鹽和干旱脅迫對芥菜型油菜種子萌發及幼苗生長的影響

熱孜亞·麥麥提，顧元國，李強,王娟，侯獻飛，賈東海，買買提·伊明

(1.新疆大學生命科學與技術學院新疆生物資源基因工程重點實驗室，烏魯木齊 830046； 2.新疆農業科學院經濟作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】在干旱和溫暖地區自然土壤形成過程總是產生具有低農業潛力的鹽漬化土壤，全世界鹽漬化土地面積超過8億公頃[1]。鹽度影響農作物的萌發和幼苗生長以及生物產量[2]。油菜是我國植物油的主要來源，也是新疆南北部地區主要的經濟油料作物。芥菜型油菜因其良好的耐鹽、旱、寒、抗倒、生育期短等特性適合在新疆地區種植和成為主要栽培類型[3]。開展芥菜型油菜耐鹽、旱性研究，選育耐鹽、旱高產品種，對提高食用植物油供給量，有效地利用鹽堿土地資源具有重要的意義。【前人研究進展】目前國內外對不同油菜品種的抗鹽性或抗旱性研究主要集中在生理生化和農藝性等兩個方面。Kandil等[4]對不同芥菜型油菜品種進行的鹽脅迫試驗結果表明，隨鹽脅迫濃度的升高種子發芽率、根的伸長和幼苗的生長量降低，且在相同的鹽濃度下不同品種之間存在耐鹽性差異，高鹽濃度下差異更顯著。黃鎮等[5]鹽脅迫對3大類型油菜種子萌發及幼苗生長的影響的研究顯示，鹽脅迫下三種不同油菜類型(甘藍型、白菜型和芥菜型)的種子發芽率隨鹽濃度的增加而降低，三者之間存在耐鹽性差異，其中芥菜型油菜品種的耐鹽性最強。【本研究切入點】芥菜型油菜是十字花科蕓薹屬芥菜的油用變種，植株高大，分支多，含油量高，具有耐瘠性強等特點。當前對芥菜型油菜品種的抗旱抗鹽脅迫下的研究較少。試驗研究不同濃度的鹽旱脅迫對三種芥菜型油菜種子萌發及幼苗生長的影響。【擬解決的關鍵問題】采用不同濃度的NaCl和甘露醇對油菜種子進行處理，分析鹽旱脅迫對三種芥菜型油菜種子萌發及幼苗生長的影響，比較不同芥菜型油菜品種間的耐鹽耐旱性差異，為栽培耐鹽旱的油菜品種和鹽漬土芥菜型油菜的豐產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試油菜品種種子由新疆農業科學院油料作物研究所選育并提供。三種芥菜型油菜品種為新油9號、CBJ004-34、CPB160701。試驗前對三種種子進行預萌發以保證種子的萌發齊性，其萌發率分別為99.0%、98.7%和99.5%。

1.2 方 法

1.2.1 種子滅菌和潤洗處理

供試種子先用無水乙醇處理30 s，再用10%次氯酸鈉處理4 min，然后用滅菌水分別潤洗五次。之后將處理好的種子放在滅菌操作臺中晾干備用。

1.2.2 鹽和甘露醇處理的種子萌發實驗

NaCl處理分別為(0(CK)、100、150、200、250、300 mmol/L)6個濃度，甘露醇處理分別為(0(CK)、100、200、300、400 mmol/L)5個濃度。每個處理設三個重復，每重復25粒種子。將種子置于5 mL處理液浸潤的濾紙皿于培養箱中進行萌發。萌發條件為：12 h光照/12 h黑暗，溫度為28℃，相對濕度為60%。每天定時觀察，并記錄種子萌發數，于7 d后結束萌發并計算種子發芽率。每皿隨機選取10株幼苗，測其根長、苗高，計算平均值。

種子發芽率(%)=(第7 d種子萌發數/供試種子總數)×100%。

發芽勢=第4 d種子發芽率/供試種子數×100%。

發芽指數= ∑(Gt/ Dt).

