鹽堿環(huán)境對甘啤5號啤酒大麥種子萌發(fā)期的影響

柳小寧，包奇軍，張華瑜，潘永東

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所，甘肅 蘭州 730070）

在土壤鹽漬化面積不斷擴大的環(huán)境下，如何培育出耐鹽堿的農(nóng)作物品種是農(nóng)業(yè)科研工作的首要任務(wù)。在中國的耕地中，鹽堿化土壤總面積已經(jīng)超過3 300 萬 hm2［1-2］，與灌溉有關(guān)的達 200 萬 hm2，鹽堿化土壤有近70%分布在中國西北地區(qū)［3］。甘肅省灌區(qū)的鹽堿地面積大，全省有鹽堿地10.50萬hm2［4］，主要分布在沿黃灌區(qū)、景電灌區(qū)、引大入秦灌區(qū)。河西走廊地區(qū)鹽堿化耕地為9.26萬hm2，占現(xiàn)有耕地面積的14.7%［5］。由于降水量少，蒸發(fā)量大，部分灌區(qū)灌溉和排水不暢，土壤次生鹽漬化程度日趨嚴重［6］。更為嚴重的是，全球的鹽漬土每年以100萬～150萬hm2的速度增長［7-8］，因鹽漬化威脅而棄耕的土地面積呈增長的態(tài)勢［9］。進行鹽堿地的改良利用，使其發(fā)揮出巨大的生產(chǎn)潛力是非常重要措施。目前有效利用鹽堿地的途徑除了利用改土造田或引水灌溉，還有種植耐鹽堿產(chǎn)品。改土造田或引水灌溉途徑的成本較高，可行性較小，實踐證明，篩選作物的耐鹽品種并在鹽堿地生產(chǎn)種植是一種行之有效的措施［10-12］，也是目前最經(jīng)濟最有效利用鹽堿地的主要方式之一。但植物對中性鹽和堿性鹽的適應(yīng)機制有所不同［13-15］，目前耐鹽堿品種的研究以中性鹽處理較多，涉及堿性鹽的研究比較少。

在植物生長的整個生育期中，萌發(fā)期是品種對環(huán)境比較敏感的階段。要選育出耐鹽堿品種，了解鹽對種子萌發(fā)期的影響，探索鹽害機理十分必要。常規(guī)育種存在著時間長、工作繁重及遺傳性狀不穩(wěn)定等缺點，因而利用實驗室模擬土壤鹽堿環(huán)境篩選耐鹽堿品種成為育種研究者的首選。雖然大麥是禾本科作物中公認的耐鹽堿作物［16-17］，但對鹽分濃度相當敏感，在鹽脅迫下其生長發(fā)育受到明顯抑制，特別在發(fā)芽期和苗期。為了了解鹽堿對大麥萌發(fā)期生理指標的影響，我們用中性鹽（NaCl）和堿性鹽（Na2CO3）不同濃度的溶液模擬2種鹽環(huán)境，以發(fā)芽勢、發(fā)芽率、鹽害指數(shù)、根長、苗長等5項指標作為評價指標，比較了在2種鹽環(huán)境啤酒大麥品種甘啤5號萌芽期特性，為進一步開展啤酒大麥種質(zhì)的耐鹽堿研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試啤酒大麥品種為甘啤5號，由甘肅省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物與啤酒原料研究所選育并提供。供試中性鹽為NaCl，堿性鹽為Na2CO3，均為市售分析純。

1.2 試驗方法

鹽堿環(huán)境對啤酒大麥萌發(fā)期的影響試驗在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院西北啤酒大麥及麥芽品質(zhì)檢測實驗室進行。采用恒溫恒濕培養(yǎng)箱進行啤酒大麥萌發(fā)期試驗，溫度20℃，濕度75%。設(shè)置NaCl和Na2CO3溶液濃度處理分別為0（CK）、100、200、300 mmol/L，重復3次。精選種子經(jīng)7%次氯酸鈉消毒5 min，用蒸餾水洗凈后置于直徑10 cm并鋪有濾紙的培養(yǎng)皿（經(jīng)過70%酒精消毒）中，按試驗設(shè)計加入不同濃度的環(huán)境藥劑溶液（6 mL）培養(yǎng)，每天觀察并記錄。

