CaCl2、EBR對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響研究

劉隆陽 王炳盛 丁宣祺玥

摘 ? 要：以紫花苜蓿為試驗(yàn)材料，探討了不同程度鹽脅迫及外源CaCl2、EBR對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果顯示：①鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，抑制了紫花苜蓿幼苗的伸長，降低了紫花苜蓿的生長量，鹽脅迫程度越高，抑制作用越強(qiáng)。②外源CaCl2、EBR可以顯著改善紫花苜蓿種子在鹽脅迫下的萌發(fā)和幼苗生長情況，其中以CaCl2濃度為10 mmol/L、EBR濃度為0.1 μmol/L時(shí)緩解效果最佳。③同等鹽脅迫條件下，外源施加10 mmol/L CaCl2對(duì)鹽脅迫的緩解作用強(qiáng)于0.1 μmol/L EBR。

關(guān)鍵詞：CaCl2;EBR;鹽脅迫;紫花苜蓿;種子萌發(fā);幼苗生長;影響

土壤鹽漬化是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要的非生物脅迫因素之一。我國約有2 700萬hm2鹽堿土地，其中耕地占25.92%[1]。在耕地有限且鹽漬化日益嚴(yán)重的當(dāng)下，如何提高作物耐鹽性和培育耐鹽的作物新品種已成為當(dāng)前亟待解決的問題。

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作為豆科苜蓿屬多年生草本植物，具有良好的營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，常作為改良鹽堿地的先鋒植物，擁有“牧草之王”的美稱[2]。然而，土壤鹽堿化已成為限制紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)成長與發(fā)展的主要因素之一，尋找有效的植物生長調(diào)節(jié)劑緩解紫花苜蓿在鹽脅迫下所遭受的傷害已成為專家學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。

Ca2+具有維護(hù)植物細(xì)胞壁和細(xì)胞膜正常結(jié)構(gòu)與功能的作用，并作為信號(hào)分子，提高植物對(duì)逆境的適應(yīng)性。張會(huì)靈等[3]研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的CaCl2可以有效促進(jìn)豌豆在鹽脅迫條件下的萌發(fā)，但濃度過低或過高均會(huì)對(duì)豌豆的生長產(chǎn)生抑制作用;丁能飛等[4]以西蘭花為試驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)CaCl2可顯著促進(jìn)西蘭花在鹽脅迫下的生長，并提出緩解鹽脅迫的最佳鈣濃度為10 mmol/L。2，4-表油菜素內(nèi)酯（2，4-Epibrassinolide，EBR）是一種廣泛分布于植物器官中的甾醇類新型植物激素，其在較低濃度條件下便可顯著影響植物的生理活動(dòng)。王小山等[5]研究發(fā)現(xiàn)，0.1 μmol/L EBR能有效緩解鹽脅迫對(duì)植物生長的抑制作用，維持植物體內(nèi)的離子平衡。

目前，對(duì)外源調(diào)節(jié)物質(zhì)與植物抗逆性的關(guān)系及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究越來越受到人們的關(guān)注，但有關(guān)外源CaCl2、EBR在提高苜蓿抗鹽性方面的研究報(bào)道甚少。本文以紫花苜蓿為試驗(yàn)材料，研究不同濃度鹽脅迫及外源CaCl2、EBR處理對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，確定鹽脅迫下提高紫花苜蓿種子發(fā)芽、促進(jìn)幼苗生長的最佳CaCl2和EBR濃度，為進(jìn)一步研究添加外源CaCl2、EBR調(diào)控苜蓿幼苗的耐鹽機(jī)理和利用外源調(diào)節(jié)劑緩解鹽害提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 供試材料

試驗(yàn)材料為紫花苜蓿WL525品種，其種子由揚(yáng)州大學(xué)提供。

1.2 ? 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前對(duì)已選取的優(yōu)質(zhì)供試苜蓿種子進(jìn)行消毒處理。試驗(yàn)處理如下：①鹽脅迫處理：分別配制0 mmol/L、50 mmol/L、150 mmol/L、250 mmol/L的NaCl溶液。②試驗(yàn)采用外源CaCl2、EBR浸種處理：在150 mmol/L濃度NaCl脅迫處理下，分別配制0 mmol/L、2.5 mmol/L、10 mmol/L、40 mmol/L的CaCl2溶液和濃度0 μmol/L、0.01 μmol/L、0.1 μmol/L、1 μmol/L的EBR溶液。將消毒完全的種子均勻擺放在墊有2層濾紙、底部鋪有海綿的發(fā)芽盒（邊長12 cm）中，分別往發(fā)芽盒中加入50 mL配制好的處理液（至濾紙、海綿飽和），每個(gè)處理3組重復(fù)。

