不同鹽脅迫對苦豆子種子萌發及幼苗生長的影響

趙 露，苗玉華，吳儒琳，魏少翀，劉 振，劉桂霞

（1.河北大學生命科學學院，河北保定071002；2.敖漢旗農牧局，內蒙古赤峰024300）

土壤鹽堿化是全球普遍存在的環境問題，現階段世界上的土壤鹽漬化土地面積已經高達9.545 6 億hm2，而我國鹽堿地面積位居世界第3 位[1]。我國鹽堿土主要分布在東北、華北、華東、西北四大區域[2]，其中，沿海地區以氯化鹽（NaCl）中性鹽為主，內陸地區以碳酸鹽（NaHCO3和Na2CO3）堿性鹽為主。有研究發現，作物在鹽堿地種植容易造成新陳代謝受阻、生長發育緩慢，進而降低產量，對農業生產活動造成影響，阻礙農業可持續發展[3-4]。因此，篩選種植耐鹽堿性強的品種，對于鹽堿地植被恢復、促進農業可持續發展具有重要意義。

苦豆子（Sophora alopecuroidesL.）為豆科槐屬多年生草本植物，具有耐鹽堿、抗干旱等特性，是我國新疆、寧夏、內蒙古、甘肅、青海及西藏等省區境內常見的飼用和藥用植物資源，同時也是我國西北荒漠地區廣泛分布的一種重要的抗風固沙、保持水土和改良鹽堿地的優良野生植物[5-6]。其全草可供藥用，具有清熱解毒、抗菌消炎、免疫調節等功效；臨床可用于治療痢疾、濕疹、頑癬、滴蟲、外傷化膿及胃痛等疾病[7]。早期對苦豆子的研究主要圍繞在藥用、化學成分及飼料等生態開發和應用方面[8]，近年隨著生態治理力度的加大，對土壤鹽堿化研究日益重視，大量研究集中在篩選耐鹽堿性強的品種、加強鹽堿地植被恢復上。有研究發現，苦豆子具有抗鹽性，且對中性鹽具有較強的耐受性[9]，多數研究集中于NaCl、Na2CO3等單鹽對苦豆子種子萌發的影響[9]，混合鹽對苦豆子的影響研究相對較少，而含有混合鹽的復合型鹽堿地具有更高的pH 值，高pH 值容易引起土壤板結[10]，造成減產欠收，加重農戶經濟損失。因此，在植物的抗鹽堿化研究中，單鹽和混合鹽同等重要。

本研究采用不同濃度的NaCl、Na2CO3和混合鹽溶液（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝5∶3∶1∶1）模擬鹽脅迫環境，研究苦豆子萌發期的耐鹽性，旨在為苦豆子在不同類型鹽堿地種植提供一定理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選用野生苦豆子（Sophora alopecuroidesL.）莢果，自然陰干后，反復搓揉脫粒、洗凈，進行精選，挑選粒大飽滿的種子備用。

1.2 試驗設計

試 驗 采 用 NaCl、Na2CO3和 混 合 鹽 （NaCl ∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝5∶3∶1∶1）3 種鹽處理，每種鹽設 5 個濃度處理，即 0（CK）、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%，共計13 個處理，每個處理重復4 次。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標的測定 采用0.1%的高錳酸鉀溶液將培養皿（直徑9 cm）消毒，種子用5%的次氯酸鈉消毒5 min，后用去離子水沖洗干凈。將2 層滅菌濾紙平鋪于培養皿的底部，每皿擺放100 粒精選種子慢慢加入10 mL 不同濃度的處理液，用保鮮膜封口，以減少水分的蒸發，在保鮮膜上扎孔，使苦豆子可以呼吸。在智能光照培養箱內進行發芽試驗，要求恒溫25 ℃、光照12 h 條件下發芽，每24 h 觀察并記錄萌發的種子數，以種子“露白”為發芽，直至對照組發芽數連續不變時停止記錄；生長至第30天用直尺測定根長和苗長，稱鮮質量，然后在電熱恒溫干燥箱內105 ℃殺青10 min，65 ℃恒溫烘干至恒質量。

式中，Gt為在規定天數內的發芽總數，Dt為相應的發芽天數。

1.3.2 電導率的測定 隨機選取每個處理濃度的新鮮葉片，用去離子水沖洗干凈，濾紙吸干，稱取0.1 g 于50 mL 燒杯中，準確加入20 mL 去離子水浸泡24 h 后，以去離子水為對照，采用電導率儀測量電導率。

1.3.3 鹽堿危害程度分級 鹽堿害指數是萌芽期耐鹽堿性鑒定中常用的指標，鹽堿危害程度具體分級標準如表1 所示。

表1 鹽堿危害程度分級

1.4 數據處理

數據采用Microsoft Word 2007 軟件繪制表格；采用Microsoft Excel 2007 軟件進行制圖；采用SPSS 20.0 軟件進行方差分析，不同處理間采用Duncan方法檢驗差異顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同鹽脅迫對苦豆子種子萌發的影響

