鹽脅迫對不同品種豇豆種子萌發的影響

井大煒，張 紅，李士平，王明友

?

鹽脅迫對不同品種豇豆種子萌發的影響

井大煒，張 紅，李士平，王明友*

（德州學院生態與園林建筑學院，山東德州 253023）

以4個豇豆(Linn)品種的種子作為材料，采用不同濃度的NaCl溶液進行脅迫處理，研究了鹽脅迫對種子發芽率、發芽指數和鹽害指數及幼苗根系活力的影響。結果表明:隨著鹽脅迫程度的增加，各個豇豆品種呈現出一定的差異；4種豇豆種子對低鹽濃度(≤25 mmol/L)表現出一定的適應性，低鹽脅迫對種子發芽率影響較小，而對發芽指數的影響則較大；隨著鹽濃度的增加，各個豇豆種子的鹽害指數呈遞增的趨勢，較高濃度的鹽脅迫對4個品種的萌發與幼苗根系活力有較強的抑制作用；在50 mmol/L的鹽濃度下，德州白條的鹽害指數最低，并顯著低于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮，而德州灰嘴的鹽害指數明顯高于其它品種。綜合分析認為，耐鹽能力最強的品種為德州白條，其次為德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴的耐鹽能力最差。

豇豆；種子；鹽脅迫；發芽指數；根系活力；鹽害指數

鹽脅迫是影響作物生長發育與產量的主要非生物因素之一，一般土壤含鹽量達到0.2%~0.5%范圍即對作物的生長產生抑制作用[1-3]。據統計，全世界大約有100多個國家57億畝土地正在遭受鹽堿化的影響，而我國的鹽堿地面積占全國耕地總面積的25%左右[4]。土壤中鹽分過多對大多數植物的生長具有危害性, 特別對耐鹽性較低的作物尤為明顯。有研究表明[5-6]，鹽脅迫能導致植物細胞的滲透脅迫與離子失衡，阻礙作物生長進而造成農作物減產甚至死亡。隨著人口的不斷增長，與耕地面積持續減少之間的矛盾越來越顯著[7-9]。因此，研究作物在鹽脅迫生境下的生長規律，進而研發出新的耐鹽品種具有重要的理論和實踐意義。種子萌發與幼苗建成是作物整個生育期最關鍵的2個階段，是決定作物達到對環境最終適宜度的重要標志[10]。種子萌發期是作物生活史中對鹽脅迫較為敏感的一個時期，種子萌發期的耐鹽性一般可以衡量該品種的抗鹽性[11-12]。探討鹽脅迫環境對作物種子萌發的作用效果，分析鹽脅迫的機理，這對篩選與培育出耐鹽能力強的品種具重要指導意義。

豇豆(Linn)易栽培、產量高、品質佳，并且是解決夏、秋淡季蔬菜供應的重要蔬菜作物之一[13]。豇豆栽培范圍非常廣泛，尤其在長江以南地區，春夏秋季均適宜豇豆的種植[14]。我國南部沿海區域是豇豆的關鍵產地之一，沿海地區海水中的鹽分經過地下、地上途徑進入土壤[15]，進而也會普遍存在土壤鹽堿化問題。為此，本試驗研究了4個品種豇豆種子在鹽脅迫條件下的萌發與幼苗生長狀況，比較其萌發期的耐鹽性差異，從而為豇豆種子耐鹽品種的鑒定與篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設在德州學院生態與園林建筑學院實驗室內。供試豇豆品種有4個：德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白條，均由德州學院生態與園林建筑學院提供。

1.2 試驗設計

每個品種的種子，每100粒作為一組，重復5次，測定百粒重。種子首先經蒸餾水反復沖洗6~7次，然后用濾紙吸干其表面水分后備用。分別配制10 mmol/L、25 mmol/L和50 mmol/L濃度的NaCl溶液，同時對照用蒸餾水來代替。從每個品種的100粒種子中挑選出大小一致的40~50粒，放置在含不同濃度NaCl水溶液的發芽床上萌發，發芽溫度為23~25 ℃，光照15 h/d，每天更換一次溶液，以保證試驗處理期間各個脅迫濃度相對恒定，每組試驗重復5次。

