鹽脅迫對甜高粱和春小麥種子萌發(fā)影響的比較研究

劉海波++魏玉清

摘要：以耐鹽性較強的甜高粱（M81-E）和春小麥（寧春42號）為試驗材料，采用了5種不同濃度NaCl處理（0、50、100、150、200mmo/L）對甜高粱和春小麥種子萌發(fā)階段的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根和胚芽長、鮮質(zhì)量、鹽害指數(shù)進行了測定，分析了甜高粱在種子萌發(fā)階段的耐鹽性特征和耐鹽閾值。結果表明：隨著NaCl濃度升高，甜高粱和春小麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根和胚芽生長總體呈遞減趨勢；相同鹽濃度脅迫下，萌發(fā)階段甜高粱種子較春小麥表現(xiàn)出較強的抗鹽性，具體表現(xiàn)在甜高粱發(fā)芽進程快且發(fā)芽結束時間早，萌發(fā)期甜高粱耐鹽性閾值是春小麥的3倍，春小麥鹽害指數(shù)遠大于甜高粱的鹽害指數(shù)。

關鍵詞：甜高粱；春小麥；種子萌發(fā)；鹽脅迫；發(fā)芽指數(shù)；益害指數(shù)

中圖分類號： S514.01文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0142-03

土壤鹽漬化是限制農(nóng)作物生長的主要脅迫因子，據(jù)統(tǒng)計世界陸地面積的6%、世界耕地面積的20%、接近50%的灌溉土地被高鹽害所影響[1-2]。隨著灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展，次生鹽漬化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響日趨嚴重[3]。植物耐鹽性是一個非常復雜的反應過程，鹽脅迫幾乎影響植物的整個生長發(fā)育過程[4]。植物不同的生長發(fā)育階段對鹽脅迫的耐受程度不同，種子萌發(fā)階段和幼苗階段是植物對鹽最為敏感的時期[5]，只要度過這個時期，鹽堿地種植的植物就基本能存活下來。

種子萌發(fā)是植物生活史中的一個關鍵起始階段，也是進行抗鹽生理研究的重要時期[6]。種子能夠在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是植物在鹽堿條件下能夠生長發(fā)育的前提。甜高粱是一種抗逆性較強的非糧能源植物，利用邊際性（鹽荒地等）土地大規(guī)模種植甜高粱過程中，確保種子萌發(fā)和全苗是生產(chǎn)中的突出問題。因此，研究鹽脅迫對甜高粱種子萌發(fā)的影響具有生產(chǎn)上的重要意義。本試驗以甜高粱和春小麥為材料對其種子萌發(fā)階段的抗鹽性比較研究，希望通過與春小麥的比較，闡明甜高粱在種子萌發(fā)階段的耐鹽性特征和耐鹽閾值，為甜高粱在鹽堿地種植提供技術參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

選用耐鹽性甜高粱M-81E（由遼寧省農(nóng)科院高粱研究中心提供）、春小麥寧春42號（由北方民族大學生物科學與工程學院任賢教授提供）。

1.2試驗方法

1.2.1種子預處理選擇籽粒圓潤飽滿、成熟無病害、大小一致的甜高粱和春小麥種子，蒸餾水清洗數(shù)次，用10%的次氯酸鈉溶液消毒20 min，蒸餾水沖洗5次，25 ℃蒸餾水中黑暗浸種吸脹4 h。

1.2.2NaCl溶液配制用蒸餾水將NaCl分別配制成50、100、150、200 mmol/L的4種不同濃度溶液，以蒸餾水為對照。

1.2.3發(fā)芽將吸脹后的種子置于放有2層濾紙的、直徑12 cm的玻璃培養(yǎng)皿中。每個培養(yǎng)皿放置30粒種子，然后分別加入蒸餾水和濃度為50、100、150、200 mmol/L的NaCl溶液，重復3次，置于人工氣候箱中培養(yǎng)催芽，白天/夜間溫度 28 ℃/25 ℃，濕度60%，及時補充溶液，觀察并記錄種子萌發(fā)情況。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計

發(fā)芽率（GR）=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽勢（GP）=規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽的種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt（Gt指時間t的發(fā)芽數(shù)，Dt指相應的發(fā)芽天數(shù)）；

鹽害指數(shù)=（對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率）/對照發(fā)芽率×100%。

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進行方差分析，用GraphPad Prism 5 和 Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理與作圖。

2結果與分析

2.1鹽脅迫對甜高粱和春小麥種子發(fā)芽進程的影響

種子的累積發(fā)芽率反映了種子的發(fā)芽進程[7]（圖1）。對照組甜高粱種子脅迫1 d后的發(fā)芽率達到73.33%，之后發(fā)芽速度變慢，在2 d后達到最高發(fā)芽率（97.78%）。在鹽脅迫下，甜高粱種子發(fā)芽速度降低，發(fā)芽結束時間晚于對照，鹽脅迫濃度在50～100 mmol/L范圍內(nèi)，甜高粱在脅迫3～4 d后達到相應濃度下最大發(fā)芽率，其發(fā)芽率都可達到較高水平（>90%）；鹽脅迫濃度在150～200 mmol/L范圍內(nèi)，僅在脅迫1、2 d后有較明顯的發(fā)芽速率，于脅迫5 d后達到相應濃度下最大發(fā)芽率。對照組春小麥種子在脅迫1 d后發(fā)芽速率達到76.67%， 在脅迫1～2 d后有較快的發(fā)芽速度，于脅迫6 d后

