NaCl脅迫對皖北地區主要玉米品種種子萌發特性的影響

李偉強，李慧鑫，李秋雨，劉瀟瀟，陳 揚，趙青青，姜 穎

（宿州學院 生物與食品工程學院，安徽 宿州 234000）

鹽脅迫作為主要非生物脅迫之一，威脅全世界農業生產，而且由于灌溉措施不當、人口增長、氣候變化以及工業污染加劇了土壤鹽漬化[1]。高鹽環境會對植物的生理過程產生不利影響，導致生長和發育受限[2]。鹽脅迫會誘導植物因吸水減少導致的滲透脅迫、離子（如Na+、Cl-）積累導致的離子毒性以及氧化損傷等次生脅迫[1][3]，從而降低作物的數量和質量，甚至死亡。植物已經進化出多種機制以適應鹽脅迫的影響，包括在細胞、生理生化乃至分子上的變化，如為緩解過量活性氧（ROS）積累而導致的代謝功能改變，植物會產生滲透調節物質和抗氧化酶以清除過量的活性氧[4]。為了提高植物在鹽脅迫下的存活率、產量和品質，植物鹽脅迫響應機制、抗性品種篩選和耐鹽植物育種是非常必要的。

玉米又稱玉蜀黍（Zea mays L.），由于其生產潛力大、經濟效益高，是重要的糧食作物、飼料原料和工業原料[5]。玉米主要種植在我國山東和吉林等省，而安徽省也是我國玉米的主要產區，其中皖北地區是我國重要的夏玉米產區，也是安徽省夏玉米主產區[6]。皖北地區存在大量的鹽堿土，其鹽堿土比較集中地分布在皖北的一些地區，其中宿州市的蕭縣和碭山兩個地區分布面積較廣，鹽分組成多為氯化物[7，8]。玉米是一種鹽分較為敏感的作物，鹽脅迫作為主要脅迫因子之一，會導致玉米植株發育緩慢乃至減產。不同基因型玉米對鹽脅迫的適應性和抵抗能力也有所不同，會產生種子萌發、生理生化和形態結構的變化。決定植物能否在鹽堿土中生長發育的關鍵階段是種子萌發期，其中種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等指標對分析不同品種的耐鹽性具有重要的作用。穆延召等[9]研究了兩個玉米雜交組合種子在不同濃度NaCl處理下的發芽勢、發芽率、鹽害指數、活力指數、胚根長、胚芽長等，分析了2個玉米雜交種的耐鹽性和極限耐鹽濃度。前人報道主要是針對不同濃度NaCl處理對玉米種子萌發的影響，而針對皖北地區主要玉米品種的耐鹽性的研究鮮有報道。

因此，本研究選擇NaCl脅迫模擬皖北地區漬化土壤主要鹽分類型，比較了NaCl脅迫對皖北地區不同基因型玉米品種種子萌發期的相應指標，為篩選出適宜當地鹽堿地種植的品種，同時也為皖北地區鹽堿地的合理開發與利用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種：未來908、未來928、安農863、甘玉1019、鄭單958和先科338，所有供試品種均由宿州市農業科學院提供。

1.2 試驗設計

6個品種均挑選大小一致且飽滿的種子，表面采用2.5% NaClO浸泡15min 后，用蒸餾水洗4～5次。然后將玉米種子有序擺在鋪有發芽濾紙的發芽盒中，每盒100粒，其中包括蒸餾水處理（CK）和100mmol/L NaCl處理，每個處理重復4次，每一品種8盒。置于人工氣候培養箱內，25℃恒溫下進行發芽試驗。為了保持各處理組濃度保持不變，每隔1d用稱重法補充處理液，每天統計種子發芽情況，玉米種子的發芽標準：以主胚根長為種子長度的一半，處理后第3d測定發芽勢，第7d記錄種子發芽率、胚芽長、主胚根長、干鮮重等指標。

1.3 測定指標

發芽勢（%）=3d內發芽種子數／供試種子總數×100%

發芽率（%）=7d內發芽種子數／供試種子總數×100%

發芽指數（GI）=∑（Gt／Dt）（Gt為t時間內的發芽數，Dt為相應的發芽天數）

活力指數（VI）= GI×S（GI為發芽指數，S為胚芽長）。

貯藏物質轉運率：種子萌發第7d時，隨機選取30粒發芽的種子，將籽粒、胚芽和胚根分開，105℃殺青30min，然后調至80℃烘至恒重，稱重后計算貯藏物質轉運率：貯藏物質轉運率（%）=（胚芽干重+胚根干重）/（胚芽干重+胚根干重+籽粒干重）×100%；

相對鹽害率（%）=（CK處理發芽率-NaCl處理發芽率）/CK處理發芽率×100%。

相對指標（%）=（對照指標-脅迫指標）／對照指標×100%

1.4 數據處理

試驗數據采用WPS Office進行整理，用SPSS statistics 20軟件進行方差分析，并采用OriginPro 9.1繪圖軟件繪制圖片。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對玉米種子發芽勢和發芽率的影響

由圖1可以看出，NaCl脅迫顯著抑制了甘玉1019、未來928和安農863玉米種子的發芽勢，與CK相比，發芽勢分別降低了12.77%、12.79%和10.58%，而對先科338、未來908和鄭單958玉米種子發芽勢的影響差異不顯著。NaCl脅迫顯著抑制了未來928和安農863玉米種子的發芽率，與CK相比，發芽率分別降低了6.85%和11.65%，而對先科338、甘玉1019、未來908和鄭單958玉米種子發芽率的影響差異不顯著。由此可見，未來928和安農863種子發芽勢和發芽率對NaCl脅迫的響應較為敏感，甘玉1019稍敏感些，而先科338、未來908和鄭單958種子發芽勢和發芽率較為抗鹽。