1.3 測定項目與方法

發芽期間測定種子萌發率與相關萌發指標，以胚根突破種皮2 mm作為發芽標準，第12天發芽試驗結束。計算公式如下：

發芽率(%)=發芽試驗期間全部正常發芽數/供試種子數×100% （1）

相對發芽率(%)=處理發芽率/對照發芽率×100% （2）

鹽害指數(%)=(對照發芽率－鹽處理發芽率)/對照發芽率×100% （3）

發芽指數、相對發芽指數參照劉貴河等[16]的方法進行計算；根系活力：采用TTC比色法測定。

1.4 數據統計分析

用Excel 2013作圖，用SPSS 19.0統計軟件進行差異顯著性分析（LSD法，<0.05）。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫與種子萌發率

由表1可見，不同品種的豇豆種子在種皮顏色與種子形態上具有一定差異。從百粒重可以得出，禹城18粒和德州白條之間無顯著性差異，但均顯著高于德州灰嘴和德州紫皮。不同濃度的NaCl處理對豇豆種子萌發狀況的作用效果亦有差別。研究表明，發芽率在一定程度上可以反映植物在發芽期耐鹽性的大小，并與植物的耐鹽性呈現出正相關關系。

表1 不同品種豇豆種子的形態特征

從圖1可知，隨著鹽濃度的增加，不同豇豆種子的相對發芽率均呈逐漸下降的趨勢，表明不同濃度的NaCl溶液均對豇豆種子的萌發產生了一定的抑制作用。在10 mmol/L 與25 mmol/LNaCl濃度下，4個品種的種子對鹽脅迫的敏感度較低，相對發芽率較對照相比仍可保持在83% 以上，且4個品種之間無顯著性差異。隨鹽濃度的進一步升高，當達到50 mmol/L時，德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白條的相對發芽率分別為17.62%、31.90%、48.63%和62.52%。通過方差分析表明，4個品種種子的相對發芽率大小次序為：德州白條>德州紫皮>禹城18粒>德州灰嘴，且品種之間的差異均達顯著水平。可以看出，4個品種的種子對較高濃度的鹽脅迫表現較為敏感，其中德州白條的耐鹽能力最強，依次為德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴的耐鹽能力最差。由此可知，鹽脅迫對豇豆種子的發芽具有抑制作用，且不同品種的種子對鹽脅迫的敏感性存在一定差異。在4種豇豆種子中，德州白條的耐鹽能力強于其它3個品種。

2.2 鹽脅迫與發芽指數

發芽率反映了種子萌發的能力，而種子發芽指數可以較好地反映種子萌發的整齊程度與速度，可以從一定程度上比較作物耐鹽性能的差異[17]。由圖2可知，隨著NaCl濃度的升高，4種豇豆種子的發芽指數均呈下降的變化趨勢，說明豇豆種子的萌發速度與整齊度隨鹽濃度的增加而降低。在同一鹽濃度下，種子發芽指數在品種之間有一定差異。在10 mmol/L NaCl濃度時，德州灰嘴的發芽指數最高，并顯著高于其它品種，而禹城18粒、德州紫皮和德州白條之間的差異不顯著；在25 mmol/L時，德州灰嘴的發芽指數仍最高，但與其它3個品種之間無顯著性差異。當鹽濃度達到50 mmol/L時，德州白條的發芽指數最高，且顯著高于其它3個品種；其次為禹城18粒與德州紫皮，兩者之間差異未達顯著水平，但均明顯高于德州灰嘴。以上分析可見，德州白條對較高濃度的鹽脅迫能表現出強的耐受能力，而德州灰嘴隨著鹽脅迫的加重，其耐受能力越來越低。