1.3 測定指標及方法

每天觀察記錄發(fā)芽種子數(shù)，種子發(fā)芽以胚芽長度達種子長度的一半為標準，以3個重復中有1粒種子萌發(fā)的日期作為該處理的發(fā)芽始期，連續(xù)3 d不再有種子發(fā)芽為發(fā)芽結(jié)束期。分別于開始萌發(fā)后第4天和第7天統(tǒng)計種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率，發(fā)芽試驗結(jié)束后計算不同品種的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、相對鹽害率等指標。每處理各取10粒萌發(fā)的種子，測定根數(shù)、根長、芽長、芽重。每處理于第7天選取長勢均勻的10株測量苗長及主根長度。

發(fā)芽勢=（規(guī)定日數(shù)內(nèi)發(fā)芽的種子粒數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽率=（發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子粒數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

鹽害指數(shù)=［（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)處理

利用Excell和SPSS 17.0分析系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號發(fā)芽勢的影響

從圖1可以看出，隨著濃度的增加，啤酒大麥甘啤5號的發(fā)芽勢在2種鹽的環(huán)境下變化趨勢有很明顯的差異。中性鹽（NaCl）環(huán)境下的下降趨勢比較平緩，方差分析顯示，NaC1濃度達到100 mmol/L時發(fā)芽勢與對照差異達到顯著水平（P＜0.05），NaC1濃度為200 mmol/L時發(fā)芽勢與對照差異達到極顯著水平（P＜0.01）。堿性鹽（Na2CO3）環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號發(fā)芽勢的影響比較大，當Na2CO3濃度為100 mmol/L時，啤酒大麥甘啤5號的發(fā)芽勢與對照的差異達到極顯著水平（P＜0.01），濃度為200 mmol/L時發(fā)芽勢為0。

圖1 不同鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號發(fā)芽勢的影響

2.2 2種鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號發(fā)芽率的影響

中性鹽和堿性鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號的發(fā)芽率影響差異比較大，結(jié)果見圖2和表1。

從圖2可以看出，2種鹽環(huán)境下的啤酒大麥甘啤5號發(fā)芽率均呈下降趨勢。濃度為100 mmol/L時，NaC1環(huán)境下的發(fā)芽率為98%，Na2CO3環(huán)境下的發(fā)芽率只有36%。濃度為200 mmol/L時，NaC1環(huán)境的發(fā)芽率達到81%，與對照差異達到極顯著水平（P＜0.01）；Na2CO3環(huán)境的發(fā)芽率為0，可見濃度為200 mmol/L的Na2CO3溶液可以完全抑制啤酒大麥甘啤5號的發(fā)芽。從發(fā)芽率的變異系數(shù)（表1）來看，2種鹽對啤酒大麥環(huán)境的敏感程度不同，啤酒大麥甘啤5號對Na2CO3環(huán)境最敏感，變異系數(shù)較大。

圖2 不同鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號發(fā)芽率的影響

表1 不同單鹽環(huán)境時啤酒大麥甘啤5號的發(fā)芽率及變異系數(shù)

2.3 2種鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號的鹽害指數(shù)

圖3 不同鹽環(huán)境下對啤酒大麥甘啤5號鹽害指數(shù)

相對鹽害率反映了種子萌發(fā)期鹽環(huán)境對種子的傷害程度［18］。從圖3的結(jié)果可以看出，在試驗設(shè)計范圍內(nèi)，隨著鹽濃度的增加，2種鹽對啤酒大麥甘啤5號的相對鹽害率均呈上升趨勢。對甘啤5號種子的傷害程度Na2CO3大于NaC1。在Na2CO3環(huán)境下，當濃度為100 mmol/L時，甘啤5號的鹽害指數(shù)急劇增加為64；當濃度達到200 mmol/L時，甘啤5號的鹽害指數(shù)達到100。在NaC1環(huán)境下，當濃度小于100 mmol/L時，甘啤5號的鹽害指數(shù)較小，隨后隨著鹽濃度增加，鹽害指數(shù)由100 mmol/L時的0.67開始增加，到300 mmol/L時達到39.88。

