不同大豆種子萌發(fā)期耐鹽性分析

張軍起，趙 霞，張 豪，王一璞，杜維俊，岳愛(ài)琴，趙晉忠，楊萬(wàn)明，王 敏

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院，山西 太谷 030801；3.晉中學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 晉中 030619）

土壤鹽漬化長(zhǎng)久以來(lái)影響著世界各地的農(nóng)業(yè)發(fā)展，全球大約有8.31 億hm2土地資源受到鹽漬化威脅，并且面積還在不斷的增長(zhǎng)，造成了土地資源的大量浪費(fèi)[1]。土壤鹽漬化嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是制約現(xiàn)代農(nóng)作物產(chǎn)量的主要環(huán)境因素之一[2]。土壤鹽濃度過(guò)高會(huì)嚴(yán)重抑制作物的生長(zhǎng)，降低農(nóng)作物產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物的死亡。鹽漬化土壤中，Na+，Cl-是造成植物離子毒害的主要原因[3-4]，Na+并不是植物的必需元素，高濃度的Na+對(duì)于大部分植物都有毒害[5]；高濃度的氯離子也會(huì)抑制一些植物的生長(zhǎng)[6]。對(duì)鹽漬化土壤進(jìn)行研究是一項(xiàng)艱巨的長(zhǎng)期任務(wù)，目前通過(guò)栽培技術(shù)措施來(lái)應(yīng)對(duì)土壤鹽漬化已不能從根本上解決問(wèn)題，而進(jìn)行耐鹽品種的選育是一條可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。在鹽堿地中生長(zhǎng)的作物，其各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段都會(huì)受到鹽脅迫的影響，其中對(duì)鹽脅迫最為敏感的時(shí)期為種子萌發(fā)期，由于地表土壤比地下土壤的鹽濃度高大約2～10 倍，因而，種子萌發(fā)期面臨的鹽脅迫遠(yuǎn)大于其他生長(zhǎng)發(fā)育階段[7]。因此，進(jìn)行芽期耐鹽性研究更為重要。

大豆屬于中度耐鹽堿作物，當(dāng)土壤鹽堿度超過(guò)5 ds/m 時(shí)，將導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)[8]。鹽脅迫可導(dǎo)致大豆農(nóng)藝性狀發(fā)生改變，使葉片黃枯，結(jié)莢減少，甚至植株死亡，最終導(dǎo)致產(chǎn)量降低[9]。因此，開(kāi)展大豆耐鹽性研究對(duì)選育耐鹽性大豆材料至關(guān)重要。

本試驗(yàn)先選取栽培和野生大豆對(duì)脅迫濃度進(jìn)行篩選，后對(duì)13 種大豆材料萌發(fā)期的耐鹽性能進(jìn)行了研究，以期篩選出耐鹽性較高的材料，為今后尋找耐鹽相關(guān)基因和選育耐鹽大豆品種提供基礎(chǔ)材料。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)選取栽培大豆晉大53 和野生大豆平南進(jìn)行脅迫濃度篩選，對(duì)13 種大豆材料（表1）進(jìn)行耐鹽性分析。全部材料均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆種質(zhì)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提供。

表1 13種大豆材料屬性

1.2 方法

1.2.1 脅迫濃度篩選試驗(yàn) 采用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。以晉大53 和平南為材料，挑選形狀大小一致的飽滿(mǎn)未破碎大豆種子，清水去除表面灰塵與雜質(zhì)。用0.1% NaClO 溶液進(jìn)行消毒，蒸餾水清洗3 次后，蒸餾水中浸泡2 h。取滅菌培養(yǎng)皿（直徑12 cm），其中鋪設(shè)2 層濾紙，將處理后種子均勻放置其中，每皿分別放置50 粒，分別加入不同濃度處理液8 mL，每組設(shè)置3 個(gè)重復(fù)。將處理好的培養(yǎng)皿放入人工氣候箱中培養(yǎng)，萌發(fā)條件為黑暗、25 ℃、相對(duì)濕度 80%。配制 NaCl 脅迫溶液（50，100，150，200，250 mmol/L），以蒸餾水處理作為對(duì)照（CK），共設(shè)置6 個(gè)處理。試驗(yàn)期間每天8：00 進(jìn)行大豆發(fā)芽數(shù)統(tǒng)計(jì)，并每日更換處理液，以防止種子腐爛并保證處理液濃度不變，對(duì)其進(jìn)行7 d 的發(fā)芽數(shù)記錄。