圖1 鹽脅迫對豇豆種子相對萌發率的影響 圖2 鹽脅迫對豇豆種子相對發芽指數的影響

2.3 鹽脅迫與根系活力

根系活力指根系新陳代謝的活動能力，是反映根系吸收功能的一項重要指標，根系特性與發育狀況直接關系到豇豆對土壤養分和水分的吸收[9]。因此，根系活力的高低也影響著豇豆植株的生長情況。對豇豆萌發幼苗的根系活力進行測定，結果表明在不同鹽濃度脅迫下，不同品種的豇豆萌發幼苗的根系活力較對照呈現出明顯的抑制現象(圖3)。4個品種的根系活力在不同鹽濃度下表現出一定差異。在10 mmol/L NaCl濃度時，4個品種之間無顯著性差異；而在25 mmol/L NaCl濃度時，禹城18粒、德州紫皮與德州白條的根系活力均大于德州灰嘴，但差異未達顯著水平。隨著脅迫濃度的進一步升高，在50 mmol/L NaCl濃度時，德州白條的根系活力最大，且顯著高于其它處理，分別較德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮顯著高出66.40%、35.15%和24.80%；依次為德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴達最小值，并顯著低于其它3個處理。以上分析認為，不同品種豇豆幼苗的根系活力在低濃度鹽脅迫下未表現出明顯的差異，但隨著鹽濃度的升高，4個品種所受的抑制程度明顯不同，其中德州白條對高濃度的鹽脅迫表現出較強的耐鹽能力，而德州灰嘴的總體耐鹽能力最差。

2.4 鹽脅迫與鹽害指數

鹽害指數是反映植株受害數量與受害程度的重要指標。在同一水平下，相對鹽害指數的數值越大，說明供試品種在發芽期的耐鹽性越弱[18]。從圖4可以看出，隨著NaCl濃度的升高，4個品種的相對鹽害指數呈逐漸增大的趨勢。當鹽濃度為10 mmol/L時，不同品種間的鹽害指數差異不顯著，而鹽濃度為25 mmol/L時，德州灰嘴的鹽害指數顯著高于其它品種；當鹽濃度達到50 mmol/L時，各個品種的鹽害指數均大幅度升高，其中德州灰嘴的上升幅度最大，并達到了89.3%，顯著高于其它3個處理；其次為德州紫皮和禹城18粒，也超過了70%，而德州白條的鹽害指數小于50%，明顯低于其它3個品種。由此可見，隨著鹽脅迫程度的增加，4個品種之間鹽害指數的差異越來越明顯。

圖3 鹽脅迫對豇豆萌發幼苗根系活力的影響 圖4 鹽脅迫對豇豆種子鹽害指數的影響

3 討論與結論

土壤中鹽分過多會引起水勢降低，給作物造成一種水逆境，這與干旱或凍害對作物的影響基本一致[8-9,19]。發芽率與發芽指數是評估種子萌發重要的指標，能反映種子的發芽速度和整齊度以及幼苗的健壯潛力，而鹽害指數與耐鹽性緊密有關[20]。通過測定與比較上述指標，并依據其在不同鹽脅迫時的下降速度能夠評價作物種子在萌發期的耐鹽性能[21]。本試驗采用10～50 mmol/L。NaCl濃度處理豇豆種子，比較4個豇豆品種在鹽脅迫環境下的萌發狀況，結果發現，豇豆種子發芽與幼苗生長受到了不同程度的抑制作用，低鹽濃度脅迫對種子的萌發抑制效應較小；而較高鹽濃度脅迫(50 mmol/L)使種子的發芽率和發芽指數顯著降低，究其原因主要是由于外界的高滲透壓引起種子吸水不足所導致的。有研究認為[2]，鹽脅迫會引起α-淀粉酶活性的降低也能導致種子的萌發受阻，這表明種子在吸脹過程中受到的鹽害并非鹽脅迫抑制種子萌發的唯一原因。也有研究表明[22]，在一定脅迫條件下種子的萌發速度會保持不變或加快。這與本研究結果不完全一致，造成這一差異可能與種子品種、脅迫梯度和脅迫時間等因素有關。本試驗還得出，隨著鹽脅迫程度的增加，種子的鹽害指數明顯升高。同時，鹽脅迫對豇豆幼苗根系活力的影響也較大，隨著鹽濃度的升高，豇豆幼苗的根系活力呈遞減的變化趨勢。