達到最大發(fā)芽率（93.33%）；當鹽濃度在50 mmol/L時，于脅迫6 d后達到最大發(fā)芽率（85.56%）；當鹽濃度在100～200 mmol/L時，于脅迫4～5 d后發(fā)芽率達到相應濃度下的最大發(fā)芽率，發(fā)芽率較低（<70%）。

2.2鹽脅迫對甜高粱和春小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的影響

不同濃度NaCl處理對甜高粱和春小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的影響見表1。發(fā)芽率是種子優(yōu)劣的重要指標之一[8]，反映了種子發(fā)芽的多少。當鹽濃度大于100 mmol/L時，甜高粱發(fā)芽率與對照組差異顯著（P<0.05）；而春小麥在鹽濃度大于50 mmol/L時與對照組差異顯著。

發(fā)芽勢反映種子發(fā)芽的速度和整齊度[9-10]。本試驗采用脅迫4 d后測定的發(fā)芽數(shù)計算發(fā)芽勢。由表1可以看出，當鹽濃度大于150 mmol/L 時，發(fā)芽勢顯著低于對照（P<005），春小麥在鹽濃度大于50mmol/L時，發(fā)芽勢與對照組差異顯著。

發(fā)芽指數(shù)是反映種子萌發(fā)的綜合性指標。當鹽濃度在100 mmol/L時，甜高粱發(fā)芽指數(shù)較高，為對照的87.24%，當濃度大于100 mmol/L時鹽害指數(shù)迅速下降。而春小麥在鹽濃度為50 mmol/L時有較高的發(fā)芽指數(shù)，為對照的78.31%，濃度大于50 mmol/L時發(fā)芽指數(shù)迅速下降。

2.3鹽脅迫對甜高粱和春小麥胚芽、胚根及鮮質(zhì)量的影響

甜高粱和春小麥萌發(fā)的種子在0、50、100、150、200 mmol/L 的 NaCl 溶液中培養(yǎng)，在脅迫4～7 d，每天每皿隨機取10粒種子測量其芽長、根長，以均值為胚芽、胚根長度指標。由圖2可知，在NaCl脅迫下，甜高粱和春小麥2種幼苗的胚芽長與胚根長均隨NaCl濃度升高而呈下降趨勢。甜高粱種子在鹽濃度0～100 mmol/L時，胚芽、胚根下降速度較快，當鹽濃度大于100 mmol/L時下降緩慢；而春小麥胚芽在鹽濃度0～200 mmol/L時下降趨勢穩(wěn)定且速度較快，胚根在鹽濃度大于150 mmol/L時長度下降緩慢。

由圖3可知，甜高粱和春小麥在不同鹽濃度脅迫下根鮮質(zhì)量和芽鮮質(zhì)量變化明顯，甜高粱胚芽、胚根鮮質(zhì)量隨鹽濃度升高呈顯著下降趨勢。而春小麥胚芽、胚根鮮質(zhì)量在低濃度鹽分脅迫下（NaCl濃度小于100 mmol/L時）沒有明顯的下降趨勢，但NaCl濃度大于100 mmol/L時，隨鹽濃度升高，胚芽、胚根鮮質(zhì)量呈顯著下降趨勢。

2.4鹽脅迫對甜高粱和春小麥鹽害指數(shù)的影響

鹽害指數(shù)反映了鹽脅迫下植物生長受影響的程度，鹽害指數(shù)越大，植物生長受到的抑制越大。由圖4可以看出，隨著鹽濃度的升高，甜高粱和春小麥的鹽害指數(shù)均呈增大的趨勢，但只有當鹽濃度大于150 mmol/L時，甜高粱幼苗鹽害指數(shù)才開始快速增加，而春小麥在鹽濃度大于50 mmol/L時，鹽害指數(shù)迅速增加，表明隨著鹽脅迫的增加，春小麥幼苗生長比甜高粱更容易受到抑制。

3結論與討論

3.1鹽脅迫下甜高粱比春小麥的發(fā)芽進程快且發(fā)芽結束時間早

發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)常作為評價種子質(zhì)量和活力的指標，這3個指標綜合起來分析才更能反映種子活力[11-12]。甜高粱和春小麥種子隨鹽處理濃度的升高，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)都降低，這與高鳳菊等[13]、時麗然等[14]在甜高粱和玉米種子中的研究結果相同。當鹽濃度達到150、100、50 mmol/L時，甜高粱發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)分別顯著地低于對照（P<0.05），春小麥則在鹽濃度達到50 mmol/L時顯著低于對照。

