不同鹽脅迫對斜莖黃芪種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

姜昕禹，候偉峰，溫 麗，李鳳嬌，莽春霞，趙力興，畢盛楠，張 旗

（興安盟農(nóng)牧科學研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

目前，我國鹽堿土地面積近1 億hm2，土地過度開墾、化肥農(nóng)藥過量使用，造成土壤肥力降低甚至退化， 鹽堿土地面積和分布區(qū)域均呈現(xiàn)持續(xù)擴張的趨勢［1］。 土壤鹽漬化又稱土地鹽堿化，是由于降水致使地下水位上升，通過毛細作用，使土壤中含鹽的水分從地下上升至土壤表層，地表水分蒸發(fā)后導致易溶鹽分留在地表，發(fā)生鹽堿化。 土地鹽堿化會降低土壤滲透勢，使植物在生長過程中遭受鹽堿脅迫，造成植物離子失衡、擾亂生理過程、抑制生長、降低質量和產(chǎn)量，嚴重時甚至導致植物死亡［2］。 土壤鹽堿化嚴重限制了土地的有效利用，使農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力降低，阻礙了農(nóng)牧業(yè)發(fā)展。

斜莖黃芪（Astragalus laxmannii）又名直立黃芪、沙打旺，是豆科黃芪屬多年生草本植物，主要分布于我國西北、東北、華北及西南地區(qū)，具有抗旱、抗寒、耐鹽、耐貧瘠、根系發(fā)達等優(yōu)良特性。 斜莖黃芪含有較豐富的礦物質、碳水化合物、蛋白質和氨基酸等，營養(yǎng)價值與紫花苜蓿和草木樨接近［3］，是干旱地區(qū)普遍推廣的具備防風固沙和水土保持功能的優(yōu)質牧草。研究表明，植物種子在萌發(fā)期對溫度、濕度、鹽濃度、水分等生態(tài)因子十分敏感［4］。該研究旨在通過考查斜莖黃芪種子萌發(fā)及幼苗生長對不同鹽脅迫的適應性， 為探究斜莖黃芪種子萌發(fā)期的抗鹽機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料來源

供試斜莖黃芪種子由興安盟農(nóng)牧科學研究所提供。

1.2 試驗設計

選取成熟飽滿、 大小一致的斜莖黃芪種子用1%次氯酸鈉消毒15 min，然后用蒸餾水沖洗干凈。將種子置于鋪有雙層濾紙、 直徑為10 cm 的培養(yǎng)皿，每個培養(yǎng)皿50 粒種子。 處理鹽類型為NaCl、Na2SO4、Na2CO3，3 種 鹽 溶 液 的 處 理 濃 度 均 為0（CK）、10、20、30、40 mmol/L，每個處理設置3 次重復。 培養(yǎng)皿中注入10 mL 培養(yǎng)液，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)室內(nèi)，光照強度100 lx，光周期12 h/d，隔天對蒸發(fā)的培養(yǎng)液進行補充， 至原有水平。 試驗參照《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》（GB/T 3543—1995）［5］。 初次計數(shù)時間為發(fā)芽試驗第2 天， 觀察記錄各處理的種子發(fā)芽數(shù)； 發(fā)芽試驗第7 天后連續(xù)2 d 發(fā)芽數(shù)為0 時終止記錄。 每個處理隨機挑選10 株幼苗，使用游標卡尺測量根長、株高，使用萬分之一天平稱重。

1.3 計算指標

按照楊丹娜等［6］報道的方法進行指標測定和計算。 發(fā)芽率（GR，%）=（發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)）×100。 發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt），Gt 為t 日種子發(fā)芽數(shù)，Dt 為相應發(fā)芽天數(shù)。 發(fā)芽勢（GP，%）=前4 天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100。 活力指數(shù)（VI）=S×GI，S 為幼苗的平均重量。 相對鹽害率（%）=（對照發(fā)芽率－處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率×100。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進行整理分析，采用DPS V7.05 統(tǒng)計學軟件進行單因素方差分析，利用Duncan′s 法進行多重比較。 試驗數(shù)據(jù)用“平均值±標準差”的形式表示，P<0.05 表示差異顯著，P>0.05 表示差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 不同鹽脅迫對斜莖黃芪種子發(fā)芽率的影響