式中：Gt為td內的種子發芽數，D為相應的發芽天數。

1.3 數據處理

對三種油菜的主根長和株高采用軟件Image 1.48V 進行統計，所有數據采用軟件Graphad prism 5.0 進行單因素方差分析并在圖中進行標注。

2 結果與分析

2.1 不同鹽濃度對三種芥菜型油菜種子萌發指標的影響

2.1.1發芽指數

用不同濃度(0(CK)、100、150、200、250、300 mmol/L)的NaCl溶液對三種芥菜型油菜進行處理，結果顯示，三種芥菜型油菜種子的發芽率、發芽勢和發芽指數隨著NaCl濃度的升高而降低。隨著鹽濃度的增加三種油菜種子的發芽指數呈現降低趨勢，NaCl濃度為0～100 mmol/L，新油9號油菜和CBJ004-34種子的發芽指數沒有顯著變化，但二者之間沒有顯著差異，CPB160701種子的發芽指數顯著下降(P>0.05)，NaCl濃度為300 mmol/L時，CPB160701的種子萌發指數0，完全抑制其種子的萌發。低鹽濃度對新油9號油菜和CBJ004-34種子的萌發的影響不顯著，高鹽濃度顯著抑制種子的萌發，對CPB160701種子發芽的抑制最明顯。表1

表1 不同NaCl濃度處理下三種油菜種子A發芽勢、發芽指數變化

Table 1 Effects of different NaCl treatment on germination(G) potential,G index with (A)，CBJ004-34(B) and CPB160701(C)

處理Treatment(mmol/L)發芽勢G Potential (%)發芽指數 G indexABCABC094.77a94.57a90a37.53a37.6a32.64a10085.33a88ab84a33.32a33.37a 27.58b15072ab80bc68b26.08ab29.08ab17.48c20056b72c37c20.85ab27.38ab9.83d25036c41.33d18d7.74b14.73b4.91e3002.67d16e0e1.13b4.88c0fF27.3797.95177.935.8570.49156.8

注：不同字母代表差異顯著(P<0.05 或<0.01 )

Note: lowercase letters indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 )

2.1.2 發芽率變化

在同一NaCl濃度下，CBJ004-34油菜種子的發芽率最高，新油9號次之，CPB160701最低；在低濃度(100～150 mmol/L)時，新油9號和CBJ004-34油菜萌發率的變化不大(P>0.05)；而NaCl濃度升至300 mmol/L時，CPB160701油菜種子的萌發完全被抑制，其他兩種的發芽率顯著下降但仍保持一定水平的發芽率 (P<0.05)。高濃度的NaCl溶液對三種芥菜型油菜種子的萌發均產生了較強的抑制作用，新油9號油菜和CPB160701所受的影響小于CPB160701油菜。圖1

注：不同小寫字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖1 不同濃度NaCl脅迫下三種芥菜型油菜種子萌發率變化

Fig.1 Effect of different NaCl concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

2.1.3 發芽勢變化

研究表明，新油9號對照組(0 mmol/L)從第2 d開始萌發，至第7 d基本穩定，發芽率達99%；而300 mmol/L NaCl濃度處理下第3 d才開始萌發，第7 d發芽率僅為7%；高鹽濃度延期了其種子萌發率。CBJ004-34在250 mmol/L和300 mmol/L處理的種子萌發較慢，到7 d時發芽率為49%和23%。CPB160701在200 mmol/L和250 mmol/L NaCl濃度處理至第7 d時發芽率為46%和28%；300 mmol/L時萌發完全受到抑制。圖2，圖3，表1

圖2 不同NaCl濃度處理下三種芥菜型油菜種子萌發日變化

Fig.2 Effects of different NaCl concentrations on three types ofB.juncea

圖3 不同NaCl濃度處理下7 d后三種芥菜型油菜種子萌發情況

Fig.3 Germination of three types ofB.junceaseeds treated with different concentrations of NaCl for 7 days

2.2 不同濃度NaCl處理對三種芥菜型油菜幼苗生長的影響

2.2.1幼苗根長變化

研究表明，隨著NaCl濃度的增加，三種芥菜型油菜種子的根長有降低趨勢。相較其他兩種，新油9號的根長較短，CPB160701根最長。前者在NaCl濃度為100 mmol/L時比對照明顯增加，250 mmol/L時顯著低于對照，但最高和最低值在1.5～4 cm，由此顯示，低濃度NaCl能促進新油9號根的生長。其他兩種類型的根長隨NaCl濃度升高顯著下降(P<0.05)，其最高值與最低值在1.5～8 cm (CBJ004-34) 或0.5～9.5 cm (CPB160701)。圖4