大量試驗研究認為，不同植物或植物不同品種之間的耐鹽性存在一定差異，比如采用不同濃度的NaCl溶液對5個油菜品種開展耐鹽性篩選試驗[23]，結果發現其中2個品種的耐鹽性明顯較強；鹽脅迫對白籽南瓜與黑籽南瓜種子萌發特征的試驗也發現白籽南瓜在發芽期的耐鹽性要高于黑籽南瓜[24]。這說明通過試驗比較能夠挖掘出農作物種質本身固有的耐鹽能力，進而可以篩選和培育出耐鹽品種。本試驗通過比較不同鹽脅迫梯度對4個豇豆品種種子的萌發指標及幼苗生長狀況的作用效果，結果表明德州白條的耐鹽能力顯著高于其它3個品種，表明該品種的生活能力較強，尤其對較高鹽濃度脅迫的適應性明顯優于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮。

[1] 武沖, 尹燕雷, 陶吉寒, 等. 鹽脅迫對低溫預處理石榴種子萌發及幼苗生理生化的影響[J]. 西北植物學報, 2015, 35(1):0161-0167

[2] 李曉榮, 姚世響, 陳莎莎, 等. 藜異型性種子后代植株鹽響應生理機制[J]. 生態學報, 2015, 35(24): 8139-8147.

[3] 梁麗建, 葉曉青, 鄧衍明, 等. 鹽脅迫對狼尾蕨體細胞耐鹽突變體生長和生理生化特性的影響[J]. 江西農業大學學報, 2015, 37(4): 618-624.

[4] 田鑫, 鐘程, 李性苑, 等. 鹽脅迫對薏苡種子萌發及幼苗生長的影響[J]. 作物雜志, 2015(2): 140-143.

[5] 江緒文, 李賀勤, 王建華. 鹽脅迫下黃芩種子萌發及幼苗對外源抗壞血酸的生理響應[J]. 植物生理學報, 2015, 51(2): 166-170.

[6] 李賢超, 吳友根, 楊東梅, 等. 海南廣藿香葉肉細胞超微結構對鹽脅迫的響應[J]. 江西農業大學學報, 2014, 36(2): 300-304.

[7] 井大煒, 邢尚軍, 劉方春, 等.保水劑施用方式對側柏根際微生態環境的影響[J]. 農業機械學報, 2016, 47(5):146-154.

[8] 劉方春, 邢尚軍, 馬海林,等.干旱生境中接種根際促生細菌對核桃根際土壤生物學特征的影響[J]. 應用生態學報, 2014, 25(5): 1475-1482.

[9] 井大煒, 邢尚軍, 劉方春, 等.保水劑-尿素凝膠對側柏裸根苗細根生長和氮素利用率的影響[J]. 應用生態學報,2016, 27(4): 1046-1052.

[10] 林桂玉, 楊天慧, 劉永光.外源ABA對鹽脅迫下番茄種子萌發及生物發光的影響[J]. 北方園藝, 2015(9): 32-35.

[11] 趙春. 黃河三角洲野生大豆種子和幼苗對鹽脅迫的響應[J]. 大豆科學, 2015, 34(1): 71-74.

[12] 莊華蓉. 單鹽和混合鹽脅迫對沙冬青種子萌發的影響[J]. 節水灌溉, 2015(2): 15-20.

[13] 賈德新, 李士平, 王風丹, 等. 蚯蚓糞對豇豆根際土壤生物學特征及微生物活性的影響[J]. 浙江農業學報, 2016，28(2):318-323

[14] 井大煒, 王明友, 張紅, 等.雞糞對蕓豆土壤有機碳氧化穩定性與碳庫管理指數的影響[J]. 農業機械學報, 2016, 47(8): 192-200

[15] 韓彥龍, 晉凡生, 鄭普山, 等. 紅蕓豆養分限制因子及養分吸收、積累和分配特征研究[J]. 中國生態農業學報, 2016, 24(7): 902-909.