由表1 可知，隨著鹽溶液濃度的升高，3 個處理組斜莖黃芪種子發(fā)芽率均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。當NaCl 溶液和Na2SO4溶液濃度達到40 mmol/L時， 斜莖黃芪種子的發(fā)芽率顯著 （P<0.05） 低于CK， 但2 種鹽溶液10、20、30 mmol/L 處理組的發(fā)芽率與CK 相比無顯著 （P>0.05） 差異。 隨著Na2CO3溶液濃度的升高， 斜莖黃芪種子發(fā)芽率急劇下降，不同處理濃度（含CK）間均存在顯著（P<0.05） 差異； 當Na2CO3溶液濃度達到40 mmol/L時，斜莖黃芪種子發(fā)芽率僅為9.33%，嚴重影響了種子發(fā)芽。從發(fā)芽率指標看，斜莖黃芪種子對3 種鹽脅迫的耐受程度表現(xiàn)為：Na2SO4>NaCl>Na2CO3，Na2SO4對斜莖黃芪種子發(fā)芽抑制作用最弱。

表1 不同鹽脅迫下斜莖黃芪種子的發(fā)芽率

2.2 不同鹽脅迫對斜莖黃芪種子發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢、活力指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和活力指數(shù)可以反映種子生命活力，是體現(xiàn)種子對生長環(huán)境耐受性的重要指標。 從表2 可以看出，斜莖黃芪種子發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢與活力指數(shù)隨著3 種鹽溶液濃度升高，總體呈下降趨勢，與發(fā)芽率變化的整體趨勢基本吻合。

表2 不同鹽脅迫下斜莖黃芪種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢、活力指數(shù)

NaCl 溶液20、30、40 mmol/L 處理組的發(fā)芽指數(shù)顯著（P<0.05）低于CK；40 mmol/L 處理組的發(fā)芽勢顯著（P<0.05）低于CK，與其他濃度處理組差異不顯著（P>0.05）；40 mmol/L 處理組的活力指數(shù)顯著（P<0.05）低于CK 和其他濃度處理組。

Na2SO4溶液30、40 mmol/L 處理組的發(fā)芽指數(shù)顯著（P<0.05）低于CK；40 mmol/L 處理組的發(fā)芽勢顯著（P<0.05）低于CK 和其他濃度處理組；40 mmol/L 處理組的活力指數(shù)顯著（P<0.05）低于10、20 mmol/L 處理組和CK， 與30 mmol/L 處理組的活力指數(shù)無顯著差異（P>0.05）。

Na2CO3溶液不同濃度處理組（含CK）之間的發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢均存在顯著（P<0.05）差異；4 個濃度處理組的活力指數(shù)均顯著（P<0.05）低于CK，30、40 mmol/L 處理組的活力指數(shù)無顯著（P>0.05）差異。

2.3 不同鹽脅迫對斜莖黃芪種子相對鹽害率的影響

種子在發(fā)芽期間受鹽脅迫損傷的程度通常用相對鹽害率表示。從表3 可以看出，隨著3 種鹽溶液濃度的增加， 斜莖黃芪種子受鹽害的程度逐漸升高。Na2SO4溶液處理下，10、20、30、40 mmol/L 處理組的相對鹽害率分別為3.93%、4.30%、6.66%、14.95%， 比相同濃度NaCl 溶液和Na2CO3溶液處理下的相對鹽害率分別低1.57%、5.88%、3.57%、2.37%和24.41%、53.18%、65.78%、74.03%。Na2SO4對斜莖黃芪種子鹽害程度低于NaCl 和Na2CO3，Na2CO3對斜莖黃芪種子的傷害非常嚴重， 極大程度上限制了種子的萌發(fā)與生長。

2.4 不同鹽脅迫對斜莖黃芪種子幼苗株高和根長的影響

如表4 所示，隨著鹽溶液濃度升高，斜莖黃芪種子幼苗株高和根長總體呈下降趨勢， 表明鹽溶液對幼苗生長的抑制作用加劇。 NaCl 溶液和Na2SO4溶液40 mmol/L 處理組的幼苗株高和根長顯著（P<0.05）低于其他各組；2 種鹽溶液10、20、30 mmol/L 處理組的幼苗株高和根長差異均不顯著（P>0.05），且3 個濃度處理組與CK 相比差異也均不顯著（P>0.05）。 Na2CO3溶液30、40 mmol/L 處理組的幼苗株高顯著（P<0.05）低于其他各組（包括CK）；10、20 mmol/L 處理組的幼苗株高顯著（P<0.05） 低于CK；Na2CO3溶液不同處理組的幼苗根長均存在顯著差異（P<0.05），隨濃度增加，幼苗根長顯著降低（P<0.05）。