萌發(fā)試驗(yàn)在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，連續(xù)7 d定點(diǎn)觀察并記錄種子的萌發(fā)個(gè)數(shù)（以胚根長度>1 mm認(rèn)為發(fā)芽）。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率（%）=（正常發(fā)芽粒數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%;

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt，Gt為在第t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù);

活力指數(shù)（VI）=S∑Gt/Dt，S為幼苗的平均長度。

第7天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽結(jié)束時(shí)，測定幼苗的整株長度、干重，每個(gè)處理隨機(jī)選取9株測量。

1.3 ? 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel 2016軟件和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 不同鹽濃度對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)的影響

2.1.1 ? 不同鹽濃度對(duì)紫花苜蓿種子發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿種子的發(fā)芽率（P<0.05），且降低幅度隨鹽濃度的增加逐漸增大。50 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿種子發(fā)芽率顯著低于對(duì)照（P<0.05），但明顯高于150 mmol/L、250 mmol/L的NaCl處理（P<0.05），其發(fā)芽率保持在較高水平且整體變化趨勢與對(duì)照一致。150 mmol/L NaCl處理下，紫花苜蓿種子在第1天僅有少量種子萌發(fā)，之后各時(shí)期的發(fā)芽率均保持在60%～70%，經(jīng)250 mmol/L NaCl處理，紫花苜蓿種子發(fā)芽率最低，第1、2天僅有極少數(shù)種子萌發(fā)，最終發(fā)芽率為24.44%，與對(duì)照相比降低了72.23%。

2.1.2 ? 不同鹽濃度對(duì)紫花苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)的影響

研究表明（圖2），隨著鹽濃度的不斷增加，紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)逐漸降低。低濃度NaCl（50 mmol/L）處理與對(duì)照相比，對(duì)紫花苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)影響不大，但隨著NaCl溶液濃度（≥150 mmol/L）的增加，紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)顯著降低（P<0.05）。50 mmol/L、150 mmol/L、250 mmol/L處理下種子發(fā)芽指數(shù)分別為對(duì)照的86.34%、49.48%、11.03%。

2.1.3 ? 不同鹽濃度對(duì)紫花苜蓿種子活力指數(shù)的影響

由圖3可以看出，隨著鹽濃度的增加，紫花苜蓿種子的活力指數(shù)逐漸顯著降低（P<0.05）。50 mmol/L、150 mmol/L、250 mmol/L濃度的NaCl處理下種子活力指數(shù)分別為對(duì)照的49.03%、7.93%、2.17%。

2.1.4 ? 不同鹽濃度對(duì)紫花苜蓿幼苗生長的影響

由圖4可以看出，鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿幼苗的生長具有抑制作用，且隨著鹽濃度的不斷增加，抑制作用越強(qiáng)，除50 mmol/L的NaCl處理下紫花苜蓿幼苗干重與對(duì)照沒有顯著差異外，其余處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重均逐漸顯著減少（P<0.05）。50 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重分別為對(duì)照的56.79%、92.65%;當(dāng)鹽濃度達(dá)到高濃度（≥150 mmol/L）時(shí)，少數(shù)已萌發(fā)的幼苗無法正常生長，150 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重分別為對(duì)照的16.04%、50.88%;250 mmol/L NaCl處理下紫花苜蓿幼苗長度、干重分別僅為對(duì)照的2.13%和15.97%。

2.2 ? 不同CaCl2、EBR濃度對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)的影響

通過分析紫花苜蓿種子在鹽脅迫處理下的萌發(fā)結(jié)果，確定150 mmol/L NaCl可作為研究外源CaCl2、EBR處理對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長影響的適宜濃度。

2.2.1 ? 不同CaCl2、EBR濃度對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子發(fā)芽率的影響

由圖5可以看出，在150 mmol/L的鹽脅迫下，添加外源CaCl2可以顯著提高各時(shí)期紫花苜蓿種子的發(fā)芽率，但其作用效果存在濃度效應(yīng)。2.5 mmol/L、40 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子最終發(fā)芽率比單純鹽處理分別顯著提高了14.06%、18.75%，但均顯著低于10 mmol/L CaCl2處理，10 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子最終發(fā)芽率比單純鹽處理顯著提高了28.13%。