注：不同小寫字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖4 不同濃度NaCl處理下三種芥菜型油菜根生長情況

Fig.4 Effects of different NaCl concentrations on root length of three types ofB.junceaseedling

2.2.2 幼苗株高變化

研究表明，NaCl處理后三種油菜株高明顯低于對照(P<0.05)，但是不同濃度NaCl 處理同一個品種油菜的株高之間沒有顯著差異(P>0.05)。圖5

2.3 不同甘露醇濃度對三種芥菜型油菜種子發芽率的影響

研究表明，三種油菜種子的發芽率隨著甘露醇濃度升高而降低；在同一濃度下，CBJ004-34和CPB160701油菜種子的發芽率比新油9號好，低濃度甘露醇溶液(100～200 mmol/L)對三種油菜種子發芽率的影響不大 (P>0.05)；當甘露醇濃度為300～400 mmol/L時，三種油菜種子的發芽率呈明顯降低趨勢，尤其是新油9號。高濃度的甘露醇對三種油菜種子的發芽率產生顯著抑制作用，但CBJ007-34和CPB160701油菜所受的影響小于新油9號。圖6

注：不同小寫字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖5 不同濃度NaCl處理下三種芥菜型油菜株高變化

Fig.5 Effects of different NaCl concentrations on plant height of three types ofB.junceaseedling

注：不同小寫字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖6 不同甘露醇濃度下三種芥菜型油菜種子萌發率變化

Fig.6 Effects of different mannitol concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

研究表明，新油9號對照組(0 mmol/L)從第2 d開始萌發，至第7 d基本穩定，發芽率達96%；而甘露醇濃度400 mmol/L處理下第3 d才開始萌發，第7 d萌發率僅為42%；其他濃度下的發芽率隨鹽濃度升高而降低。高濃度的甘露醇會抑制新油9號種子的萌發(P<0.05)。在甘露醇濃度0～200 mmol/L時，對CBJ004-34和CPB160701油菜種子的發芽率沒有顯著的影響，當濃度達300～400 mmol/L時種子發芽率呈降低趨勢，但仍保持較高的發芽率，到7 d時萌發率分別為74%和70%。圖7，圖8

圖7 不同濃度甘露醇處理下三種芥菜型油菜種子萌發日變化

Fig.7 Effects of different mannitol concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

圖8 不同甘露醇濃度處理下7 d后三種芥菜型油菜種子萌發情況

Fig.8 Effects of different mannitol concentrations on seed germination of three types ofB.juncea

2.4 不同濃度甘露醇處理對三種油菜幼苗生長的影響

2.4.1根長變化

研究表明，隨著甘露醇濃度的增加，三種油菜幼苗的根長呈降低趨勢；新油9號和CBJ004-34油菜幼苗的根長在低濃度甘露醇(100 mmol/L)處理 時比對照明顯增加 (P<0.05)，400 mmol/L時最低；CPB160701油菜幼苗根長隨甘露醇濃度增加顯著變短。圖9

注：不同小寫字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖9 不同濃度甘露醇處理下三種芥菜型油菜根長變化

Fig.9 Effects of different mannitol concentrations on root length of three types ofB.junceaseedling

2.4.2 株高變化

研究表明，當甘露醇濃度<400 mmol/L時，新油9號的株高明顯高于對照 (P<0.05)，400 mmol/L濃度對其株高無影響，一定濃度的甘露醇能夠促進新油9號油菜幼苗的生長；CBJ004-34和CPB160701油菜在不同濃度NaCl處理后株高與對照沒有顯著差異，這兩種油菜對一定濃度甘露醇脅迫不敏感。圖10

注：不同小寫字母(a,b,c,d)表示同一品種不同處理之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)，(*)表示在同一個濃度不同品種之間存在顯著差異(P<0.05或0.01)

Note: lowercase letters the column of the same cultivar indicate significant difference among different salt treatments(P<0.05 or 0.01 ),(*)indicate significant difference among different cultivars the same treatment(P<0.05或0.01)

圖10 不同濃度甘露醇處理下三種芥菜型油菜株高變化

Fig.10 Effects of different mannitol concentrations on plant height of three types ofB.junceaseedling