[16] 劉貴河, 郭郁頻, 任永霞, 等. PEG脅迫下5種牧草飼料作物種子萌發期的抗旱性研究[J]. 種子, 2013, 32(11): 15-19．

[17] 赫蘭保，徐永清，李鳳蘭，等.鹽脅迫對魯梅克斯雜交酸模種子萌發及幼苗生理特性的影響[J]. 草業科學, 2015, 32(3): 400-405.

[18] 阿依努爾·阿布拉, 謝文磊, 王澤, 等. 四種鹽分脅迫對梭梭種子萌發及活力的影響[J]. 新疆農業科學, 2015, 52(11): 2059-2064

[19] 劉方春, 邢尚軍, 馬海林,等.根際促生細菌(PGPR)對冬棗根際土壤微生物數量及細菌多樣性影響[J].林業科學, 2013, 49(8): 75-80.

[20] 王鵬, 馬玲玲, 陳雨, 等. 鹽脅迫對油葵種子萌發及內源激素含量的影響[J]. 北方園藝, 2015(3): 12-15.

[21] 陳智坤, 鄧嫻, 王峰偉, 等. 蘑菇渣堆肥濾液對鹽脅迫下黃芩種子萌發和幼苗生長的影響[J]. 北方園藝, 2016(18): 149-153

[22] Foolad M R, Lin G Y .Relationships of cold and salt-tolerance during seed germination in tomato: Germplasmevaluation[J]. Plant Breeding, 1999, 118: 45-48.

[23] 李春龍. 鹽脅迫對油菜種子萌發的影響[J]. 安徽農業科學, 2008, 36(26): 11198-11199.

[24] 王冉, 陳貴林, 梁靜, 等. 鹽脅迫對黑籽南瓜和白籽南瓜種子萌發特性的影響[J]. 河北農業大學學報, 2005, 28(5): 42-44.

Effects of Salt Stress on Characteristics of Seed Germination of Four Cowpea () Varieties

JING Da-wei, ZHANG Hong, LI Shi-ping, WANG Ming-you*

(College of Ecology and Garden Architecture, Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China)

Effects of salt stress on the seed germination of four cowpea () varieties (Dezhouhuizui, Yucheng 18 li, Dezhouzipi and Dezhoubaitiao) were tested. Seeds were treated in different concentration of Nacl solution, and the germination percentage, germination index and salt injury index of the four varieties were determined. Results indicated that different seed varieties had different salt stress reaction under the condition of Nacl salt stress when compared to the control; the relative germination rates of all varieties of cowpea seeds were affected weakly in low concentrations salt stress (≤25 mmol/L), while the relative seed germination indexes were decreased significantly; the relative salt injury index presented a variation tendency of increasing with the increase in salt concentration, and the salt stress with high concentrations had strongly inhibitory effects on the seed germination and root activity of seedling; When the salt concentration was 50 mmol/L, the salt injury index of Dezhoubaitiao was the minimum and had significantly differences from that of the varieties of Dezhouhuizui, Yucheng 18 li and Dezhouzipi, while the salt injury index of Dezhouhuizui was obviously increased compared with the other varieties. As a result, Dezhoubaitiao had better salt tolerance than three other varieties, and Dezhouzipi and Yucheng 18 li were inferior, while Dezhouhuizui was the most susceptible variety.

Linn; seed; salt stress; seed germination; root activity; salt damage index

S643.4

A

2095-3704（2016）04-0277-05

2016-07-22

山東省農業良種工程項目（魯科字（2013）207號）

井大煒，講師，博士，主要從事植物營養機理與調控研究，jingdawei009@163.com；

王明友，教授，nwmy_sddz@163.com.。