鹽堿脅迫對黃秋葵種子萌發的影響

姜子俊，徐 炎，裴 毅，聶江力

（天津農學院 園藝園林學院，天津 300384）

黃秋葵為錦葵科秋葵屬的一年生草本植物，其嫩果莢食用口感滑嫩，營養豐富，蛋白質含量較高，富含人體所需的多種氨基酸，脂肪酸含量豐富[1]。近年來，黃秋葵在我國的種植面積逐年增加，種植范圍較廣，其中山東省2016年黃秋葵的種植面積達到2萬hm2，產量占全國種植面積的10%，珠三角、長江流域、黃河流域等地均有黃秋葵種植[2]。

黃秋葵籽粒咖啡堿的含量較高，黃阿根等[3]對其營養成分及咖啡堿含量進行了測定，表明黃秋葵籽粒中的咖啡堿含量可達1%，認為黃秋葵籽粒可作為咖啡豆提取咖啡堿的代替品。黃秋葵葉片的營養價值較高，但由于口感等原因未被人們日常食用[4]。黃秋葵葉片可用于加工飼料，能提高飼料中的營養成分含量。吳佳靜等[5]發現在喂養海蘭褐殼蛋雞時，在飼料中加入適量的黃秋葵葉片粉末能提高海蘭褐殼蛋雞的產蛋率，對雞蛋的著色等商品性狀有一定的提升作用。市場上已經有很多類型的黃秋葵加工制品，常見的有秋葵干、秋葵汁、秋葵餅干，黃秋葵還可以被加工制作成腌制品與食用膠。徐康[6]還對秋葵在啤酒釀造中的作用進行了探究，證實黃秋葵的深加工有很大的發展前景。

鹽堿土利用是一個世界性難題，我國研究人員在農作物對鹽堿地耐受程度方面的研究十分深入。就黃秋葵而言，唐寧等[7]對秋葵在不同濃度海水中的光合作用與抗氧化物質進行了研究，發現在低濃度海水中，秋葵的丙二醛含量升高不明顯，這說明秋葵可能在低濃度鹽堿環境條件下能夠正常生長。曹亞萍等[8]研究了Na2CO3對黃秋葵種子萌發的影響，發現黃秋葵種子對10 mmol·L－1的堿脅迫具有一定的耐受性。

目前，關于黃秋葵對逆境反應的研究主要集中在逆境條件下對其光合作用、營養積累、果實營養等方面，在鹽堿脅迫對黃秋葵種子萌發的影響方面研究較少。本研究選用不同濃度NaCl和不同濃度NaHCO3溶液處理黃秋葵種子，探討黃秋葵種子的耐鹽堿能力，為黃秋葵在鹽堿地上種植提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

黃秋葵：由天津農學院園藝園林學院提供。

1.2 種子處理

試驗選取籽粒飽滿、大小均勻、無蟲洞的黃秋葵種子，溫湯浸種20 min后，用0.1% KMnO4溶液浸泡10 min，對種子進行消毒，浸泡后用流水沖洗20 min，直至沖洗干凈。

1.3 試驗方法

配制不同濃度梯度的NaCl溶液與NaHCO3溶液，即2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaCl溶液和2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaHCO3溶液，以蒸餾水為對照（CK）。

準備若干90 mm直徑的培養皿，在培養皿內墊入雙層濾紙，用上述不同濃度溶液分別對濾紙進行潤濕，待濾紙濕透且無多余溶液溢出，隨機挑選已經處理好的黃秋葵種子，每個培養皿中放入50粒種子，在種子上覆蓋一層相同濃度溶液潤濕的濾紙，對照組（CK）溶液為蒸餾水，每組設3次重復，蓋上培養皿蓋，置于25 ℃的恒溫培養箱中，每日定時觀察并記錄黃秋葵種子的發芽情況，同時更換培養皿中的濾紙，滴入相應濃度溶液，使黃秋葵種子的發芽環境相對穩定。當種子胚根長度達2 mm以上時，視為種子萌發，在種子萌發第7天時測定黃秋葵幼苗鮮質量與胚根長。