在150 mmol/L的鹽脅迫下，不同濃度EBR處理對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)作用效果不同。0.01 μmol/L EBR處理使紫花苜蓿種子的萌發(fā)受到進(jìn)一步抑制，種子最終發(fā)芽率為63.33%，比單純鹽處理降低了10.94%。當(dāng)外源EBR濃度為 0.1 μmol/L 時(shí)，紫花苜蓿種子的發(fā)芽率在各時(shí)期均顯著高于其他處理，其種子最終發(fā)芽率分別是對(duì)照、0.01 μmol/L、1 μmol/L EBR處理的1.14倍、1.28倍與1.07倍。經(jīng)1 μmol/L EBR處理的紫花苜蓿種子的發(fā)芽進(jìn)程及最終發(fā)芽率與對(duì)照相比，均無顯著差異。

2.2.2 ? 不同CaCl2、EBR濃度對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖6可知，2.5 mmol/L、40 mmol/L外源CaCl2處理對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)無顯著影響，當(dāng)CaCl2濃度為10 mmol/L時(shí)，種子的發(fā)芽指數(shù)和對(duì)照相比顯著升高，發(fā)芽指數(shù)為20.07，為單純鹽處理的1.50倍。

0.01 μmol/L、1 μmol/L外源EBR處理對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)無顯著影響，但都顯著低于0.1 μmol/L EBR處理，0.1 μmol/L EBR處理下紫花苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)為16.25，分別是對(duì)照、0.01 μmol/L、1 μmol/L EBR處理的1.22倍、1.28倍與1.25倍。

2.2.3 ? 不同CaCl2、EBR濃度對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿種子活力指數(shù)的影響

在150 mmol/L NaCl脅迫下，如圖7所示，添加外源CaCl2可顯著提高紫花苜蓿種子的活力指數(shù)，但其作用效果存在濃度效應(yīng)。2.5 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子的活力指數(shù)與對(duì)照相比顯著提高了3.68倍;10 mmol/L CaCl2處理下紫花苜蓿種子的活力指數(shù)最高，為65.42，是單純鹽處理的4.99倍;隨著CaCl2濃度的升高（40 mmol/L），紫花苜蓿種子的活力指數(shù)下降，為單純鹽處理的2.87倍。

鹽脅迫下添加外源EBR對(duì)紫花苜蓿種子活力指數(shù)的影響同樣存在濃度效應(yīng)。0.01 μmol/L EBR處理下，紫花苜蓿種子的活力指數(shù)與對(duì)照相比顯著升高了80.61%，0.1 μmol/L EBR處理下紫花苜蓿種子的活力指數(shù)達(dá)到最高，為34.29，是單純鹽處理的2.62倍，當(dāng)種子經(jīng)1 μmol/L EBR處理時(shí)其活力指數(shù)下降，僅為對(duì)照的77.40%。

2.2.4 ? 不同CaCl2、EBR濃度對(duì)鹽脅迫下紫花苜蓿幼苗生長的影響

如圖8所示，在150 mmol/L NaCl脅迫下，添加外源CaCl2可以顯著提高紫花苜蓿幼苗的長度和干重，其值隨CaCl2濃度的提高均先升高后降低，10 mmol/L CaCl2提升作用最為明顯。對(duì)照、2.5 mmol/L、40 mmol/LCaCl2處理下紫花苜蓿幼苗的長度分別是10 mmol/L CaCl2處理的30.06%、81.90%、75.15%。不同濃度CaCl2處理對(duì)紫花苜蓿幼苗干重的提升效果沒有顯著差異。

鹽脅迫下紫花苜蓿幼苗的長度和干重，隨EBR濃度的提高呈現(xiàn)先升高后降低的變化，其中0.1 μmol/L EBR提升作用最為顯著。0.01 μmol/L EBR處理顯著提高了紫花苜蓿幼苗的長度，但對(duì)幼苗干重的提升效果并不明顯，0.1 μmol/L EBR處理顯著促進(jìn)了幼苗的生長，其幼苗長度和干重與對(duì)照相比分別增加了115.31%、61.80%，當(dāng)外源EBR濃度升高至1 μmol/L 時(shí)，對(duì)紫花苜蓿幼苗的生長又起到明顯的抑制作用。

3 ? 討論

鹽脅迫對(duì)植物的傷害主要體現(xiàn)在抑制種子萌發(fā)及幼苗生長上，并最終引起生物量積累下降。盡管紫花苜蓿屬于耐鹽性較強(qiáng)的作物，但在萌發(fā)和苗期依然對(duì)鹽脅迫具有較高的敏感性。在鹽堿條件下?lián)碛休^高的萌發(fā)率是牧草在鹽堿地建植的關(guān)鍵，也是牧草在鹽堿環(huán)境中生存的基礎(chǔ)。

