摘 要:【目的】為探究混合鹽堿脅迫對(duì)花生種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響,從而改善新疆地區(qū)鹽堿地種植結(jié)構(gòu),提高花生種植面積。【方法】本研究以花育25號(hào)為試驗(yàn)材料,人工模擬混合鹽堿脅迫條件,測(cè)定花生種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鹽害率及花生幼苗的根長(zhǎng)和莖長(zhǎng),以期對(duì)鹽堿地的有效利用與耐鹽品種的培育提供依據(jù)?!窘Y(jié)果】(1)高濃度脅迫下,Cl-和SO42-組成的混合鹽堿溶液對(duì)花生種子萌發(fā)的抑制效果更嚴(yán)重;當(dāng)混合鹽堿溶液的pH大于10時(shí),對(duì)花生種子初生幼苗生長(zhǎng)的抑制效果更嚴(yán)重;(2)不同濃度的混合鹽堿脅迫對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鹽害率、根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)均產(chǎn)生了不同程度的影響,高濃度的混合鹽堿會(huì)對(duì)花生種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用;(3)花生對(duì)各處理的耐鹽堿性從大到小依次為B>C>D>E>A。【結(jié)論】不同的混合鹽堿成分及濃度對(duì)花生種子的影響不同,而種子萌發(fā)期是植物對(duì)鹽堿脅迫最敏感的時(shí)期,對(duì)植株的建成十分重要,在此階段對(duì)植物進(jìn)行耐鹽性分析,對(duì)培育耐鹽堿植物具有重要意義。
關(guān)鍵詞:花生;混合鹽堿脅迫;種子萌發(fā);幼苗生長(zhǎng);耐鹽性評(píng)價(jià)
Effects of mixed salt stress on seed germination" "and seedling growth of Peanut
ZHANG Fan1,2, CHEN Xiaolu1, WANG Jie2, HOU Xianfei3, JIA Donghai3, GU Yuanguo3, MIAO Haocui1,2*, LI Qiang3*
(1. College of Biological Science and Technology, Yili Normal University,"Yining 835000, China; 2. Institute of Crop Variety Resources, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China; 3. Institute of Economic Crops, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China)
Abstract:"[Objective] To investigate the effects of mixed salt alkali stress on peanut seed germination and seedling growth, in order to improve the planting structure of saline alkali land in Xinjiang and increase the peanut planting area."[Method]"This study used Huayu 25 as the experimental material and artificially simulated mixed salt alkali stress conditions to determine the germination rate, germination potential, germination index, vitality index, salt damage rate, and root and stem length of peanut seedlings, in order to provide a basis for the effective utilization of saline alkali land and the cultivation of salt tolerant varieties. [Result]"(1) Under high concentration stress, the mixed saline alkali solution composed of Cl-"and SO42-"has a more severe inhibitory effect on peanut seed germination; When the pH of the mixed saline alkali solution is greater than 10, the inhibitory effect on the growth of peanut seed primary seedlings is more severe; (2) Different concentrations of mixed salt alkali stress have varying degrees of impact on germination rate, germination potential, germination index, vitality index, salt damage rate, root length, and stem length. High concentrations of mixed salt alkali will have an inhibitory effect on peanut seed germination; (3) The salt and alkaline tolerance of peanuts to each treatment is Bgt;Cgt;Dgt;Egt;A in descending order. [Conclusion]"Different mixed salt alkali components and concentrations have different effects on peanut seeds, and the seed germination period is the most sensitive period for plants to salt alkali stress, which is crucial for plant development. Analyzing plant salt tolerance during this stage is of great significance for cultivating salt alkali tolerant plants.