表4 不同鹽脅迫下斜莖黃芪幼苗的株高、根長

此外， 在相同濃度梯度下，Na2SO4處理組根長均高于NaCl 溶液和Na2CO3溶液處理組；當Na2SO4溶液濃度為10 mmol/L 時根長為33.78 mm，較CK 組根部長5.50%，表示對斜莖黃芪幼苗根部生長起到了促進作用。 隨著Na2CO3溶液濃度提高，斜莖黃芪幼苗株高和根長生長受抑制程度加劇； 在Na2CO3濃度為40 mmol/L 時，幼苗株高較相同濃度NaCl 溶液、Na2SO4溶液處理組分別降低37.71%、37.09%；幼苗根長較相同濃度NaCl 溶液、Na2SO4溶液處理組分別降低62.32%、68.23%。

綜上，斜莖黃芪在幼苗生長期間對Na2CO3耐受性較低。

3 討論

在自然環(huán)境中鹽堿脅迫植物生長并非單一因素所決定， 發(fā)生鹽堿化通常分為中性和堿性兩大類，鹽堿土壤中Na+、CO32-、HSO3-、Cl-等多種離子協(xié)同作用于植物種子的萌發(fā)。 據(jù)相關研究表明，NaCl、Na2SO4兩種中性鹽在種子萌發(fā)過程中主要的脅迫因素是Na+與高濃度鹽分，使種子發(fā)生滲透脅迫、離子毒害，影響種子正常的萌發(fā)與生長［7］；而Na2CO3屬于堿性鹽，除離子與高滲透壓的脅迫外，高pH 值對種子萌發(fā)以及幼苗根冠的生理功能產(chǎn)生毒害，影響種子正常發(fā)育［8］。

3.1 鹽脅迫對斜莖黃芪種子萌發(fā)的影響

該研究中， 通過3 種單鹽脅迫試驗結果發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度升高，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢、活力指數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢。 結果表明，Na2CO3對斜莖黃芪種子的相對鹽害率要嚴重高于NaCl、Na2SO4， 一方面原因是高濃度鹽分以及Na+會破壞種子細胞膜的通透性， 導致細胞膜內(nèi)外滲透壓與離子濃度失衡，進而引發(fā)種子在萌發(fā)過程中一系列的代謝紊亂問題， 導致細胞失活，降低種子發(fā)芽率， 影響幼苗生長［9］； 另一方面，Na2CO3除高濃度鹽離子濃度外， 高pH 值也是在種子發(fā)芽過程中主要的脅迫因素之一［10］。 鹽脅迫與堿脅迫是屬于不同的脅迫方式，且在一定程度上具有協(xié)同作用， 共同作用于種子整個萌發(fā)過程， 這也是導致Na2CO3相對鹽害率高于NaCl 和Na2SO4的主要原因。 種子在萌發(fā)過程中低濃度鹽促使細胞通過調(diào)節(jié)細胞膜內(nèi)外的無機離子濃度，進而實現(xiàn)細胞自我滲透調(diào)節(jié)來抵御外界逆生長環(huán)境，進 而 使 種 子 生 長 發(fā) 育［11］；而 該 研 究 中，NaCl、Na2SO4兩組在鹽溶液濃度達到30 mmol/L 時與空白組發(fā)芽率無顯著性差異（P>0.05），說明斜莖黃芪種子對這兩種鹽具有良好的耐受性，耐受臨界值在30～40 mmol/L， 鹽濃度超過40 mmol/L 則會對種子萌發(fā)產(chǎn)生較強的抑制作用。

3.2 鹽脅迫對斜莖黃芪幼苗生長的影響

該研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度升高，斜莖黃芪幼苗株高和根長整體處于下降趨勢。 Na2SO4處理組在鹽濃度達到10 mmol/L 時， 幼苗根部長度超過空白組5.5%， 低濃度鹽溶液促進了斜莖黃芪根部生長。 樊瑞蘋等［12］研究發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫過程中植物葉片鹽害程度要高于根系，主要是因為在植物生長過程中，Na+主要的運輸方式是單向運輸，因而導致葉片的受離子毒害程度更高，這可能是導致在低濃度鹽情況下抑制幼苗株高生長，而促進幼苗根系發(fā)育的原因之一。 植物生長發(fā)育與根系發(fā)育緊密相關，種子抗鹽性與在鹽脅迫條件下胚根生長變化呈正相關，是評價耐鹽堿能力的重要指標［13］。

4 結論

斜莖黃芪種子對3 種鹽脅迫的耐受程度為Na2SO4>NaCl>Na2CO3。 低濃度Na2SO4溶液對斜莖黃芪種子的萌發(fā)和幼苗生長表現(xiàn)出一定的促進作用，Na2CO3溶液則表現(xiàn)出較強的抑制作用。