新型改良劑對堿脅迫下大豆萌發的影響

郝 統，趙晉忠，杜維俊 ，楊衛仙 ，王 敏 ，岳愛琴

（1.山西農業大學農學院，山西太谷030801；2.山西農業大學文理學院，山西太谷030801；3.交城縣農業委員會土肥站，山西交城030500）

土壤鹽堿化是一種重要的非生物脅迫，對世界農業發展影響巨大[1]。全世界鹽漬鹽堿土地面積約10億hm2，我國有9 913萬hm2，主要集中在華北、西北和東北地區。鹽堿地分為以NaCl和Na2SO4積累為主的中性鹽土和以積累Na2CO3和NaHCO3為主的堿性鹽土[2]。中性鹽和堿性鹽脅迫都能導致滲透脅迫和離子毒害，而堿脅迫又具有高pH值的特點，對植物的傷害更加嚴重。研究表明，相同濃度的中性鹽和堿性鹽處理下，堿性鹽對植物的傷害更嚴重[2-4]。堿性鹽中的Na2CO3和NaHCO3所含的CO32-和HCO3-離子發生水解，使土壤的pH值升高而呈強堿性。pH值過高會對種子產生鹽堿燒傷，造成離子堆積，種子內營養供應與代謝失調，導致多種營養元素的匱乏，損壞或抑制了質膜的電滲透，使種子在萌發階段的細胞質膜喪失選擇性吸收功能，終止發芽[5]。GONG等[2]研究認為，鹽堿脅迫會誘導植物體內活性氧（reactive oxygen species，ROS）的暴發，從而導致細胞損傷和死亡，這是造成植物損害的重要途徑。因此，研究如何減緩鹽堿脅迫對農業生產的危害具有非常重要的意義。

近年來，國內外鹽堿地的改良逐漸成為研究的熱點[6-7]。研究表明，外源物浸種或噴灑于作物葉片上可以在一定程度提高作物發芽率，增強幼苗耐鹽堿能力。例如，將種子經過適量濃度的硝普鈉、亞精胺、油菜素內酯、硝酸鈣、水楊酸和赤霉素等處理，都可以提高種子的萌發率和幼苗的生理活性[8-15]，這些外源物主要通過調節作物代謝來緩解鹽堿脅迫造成的傷害。前人研究僅局限于鹽脅迫和干旱脅迫對植物的影響，而堿脅迫下對植物的影響相對較少。因此，研究作物種子萌發對鹽堿脅迫的響應機制以及如何減輕鹽堿脅迫對植物的影響具有重要的意義。

山西農業大學大豆課題組針對上述存在的問題，提出以乙酰化葡萄糖為基質用于改良鹽堿地的新思路，并用于大田試驗。研究結果表明，活性乙酰化葡萄糖不僅可以改善鹽堿地土壤的理化性狀，還可以提高作物產量[16-18]。但是關于乙酰化葡萄糖對堿脅迫下大豆種子萌發的影響還未進行研究。

本研究采用水培法探討不同濃度堿脅迫及添加不同濃度乙酰化葡萄糖對大豆種子萌發的影響，以期為大豆種子萌發階段的鹽堿改良提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試大豆材料為武鄉小黑豆，由山西農業大學大豆課題組提供。

乙酰葡萄糖（C16H22O11）由山西農業大學鹽堿地治理課題組合成；Na2CO3和NaHCO3均為分析純。

1.2 試驗設計

利用Na2CO3和NaHCO3配制成不同濃度的堿脅迫溶液（表1）。將濃度為50 mmol/L堿脅迫溶液中分別添加不同濃度的改良劑（表2）。

表2 不同改良劑處理溶液及其pH值

表1 不同堿脅迫溶液及pH值

1.3 試驗方法

挑選顆粒飽滿、大小均勻、未破碎的大豆種子，用1%NaClO溶液進行消毒，蒸餾水清洗3次后，浸泡5 h。之后放置于滅菌培養皿（放置2層濾紙），每個培養皿中放入100粒種子，并加入10 mL不同濃度的處理液，每個處理重復3次。在溫度25℃、相對濕度80%、黑暗條件下進行萌發。從第2天起，每天8：00統計發芽數，并更換處理液，以防止種子腐爛并保證處理液濃度不變；在第7天，隨機選擇30粒種子以測量芽長度，然后在105℃下殺青15 min，并在75℃下烘至恒質量稱干質量，計算發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010對數據進行統計分析和作圖，用SPSS 22軟件對平均數進行多重比較和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 堿脅迫對武鄉小黑豆種子萌發的影響

2.1.1 堿脅迫對武鄉小黑豆種子發芽率的影響

從表3可以看出，不同濃度的堿脅迫對大豆種子的發芽率影響不同。發芽第1～7天，25 mmol/L堿脅迫下的發芽率與空白組（蒸餾水）的發芽率差異均不顯著。第3～7天，50 mmol/L的發芽率均顯著低于空白組。在100 mmol/L的脅迫濃度下，發芽的第2～7天均顯著低于空白組。而脅迫濃度為150，200，250 mmol/L時，發芽率在第1～7天均顯著低于空白組。除25 mmol/L堿脅迫外，隨著堿脅迫濃度的增加，發芽率逐漸降低，對發芽率的抑制作用也越來越明顯。