Keywords:"peanuts; Mixed salt alkali stress; Seed germination; Seedling growth; Salt tolerance evaluation
0 引言
【研究意義】新疆地處歐亞大陸的內(nèi)陸地區(qū),鹽漬地面積大、類型多、積鹽重,主要鹽分有NaCl,Na2SO4,NaHCO3和Na2CO3,鹽化與堿化作用常同時(shí)發(fā)生,形成復(fù)雜,被稱為世界鹽堿土的博物館[1]。據(jù)資料顯示,新疆鹽漬地總面積達(dá)1336.1萬(wàn)hm2,占我國(guó)鹽漬地總面積的36.8%。新疆沙漠戈壁多,降雨量少,氣候干燥,使土壤中的鹽分難以溶解,進(jìn)而形成鹽堿地[2]。因此,培育具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的耐鹽堿作物,可提高鹽堿地的利用效率,對(duì)擴(kuò)大其種植面積、提高作物的產(chǎn)量有很大的幫助。
【前人研究進(jìn)展】土地鹽堿化已成為全球嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題,是制約著全世界糧食生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要非生物限制因素[3]。前人對(duì)作物進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)鹽堿脅迫會(huì)抑制花生[4,5]、油菜[6]、玉米[7]等作物種子萌發(fā),減緩作物的生長(zhǎng)發(fā)育,主要表現(xiàn)為發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、株高、鮮重和干重等指標(biāo)下降。這可能是因?yàn)辂}堿脅迫會(huì)使作物造成滲透脅迫、離子毒害、氧化脅迫等,嚴(yán)重阻礙作物的正常生長(zhǎng)[8]。滲透脅迫屬于初級(jí)脅迫,在鹽堿脅迫的條件下,土壤的滲透壓迅速升高,高于植物細(xì)胞的滲透壓,使植物細(xì)胞失水,造成滲透脅迫,影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育甚至導(dǎo)致植物死亡[9];鹽堿脅迫會(huì)使植物吸收過(guò)量的Na+,破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),影響細(xì)胞的代謝[10],進(jìn)而降低光合作用,過(guò)量的Na+也會(huì)干擾Na+/K+的平衡,影響植物對(duì)K+的吸收[11],改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象,從而抑制多種酶的合成,使植物代謝受阻,過(guò)量的Na+還會(huì)影響Ca2+的吸收,影響信號(hào)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo);活性氧(ROS)是植物代謝過(guò)程中的產(chǎn)物,在鹽堿脅迫條件下,細(xì)胞內(nèi)的平衡被破壞,細(xì)胞器產(chǎn)生過(guò)量的活性氧,形成氧化脅迫,使植物細(xì)胞膜過(guò)氧化,影響光合作用及呼吸作用,引發(fā)基因突變,破壞蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性[12],同時(shí)產(chǎn)生有毒物質(zhì)—丙二醛(MDA)。目前,混合鹽堿脅迫已在花生[4,5]、水稻[13,14]、油菜[15,16]、玉米[17]等作物中展開(kāi)相關(guān)研究。
【本研究切入點(diǎn)】花生(Arachis hypogaea Linn.)屬于豆科落花生屬草本植物[18,19],是重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物[20,21],屬于中等耐鹽作物,具有耐鹽等特性[22-24]?;ㄉm應(yīng)性強(qiáng),增產(chǎn)潛力大[25],具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。種子萌發(fā)期和幼苗生長(zhǎng)期是鹽堿脅迫的最敏感時(shí)期,耐鹽堿性較差[26-30],這兩個(gè)階段關(guān)系到植株能否在鹽堿地上種植成功?,F(xiàn)如今,對(duì)花生種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的研究多局限于單個(gè)鹽脅迫處理,而混合鹽堿脅迫處理下對(duì)花生種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的相關(guān)研究較少。
【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以花育25號(hào)為試驗(yàn)材料,人工模擬混合鹽堿脅迫條件,對(duì)花生種子進(jìn)行了不同濃度的不同成分混合鹽堿脅迫處理,通過(guò)測(cè)定不同處理下發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鹽害率等指標(biāo),探究不同鹽堿脅迫對(duì)花育25萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響,以期對(duì)鹽堿地的有效利用與耐鹽品種的培育提供依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 供試材料
以花育25號(hào)為試驗(yàn)材料,種子由山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
將NaCl,Na2SO4,NaHCO3和Na2CO3"4種鹽按不同比例混合進(jìn)行人工模擬混合鹽堿脅迫條件,以堿性鹽比例逐步增大的順序分成A、B、C、D、E 5組,每組內(nèi)設(shè)鹽濃度分別為25"mmol/L,50"mmol/L,100"mmol/L,150"mmol/L,200"mmol/L 5個(gè)鹽濃度梯度(分別用1-5代表5個(gè)濃度梯度),共模擬出25個(gè)鹽濃度及pH不相同的混合鹽堿組合,以蒸餾水0"mmol/L為對(duì)照(CK),每處理3次重復(fù),詳見(jiàn)表1。
1.3測(cè)定指標(biāo)及方法
選取飽滿、大小一致的種子60粒,放置到直徑12 cm、底部放置2層濾紙的3個(gè)培養(yǎng)皿中,每皿20粒,置于26℃暗培養(yǎng)箱中培養(yǎng)發(fā)芽;先將種子分別加入各濃度的混合鹽堿溶液30 mL放置6"h進(jìn)行吸漲,然后轉(zhuǎn)至加有相對(duì)應(yīng)濃度的新皿中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn),蓋上皿蓋,為確保脅迫濃度的相對(duì)穩(wěn)定,發(fā)芽期間每天更換1次脅迫液,并及時(shí)清理發(fā)霉腐爛的種子,以防止感染其他種子。對(duì)照同期更換蒸餾水。
脅迫處理之后每日觀察測(cè)定種子發(fā)芽率,以芽突破種皮大于2"mm定為萌發(fā),及時(shí)補(bǔ)充對(duì)應(yīng)濃度溶液,8"d后調(diào)查種子發(fā)芽情況,相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下:
發(fā)芽率(germination"rate,GR)(%)=正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;
發(fā)芽勢(shì)(germination energy,GE)(%)=第3天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;