1.2.2 鹽脅迫試驗(yàn) 以200 mmol/L NaCl 脅迫溶液處理13 種大豆材料，同時(shí)以蒸餾水處理作為對(duì)照（CK），共設(shè)置2 個(gè)處理。參考1.2.1 方法進(jìn)行發(fā)芽數(shù)統(tǒng)計(jì)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在7 d 時(shí)測(cè)定各處理的發(fā)芽率，3 d 時(shí)測(cè)定各處理的發(fā)芽勢(shì)，計(jì)算發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

其中，CK 為對(duì)照的發(fā)芽指標(biāo)值，T 為鹽處理的發(fā)芽指標(biāo)值。

綜合評(píng)價(jià)大豆材料萌發(fā)期耐鹽性時(shí)，參考吐?tīng)栠d娜依等[10]的綜合評(píng)價(jià)法，根據(jù)每種材料在敏感鹽濃度脅迫下的各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)下降率值的大小進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)把每一種指標(biāo)的最大值與最小值之間的差值均分為10 個(gè)等級(jí)，每一個(gè)等級(jí)為1 分。在各種指標(biāo)中，均以下降率最低的材料得分最高，10分；而以下降率最高的材料得分最低，1 分。最后把各個(gè)指標(biāo)得分進(jìn)行相加，根據(jù)總分高低排出各大豆種子萌發(fā)期的耐鹽性順序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，SPSS 22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫濃度的篩選分析

由表2可知，當(dāng)鹽脅迫濃度為50 mmol/L 時(shí)，2 種大豆測(cè)定的發(fā)芽指標(biāo)呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。晉大53的發(fā)芽率受脅迫影響不大且變化趨勢(shì)平緩，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)差異均不顯著，因此，低鹽濃度對(duì)晉大53 萌發(fā)影響不明顯；當(dāng)鹽脅迫濃度超過(guò)50 mmol/L 后，晉大53 發(fā)芽率迅速下降，相關(guān)指標(biāo)與對(duì)照相比差異顯著；當(dāng)鹽脅迫濃度為250 mmol/L時(shí)，晉大53 發(fā)芽率降至3.33%。而平南在50 mmol/L條件下，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比都有所提高，且差異顯著，說(shuō)明此脅迫條件對(duì)平南種子萌發(fā)產(chǎn)生促進(jìn)作用；當(dāng)鹽脅迫濃度超過(guò)100 mmol/L后，平南發(fā)芽率迅速下降，相關(guān)指標(biāo)與對(duì)照相比差異顯著；當(dāng)鹽脅迫濃度為250 mmol/L 時(shí)，平南發(fā)芽率降至5.33%。在鹽脅迫濃度為200 mmol/L 時(shí)，晉大53 各項(xiàng)指標(biāo)與150 mmol/L 脅迫濃度相比差異顯著，與鹽250 mmol/L 脅迫濃度相比較差異不顯著；平南各項(xiàng)指標(biāo)與鹽150 mmol/L 脅迫濃度相比差異不顯著，與鹽250 mmol/L 脅迫濃度相比顯著。在NaCl濃度達(dá)250 mmol/L 時(shí)，由于抑制作用過(guò)大，2 個(gè)品種間各項(xiàng)指標(biāo)降至較低狀態(tài)，已無(wú)明顯差異，即說(shuō)明250 mmol/L NaCl 脅迫下，已無(wú)法區(qū)分出2 個(gè)品種間的差異。因此，認(rèn)為鹽脅迫濃度為200 mmol/L時(shí)可作為大豆耐鹽性篩選濃度。

表2 鹽脅迫對(duì)大豆發(fā)芽的影響

2.2 鹽脅迫對(duì)不同大豆種子發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率是檢測(cè)種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，且發(fā)芽率下降率又為相對(duì)鹽害率。由圖1、表3可知，當(dāng)進(jìn)行鹽脅迫處理后，處理材料發(fā)芽率與對(duì)照相比有所下降，除 SNWS48，SNWS247 和 SNSZ266 外，多數(shù)材料表現(xiàn)出顯著差異，其中，SNSZ266 對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽率分別82.67%，78.67%，發(fā)芽率下降率為3.23%，為各材料中下降最低；而SNWS247 對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽率分別為28.89%，13.33%，發(fā)芽率下降率為53.85%，為各材料中下降最高。由此可以看出，鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子發(fā)芽率的影響存在一定的差異。