1.4 測定指標與統計方法

根據黃秋葵種子的萌發情況與苗鮮質量，計算其發芽率（GR）、發芽勢（GE）、相對發芽率、相對傷害率、發芽指數（GI）、活力指數（VT）。

1.5 數據處理

數據采用IBM SPSS Statistics 24進行方差分析，采用最小顯著差異法（LSD）進行多重比較分析，用Origin 2019進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl脅迫下黃秋葵種子的萌發情況

不同濃度NaCl處理對黃秋葵種子的萌發影響不同，圖1和圖2數據為發芽試驗第4天的調查數據。隨著NaCl濃度的上升，黃秋葵種子的發芽率呈逐漸下降趨勢（圖1和圖2）。在無鹽脅迫時（CK），黃秋葵種子的發芽率最高，可達94%。黃秋葵種子的發芽主要集中在前4 d，4 d后種子的發芽率變化趨于平緩，8‰以上濃度NaCl處理黃秋葵種子的發芽率均較低，且變化不大。當NaCl濃度從2‰升至4‰時，黃秋葵種子的發芽率下降幅度最為明顯。在不同濃度NaCl脅迫下，黃秋葵種子的萌發隨著NaCl濃度的上升而下降，當NaCl濃度高于8‰時，黃秋葵種子的發芽進程明顯延遲。

圖1 不同濃度NaCl脅迫下黃秋葵種子的發芽情況

圖2 不同濃度NaCl脅迫下黃秋葵種子的累積發芽曲線

黃秋葵種子的發芽率、發芽勢、相對發芽率均表現出隨著NaCl濃度的上升而下降的趨勢，相對傷害率隨著NaCl濃度的上升而上升（表1）。2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的發芽率和發芽勢皆低于對照組（CK），差異極顯著。在無鹽脅迫時（CK），黃秋葵種子發芽率可達94%，而隨著NaCl濃度每上升2‰，黃秋葵種子的發芽率顯著下降，當NaCl濃度到達8‰時，黃秋葵種子的發芽率下降幅度不再顯著。不同濃度NaCl處理也影響了黃秋葵種子的發芽勢，對照組（CK）的發芽勢為89.33%，隨著NaCl濃度的上升，黃秋葵種子的發芽勢也逐漸下降，在NaCl濃度為6‰以上時，黃秋葵種子的發芽勢下降速率趨于平緩。同時，黃秋葵種子的相對發芽率也隨著NaCl濃度的上升而下降，相對傷害率逐漸上升。

表1 不同濃度NaCl脅迫下黃秋葵種子的發芽率、發芽勢、相對發芽率、相對傷害率

不同濃度NaCl處理黃秋葵種子的苗鮮質量、胚根長、發芽指數、活力指數均表現出隨著NaCl濃度的上升而下降的趨勢（表2）。2‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的苗鮮質量略低于對照組（CK），差異不顯著；4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的苗鮮質量低于對照組（CK），差異極顯著。2‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的胚根長略低于對照組（CK），差異不顯著；4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的胚根長低于對照組（CK），差異極顯著；在NaCl濃度為6‰～12‰時，黃秋葵種子的胚根長下降速率較為平緩。2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的發芽指數和活力指數皆低于對照組（CK），差異極顯著；在NaCl濃度為8‰～12‰時，黃秋葵種子的發芽指數下降速率較為平緩；在NaCl濃度為6‰～12‰時，黃秋葵種子的活力指數下降速率較為平緩。

表2 不同濃度NaCl脅迫下黃秋葵種子的苗鮮質量、胚根長、發芽指數、活力指數

當NaCl濃度上升至2‰時，從黃秋葵種子的苗鮮質量和種子胚根長2個指標來看，2‰濃度NaCl處理對黃秋葵種子萌發生長的抑制作用與對照組（CK）差異不顯著。在NaCl濃度為4‰～12‰范圍內，隨著NaCl濃度的上升，黃秋葵種子萌發后的苗鮮質量和胚根長與對照組（CK）差異極顯著。