發(fā)芽指數(shù)(germination index,GI)=∑(Gt/Dt),式中Gt為時(shí)間t日的發(fā)芽數(shù),Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù);
活力指數(shù)(vitality index,VI)=發(fā)芽指數(shù)×平均單株根干重;
鹽害率(salt damage rate,SDR)(%)=(對(duì)照發(fā)芽率-脅迫發(fā)芽率)/對(duì)照發(fā)芽率×100
隸屬函數(shù)值(subordinate function values,SFV)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)或1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin),式中Xj為第j個(gè)指標(biāo)值,Xmin為第j個(gè)指標(biāo)的最小值,Xmax為第j個(gè)指標(biāo)的最大值。
1.4數(shù)據(jù)處理與分析
用Excel 2010錄入試驗(yàn)數(shù)據(jù)并制圖,采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和曲線回歸分析,以Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。
2 結(jié)果與分析
2.1混合鹽堿脅迫對(duì)花生種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響
研究表明,當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),A、B、C、D、E五組處理之間的發(fā)芽率差異不顯著(P>0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),A組與B、C、D、E四組處理差異顯著(P<0.05),且A組發(fā)芽率最低,B、C、D、E四組處理的發(fā)芽率分別較A組處理上升10.34%、10.34%、11.86%、3.7%,而B(niǎo)、C、D、E四組處理之間的發(fā)芽率差異不顯著(P>0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),A組與B、E兩組處理差異顯著(P<0.05),與C、D兩組處理差異不顯著(P>0.05),A組處理發(fā)芽率最低,B、E兩組處理的發(fā)芽率分別較A組處理上升35.41%、37.99%,而B(niǎo)、C、D、E四組處理之間的發(fā)芽率差異不顯著(P>0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),A組與B、C、D、E四組處理差異顯著(P<0.05),A組處理發(fā)芽率最低,B、C、D、E四組處理的發(fā)芽率分別較A組處理上升74.35%、72.22%、64.28%、66.66%,而B(niǎo)、C、D、E四組處理之間的發(fā)芽率差異不顯著(P>0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A組與B組處理差異顯著(P<0.05),與C、D、E三組處理差異不顯著(P>0.05),B組的發(fā)芽率較A組上升42.3%,B組與C、E兩組處理差異不顯著(P>0.05),C組與D組處理差異顯著(P<0.05),D組的發(fā)芽率較C組降低63.15%,C組與E組處理的發(fā)芽率差異不顯著(P>0.05),D組與E組處理的發(fā)芽率差異顯著(P<0.05),E組發(fā)芽率較D組上升64.99%。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L時(shí),A組處理的發(fā)芽率最低,說(shuō)明SO42-可能對(duì)花生種子的萌發(fā)產(chǎn)生了抑制作用。
在A、B、C、D、E五組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L、50 mmol/L時(shí),發(fā)芽率與CK差異不顯著(P>0.05),而100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽率與CK差異顯著(P<0.05),分別下降48.33%、83.33%、75%(A組);20%、35%、56.67%(B組);31.67%、40%、68.33(C組);38.33%、53.33%、88.33%(D組);16.67%、50%、66.67%(E組)。在A組處理中,150 mmol/L時(shí)發(fā)芽率最低,200 mmol/L時(shí)的發(fā)芽率較150 mmol/L時(shí)上升33.32%,其余四組處理的發(fā)芽率均隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由此可知,低濃度混合鹽堿(25 mmol/L、50 mmol/L)對(duì)花生種子萌發(fā)無(wú)顯著影響(P>0.05),而高濃度混合鹽堿會(huì)抑制花生種子萌發(fā)。
研究表明,當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),A、B、D、E四組處理之間的發(fā)芽勢(shì)差異不顯著(P>0.05),C組與A、B、D、E四組處理差異顯著(P<0.05),C組處理發(fā)芽勢(shì)最高,分別高于A、B、D、E四組處理22.22%、36.12%、22.22%、22.22%;當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),A、B、E三組處理之間,B、C、E三組處理之間的發(fā)芽勢(shì)差異不顯著(P>0.05),而A組與C、D兩組處理,B、C、E三組與D組處理差異顯著(P<0.05),D組處理發(fā)芽勢(shì)最高,分別高于A、B、C、E四組處理51.02%、40.82%、28.58%、46.95%,A組處理發(fā)芽勢(shì)最低,低于C組處理31.42%;當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),B、C、D三組處理之間的發(fā)芽勢(shì)差異不顯著(P>0.05),而A組與B、C、D、E四組處理,E組與B、C、D三組處理差異顯著(P<0.05),E組處理發(fā)芽勢(shì)最高,分別高于B、C、D三組處理34.29%、37.13%、37.13%,A組處理發(fā)芽勢(shì)最低,分別低于B、C、D、E四組處理52.18%、50.01%、50.01%、68.58%;當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),C、E兩組處理之間的發(fā)芽勢(shì)差異不顯著(P>0.05),而A組與B、C、D、E四組處理,B組與C、D、E三組處理,D組與C、E兩組處理差異顯著(P<0.05),B組處理發(fā)芽勢(shì)最高,分別高于C、D、E三組處理42.86%、76.2%、38.09%,A組處理發(fā)芽勢(shì)為0;當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A、C、D、E四組處理之間,B組與E組之間的發(fā)芽勢(shì)差異不顯著(P>0.05),而B(niǎo)組與A、C、D三組處理差異顯著(P<0.05),B組處理發(fā)芽勢(shì)最高,分別高于C、D兩組處理79.95%、79.95%,A組處理發(fā)芽勢(shì)也為0。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),A組處理的發(fā)芽勢(shì)為0,說(shuō)明在高濃度時(shí),SO42-存在下花生種子不萌發(fā)。