表3 鹽脅迫對(duì)不同大豆種子發(fā)芽率下降的影響

根據(jù)下降率得分情況進(jìn)行排序?yàn)椋篠NSZ266＞SNSZ336 ＞SNSZ341 ＝SNSZ177 ＝SNSZ310 ＝SNWS48 ＝SNWS32 ＞SNSZ380 ＝SNWS317 ＞SNWS265＞SNWS93＝SNWS38＞SNWS247。

2.3 鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子發(fā)芽勢(shì)的影響

發(fā)芽勢(shì)能夠反映種子質(zhì)量的優(yōu)劣。由圖2、表4可知，當(dāng)進(jìn)行鹽脅迫處理后，處理材料發(fā)芽勢(shì)與對(duì)照相比有所下降，各材料受脅迫影響差異顯著，與發(fā)芽率相同，其中，SNSZ177 對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽勢(shì)分別96.00%，76.00%，發(fā)芽勢(shì)下降率為20.83%，為各材料中下降最低；而SNWS48 對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽勢(shì)分別為6.67%，2.22%，發(fā)芽率下降率為66.67%，為各材料中下降最高。由此可以看出，鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子發(fā)芽勢(shì)的影響存在一定的差異。

表4 鹽脅迫對(duì)不同大豆種子發(fā)芽勢(shì)下降的影響

續(xù)表4

根據(jù)下降率得分情況進(jìn)行排序?yàn)椋篠NSZ177＞SNSZ266 ＝SNWS247 ＞SNSZ380 ＞SNSZ341 ＝SNWS317 ＞SNSZ336 ＝SNWS32 ＞SNSZ310 ＝SNWS93＞SNWS265＝SNWS38＞SNWS48。

2.4 鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是重要的種子活力指標(biāo)之一。由圖3、表5可知，當(dāng)進(jìn)行鹽脅迫處理后，處理材料發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比有所下降，除SNWS48，SNWS247外，其余材料表現(xiàn)出顯著差異，其中，SNWS48 對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽指數(shù)分別為17.17，13.07，發(fā)芽指數(shù)下降率為23.90%，為各材料中下降最低；而SNWS38對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽指數(shù)分別為44.13，18.75，發(fā)芽指數(shù)下降率為57.50%，SNWS265 對(duì)照組與脅迫組發(fā)芽指數(shù)分別為68.15，27.30，發(fā)芽指數(shù)下降率為59.94%，為受鹽脅迫影響較強(qiáng)的2 種材料。由此可以看出，鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子發(fā)芽指數(shù)的影響存在一定的差異。

根據(jù)下降率得分情況進(jìn)行排序?yàn)椋篠NWS48＞SNSZ177 ＝SNWS317 ＝SNWS32 ＞SNSZ336 ＞SNSZ266 ＞SNSZ341 ＞SNSZ380 ＝SNWS247 ＞SNSZ310＝SNWS93＞SNWS265＝SNWS38。

表5 鹽脅迫對(duì)不同大豆種子發(fā)芽指數(shù)下降的影響

2.5 鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子活力指數(shù)的影響

活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合反映，是種子活力的重要指標(biāo)之一。由圖4、表6可知，當(dāng)進(jìn)行鹽脅迫處理后，處理材料活力指數(shù)與對(duì)照相比有所下降，各材料表現(xiàn)出顯著差異，其中，SNSZ177 對(duì)照組與脅迫組活力指數(shù)分別為745.78，112.74，活力指數(shù)下降率為85.17%，為各材料中下降最低；而SNWS93 對(duì)照組與脅迫組活力指數(shù)分別為 642.14，29.03，活力指數(shù)下降率為95.29%，SNWS265 對(duì)照組與脅迫組活力指數(shù)分別為594.65，24.54，活力指數(shù)下降率為95.87%，為下降率較高的2 種材料。由此可以看出，鹽脅迫對(duì)不同大豆材料種子萌發(fā)活力指數(shù)的影響存在一定的差異。

表6 鹽脅迫對(duì)不同大豆種子活力指數(shù)下降的影響

根據(jù)下降率得分情況進(jìn)行排序?yàn)椋篠NSZ177＞SNSZ336 ＝SNSZ266 ＞SNSZ341 ＞SNWS48 ＝SNWS317 ＝SNWS38 ＞SNWS247 ＝SNWS32 ＞SNSZ310＞SNSZ380＞SNWS93＝SNWS265。