2.2 不同濃度NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的萌發情況

不同濃度NaHCO3處理對黃秋葵種子的發芽具有抑制作用。隨著NaHCO3濃度逐漸上升，黃秋葵種子的發芽率、發芽勢、相對發芽率均表現出下降趨勢，相對傷害率隨著NaHCO3濃度的上升而逐漸上升（表3）。2‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的發芽率低于對照組（CK），差異不顯著；4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的發芽率低于對照組（CK），差異極顯著。2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的發芽勢均低于對照組（CK），差異極顯著。

表3 不同濃度NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的發芽率、發芽勢、相對發芽率、相對傷害率

在NaHCO3濃度為2‰～4‰時，黃秋葵種子的發芽率和發芽勢下降速率較為平緩；在NaHCO3濃度高于4‰后，其對黃秋葵種子的發芽率和發芽勢影響較大。

隨著NaHCO3濃度的上升，黃秋葵種子的苗鮮質量和胚根長逐漸下降，發芽指數和活力指數在受到堿脅迫后也呈現逐漸下降的趨勢（表4）。2‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的苗鮮質量低于對照組（CK），差異不顯著；4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的苗鮮質量低于對照組（CK），差異極顯著。2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的胚根長均低于對照組（CK），差異極顯著；在NaHCO3濃度為6‰～12‰時，黃秋葵種子的胚根長下降速率趨于平緩。2‰、4‰、6‰、8‰、10‰、12‰濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的發芽指數和活力指數皆低于對照組（CK），差異極顯著。在NaHCO3濃度為8‰～12‰時，黃秋葵種子的活力指數下降速率趨于平緩。當NaHCO3濃度為4‰以上時，黃秋葵種子的胚根生長受到較強抑制，下降幅度變小。

表4 不同濃度NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的苗鮮質量、胚根長、發芽指數、活力指數

在黃秋葵種子發芽試驗第4天后，不同濃度NaHCO3處理黃秋葵種子的發芽率均趨于平緩，黃秋葵種子的萌發也集中在前4 d（圖3）。當NaHCO3濃度為8‰～12‰時，黃秋葵種子的發芽率變化不再顯著。在NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的萌發隨著NaHCO3濃度的上升而延遲，當NaHCO3濃度高于10‰時，黃秋葵種子的發芽進程明顯出現延遲現象。

圖3 不同濃度NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的累積發芽曲線

2.3 不同濃度NaCl和不同濃度NaHCO3溶液脅迫下黃秋葵種子的發芽率

在NaCl和NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的發芽率均受到抑制。鹽堿濃度越高，對黃秋葵種子發芽的抑制效果越明顯。當2種溶液濃度達到12‰時，黃秋葵種子的發芽率趨于相同，都達到了最低值，高濃度的鹽堿溶液對黃秋葵種子發芽的抑制作用較明顯。相同濃度NaCl與NaHCO3處理黃秋葵種子時，NaCl處理對黃秋葵種子的發芽抑制效果更強，發芽率相比同濃度NaHCO3處理更低（圖4）。

圖4 不同濃度NaCl、NaHCO3脅迫下黃秋葵種子的發芽率曲線

3 結論與討論

種子的發芽情況通常用發芽率、發芽勢、發芽指數等指標來進行評估，發芽率可反映出種子的發芽數量與比例，種子的萌發速度與整齊度能通過發芽勢體現出來，發芽指數是評估種子在整個發芽過程中綜合情況的指標，而相對傷害率能夠反映出黃秋葵種子在不同濃度NaCl溶液與NaHCO3溶液中所受的脅迫情況。在本試驗中，通過NaCl溶液與NaHCO3溶液對黃秋葵種子進行處理，觀察統計其發芽情況，能夠得出鹽堿脅迫對黃秋葵種子發芽影響的相關證據。從試驗結果可以看出，經過NaCl溶液與NaHCO3溶液處理后，黃秋葵種子的發芽率、發芽勢、發芽指數均降低，并隨著鹽堿溶液濃度的上升，其下降的數值越大，并且相對傷害率也越高。

