9]，多數(shù)研究集中于NaCl、Na2CO3等單鹽對苦豆子種子萌發(fā)的影響[9]，混合鹽對苦豆子的影響研究相對較少，而含有混合鹽的復(fù)合型鹽堿地具有更高的pH 值，高pH 值容易引起土壤板結(jié)[10]，造成減產(chǎn)欠收，加重農(nóng)戶經(jīng)濟損失。因此，在植物的抗鹽堿化研究中，單鹽和混合鹽同等重要。

本研究采用不同濃度的NaCl、Na2CO3和混合鹽溶液（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝5∶3∶1∶1）模擬鹽脅迫環(huán)境，研究苦豆子萌發(fā)期的耐鹽性，旨在為苦豆子在不同類型鹽堿地種植提供一定理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選用野生苦豆子（Sophora alopecuroidesL.）莢果，自然陰干后，反復(fù)搓揉脫粒、洗凈，進(jìn)行精選，挑選粒大飽滿的種子備用。

1.2 試驗設(shè)計

試 驗 采 用 NaCl、Na2CO3和 混 合 鹽 （NaCl ∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝5∶3∶1∶1）3 種鹽處理，每種鹽設(shè) 5 個濃度處理，即 0（CK）、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，共計13 個處理，每個處理重復(fù)4 次。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標(biāo)的測定 采用0.1%的高錳酸鉀溶液將培養(yǎng)皿（直徑9 cm）消毒，種子用5%的次氯酸鈉消毒5 min，后用去離子水沖洗干凈。將2 層滅菌濾紙平鋪于培養(yǎng)皿的底部，每皿擺放100 粒精選種子慢慢加入10 mL 不同濃度的處理液，用保鮮膜封口，以減少水分的蒸發(fā)，在保鮮膜上扎孔，使苦豆子可以呼吸。在智能光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)芽試驗，要求恒溫25 ℃、光照12 h 條件下發(fā)芽，每24 h 觀察并記錄萌發(fā)的種子數(shù)，以種子“露白”為發(fā)芽，直至對照組發(fā)芽數(shù)連續(xù)不變時停止記錄；生長至第30天用直尺測定根長和苗長，稱鮮質(zhì)量，然后在電熱恒溫干燥箱內(nèi)105 ℃殺青10 min，65 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量。

式中，Gt為在規(guī)定天數(shù)內(nèi)的發(fā)芽總數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.3.2 電導(dǎo)率的測定 隨機選取每個處理濃度的新鮮葉片，用去離子水沖洗干凈，濾紙吸干，稱取0.1 g 于50 mL 燒杯中，準(zhǔn)確加入20 mL 去離子水浸泡24 h 后，以去離子水為對照，采用電導(dǎo)率儀測量電導(dǎo)率。

1.3.3 鹽堿危害程度分級 鹽堿害指數(shù)是萌芽期耐鹽堿性鑒定中常用的指標(biāo)，鹽堿危害程度具體分級標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 鹽堿危害程度分級

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Word 2007 軟件繪制表格；采用Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行制圖；采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行方差分析，不同處理間采用Duncan方法檢驗差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽脅迫對苦豆子種子萌發(fā)的影響

由圖1 可知，在不同鹽脅迫下，苦豆子種子的發(fā)芽率均低于對照，并且隨鹽濃度的增大其發(fā)芽率呈顯著遞減的趨勢。同一濃度不同處理對種子萌發(fā)的影響不同。當(dāng)鹽濃度為0.3%、0.6%時，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理的發(fā)芽率之間均無顯著性差異；當(dāng)鹽濃度為0.9%時，NaCl 處理發(fā)芽率比Na2CO3和混合鹽處理分別提高了33.3%和34.0%；當(dāng)鹽濃度為1.2%時，Na2CO3處理發(fā)芽率分別比NaCl 和混合鹽處理降低了46.5%和39.9%。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理降低了苦豆子種子的發(fā)芽率，對種子發(fā)芽率影響大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

從表2 可以看出，在不同鹽脅迫下，苦豆子種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均低于對照，并且隨鹽濃度的增大而呈顯著遞減的趨勢。同一濃度不同鹽溶液脅迫下，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)表現(xiàn)不同。當(dāng)鹽濃度為0.3%時，3 種鹽脅迫下發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)差異顯著（P＜0.05），其中，Na2CO3處理顯著低于NaCl 處理；當(dāng)鹽濃度為0.6%時，3 種鹽脅迫下發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)差異不顯著；當(dāng)鹽濃度為0.9%時，3 種鹽脅迫處理對活力指數(shù)無顯著性差異，其中，NaCl 處理的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于Na2CO3和混合鹽處理；當(dāng)鹽濃度為1.2%時，3 種鹽脅迫下發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)差異顯著，Na2CO3處理顯著低于NaCl 和混合鹽處理（P＜0.05）。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理均降低了苦豆子種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，對種子影響大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