2.6 大豆材料耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)以上分析可以得出，只有經(jīng)多種指標(biāo)的綜合分析才能較客觀地評(píng)價(jià)大豆材料的耐鹽性。據(jù)此把測(cè)定的各指標(biāo)的分?jǐn)?shù)進(jìn)行累加及排序（表7），從而得出供試13 種大豆材料的耐鹽性大小依次為：SNSZ177 ＞SNSZ266 ＞SNSZ336 ＞SNWS317 ＞SNSZ341 ＝SNWS32 ＞SNWS48 ＞SNSZ380 ＞SNSZ310 ＝SNWS247 ＞SNWS38 ＞SNWS93 ＝SNWS265。

表7 不同大豆材料的得分及耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

在參與試驗(yàn)的13 種大豆材料中，SNSZ177 耐鹽性最強(qiáng)，在發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)下降率得分最高；而SNWS93，SNWS265 的耐鹽性最弱，各項(xiàng)得分均較低。根據(jù)13 種材料的的綜合得分，大致將其分為3 個(gè)等級(jí)，SNSZ177，SNSZ266 為耐鹽材料，SNSZ336，SNSZ341，SNSZ380，SNSZ310，SNWS48，SNWS317，SNWS247，SNWS38，SNWS32為中等耐鹽材料，SNWS93，SNWS265 為不耐鹽材料。

3 結(jié)論與討論

在作物生長(zhǎng)過(guò)程中，鹽分是重要環(huán)境因素之一，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及其品質(zhì)有著不同的作用，不同品種的作物受其影響的程度不同，如小麥[11]、水稻[12]等受脅迫影響均不同。鹽脅迫通過(guò)滲透脅迫、離子傷害等過(guò)程損傷植物，最普遍和最顯著的效應(yīng)就是抑制生長(zhǎng)，造成植物發(fā)育遲緩，抑制植物組織和器官的生長(zhǎng)和分化[13]。在50 mmol/L 條件下對(duì)晉大53、平南進(jìn)行脅迫，測(cè)定的相關(guān)指標(biāo)均高于對(duì)照組，即說(shuō)明在低濃度時(shí)對(duì)大豆的發(fā)芽具有一定的促進(jìn)作用，與許多研究結(jié)果相似[14-16]。隨著脅迫濃度的增大，各項(xiàng)指標(biāo)也迅速下降，說(shuō)明高濃度脅迫對(duì)大豆發(fā)芽產(chǎn)生抑制作用。在200 mmol/L 條件下，脅迫對(duì)晉大53 與平南的抑制作用產(chǎn)生差異，平南的耐鹽性更強(qiáng)，因此，把200 mmol/L 條件當(dāng)作后續(xù)試驗(yàn)篩選濃度。

在鹽脅迫條件下，13 種大豆材料均受到了不同水平的抑制，測(cè)定指標(biāo)整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。不同材料的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)表現(xiàn)不盡相同，材料之間各指標(biāo)差異顯著。不同材料之間指標(biāo)下降率也產(chǎn)生差異，即不同材料對(duì)鹽分的耐受性不同，這與前人其他植物試驗(yàn)結(jié)果相似[17-19]。經(jīng)過(guò)多種指標(biāo)綜合評(píng)分，從而確定在13 種材料中，SNSZ177，SNSZ266 為耐鹽材料，均為地方材料；SNWS93，SNWS265 為不耐鹽材料，均為野生材料；其余為中等耐鹽材料，且野生材料得分整體要低于地方大豆材料，說(shuō)明地方和野生大豆之間耐鹽性可能存在著一定差異，需進(jìn)一步試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

通過(guò)本試驗(yàn)對(duì)大豆材料耐鹽性得到一個(gè)初步的結(jié)果，對(duì)大豆的萌發(fā)時(shí)期的耐鹽性進(jìn)行了比較。但萌發(fā)特性?xún)H能確定其在萌發(fā)階段對(duì)鹽分的耐性，并不能確定整個(gè)生命周期對(duì)鹽分的耐性，并且活力指數(shù)受脅迫的抑制作用更強(qiáng)，說(shuō)明鹽脅迫對(duì)接下來(lái)種子的發(fā)育、生長(zhǎng)抑制作用可能與萌發(fā)期不同，因此，需要進(jìn)一步研究，確定相關(guān)材料不同時(shí)期不同部位對(duì)于鹽脅迫的應(yīng)答機(jī)制和其他發(fā)育階段與萌發(fā)期耐鹽性之間關(guān)系。