在A組處理中,混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),其發(fā)芽勢(shì)與CK差異不顯著(P>0.05),而25 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與CK差異顯著(P<0.05),25 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最高,高于CK 25.01%,150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低,均為0;在B組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L時(shí),其發(fā)芽勢(shì)與CK差異不顯著(P>0.05),而50 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與CK差異顯著(P<0.05),50 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最高,高于CK 27.58%,200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低,低于CK 76.2%;在C組處理中,混合鹽堿濃度為100 mmol/L、150 mmol/L時(shí),其發(fā)芽勢(shì)與CK差異不顯著(P>0.05),而25 mmol/L、50 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與CK差異顯著(P<0.05),25 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最高,高于CK 41.67%,200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低,低于CK 95.23%;在D組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L、100 mmol/L時(shí),其發(fā)芽勢(shì)與CK差異不顯著(P>0.05),而50 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與CK差異顯著(P<0.05),50 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最高,高于CK 57.14%,200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低,低于CK 95.23%;在E組處理中,混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),其發(fā)芽勢(shì)與CK差異不顯著(P>0.05),而25 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)與CK差異顯著(P<0.05),100 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最高,高于CK 40%,200 mmol/L時(shí)發(fā)芽勢(shì)最低,低于CK 90.49%。由此可知,A、B、C、D四組處理的發(fā)芽勢(shì)隨著混合鹽堿濃度的增加而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),低濃度混合鹽堿促進(jìn)花生種子萌發(fā),高濃度混合鹽堿(200 mmol/L)會(huì)抑制花生種子萌發(fā)。
2.2混合鹽堿脅迫對(duì)花生種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響
研究表明,當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),A、B、C、D、E五組處理之間的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著(P>0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),B、C、E三組處理之間的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A組與B、C、D、E四組處理,B、E兩組與D組處理差異顯著(P<0.05),A組處理發(fā)芽指數(shù)最低,B、C、D、E四組處理的發(fā)芽指數(shù)分別高于A組處理26.53%、21.64%、14.24%、24.52%;當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),A組與C、D兩組,B組與C、D、E三組,C組與D、E兩組的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A組與B、E兩組處理,D組與E組處理差異顯著(P<0.05),A組處理發(fā)芽指數(shù)最低,B、C、D、E四組處理的發(fā)芽指數(shù)分別高于A組處理39.04%、25%、12.32%、41.49%;當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),B組與C、E兩組,C、D、E三組處理之間的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A組與B、C、D、E四組處理,B組與D組處理差異顯著(P<0.05),A組處理發(fā)芽指數(shù)最低,B、C、D、E四組處理的發(fā)芽指數(shù)分別高于A組處理71.16%、65.81%、51.58%、61.37%;當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A組與C、D、E三組處理,B組與C、E兩組處理,C組與E組處理的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A組與B組,B、C、E三組與D組處理差異顯著(P<0.05)。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L時(shí),A組處理的發(fā)芽指數(shù)最低,說(shuō)明SO42-可能對(duì)花生種子的萌發(fā)產(chǎn)生了抑制作用。
在A、B、C、D、E五組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),其發(fā)芽指數(shù)與CK差異不顯著(P>0.05),而50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)發(fā)芽指數(shù)與CK差異顯著(P<0.05),分別低于CK 35.36%、64.29%、87.51%、88.56%(A組);12.02%、41.42%、56.71%、77.6%(B組);17.5%、52.39%、63.48%、83.43%(C組);24.62%、59.28%、74.21%、93.82%(D組);14.35%、38.97%、67.68%、81.8%(E組)。五組處理的發(fā)芽指數(shù)均隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)降低趨勢(shì),且200 mmol/L時(shí)發(fā)芽指數(shù)最低。由此可知,低濃度混合鹽堿(25 mmol/L)對(duì)花生種子萌發(fā)無(wú)顯著影響(P>0.05),而高濃度混合鹽堿(200 mmol/L)會(huì)抑制花生種子萌發(fā)。