表2 鹽脅迫對苦豆子種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

2.2 不同鹽脅迫對苦豆子幼苗生長的影響

由表3 可知，在不同鹽脅迫下，苦豆子幼苗的根長和苗長均顯著低于對照，并且隨鹽濃度的增大呈顯著遞減的趨勢。同一濃度不同鹽脅迫處理對根長和苗長影響不同。當(dāng)鹽濃度為0.3%時，Na2CO3處理根長大于NaCl 和混合鹽處理，分別長0.21、0.16cm，NaCl 處理苗長高于Na2CO3和混合鹽處理，分別長0.7、0.6 cm；當(dāng)鹽濃度為0.6%和0.9%時，Na2CO3處理根長和苗長均低于NaCl 和混合鹽處理，其中，0.6%濃度下Na2CO3處理根長比NaCl 和混合鹽處理分別降低了0.25、0.14 cm，苗長分別降低了0.33、0.07 cm，0.9%濃度下Na2CO3處理根長比NaCl 和混合鹽處理分別降低了0.19、0.3 cm，苗長分別降低了0.15、0.05 cm；當(dāng)鹽濃度為1.2%時，混合鹽處理根長顯著高于Na2CO3和NaCl 處理，分別長0.30、0.28 cm。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理均降低了苦豆子幼苗的根長和苗長，對幼苗長勢影響程度大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

表3 鹽脅迫對苦豆子幼苗根長和苗長的影響

2.3 不同鹽脅迫對苦豆子幼苗電導(dǎo)率的影響

由圖2 可知，在不同鹽脅迫下，苦豆子幼苗電導(dǎo)率均顯著高于對照，并且隨鹽濃度的增大呈顯著遞增的趨勢。同一濃度不同鹽溶液脅迫下電導(dǎo)率也有顯著差異，當(dāng)鹽濃度為0.3%和0.6%時，3 種鹽脅迫下幼苗電導(dǎo)率差異不顯著；當(dāng)鹽濃度為0.9%時，NaCl 處理電導(dǎo)率顯著低于Na2CO3和混合鹽處理（P＜0.05），比Na2CO3和混合鹽處理分別降低了15.8%和15.7%；當(dāng)鹽濃度為1.2%時，Na2CO3處理電導(dǎo)率顯著高于NaCl 和混合鹽處理（P＜0.05），分別比NaCl 和混合鹽處理增加了69.8%和17.9%。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理均增加了幼苗電導(dǎo)率，不同鹽脅迫對細(xì)胞膜的損傷強度大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

2.4 鹽脅迫對苦豆子種子鹽堿害指數(shù)和耐鹽等級的影響

從表4 可以看出，在不同鹽脅迫下，苦豆子種子鹽堿害指數(shù)和耐鹽等級隨鹽濃度的增大逐漸增加。同一濃度不同鹽溶液脅迫下耐受性表現(xiàn)不同，當(dāng)鹽濃度為0.3%時，苦豆子對3 種鹽處理均表現(xiàn)出高耐性；當(dāng)鹽濃度為0.6%時，苦豆子對3 種鹽處理均表現(xiàn)出耐性；當(dāng)鹽濃度為0.9%及以上時，苦豆子對3 種鹽的耐受性表現(xiàn)出一定差異，Na2CO3和混合鹽濃度為0.9%時，表現(xiàn)為中耐，而NaCl 處理表現(xiàn)為耐性，鹽濃度為1.2%時，Na2CO3處理表現(xiàn)為敏感，NaCl 處理表現(xiàn)為中耐性，混合鹽處理表現(xiàn)為中敏。分析可知，苦豆子對鹽脅迫的耐受性大小依次為NaCl＞混合鹽＞Na2CO3。

表4 鹽脅迫對苦豆子種子鹽堿害指數(shù)和耐鹽等級的影響

3 討論

3.1 鹽脅迫處理對苦豆子種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)期是植物整個生活史中最脆弱和最重要的階段，也是對鹽脅迫最敏感的時期[11]。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)可以反映種子萌發(fā)的速度、整齊程度和種子活力[12]。在鹽脅迫下，種子受到離子脅迫和滲透脅迫的影響，種子細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到損傷，細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞外滲物增多，從而抑制種子萌發(fā)[13]。大量研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對植物種子萌發(fā)具有抑制作用，隨著鹽濃度的升高，對種子萌發(fā)的抑制作用加強，種子活力指數(shù)降低，幼苗生長緩慢[3，14]。本研究表明，NaCl、Na2CO3和混合鹽均抑制苦豆子種子萌發(fā)，且隨著處理濃度的增大抑制作用加強，其中，Na2CO3的抑制作用最強。這與多數(shù)苦豆子耐鹽性結(jié)果相符[9]，而高濃度鹽脅迫對種子影響顯著，可能是由于大量Na+的存在，加速離子脅迫和滲透脅迫，導(dǎo)致種子萌發(fā)受阻[15]。

