鹽堿脅迫對(duì)野生大豆種子萌發(fā)的影響

張 旗，陶夢慧，李 丹，李鳳嬌，趙立興，畢盛楠，姜昕禹，莽春霞，候偉峰，佟烏蘭

（1.興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400；2.科爾沁右翼中旗林業(yè)和草原局，內(nèi)蒙古 科爾沁右翼中旗029400；3.興安盟農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管中心，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

土地的鹽堿化是源于人類活動(dòng)的環(huán)境危害，世界上約有8.31×108hm2的土壤處于鹽漬化威脅狀態(tài)，而我國約1/10 耕地存在鹽堿化災(zāi)害威脅［1］。土地鹽堿化難以逆轉(zhuǎn)［2］，短時(shí)間內(nèi)很難低成本解決土壤鹽堿化的問題，因此，開發(fā)耐鹽堿的植物對(duì)于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)都有重要意義。大豆作為我國重要的油料來源及經(jīng)濟(jì)作物，具有極高的食用價(jià)值與飼用價(jià)值。現(xiàn)階段我國大豆進(jìn)口依存度極高［3］，大豆價(jià)格容易受到國內(nèi)外形勢影響，關(guān)于大豆的抗逆性研究對(duì)于保障我國糧食安全具有重要意義［4］。 已經(jīng)馴化的大豆具有中度耐鹽性，但種植在鹽堿化土地上依然存在生長發(fā)育受抑制的問題。 部分野生植物資源擁有極高食用價(jià)值的同時(shí)具有良好的抗逆性。我國野生植物資源豐富［5］，野生大豆是其中之一。 我國野生大豆的分布范圍極廣，東北地區(qū)、云貴川地區(qū)、長江黃河流域以及新疆、西藏均有分布［6］。野生大豆作為栽培大豆的近緣祖先種［7］，有著抗逆性好、基因資源豐富的優(yōu)勢。 利用本地野生大豆的優(yōu)良性狀，可以在一定程度上優(yōu)化大豆的抗逆性、 籽粒蛋白質(zhì)等農(nóng)藝性狀［8］，有助于鹽堿化土地的利用以及保證大豆產(chǎn)量。

內(nèi)蒙古興安盟擁有豐富的野生大豆種質(zhì)資源。 該試驗(yàn)基于植物種子萌發(fā)期對(duì)鹽堿脅迫敏 感 的 特 質(zhì)［9-11］， 設(shè) 置 了 不 同 濃 度NaCl、Na2SO4、Na2CO3溶液，進(jìn)行野生大豆模擬鹽堿脅迫，研究不同濃度鹽堿脅迫下野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)、根長、苗長等生長性狀，分析種子萌發(fā)變化規(guī)律， 旨在篩選出耐鹽堿的優(yōu)質(zhì)野生大豆種質(zhì)資源，為改良該地區(qū)栽培大豆品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用興安盟采集的野生大豆種子為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