當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),B組與A、D、E三組處理,A組與C、D兩組處理,C組與D組處理的活力指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A、C、D三組與E組處理,B組與C組處理差異顯著(P<0.05),E組處理活力指數(shù)最低,分別低于A、C、D三組處理19.57%、27.69%、23.18%,C組處理的活力指數(shù)高于B組16.29%;當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),A、D、E三組處理之間的活力指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A、C、D、E四組與B組處理,A、D、E三組處理與C組處理差異顯著(P<0.05),B組處理活力指數(shù)最高,分別高于A、C、D、E四組處理42.04%、10.2%、36.33%、43.27%;當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),A組與C、D、E三組處理,B組與C組處理,E組與C、D兩組處理的活力指數(shù)差異不顯著(P>0.05),而A、D、E三組與B組處理,C組處理與D組處理差異顯著(P<0.05),B組處理活力指數(shù)最高,分別高于A、C、D、E四組處理41.67%、26.19%、63.1%、41.67%;當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),A、D、E三組處理之間,B、C兩組處理之間的活力指數(shù)差異不顯著(P>0.05);而A、D、E三組處理與B、C兩組處理差異顯著(P<0.05),B組處理活力指數(shù)最高,分別高于A、D、E三組處理76.19%、59.52%、66.67%;當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A、B、C、E四組處理之間的活力指數(shù)差異不顯著(P>0.05);而B(niǎo)、C、E三組處理與D組處理差異顯著(P<0.05),B組處理活力指數(shù)最高,高于D組處理69.23%。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度≥50 mmol/L時(shí),B組處理的活力指數(shù)最高,說(shuō)明HCO3-可能會(huì)提高花生種子的活力。
在A組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),其活力指數(shù)與CK差異不顯著(P>0.05),而50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)與CK差異顯著(P<0.05),25 mmol/L時(shí)活力指數(shù)最高,150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)最低,50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)分別低于CK 45.38%、81.15%、96.15%、95.77%;在B組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L、50 mmol/L時(shí),其活力指數(shù)與CK差異不顯著(P>0.05),而100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)與CK差異顯著(P<0.05),200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)最低,100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)分別低于CK 67.69%、83.85%、95%;在C、D、E三組處理中,五個(gè)濃度的活力指數(shù)均與CK差異顯著(P<0.05),C、D兩組25 mmol/L時(shí)活力指數(shù)最高,200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)最低,E組150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)最低。在C組處理中,25 mmol/L時(shí)活力指數(shù)高于CK 15.31%,50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)分別低于CK 15.38%、76.15%、86.54%、95.38%;在D組處理中,25 mmol/L時(shí)活力指數(shù)高于CK 10.03%,50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí)活力指數(shù)分別低于CK 40%、88.08%、93.46%、98.46%;在E組處理中,五個(gè)濃度分別低于CK 14.62%、46.54%、81.15%、94.62%、95.77%。由此可知,A、C、D三組處理的活力指數(shù)隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì),B、E兩組處理的活力指數(shù)隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)降低趨勢(shì),高濃度混合鹽堿(200 mmol/L)會(huì)抑制花生種子的活力。
2.3混合鹽堿脅迫對(duì)花生種子鹽害率的影響
研究表明,當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),A、B、C、D、E五組處理之間的鹽害率差異不顯著(P>0.05),D、E兩組處理鹽害率為0;當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),A、B、C、E四組處理之間,B、C、D、E四組處理之間的鹽害率差異不顯著(P>0.05),而A組與D組處理差異顯著(P<0.05),A組處理鹽害率最高,分別高于B、C、D、E四組處理75.02%、75.02%、87.47%、24.98%;當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),A組與C、D兩組處理,B、C、D、E四組處理之間的鹽害率差異不顯著(P>0.05),而A組與B、E兩組處理差異顯著(P<0.05),A組處理鹽害率最高,分別高于B、C、D、E四組處理58.62%、34.47%、20.69%、65.51%;當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),B、C、D、E四組處理之間的鹽害率差異不顯著(P>0.05),而A組與B、C、D、E四組處理差異顯著(P<0.05),A組處理鹽害率最高,分別高于B、C、D、E四組處理58%、52%、36%、40%;當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A、B、C、D、E五組處理之間的鹽害率差異不顯著(P>0.05),而D組與B、C、E三組處理差異顯著(P<0.05)。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L時(shí),A組處理鹽害率最高,說(shuō)明SO42-可能對(duì)花生種子的鹽害較大。