2.1.2 堿脅迫對武鄉小黑豆種子發芽勢的影響

由圖1可知，在堿脅迫濃度為25 mmol/L時，大豆種子的發芽勢與空白組（蒸餾水）的發芽勢無顯著差異。50，100 ，150，200，250 mmol/L條件下發芽勢均顯著低于對照組。結果表明，隨著堿脅迫濃度的提高，對種子發芽勢抑制作用增強。

2.1.3 堿脅迫對武鄉小黑豆種子發芽指數的影響

由圖2可知，不同濃度的堿脅迫對大豆種子的發芽指數影響不同。堿脅迫濃度為25 mmol/L時的發芽指數比空白組高3.94%。隨著堿脅迫濃度的增加，發芽指數逐漸降低。顯著性分析結果表明，堿濃度為25 mmol/L脅迫下的發芽指數與空白組間差異不顯著；50，100，150，200，250 mmol/L 堿濃度脅迫下的發芽指數均與空白組間差異顯著，并且隨著堿脅迫濃度的升高，發芽指數逐漸減小。

表3 堿脅迫對武鄉小黑豆發芽率的影響 %

2.1.4 堿脅迫對武鄉小黑豆種子胚根長的影響

由圖3，4可知，不同濃度的堿脅迫處理下，武鄉小黑豆的胚根長在第7天時均顯著變短。空白對照條件下平均胚根長為 12.83 cm，25，50，100，150，200，250 mmol/L堿濃度脅迫下胚根長分別為7.87，5.17，2.03，2.00，0.90，0.43 cm，與空白組相比依次減少了38.66%，59.70%，84.18%，84.41%，92.99%，95.56%。由此可見，無論低濃度還是高濃度堿脅迫，均嚴重抑制了武鄉小黑豆種子胚根的生長。

2.2 改良劑對堿脅迫下武鄉小黑豆種子萌發的影響

由以上試驗可知，50 mmol/L堿脅迫顯著影響武鄉小黑豆的發芽率、發芽勢、發芽指數和胚根長，因此，在50 mmol/L堿脅迫溶液中分別添加濃度為1，2，3，4，5 mmol/L的改良劑進行發芽試驗，探究添加改良劑對武鄉小黑豆發芽的影響。

2.2.1 改良劑對堿脅迫下武鄉小黑豆種子發芽過程中發芽率的影響 由圖5可知，添加不同濃度改良劑對大豆種子發芽率的影響不同。隨著改良劑濃度的增加，種子的發芽率呈先上升后下降。其中，添加3 mmol/L的改良劑時，武鄉小黑豆種子的發芽率最高，第1～7天發芽率均顯著高于對照（CK）；添加4，5 mmol/L改良劑時發芽率降低，說明改良劑濃度太高反而對種子的發芽率有抑制作用。

2.2.2 改良劑對堿脅迫下武鄉小黑豆種子發芽力的影響 由表4和圖6可知，添加改良劑濃度分別為 1，2，3，4 mmol/L時，發芽勢、發芽指數、活力指數和胚根長度均顯著高于CK（堿脅迫）。隨著改良劑濃度的增加，武鄉小黑豆的發芽勢、發芽指數、活力指數和胚根長度均呈先上升后下降。當添加3 mmol/L改良劑時，發芽勢、發芽指數、活力指數和胚根長度均達最高，分別為 82.33%，143.55，572.34，3.99 cm，與CK（堿脅迫）處理相比分別提高12.55%，14%，38.72%，28.82%。結果說明，堿脅迫下添加改良劑可以提高大豆的種子活力，且添加3 mmol/L改良劑時效果最佳。

表4 改良劑對堿脅迫下武鄉小黑豆發芽力的影響

3 結論與討論

種子萌發是幼苗成長的關鍵階段。VOIGY等[19]研究表明，鹽堿脅迫會減緩種子內部儲藏器官中營養物質的水解和轉運，破壞其與生長組織營養物質供給之間的平衡關系，導致種子的萌發受制。本研究結果表明，鹽堿脅迫濃度為25 mmol/L時種子的發芽率、發芽指數、發芽勢與空白對照間差異均不顯著，而胚根長顯著低于對照，并且隨著堿脅迫濃度的增加，大豆種子萌發過程中發芽力均逐漸降低。說明堿脅迫顯著降低了種子的發芽力，延長了發芽時間。

本研究使用的鹽堿改良劑乙酰化葡萄糖不僅降低了堿脅迫液的pH值，還產生了糖類物質，可用作外源糖來促進植物生長。前人研究結果表明，鹽堿脅迫下經過低濃度的葡萄糖或果糖浸種處理的水稻種子，其發芽率和發芽指數得到了顯著提高[20]。本試驗結果表明，堿脅迫下添加乙酰化葡萄糖濃度為3 mmol/L時，對大豆種子萌發的促進作用最強，隨著添加乙酰化葡萄糖濃度的增加，對大豆種子萌發產生了抑制作用，可能是由于產生糖濃度過高，導致培養液的滲透壓增加，對大豆種子產生了滲透脅迫，但結果還有待進一步研究。