用鹽脅迫（NaCl 溶液）、弱堿脅迫（Na2SO4溶液）、強(qiáng)堿脅迫（Na2CO3溶液）處理野生大豆種子。挑選大小接近、形態(tài)飽滿的野生大豆種子晾曬，利用1%濃度NaClO 溶液消毒20 min，在此期間，取干凈的培養(yǎng)皿，內(nèi)放2 層濾紙作為發(fā)芽床，將消毒后的野生大豆種子用超純水沖洗， 置于發(fā)芽床上培養(yǎng)。將發(fā)芽床上的野生大豆種子利用5 mL 不同濃度的NaCl 溶液、Na2SO4溶液、Na2CO3溶液充分浸濕。 以不做鹽堿脅迫的處理為對(duì)照組（CK），Na-Cl 溶 液 處 理 濃 度 為0，20、40、80、120 mmol/L。Na2SO4溶液處理濃度為0、10、20、30、40 mmol/L，Na2CO3溶液處理濃度為0、20、40、60、120 mmol/L。每個(gè)處理進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)， 每個(gè)培養(yǎng)皿放置50粒消毒完成，沖洗干凈的野生大豆種子，共計(jì)39 個(gè)培養(yǎng)皿，1 950 粒野生大豆種子。 將所有培養(yǎng)皿浸濕完成后置于人工溫室進(jìn)行培養(yǎng)， 光照強(qiáng)度為100 Lx，溫度為恒溫30 ℃，日照時(shí)長為12 h，每隔24 h 觀察1 次，記錄當(dāng)日發(fā)芽情況。發(fā)芽試驗(yàn)進(jìn)行期間有霉變的種子及時(shí)剔除，并做好記錄，溶液產(chǎn)生異味時(shí)及時(shí)抽出變質(zhì)溶液并注入新溶液， 發(fā)芽床霉變嚴(yán)重應(yīng)及時(shí)更換發(fā)芽床。 以培養(yǎng)根長達(dá)到種子長度的1/2 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)， 并更換新溶液。 7 d后連續(xù)2 d 發(fā)芽數(shù)不變時(shí)停止記錄，并整理數(shù)據(jù)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

發(fā)芽率＝正常發(fā)芽的種子數(shù)/總種子數(shù)×100%；發(fā)芽勢＝第3 天發(fā)芽種子數(shù)/總種子數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)（GI）＝∑Gt/Dt（式中Gt 為不同時(shí)間的發(fā)芽數(shù)，Dt 為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)）； 相對(duì)傷害率=（對(duì)照組發(fā)芽率-處理組發(fā)芽率）/對(duì)照組發(fā)芽率×100%； 第7天發(fā)芽結(jié)束后，每個(gè)重復(fù)選取典型、完整的種子幼苗10 株，濾紙吸干表面水分后用小刀將胚根和胚芽分離，分別用精度為0.000 1 的分析天平稱鮮重與干重，計(jì)算活力指數(shù)?；盍χ笖?shù)＝發(fā)芽指數(shù)×種胚芽生長量（平均根重或芽重）。 從不同重復(fù)中隨機(jī)選擇1 株植株，包括對(duì)照組在內(nèi)不同濃度鹽、堿處理組選擇3 株植株測定幼苗根長及苗長 （利用游標(biāo)卡尺測定）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及歸納，SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行單因素方差分析， 采用鄧肯法進(jìn)行多重比較，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差” 表示，P＜0.05 表示差異顯著，P＞0.05 表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl 溶液處理對(duì)野生大豆種子萌發(fā)的影響

不同濃度NaCl 溶液處理野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)見表1。 隨著NaCl 濃度的增加，野生大豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)呈先升高后降低趨勢； 用NaCl 溶液處理野生大豆種子時(shí)，80 mmol/L 處理組發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)最高， 發(fā)芽率高于CK （P＞0.05）；120 mmol/L處理組上述4 項(xiàng)指標(biāo)均最低， 發(fā)芽率顯著 （P＜0.05）低于80 mmol/L 處理組。 NaCl 溶液處理對(duì)野生大豆種子的相對(duì)傷害率呈先降低后升高趨勢，80 mmol/L 處理組的相對(duì)傷害率最低，為13.04%，120 mmol/L 處理組的相對(duì)傷害率最高， 為52.17%。

表1 不同濃度NaCl 溶液處理野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)

2.2 不同濃度Na2SO4 溶液處理對(duì)興安盟野生大豆種子萌發(fā)情況的影響

不同濃度Na2SO4溶液處理野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)見表2。隨著Na2SO4濃度的增加，野生大豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)呈先升高后降低趨勢；用Na2SO4溶液處理野生大豆種子時(shí)，30 mmol/L 處理組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、 活力指數(shù)最高， 發(fā)芽勢與CK 相同， 并顯著（P＜0.05） 高于10 mmol/L 處理組；10、40 mmol/L處理組的發(fā)芽率較低，10 mmol/L 處理組的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)最低。 Na2SO4溶液處理對(duì)野生大豆種子的相對(duì)傷害率呈先降低后升高趨勢，30 mmol/L 處理組的相對(duì)傷害率最低，為4.35%，10、40 mmol/L 處理組的野生大豆種子相對(duì)傷害率最高，均為30.43%。