在A組處理中,混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),其鹽害率與200 mmol/L差異不顯著(P>0.05),而與25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L差異顯著(P<0.05),150 mmol/L時(shí)鹽害率最高,分別高于25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L 96%、84%、42%,其鹽害率隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì);在B、C、D、E四組處理中,混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),其鹽害率與25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L差異顯著(P<0.05),均在200 mmol/L時(shí)達(dá)到最高水平,其B、C兩組分別高于25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L 94.12%、94.12%、64.71%、38.24%(B組);95.13%、95.13%、53.65%、41.46%(C組);在D、E兩組處理中,25 mmol/L時(shí)其鹽害率為0,200 mmol/L時(shí)分別高于50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L 98.11%、56.61%、39.62%(D組);85%、75%、25%(E組)。由此可知,在B、C、D、E四組處理中,其鹽害率隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)升高趨勢(shì),說(shuō)明高濃度混合鹽堿(200 mmol/L)對(duì)花生種子的鹽害較大。
2.4混合鹽堿脅迫對(duì)花生種子初生幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響
研究表明,當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),A、B、D、E四組處理之間的根長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而C組與A、B、D、E四組處理差異顯著(P<0.05),C組處理根長(zhǎng)最長(zhǎng),分別高于A、B、D、E四組處理17.98%、17.32%、18.46%、27.07%,E組處理根長(zhǎng)最短,分別低于A、B、C、D四組處理11.08%、11.79%、27.07%、10.56%;當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),A組與B、C、D三組處理,C組與B、D兩組處理的根長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而B(niǎo)組與D組處理,E組與A、B、C、D四組處理差異顯著(P<0.05),E組處理根長(zhǎng)最短,分別低于A、B、C、D四組處理37.54%、41.41%、36.72%、27.79%;當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),A組與B組處理,C、D、E三組處理之間的根長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而A、B兩組與C、D、E三組處理差異顯著(P<0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),A組與B、C、D、E四組處理,C組與B、D、E三組處理,D組與E組處理的根長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而B(niǎo)組與D、E兩組處理差異顯著(P<0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A、B、C、D、E五組處理之間的根長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05)。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),D、E兩組處理根長(zhǎng)最短,說(shuō)明CO32-可能抑制根的生長(zhǎng)。
在A、B、D三組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),其根長(zhǎng)與CK差異不顯著(P>0.05),而50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L與CK差異顯著(P<0.05);在C、E兩組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),其根長(zhǎng)與CK差異顯著(P<0.05);在A、B兩組處理中,混合鹽堿濃度為150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),其根長(zhǎng)最短,150 mmol/L時(shí)分別低于CK 77.19%(A組)、72.14%(B組),200 mmol/L時(shí)分別低于CK 83.97%(A組)、82.49%(B組);在C組處理中,混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),其根長(zhǎng)最長(zhǎng),高于CK 12.45%,200 mmol/L時(shí),其根長(zhǎng)最短,低于CK 83.24%;在D、E兩組處理中,混合鹽堿濃度為100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),其根長(zhǎng)最短,分別低于CK 77.14%、83.68%、86.65%(D組),75.84%、82.43%、85.89%(E組),除了C組處理的根長(zhǎng)隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)外,其余四組處理的根長(zhǎng)均隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由此可知,高濃度混合鹽堿會(huì)抑制根長(zhǎng)。
研究表明,當(dāng)混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),A、B、C、D四組處理之間,D組與E組處理的莖長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而E組與A、B、C三組處理差異顯著(P<0.05),E組處理莖長(zhǎng)最長(zhǎng),分別高于A、B、C三組處理22.72%、25.06%、22.55%;當(dāng)混合鹽堿濃度為50 mmol/L時(shí),A、B、C、D、E五組處理之間的莖長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05);當(dāng)混合鹽堿濃度為100 mmol/L時(shí),A組與C、D兩組處理,B組與E組處理的莖長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而A組與B、E兩組處理,B組與C、D兩組處理,C組與D、E兩組處理,D組與E組處理差異顯著(P<0.05),B、E兩組處理莖長(zhǎng)最長(zhǎng),分別高于A、C、D三組處理31.35%、16.86%、37.62%(B組),33.79%、19.81%、39.83%(E組);當(dāng)混合鹽堿濃度為150 mmol/L時(shí),A、C、D、E四組處理之間的莖長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而B(niǎo)組與A、C、D、E四組處理差異顯著(P<0.05),B組處理莖長(zhǎng)最長(zhǎng),分別高于A、C、D、E四組處理28.3%、34.83%、21.48%、18.29%;當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),A、B、C三組處理之間的莖長(zhǎng)差異不顯著(P>0.05),而D、E兩組與A、B、C三組處理差異顯著(P<0.05),D、E兩組處理的莖長(zhǎng)為0。由此可知,當(dāng)混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),CO32-的存在幼苗停止生長(zhǎng)。