從種子發芽率來看，相同濃度的NaCl溶液與NaHCO3溶液對黃秋葵種子進行處理時，黃秋葵種子在NaCl溶液中的發芽率更低，可以推測黃秋葵種子對鹽溶液更敏感。2‰濃度NaCl處理黃秋葵種子的發芽率顯著降低，而2‰濃度NaHCO3處理對黃秋葵種子的發芽影響相對較小，表明對于鹽脅迫與堿脅迫處理，黃秋葵種子在微弱堿溶液環境下比鹽溶液環境下更容易發芽生長。不同作物對單鹽脅迫與單堿脅迫的抵抗能力不同，甜瓜對單堿脅迫即NaHCO3溶液處理更為敏感[9]，表明NaHCO3溶液對甜瓜種子的萌發與生長產生了更明顯的抑制作用。蕎麥種子[10]和燕麥幼苗[11]也對堿脅迫更加敏感。種子發芽由多種因素控制，包括適宜的pH、土壤溶液濃度、溫度、光、礦質營養、植物激素等。NaCl是一種中性鹽，NaHCO3是一種堿性鹽，當2種物質的濃度相同時，NaHCO3溶液的pH比NaCl溶液更高，會額外造成新的脅迫影響，所以部分植物對NaCl溶液脅迫的耐受能力更強，而黃秋葵種子在NaHCO3溶液中表現更佳，這可能是由于NaHCO3溶液的pH為弱堿性，對黃秋葵種子的萌發具有促進作用。當NaCl濃度達到4‰時，黃秋葵種子的發芽率已經下降到39.33%，而當NaHCO3濃度達到6‰時，黃秋葵種子的發芽率仍有50%，可見黃秋葵種子在堿脅迫中的耐受力更強。

綜合發芽勢來看，當NaHCO3濃度為2‰時，黃秋葵種子的最終發芽率與對照組（CK）的差距并不大，但發芽勢卻明顯下降，說明堿脅迫能延緩黃秋葵種子的發芽時間。當NaCl濃度為2‰時，黃秋葵種子的發芽率和發芽勢均顯著下降，也證明了低濃度NaCl溶液足以對黃秋葵種子的發芽造成影響，所以NaCl溶液對黃秋葵種子的傷害更大。

在鹽堿土中，鹽堿溶于土壤水分中，導致土壤溶液濃度上升，土壤溶液的滲透勢上升，植物根系的水勢低于土壤溶液的水勢，不利于植物吸收水分，導致植物生長受到抑制，影響植物生長發育，嚴重時會使植物的根系受到破壞，出現燒苗、植物死亡現象[12]。在本次試驗中，NaCl和NaHCO32種溶液處理均導致黃秋葵種子的苗鮮質量下降，NaCl濃度過高也使黃秋葵種子的胚根長度下降。低濃度NaCl溶液處理對黃秋葵種子的苗鮮質量與胚根長影響不大，而相同濃度的NaHCO3溶液處理對黃秋葵種子的苗鮮質量和胚根長影響更小。

黃秋葵種子的發芽率及其他生長指標均隨著鹽堿濃度的上升呈現變弱的趨勢，這是由于鹽堿脅迫會通過溶液滲透脅迫、離子毒害、高pH、活性氧等各方面對植物造成危害[13]。判斷黃秋葵種子在鹽堿環境下的耐受性，需要通過多項指標進行綜合判斷。黃秋葵種子在高濃度鹽堿條件下的發芽率仍較高，在8‰濃度NaCl溶液與10‰濃度NaHCO3溶液處理時的種子萌發率仍能達到10%以上，這可能與黃秋葵自身的黃酮類物質含量較高有關，其清除活性氧等有害物質的能力較強。由此可以推斷出，黃秋葵種子具有較強的耐堿性，在堿溶液中的發芽情況比在鹽溶液中的效果更好，并且當鹽溶液與堿溶液都達到較高濃度時，黃秋葵種子仍有可觀的發芽率，在高濃度的鹽溶液與堿溶液處理下，黃秋葵種子的胚根生長雖然受到抑制但仍能生長，通過這些現象與數據，可以看出黃秋葵種子具有較強的耐鹽堿能力。