表2 不同濃度Na2SO4 溶液處理野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)

2.3 不同濃度Na2CO3 溶液處理對(duì)興安盟野生大豆種子萌發(fā)情況的影響

不同濃度Na2CO3溶液處理野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)見表3。 隨著Na2CO3濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈逐漸降低趨勢；20 mmol/L 處理組的發(fā)芽率與CK 差異不顯著（P＞0.05），高于40 mmol/L 處理組（P＞0.05），顯著（P＜0.05）高于60 mmol/L、120 mmol/L 處理組；發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與CK 差異不顯著（P＞0.05），顯著 （P＜0.05） 高于40、60、120 mmol/L 處理組。Na2CO3溶液濃度為120 mmol/L 時(shí)，相對(duì)傷害率達(dá)100%，野生大豆種子不萌發(fā)。 低濃度Na2CO3溶液處理時(shí)，相對(duì)傷害率較低。 20 mmol/L 處理組的相對(duì)傷害率最低，為1.95%。

表3 不同濃度Na2CO3 溶液處理野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)

2.4 不同濃度NaCl、Na2SO4 溶液處理對(duì)興安盟野生大豆幼苗生長性狀的影響

不同濃度鹽堿脅迫對(duì)野生大豆幼苗生長性狀影響結(jié)果見表4、表5。 由表4 可知，CK 野生大豆根長、苗長顯著（P＜0.05）高于NaCl 溶液處理的野生大豆， 根長、 苗長隨著NaCl 濃度增加而降低，80、120 mmol/L 處理組的根長、苗長顯著（P＜0.05）低于20、40 mmol/L 處理組。 由表5 可知， 經(jīng)不同濃度Na2SO4溶液弱堿脅迫處理的野生大豆根長、苗長隨著Na2SO4濃度增加而降低；10 mmol/L 處理組的野生大豆根長及苗長最長， 與其他濃度Na2SO4溶液處理的野生大豆根長及苗長差異顯著（P＜0.05），與CK 差異不顯著（P＞0.05）。

表4 不同濃度NaCl 溶液處理野生大豆幼苗生長性狀

表5 不同濃度Na2SO4 溶液處理野生大豆幼苗生長性狀

3 討論

種子發(fā)芽是植物生命的起點(diǎn)， 該階段種子生命活動(dòng)強(qiáng)烈，是植株抗逆性最弱的時(shí)期［12-13］。 評(píng)定種子的抗逆性，一般分為萌動(dòng)前期和萌動(dòng)后期。萌動(dòng)前期種子的抗逆性主要以發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定，萌動(dòng)后期主要通過胚芽與胚根等形態(tài)指標(biāo)觀測并判斷種子抗逆能力［14］。從萌發(fā)情況來看，低濃度的鹽堿脅迫對(duì)于興安盟野生大豆影響較小，從幼苗生長性狀來看，鹽堿脅迫對(duì)幼苗根長、苗長影響較大，不同濃度鹽堿脅迫均影響野生大豆植株生長。