2.4 2種鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號的根長影響

從圖4可以看出，堿性鹽和中性鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號幼苗的根長均具有顯著的抑制作用。兩種鹽環(huán)境下啤酒大麥甘啤5號的根長隨鹽濃度的升高而明顯的下降，不同鹽之間存在差異。當濃度為100 mmol/L時，甘啤5號的根長在2種鹽環(huán)境下與對照的差異均達到極顯著水平（P＜0.01），NaC1環(huán)境下為6.77 cm，Na2CO3環(huán)境下為0。當Na2CO3濃度大于100 mmol/L時，啤酒大麥甘啤5號根的生長完全被抑制。

圖4 不同鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號根長的影響

2.5 2種鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號的苗長影響

由圖5可以看出，環(huán)境鹽的濃度大于100 mmol/L時，啤酒大麥甘啤5號的苗長開始受到明顯的抑制。200 mmol/L的Na2CO3可以完全抑制啤酒大麥甘啤5號的萌發(fā)。NaC1環(huán)境下，隨著濃度的增大，對甘啤5號苗長抑制呈現(xiàn)上升趨勢，但在設(shè)置的試驗濃度范圍內(nèi)，甘啤5號苗長沒有被完全抑制，各處理與對照差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

圖5 不同鹽環(huán)境對啤酒大麥甘啤5號苗長的影響

3 小結(jié)與討論

種子萌發(fā)期是植物生活史中對鹽環(huán)境十分敏感的時期，植物能否在鹽堿環(huán)境中生存，首先取決于它能否發(fā)芽以及發(fā)芽率的高低和發(fā)芽速度［19］。環(huán)境對植物種子的抑制程度與環(huán)境中鹽的濃度、鹽的種類以及植物抗鹽能力有關(guān)。鹽對種子萌發(fā)的危害主要有兩個方面：一是滲透效應(yīng)，二是離子效應(yīng)［20］。滲透效應(yīng)是指當土壤中鹽分含量增加時，滲透壓隨之提高，而水勢相應(yīng)降低，使種子吸水困難，從而影響種子的萌發(fā)；離子效應(yīng)是指某種離子濃度升高對種子造成毒害。本研究發(fā)現(xiàn)，當環(huán)境鹽的濃度大于100 mmol/L時，鹽環(huán)境會對啤酒大麥種子造成毒害而抑制其萌發(fā)。以不同濃度的NaC1溶液模擬鹽分環(huán)境中，隨著鹽環(huán)境濃度增加，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈下降趨勢，這與他人的研究結(jié)果基本一致［21］。

在中性鹽和堿性鹽不同濃度的環(huán)境下，啤酒大麥甘啤5號種子的萌發(fā)期均受到影響。在中性鹽（NaCl）的環(huán)境下，隨著環(huán)境濃度的升高，各項測試指標的變化達到顯著水平（P＜0.05），發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長以及苗長都出現(xiàn)遞減的趨勢。堿性鹽（Na2CO3）環(huán)境下，隨著濃度增加，測試指標均達到極顯著水平（P＜0.01），當環(huán)境中鹽濃度達到100 mmol/L時發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、苗長指標急劇變化，鹽害指數(shù)大幅增加；200 mmol/L時，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長以及苗長完全被抑制，鹽害指數(shù)達到最大。有研究認為，種子耐鹽能力的大小取決于種子萌發(fā)過程中對鹽分引起的滲透效應(yīng)和離子效應(yīng)的綜合適應(yīng)［22］，而Na2CO3導致pH升高，使植物受到鹽環(huán)境的同時還受到高pH的影響［23］，而不是滲透環(huán)境和離子毒害［24］，所以Na2CO3使植物受害會更嚴重，這與本結(jié)果一致。

方差分析表明，在不同單鹽環(huán)境條件下，鹽濃度對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、根長均有極顯著的影響（P＜0.01）。不同單鹽環(huán)境對同一品種的敏感程度不同，表明在啤酒大麥甘啤5號萌發(fā)期，堿性鹽環(huán)境比中性鹽環(huán)境敏感。

本試驗所設(shè)置的鹽濃度梯度還有待細化，尤其是0～100 mmol/L的濃度。有研究顯示，0～100 mmol/L的濃度區(qū)間，鹽環(huán)境反而會促使大麥種子根的生長［23，25-26］，這將為那些輕微鹽堿地的開發(fā)利用借鑒。