鹽脅迫可顯著降低植物種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及胚芽長、胚根長，抑制幼苗的生長。本試驗(yàn)中，鹽脅迫抑制了紫花苜蓿種子的萌發(fā)，降低了發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗長及干重，該結(jié)果與陸婷等[6]在橡膠草上的研究結(jié)果相同;而李玉梅等[7]認(rèn)為鹽脅迫對(duì)植物生長存在“低促進(jìn)、高抑制”的濃度效應(yīng)，這應(yīng)該與所研究的植物品種及鹽處理濃度有關(guān)。本研究中，150 mmol/L NaCl處理下，外源添加CaCl2和EBR均可以不同程度地提高紫花苜蓿種子的萌發(fā)能力，改善了萌發(fā)期幼苗的生長，而尤以10 mmol/L CaCl2和0.1 μmol/L EBR處理效果最顯著。

本研究中外源CaCl2緩解鹽脅迫對(duì)紫花苜蓿種子萌發(fā)抑制作用的最佳濃度與李文楊[8]的研究結(jié)果相同，而何麗丹等[9]認(rèn)為20 mmol/L CaCl2對(duì)鹽脅迫的緩解效果最佳。同樣的，劉金隆[10]在對(duì)十字花科植物的研究中認(rèn)為10-4 μmol/L EBR對(duì)鹽脅迫的緩解效果最好，與本研究中0.1 μmol/L也不盡相同。因此，CaCl2、EBR在不同的物種中應(yīng)用時(shí)可能會(huì)存在濃度差異。由于多數(shù)生長調(diào)節(jié)劑對(duì)生長的調(diào)控作用都具有濃度效應(yīng)，即低濃度促進(jìn)生長而高濃度抑制生長的現(xiàn)象，因此在鹽脅迫條件下繼續(xù)提高CaCl2和EBR濃度會(huì)抑制種子萌發(fā)及幼苗生長的現(xiàn)象，究竟是由于CaCl2、EBR增強(qiáng)了鹽脅迫的抑制作用還是因?yàn)楦邼舛菴aCl2、EBR自身對(duì)植物產(chǎn)生了新的抑制作用而引起的，其機(jī)理仍有待于進(jìn)一步研究。

另外，本研究通過比較兩種外源調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)鹽脅迫的緩解效果發(fā)現(xiàn)，同等濃度鹽脅迫下添加10 mmol/L CaCl2后，紫花苜蓿種子及幼苗的各項(xiàng)指標(biāo)普遍高于0.1 μmol/L EBR，說明CaCl2對(duì)鹽脅迫的緩解作用強(qiáng)于EBR，推斷這與CaCl2和EBR參與不同的生長調(diào)節(jié)機(jī)制有關(guān)，這對(duì)鹽堿地苜蓿大田生產(chǎn)上選擇合適的外源生長調(diào)節(jié)劑具有重要的指導(dǎo)意義。

綜上所述，鹽脅迫會(huì)顯著抑制紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長，外源CaCl2和EBR對(duì)鹽脅迫具有一定的緩解作用，但其作用效果存在明顯的局限性，即適宜的CaCl2、EBR濃度可以促進(jìn)種子萌發(fā)，緩解鹽害效應(yīng)，當(dāng)CaCl2、EBR濃度較高時(shí)，其促進(jìn)作用明顯減弱， 甚至抑制種子的萌發(fā)。在鹽堿地上種植紫花苜蓿，并外源施加一定濃度的CaCl2（以10 mmol/L為宜）、EBR（以從0.1 μmol/L為宜），可以有效促進(jìn)紫花苜蓿在鹽脅迫條件下種子的萌發(fā)及幼苗生長。

4 ? 結(jié)論

（1）鹽脅迫顯著降低了紫花苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，抑制了紫花苜蓿幼苗的伸長，降低了紫花苜蓿的生長量。另外，鹽脅迫程度越高，抑制作用越強(qiáng)。

（2）外源CaCl2、EBR可以顯著改善紫花苜蓿種子在鹽脅迫下的萌發(fā)和幼苗生長情況，但具有明顯的濃度效應(yīng)，其中以CaCl2濃度為10 mmol/L、EBR濃度為0.1 μmol/L時(shí)緩解效果最佳。

（3）同等鹽濃度脅迫條件下，外源施加10 mmol/L CaCl2對(duì)鹽脅迫的緩解作用強(qiáng)于0.1 μmol/L EBR。

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