圖1 鹽脅迫對玉米種子發芽勢和發芽率的影響

2.2 鹽脅迫對玉米種子胚芽長和主胚根長的影響

由表1可以看出，NaCl脅迫顯著抑制了先科338、未來908、未來928、鄭單958和安農863玉米種子的胚芽長，與CK相比，胚芽長分別降低了58.11%、62.90%、46.71%、42.03%和49.17%，而對甘玉1019玉米種子胚芽長的影響差異不顯著。NaCl脅迫顯著抑制了先科338、甘玉1019、未來908、未來928、鄭單958和安農863玉米種子的主胚根長，與CK相比，主胚根長分別降低了51.79%、42.65%、41.63%、47.36%、44.37%和33.64%。由此可見，NaCl脅迫顯著降低了供試玉米種子的胚芽長和主胚根長，玉米幼苗的生長受到抑制。

表1 鹽脅迫對玉米種子胚芽長和主胚根長的影響

2.3 鹽脅迫對玉米種子發芽指數和活力指數的影響

如圖2所示，NaCl脅迫顯著抑制了先科338和未來928玉米種子的發芽指數，與CK相比，發芽指數分別降低了25.16%和21.91%，而對甘玉1019、未來908、鄭單958和安農863玉米種子發芽指數的影響差異不顯著，且鄭單958發芽指數在鹽脅迫下還有所提高。NaCl脅迫顯著抑制了先科338、未來908、未來928、鄭單958和安農863玉米種子的活力指數，與CK相比，活力指數分別降低了68.87%、64.29%、58.32%、39.88%和54.83%，而對甘玉1019玉米種子活力指數的影響差異不顯著。由此可見，甘玉1019及鄭單958種子的發芽指數和活力指數在NaCl脅迫下降低較小，而先科338種子發芽指數和活力指數在NaCl脅迫下降低較為迅速。

圖2 鹽脅迫對玉米種子發芽指數和活力指數的影響

2.4 鹽脅迫對玉米種子貯藏物質轉運率的影響

由圖3可以看出，NaCl脅迫顯著降低了先科338、甘玉1019、未來908、未來928、鄭單958和安農863玉米種子的貯藏物質轉運率，與CK相比，貯藏物質轉運率分別降低了27.48%、51.10%、47.06%、37.41%、37.77%和41.64%。這表明NaCl脅迫限制了玉米種子中貯藏物質的分解轉移，阻礙了種子的發芽，進而抑制幼苗的生長，幾個品種間相比，先科338、未來928和鄭單958種子貯藏物質的分解轉移略好。

圖3 鹽脅迫對玉米種子貯藏物質轉運率的影響

2.5 鹽脅迫對玉米種子相對鹽害率的影響

相對鹽害率是由發芽率的相對值來表示的，如圖4所示，NaCl脅迫對先科338、甘玉1019、未來928、鄭單958和安農863玉米種子萌發過程產生了一定的鹽害作用，其中對鄭單958的影響最小。而NaCl脅迫對未來908種子的相對鹽害率表現為負值，即表明NaCl脅迫對未來908種子的發芽率影響較小。

圖4 鹽脅迫對玉米種子相對鹽害率的影響

3 結論與討論

鹽脅迫是限制全球植物生長發育和產量的最有害因素之一，鹽度會對植物造成各種損害，如種子萌發、組織傷害、光合和營養吸收效率降低、根系吸水能力減弱、植物代謝改變、產量下降，最終導致植物死亡[10]。在玉米植株的生長期內，種子萌發期是初始期，也是對鹽脅迫反應最為敏感的一個時期[11]，因此，本研究分析了100mmol/L NaCl對皖北地區主要玉米品種種子萌發特性的影響。發芽勢可以反映種子質量的優劣，是種子在萌發期日發芽數達到最大值的百分數。而發芽率、發芽指數和活力指數是種子的活力指標，也是判定種子耐鹽能力的重要指標，其中活力指數既包括發芽指數中的發芽總數和發芽速率的相關指標，又反映了種子發芽后的生長勢[12]。相對鹽害率是反應鹽脅迫對種子發芽率的影響。本研究中，100mmol/L NaCl處理對皖北地區主要玉米品種（未來908、未來928、安農863、甘玉1019、鄭單958和先科338）的種子發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數和相對鹽害率與未處理相比基本上都呈下降趨勢，這與鄭麗娜等[13]的研究結果一致。胚芽長和主胚根長是種子發芽質量的重要指標，本研究表明，100mmol/L的NaCl顯著降低了皖北地區主要玉米種子的胚芽長和主胚根長，玉米幼苗的生長受到抑制。玉米種子萌發條件良好的情況下，種子的胚芽生長良好、主胚根系發達，且種子籽粒中的貯藏物質轉化成幼苗組織的效率高。本研究發現，NaCl脅迫顯著抑制了皖北地區主要玉米品種種子的貯藏物質轉運率，由此可見，鹽脅迫是阻礙貯藏物質分解轉移的主要因素之一，抑制了種子的萌發，進而延緩幼苗的生長。

本研究結果表明，6個不同基因型玉米品種在NaCl脅迫處理下種子萌發特性有所差異，表明其耐鹽堿能力不同，其在種子萌發期的耐鹽能力表現為鄭單958、未來908、先科338和甘玉1019抗鹽性較好，而未來928和安農863抗鹽性稍差一些，上述結果只是針對NaCl脅迫對各品種萌發特性的影響，下一步要針對逆境響應的生理指標變化做進一步的分析。