3.2 鹽脅迫處理對苦豆子幼苗生長的影響

幼苗生長是植物生長發(fā)育及適應(yīng)逆境的基礎(chǔ)，同時也是鹽脅迫下最為敏感極易遭受危害的階段[10]。在鹽脅迫下作物的株高等有關(guān)生物量的指標(biāo)是評價作物耐鹽性最直觀可靠的依據(jù)[16]。植物生長過程中，根系通過吸收養(yǎng)分和水分滿足植株生長需求，在鹽脅迫下，植物根系吸收能力受到高濃度鹽影響而降低，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性降低，植物吸水能力變?nèi)?，植物體內(nèi)水分減少，進(jìn)而影響地上部生長[4，17]。本試驗結(jié)果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長的抑制效果大于NaCl，而混合鹽的抑制效果位于二者之間。這與多數(shù)苦豆子耐鹽性結(jié)果相符，司馬義·巴拉提[9]采用 NaCl、Na2CO3和 Na2SO4這 3 種鹽處理苦豆子，結(jié)果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長抑制作用強于NaCl 和 Na2SO4處理；呂篤康等[18]采用 NaCl、Na2CO3處理苦豆子，結(jié)果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長抑制作用強于NaCl。本試驗采用NaCl、Na2CO3和混合鹽（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝5∶3∶1∶1）處理苦豆子，結(jié)果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長抑制效果強于NaCl 和混合鹽處理。多項研究顯示，Na2CO3對苦豆子種子萌發(fā)的抑制作用較強。原因可能是苦豆子種子自身的生物學(xué)特性對Na2CO3鹽脅迫的敏感度明顯高于NaCl 鹽脅迫的敏感度。

3.3 鹽脅迫處理對苦豆子幼苗電導(dǎo)率的影響

細(xì)胞膜是物質(zhì)進(jìn)出活細(xì)胞的介質(zhì)，保障了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定，保證細(xì)胞生命活動的有序進(jìn)行。細(xì)胞膜可以通過選擇性滲透調(diào)節(jié)和控制細(xì)胞內(nèi)、外的物質(zhì)交換，細(xì)胞遭受不良環(huán)境侵害的程度可以通過細(xì)胞膜通透性大小表現(xiàn)，受到鹽脅迫時，細(xì)胞膜透性增加，一般用電導(dǎo)率的大小反映其在逆境條件下受損傷的程度，電導(dǎo)率的變化反映了細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外流的情況，細(xì)胞膜的損傷程度[19-21]。研究發(fā)現(xiàn)，NaCl 處理下，苦豆子葉片和黃花菜葉片的相對電導(dǎo)率均隨著處理濃度的增大而增大[9，17]。本研究表明，隨著鹽處理濃度的增加，相對電導(dǎo)率含量不斷增加，0.3%鹽濃度處理下NaCl 相對電導(dǎo)率變化不顯著，0.9%濃度及以上處理的電導(dǎo)率顯著增大，而且Na2CO3和混合鹽增加幅度大于中性鹽NaCl，表明苦豆子對NaCl 的耐受性高于Na2CO3和混合鹽。鹽脅迫處理下處理濃度的增加引起相對電導(dǎo)率含量不斷增加，可能是高濃度鹽脅迫破壞植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧，加重膜脂中的不飽和脂肪酸過氧化，造成質(zhì)膜透性增大，電解質(zhì)大量滲漏[19]。

3.4 鹽脅迫對苦豆子種子鹽堿害指數(shù)和耐鹽等級的影響

耐鹽指數(shù)和鹽堿害指數(shù)可以綜合反映出植物種子的耐鹽性和受鹽堿的危害程度[9]。呂篤康等[18]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Na2CO3鹽濃度增加到0.9%時，種子鹽害指數(shù)大幅度上升，與NaCl 和Na2SO4相比苦豆子對Na2CO3抵抗力最弱。本研究結(jié)果表明，3 種鹽濃度在0.3%和0.6%時受影響較??；Na2CO3和混合鹽濃度為0.9%時，表現(xiàn)為中耐性；NaCl 鹽濃度為1.2%時，表現(xiàn)為中耐性；Na2CO3和混合鹽濃度為1.2%時，表現(xiàn)為敏感和中敏。說明鹽濃度為1.2%時Na2CO3耐受性最弱。已有研究者運用耐鹽指數(shù)進(jìn)行分級對不同品種的大豆及谷子材料進(jìn)行鑒定與評價，為耐鹽堿新品種選育提供參考[22-23]，本研究則通過耐鹽等級分級對3 種不同鹽處理的苦豆子耐鹽性進(jìn)行評價，為不同類型鹽堿地種植提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同濃度的NaCl、Na2CO3和混合鹽溶液對苦豆子種子影響不同，隨著處理濃度的增加抑制作用增強，Na2CO3處理顯著抑制苦豆子種子萌發(fā)，且顯著增加了幼苗電導(dǎo)率，混合鹽處理顯著抑制苦豆子幼苗生長。綜合來看，苦豆子對NaCl 耐受性最強，其次是混合鹽，對Na2CO3的耐受性最弱。