3.1 不同濃度NaCl 溶液處理對(duì)野生大豆種子的影響

鹽脅迫方面，隨著鹽脅迫濃度增加，野生大豆種子發(fā)芽勢， 發(fā)芽率以及發(fā)芽指數(shù)都有不同程度下降。 NaCl 作為中性鹽，低濃度時(shí)對(duì)野生大豆萌發(fā)指標(biāo)影響較小，這與張曉程［15］研究結(jié)果相似。通常發(fā)芽指數(shù)與種子的活力指數(shù)成正比， 反映種子萌動(dòng)前期生長狀態(tài)。 經(jīng)NaCl 溶液處理后，野生大豆種子的萌發(fā)指標(biāo)及形態(tài)指標(biāo)均呈先升高后降低趨勢。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)NaCl 溶液濃度低于120 mmol/L 時(shí)野生大豆種子可以正常萌發(fā)，當(dāng)NaCl 溶液濃度為80 mmol/L 時(shí)，野生大豆發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)最高，相對(duì)傷害率最小。經(jīng)NaCl 溶液處理的野生大豆中，20 mmol/L 處理組的根長及苗長最長， 這可能是由于鹽離子雖然會(huì)破壞細(xì)胞膜通透性，影響植物生長發(fā)育，但低濃度鹽離子對(duì)植物細(xì)胞破壞程度較小。

3.2 不同濃度Na2SO4 溶液處理對(duì)野生大豆種子的影響

弱堿脅迫方面，隨著Na2SO4濃度升高，野生大豆種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均呈先升高后降低趨勢， 說明低濃度的弱堿脅迫對(duì)野生大豆種子影響較小， 在一定范圍內(nèi)具有促進(jìn)生長的作用。當(dāng)Na2SO4濃度為30 mmol/L 時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)最高。這與NaCl 溶液處理野生大豆種子得出的結(jié)果相似，同時(shí)與袁典等［16］研究結(jié)果相近。 經(jīng)Na2SO4溶液處理的野生大豆中，30 mmol/L 處理組的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)最高，且相對(duì)傷害率最小。 Na2SO4溶液濃度為10 mmol/L 處理的野生大豆幼苗根長及苗長最長，可能是由于低濃度堿脅迫影響了植株的Na+/K+，降低了堿脅迫對(duì)種子的傷害。

3.3 不同濃度Na2CO3 溶液處理對(duì)野生大豆種子的影響

用Na2CO3溶液處理植株種子，不僅可以引起離子脅迫，也伴隨高pH 值脅迫，具有更強(qiáng)的生態(tài)破壞力［17-19］。 Na2CO3溶于水則成為強(qiáng)堿溶液，pH值均在10.5 以上。 由試驗(yàn)結(jié)果可知， 低濃度的Na2CO3溶液處理的野生大豆種子的萌發(fā)指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)顯著高于其他處理組， 這一點(diǎn)與崔京榮等［20］利用Na2CO3溶液脅迫不同花卉種子試驗(yàn)結(jié)果相似。 野生大豆種子萌發(fā)指標(biāo)隨著Na2CO3溶液濃度增加而降低，相對(duì)傷害率與發(fā)芽率成反比，與Na2CO3溶液濃度成正比。 Na2CO3濃度越低，野生大豆受到的傷害越小。由于鹽堿濃度的提高，種子吸水能力受到抑制， 影響種子內(nèi)多種酶活動(dòng)以及代謝，進(jìn)而影響種子的萌發(fā)與生長。 試驗(yàn)過程中，經(jīng)Na2CO3溶液處理的野生大豆種子萌發(fā)后幼苗生長狀態(tài)不良，多數(shù)呈暗棕色，并帶有不良?xì)馕叮@可能是由于Na2CO3固體遇水變?yōu)閺?qiáng)堿溶液，對(duì)幼苗傷害較大，但是低濃度鹽堿脅迫，在一定程度上可能對(duì)種子萌發(fā)產(chǎn)生積極作用。

4 結(jié)論

低濃度鹽堿脅迫對(duì)內(nèi)蒙古興安盟野生大豆萌發(fā)指標(biāo)影響較小，弱堿、中性鹽在一定濃度內(nèi)可以促進(jìn)野生大豆種子萌發(fā)， 不同濃度鹽堿脅迫均對(duì)野生大豆生長性狀有影響，濃度越高，傷害越大。