3 討 論

種子萌發時很敏感和容易受到周圍環境的影響，不同植物在萌發時期的耐鹽性不同，因此，同一鹽濃度下不同品種之間存在耐鹽性差異，且隨鹽濃度升高這種差異更明顯[6-7]。在鹽、旱等逆境脅迫下，植物發生一系列的生理生化變化：如種子體內水分虧缺，滲透壓升高而水勢降低，使種子吸水困難造成生理干旱，從而影響種子萌發[8-9]。本試驗研究了不同濃度的鹽旱脅迫對三種芥菜型油菜種子萌發及幼苗生長的影響，研究表明，NaCI和甘露醇脅迫明顯抑制了芥菜型油菜種子萌發和幼苗生長且這種抑制作用隨鹽濃度的增加而加劇。

甘藍型油菜和白菜型油菜NaCl在300 mmol/L時的發芽率分別是37.23%、14.67%[10]。研究中NaCl在 300 mmol/L時CBJ004-34油菜的發芽率為34.3%，這個品系是耐鹽性油菜品種。低濃度的NaCl會促進種子萌發，但NaCl濃度較高迫使其進入次生種子休眠[11]。研究顯示，CBJ004-34號和CPB160701油菜種子在甘露醇濃度為(>300 mmol/L)時保持80%～98%的發芽率，跟對照比沒有顯著差異，與NaCl處理的種子萌發和幼苗生長相比，甘露醇處理的種子萌發和幼苗生長均顯著優于NaCl處理。這表明在鹽脅迫下，Na+和Cl-里可能被種子吸收，對種子表現出毒性作用因而抑制種子萌發和幼苗生長，而甘露醇分子進入，進不了種子里面，對種子沒有毒性[12]。

鹽、旱脅迫下，植物細胞原生質膜結構遭到破壞，細胞膜透性增大，降低植物光合速率，導致植物生長受到抑制和導致植物根系形狀的變化，抑制根的伸長。根系是作物吸收水和營養的主要部位，與植物的耐鹽、旱性有密切的關系[13-14]。低濃度的鹽旱脅迫對油菜幼苗的生長有促進作用，隨著鹽旱脅迫程度的提高，根和幼苗的生長受到不同程度的抑制，不同品種之間也存在耐鹽旱性差異[15,16,17]。研究材料三種芥菜型油菜，NaCl和甘露醇濃度100 mmol/L時促進了新油9號和CBJ004-34油菜根的伸長，隨著NaCl和甘露醇濃度的升高，根的伸張受到了不同程度的抑制。根長跟植物耐旱性有正相關的，低濃度的鹽旱脅迫還引起植物呼吸作用、植物的呼吸增強，蛋白質合成受到促進，植物的生理活動朝著有利于其適應鹽脅迫的方向發展比如：加速個體發育的進程、根的長度增加、株莖變短等[18]。篩選出了耐、鹽旱性比較強的芥菜品種，新油9號和CBJ004-34號油菜種子的耐鹽性和耐旱性比其他兩種較強，適合進一步進行耐鹽旱性育種及耐鹽旱分子機理研究中。

4 結 論

NaCl 濃度小于150 mmol/L時，對三種油菜種子萌發的影響不明顯，300 mmol/L鹽濃度顯著抑制了其種子萌發。試驗材料新油9號和CBJ004-34油菜種子在鹽濃度為(0～200 mmol/L)時仍保持75%～98%的萌發率，NaCl 濃度 100 mmol/L時，促進了新油9號和CBJ004-34油菜幼苗根的伸長。鹽脅迫對三種芥菜型油菜的株高沒有顯著差異。三種芥菜型油菜耐鹽性強弱依次為新油9號> CBJ004-34> CPB16070。在甘露醇模擬干旱脅迫下，CBJ004-34和CPB160701油菜種子在甘露醇濃度為(>300 mmol/L)時保持80%～98%的萌發率，400 mmol/L甘露醇濃度抑制了其種子萌發。甘露醇濃度為100 mmol/L時，促進了新油9號和CBJ004-34油菜幼苗根的伸長，隨著甘露醇濃度的升高，三種芥菜型油菜株高呈現下降趨勢，甘露醇濃度為(>300 mmol/L)時，對CPB160701油菜幼苗生長的影響不明顯。三種芥菜型油菜耐旱性強弱依次為新油CBJ004-34> CPB160701>新油9號。