除了E組處理外,其余四組處理的混合鹽堿濃度為25 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),其莖長(zhǎng)與CK差異顯著(P<0.05),分別低于CK 22.67%、28.84%、63.74%、71.79%、78.64%(A組);25.01%、31.18%、47.17%、60.65%、71.9%(B組);22.5%、28.38%、56.08%、74.36%、73.22%(C組);13.19%、33.64%、67.05%、69.1%(D組),而E組處理的混合鹽堿濃度為25 mmol/L時(shí),其莖長(zhǎng)與CK差異不顯著(P>0.05),50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L時(shí),其莖長(zhǎng)與CK差異顯著(P<0.05),分別低于CK 30.61%、45.23%、67.85%,在D、E兩組處理中,混合鹽堿濃度為200 mmol/L時(shí),其莖長(zhǎng)為0。五組處理的莖長(zhǎng)均隨著混合鹽堿濃度的升高而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。由此可知,高濃度混合鹽堿(200 mmol/L)脅迫下,幼苗停止生長(zhǎng)。
2.5脅迫因子與發(fā)芽指標(biāo)間回歸分析
為了驗(yàn)證各處理組的發(fā)芽指標(biāo)對(duì)混合鹽堿濃度的影響關(guān)系,采用了回歸分析。根據(jù)曲線得到回歸方程,yA=-0.4699xA+104.679;yB=-0.3126xB+109.161;yC=-0.3748xC+110.022;yD=-0.5126xD+117.487;yE=-0.3878xE+112.053。研究表明,A、B、C、D、E五組處理隨著混合鹽堿濃度的增加,均對(duì)發(fā)芽率產(chǎn)生負(fù)向影響關(guān)系,說(shuō)明混合鹽堿脅迫抑制花生的發(fā)芽率。
2.6花生萌發(fā)階段與初生幼苗生長(zhǎng)階段耐鹽堿性評(píng)價(jià)
由于單一的耐鹽堿指標(biāo)不能有效地評(píng)價(jià)花生對(duì)各處理組的耐鹽堿性,必須綜合考察。采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行排序來(lái)評(píng)價(jià)花生對(duì)各處理組的耐鹽堿性。由表9可知,花生對(duì)各處理組的耐鹽堿性從大到小依次為B>C>D>E>A,說(shuō)明花生種子對(duì)中性鹽耐受力最低。
3"討論
植物可通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)節(jié)和生理調(diào)節(jié)來(lái)抵抗鹽堿脅迫帶來(lái)的危害,而植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)較為直觀,可從表型上來(lái)觀察植物在鹽堿脅迫下受到的損傷程度,可用來(lái)判斷植物的耐鹽堿性[31]。種子萌發(fā)階段是植物對(duì)鹽堿脅迫最敏感的時(shí)期,鹽堿脅迫會(huì)對(duì)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)等方面產(chǎn)生影響,甚至導(dǎo)致種子死亡[32]。
本研究通過(guò)模擬混合鹽堿脅迫條件,對(duì)花生種子進(jìn)行混合鹽堿脅迫處理,探究其對(duì)花生種子萌發(fā)及生長(zhǎng)的影響。研究表明,中性鹽(NaCl、Na2SO4)對(duì)花生種子萌發(fā)抑制作用強(qiáng)于混合鹽堿及堿性鹽,這一結(jié)論與多數(shù)植物[33-39]的研究結(jié)果不同,這可能是因?yàn)椴煌贩N對(duì)鹽堿脅迫的耐受能力不同,而畢春竹等[40]認(rèn)為中性鹽脅迫對(duì)沙棗種子萌發(fā)的影響大于混合鹽堿脅迫,此部分與本研究結(jié)果一致。當(dāng)鹽堿濃度達(dá)到200mmol/L且pH大于10時(shí),花生生根但停止生長(zhǎng),與陳雅琦等[37]研究結(jié)果相同,可能由于Na2CO3對(duì)幼苗生長(zhǎng)的抑制效果最強(qiáng),產(chǎn)生高pH脅迫,破壞離子平衡,限制Na+區(qū)域化,活性氧不能得到有效的清除從而使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞,進(jìn)而阻礙花生地上部的生長(zhǎng)發(fā)育[41]。部分指標(biāo)在低濃度鹽堿脅迫下高于對(duì)照,這可能是低鹽溶液能夠促進(jìn)細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié),使細(xì)胞在逆境中吸水能力加強(qiáng),從而抵抗外界不良環(huán)境,也可能是微量鈉離子刺激細(xì)胞的呼吸酶,激活細(xì)胞代謝過(guò)程中的某些酶,從而增強(qiáng)種子萌發(fā)過(guò)程中自身所需要的物質(zhì)的合成能力[38]。在五組處理中,高濃度混合鹽堿脅迫下,其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)均較低,鹽害率較高,表明高濃度混合鹽堿抑制花生種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng),這可能是高濃度鹽堿溶液增加了種子的滲透壓,使細(xì)胞質(zhì)壁分離,抑制種子從外界對(duì)水分的吸收,也可能是細(xì)胞產(chǎn)生了離子毒害作用,抑制了各種酶的活力,使細(xì)胞不能完成正常的生理代謝,最終導(dǎo)致各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)均下降。這一結(jié)論與袁鋒等[42]研究的木麻黃種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)鹽害率的變化趨勢(shì)相同,與臺(tái)灣相思種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的變化趨勢(shì)不同,這可能是由于不同作物對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)和鹽成分的不同造成的;其根長(zhǎng)變化趨勢(shì)與郭瑞鋒等[43]對(duì)大同29號(hào)的研究結(jié)果不同,這可能是由于溶液中所含的離子濃度和成分不同造成的;其莖長(zhǎng)的變化趨勢(shì)與陸安橋等[44]研究結(jié)果不同,這可能是由于單個(gè)鹽脅迫處理與混合鹽堿脅迫處理對(duì)植物的影響存在差異,也與作物的種類密切關(guān)聯(lián)。
植物的耐鹽堿性是由多種因素共同決定的,單一的耐鹽堿指標(biāo)評(píng)價(jià)花生的耐鹽堿性具有一定的局限性,因此,需對(duì)花生進(jìn)行耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià),才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究確定了由NaCl和Na2SO4組成的混合鹽堿溶液處理花生種子,其耐鹽性較差,與陳雅琦等[37]研究結(jié)果不同,這可能是由于不同作物對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)不同造成的。
4"結(jié)論