植物對鹽的敏感程度存在差異，每種植物都有一個生長明顯受到抑制的臨界濃度，也就是閾值[15]，從本試驗來看，在種子萌發(fā)階段，150 mmol/L濃度的NaCl溶液是甜高粱鹽脅迫閾值，50 mmol/L濃度的NaCl溶液是春小麥鹽脅迫閾值，種子萌發(fā)期甜高粱耐鹽性閾值是春小麥的3倍。

3.2種子萌發(fā)階段，鹽分脅迫對甜高粱和春小麥胚根生長的抑制大于胚芽，但隨著鹽濃度升高，胚芽降幅遠大于胚根甜高粱和春小麥芽長、根長及鮮質(zhì)量均隨鹽濃度的升高而降低（在50 mmol/L鹽濃度處理下春小麥鮮質(zhì)量除外）。王秀玲等[16]、王萍等[7]在甜高粱和小麥中NaCl脅迫試驗結果相近；春小麥在低濃度鹽處理下，胚根生長量增加，是低濃度鹽促進種子生長的作用，王翠花等[17]、毛居代等[18]在小麥和鷹嘴豆研究中發(fā)現(xiàn)低濃度NaCl脅迫促進種子的生長。

3.3甜高粱種子萌發(fā)階段的耐鹽性強于春小麥

在種子萌發(fā)階段，甜高粱和春小麥的鹽害指數(shù)均隨鹽濃度的升高而增加，這與在玉米上的結論[19]相一致。由于鹽害指數(shù)與植物的耐鹽性呈負相關，同等鹽濃度處理下，春小麥鹽害指數(shù)大于甜高粱的鹽害指數(shù)，所以甜高粱在種子萌發(fā)階段的耐鹽性強于春小麥，在生產(chǎn)上具有參考價值。

參考文獻：

[1]王秀玲，程序，謝光輝，等. NaCl脅迫對甜高粱發(fā)芽期生理生化特性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2010，19（10）：2285-2290.

[2]陳新紅，葉裥灃，周青，等. 鹽脅迫對小麥幼苗形態(tài)和生理特性的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（33）：14408-14410.

[3]Zhu J K. Salt and drought stress signal transduction in plants[J]. Ann Rev Plant Biol，2002，53：247-273.

[4]邵凱. 鹽脅迫對小麥種子萌發(fā)的影響[J]. 科學教育，2012，04（4）：66-68.

[5]Levitt，J. Response of plants to environmental stress[M]. New York：Academic Press，1980：300-590.

[6]柴媛媛，史團省，谷衛(wèi)彬.種子萌發(fā)期甜高粱對鹽脅迫的響應及其耐鹽性綜合評價分析[J]. 種子，2008，27（2）：43-47.

[7]王萍，楊春橋，焦陣.NaCl脅迫對小麥種子萌發(fā)與幼苗生長的影響[J]. 中國農(nóng)學通報，2010，26（2）：127-131.

[8]王淑敏，高永闖. NaCl對王不留行種子萌發(fā)的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2014（30）：10521-10522.

[9]Sharma S S，Yamdagni R. Salt tolerance studies in winter garden annuals Ⅰ. Effects of salinity on seed germination and survival of the seedling[J]. Res Dev Rep，1989，6：107-111.

[10]Kumar A，Bahadur B，Sharma B K. Influence of salts on the germination and seedling growth of hordeum vulgarer[J]. Annals Arid Zon，1988，27：65-66.

[11]周美利，程然然，范海，等. 不同品種（系）甜高粱萌發(fā)期和苗期耐鹽性研究[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（4）：57-59，61.

[12]于軍，張樸進，郭玲，等. NaCl脅迫下不同番茄品種萌芽期耐鹽性評價[J]. 生物技術通報，2009，S1（增刊1）：159-164.

[13]高鳳菊，曹鵬鵬，王樂政，等. 鹽脅迫對不同類型甜高粱種子萌發(fā)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)與技術，2011，31（4）：19-23.

[14]時麗冉. 混合鹽堿脅迫對玉米種子萌發(fā)的影響[J]. 衡水學院學報，2007，9（1）：13-15.

[15]黃立華，梁正偉.不同鈉鹽脅迫對高冰草種子萌發(fā)的影響[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（6）：173-176.

[16]王秀玲，程序，謝光輝，等. NaCl脅迫對甜高粱萌發(fā)及過氧化物同工酶的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學學報，2011，16（1）：18-23.

[17]王翠花，李春龍，張冬梅，等. 鹽脅迫對不同品種小麥種子萌發(fā)的影響[J]. 內(nèi)蒙古民族大學學報：自然科學版，2009，24（3）：291-293.

[18]毛居代，買熱木古麗，原慧，等. NaCl脅迫對阿克蘇鷹嘴豆種子萌發(fā)特性的影響[J]. 種子，2011，30（11）：97-100.

[19]穆延召，彭云玲，李玥，等. NaCl脅迫對玉米雜交種子萌發(fā)的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2013，6（6）：40-44.胡彥江，楊德翠. 摩西球囊霉促進花生光合作用的機制[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2016，44（5）：145-148.