本研究通過(guò)混合鹽堿脅迫對(duì)花生種子萌發(fā)和初生幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響進(jìn)行了分析,證明了不同濃度、不同成分混合鹽堿對(duì)花生種子的萌發(fā)和初生幼苗生長(zhǎng)的影響不同,其中Cl-和SO42-組成的混合鹽堿溶液對(duì)花生種子萌發(fā)的影響更大;當(dāng)混合鹽堿溶液的pH大于10時(shí),對(duì)花生種子初生幼苗生長(zhǎng)的影響更大。通過(guò)對(duì)花生種子萌發(fā)和初生幼苗生長(zhǎng)耐鹽堿性綜合評(píng)價(jià),確定了花生的耐鹽堿性從大到小依次為B>C>D>E>A。
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Effects of mixed salt stress on seed germination
and seedling growth of peanut"seed
ZHANG Fan1,2, CHEN Xiaolu1, WANG Jie2, HOU Xianfei3, JIA Donghai3, GU Yuanguo3, MIAO Haocui1,2*, LI Qiang3*
(1. College of Biological Science and Technology, Yili Normal University,"Yining 835000, China; 2. Research Institute of Crop Germplasm Resources, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China; 3. Institute of Economic Crops, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China)
Abstract:"[Objective] To investigate thoroughly the effects of mixed salt alkali stress on peanut seed germination and seedling growth"in the hope of improving"the planting structure of saline alkali land in Xinjiang and increasing"the peanut planting area."[Method]"This study used Huayu 25 as the experimental material and artificially simulated mixed salt alkali stress conditions to determine the germination rate, germination potential, germination index, vitality index, salt damage rate, and root and stem length of peanut seedlings,"in order to provide a basis for the effective utilization of saline alkali land and the cultivation of salt tolerant varieties. [Result]"(1) Under high concentration stress, the mixed saline alkali solution composed of Cl-"and SO42-"has a more severe inhibitory effect on peanut seed germination; When the pH of the mixed saline alkali solution was"greater than 10, the inhibitory effect on the growth of peanut seed primary seedlings was"severer; (2) Different concentrations of mixed salt alkali stress had"varying degrees of impact on germination rate, germination potential, germination index, vitality index, salt damage rate, root length, and stem length. High concentrations of mixed salt alkali would"have an inhibitory effect on peanut seed germination; (3) The salt and alkaline tolerance of peanuts to each treatment was"Bgt;Cgt;Dgt;Egt;A in descending order. [Conclusion]"Different mixed salt alkali components and concentrations have different effects on peanut seeds, and the seed germination period is the most sensitive period for plants to salt alkali stress, which is crucial for plant development. Analyzing plant salt tolerance during this stage is of great significance for cultivating salt alkali tolerant plants.
Key"words:"peanuts; mixed salt alkali stress; seed germination; seedling growth; salt tolerance evaluation
基金項(xiàng)目:新疆維吾爾自治區(qū)天山英才青年科技拔尖人才項(xiàng)目(2022TSYCCX0062);新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項(xiàng)“油料作物種質(zhì)資源收集與優(yōu)異基因挖掘關(guān)鍵技術(shù)研究”(2022A03004-4);國(guó)家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“新疆綜合試驗(yàn)站”(CARS-13)。
作者簡(jiǎn)介:張帆(1999-),吉林長(zhǎng)春人,碩士研究生,研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué),(E-mail)"1097427031@qq.com。
*通訊作者簡(jiǎn)介:苗昊翠(1981-),女,山東青島,研究員,研究方向?yàn)榛ㄉ耘嗯c逆境生理研究,(E-mail)mc09876@163.com * Corresponding author 1: Miao Haoui (1981-), female, Qingdao, Shandong, researcher, main research direction of peanut cultivation and stress physiology. (E-mail)mc09876@163.com。
*共同通訊作者簡(jiǎn)介:李 強(qiáng)(1980-),男,河南鄭州,研究員,研究方向?yàn)橛土献魑镉N與栽培,(E-mail)lq19820302@ 126.com. * Corresponding author 2: Li Qiang (1980-), male, researcher, Zhengzhou, Henan province, with major research interests in oil crop breeding and cultivation, (E-mail)"lq19820302@126.com