由圖1 可知，在不同鹽脅迫下，苦豆子種子的發芽率均低于對照，并且隨鹽濃度的增大其發芽率呈顯著遞減的趨勢。同一濃度不同處理對種子萌發的影響不同。當鹽濃度為0.3%、0.6%時，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理的發芽率之間均無顯著性差異；當鹽濃度為0.9%時，NaCl 處理發芽率比Na2CO3和混合鹽處理分別提高了33.3%和34.0%；當鹽濃度為1.2%時，Na2CO3處理發芽率分別比NaCl 和混合鹽處理降低了46.5%和39.9%。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理降低了苦豆子種子的發芽率，對種子發芽率影響大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

從表2 可以看出，在不同鹽脅迫下，苦豆子種子的發芽勢、發芽指數和活力指數均低于對照，并且隨鹽濃度的增大而呈顯著遞減的趨勢。同一濃度不同鹽溶液脅迫下，發芽勢、發芽指數和活力指數表現不同。當鹽濃度為0.3%時，3 種鹽脅迫下發芽勢、發芽指數和活力指數差異顯著（P＜0.05），其中，Na2CO3處理顯著低于NaCl 處理；當鹽濃度為0.6%時，3 種鹽脅迫下發芽勢、發芽指數和活力指數差異不顯著；當鹽濃度為0.9%時，3 種鹽脅迫處理對活力指數無顯著性差異，其中，NaCl 處理的發芽勢、發芽指數和活力指數均高于Na2CO3和混合鹽處理；當鹽濃度為1.2%時，3 種鹽脅迫下發芽勢和發芽指數差異顯著，Na2CO3處理顯著低于NaCl 和混合鹽處理（P＜0.05）。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理均降低了苦豆子種子的發芽勢、發芽指數和活力指數，對種子影響大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

表2 鹽脅迫對苦豆子種子萌發指標的影響

2.2 不同鹽脅迫對苦豆子幼苗生長的影響

由表3 可知，在不同鹽脅迫下，苦豆子幼苗的根長和苗長均顯著低于對照，并且隨鹽濃度的增大呈顯著遞減的趨勢。同一濃度不同鹽脅迫處理對根長和苗長影響不同。當鹽濃度為0.3%時，Na2CO3處理根長大于NaCl 和混合鹽處理，分別長0.21、0.16cm，NaCl 處理苗長高于Na2CO3和混合鹽處理，分別長0.7、0.6 cm；當鹽濃度為0.6%和0.9%時，Na2CO3處理根長和苗長均低于NaCl 和混合鹽處理，其中，0.6%濃度下Na2CO3處理根長比NaCl 和混合鹽處理分別降低了0.25、0.14 cm，苗長分別降低了0.33、0.07 cm，0.9%濃度下Na2CO3處理根長比NaCl 和混合鹽處理分別降低了0.19、0.3 cm，苗長分別降低了0.15、0.05 cm；當鹽濃度為1.2%時，混合鹽處理根長顯著高于Na2CO3和NaCl 處理，分別長0.30、0.28 cm。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理均降低了苦豆子幼苗的根長和苗長，對幼苗長勢影響程度大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

表3 鹽脅迫對苦豆子幼苗根長和苗長的影響

2.3 不同鹽脅迫對苦豆子幼苗電導率的影響

由圖2 可知，在不同鹽脅迫下，苦豆子幼苗電導率均顯著高于對照，并且隨鹽濃度的增大呈顯著遞增的趨勢。同一濃度不同鹽溶液脅迫下電導率也有顯著差異，當鹽濃度為0.3%和0.6%時，3 種鹽脅迫下幼苗電導率差異不顯著；當鹽濃度為0.9%時，NaCl 處理電導率顯著低于Na2CO3和混合鹽處理（P＜0.05），比Na2CO3和混合鹽處理分別降低了15.8%和15.7%；當鹽濃度為1.2%時，Na2CO3處理電導率顯著高于NaCl 和混合鹽處理（P＜0.05），分別比NaCl 和混合鹽處理增加了69.8%和17.9%。分析可知，Na2CO3、NaCl 和混合鹽處理均增加了幼苗電導率，不同鹽脅迫對細胞膜的損傷強度大小依次為Na2CO3＞混合鹽＞NaCl。

2.4 鹽脅迫對苦豆子種子鹽堿害指數和耐鹽等級的影響

從表4 可以看出，在不同鹽脅迫下，苦豆子種子鹽堿害指數和耐鹽等級隨鹽濃度的增大逐漸增加。同一濃度不同鹽溶液脅迫下耐受性表現不同，當鹽濃度為0.3%時，苦豆子對3 種鹽處理均表現出高耐性；當鹽濃度為0.6%時，苦豆子對3 種鹽處理均表現出耐性；當鹽濃度為0.9%及以上時，苦豆子對3 種鹽的耐受性表現出一定差異，Na2CO3和混合鹽濃度為0.9%時，表現為中耐，而NaCl 處理表現為耐性，鹽濃度為1.2%時，Na2CO3處理表現為敏感，NaCl 處理表現為中耐性，混合鹽處理表現為中敏。分析可知，苦豆子對鹽脅迫的耐受性大小依次為NaCl＞混合鹽＞Na2CO3。

表4 鹽脅迫對苦豆子種子鹽堿害指數和耐鹽等級的影響

3 討論

3.1 鹽脅迫處理對苦豆子種子萌發的影響

種子萌發期是植物整個生活史中最脆弱和最重要的階段，也是對鹽脅迫最敏感的時期[11]。發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數可以反映種子萌發的速度、整齊程度和種子活力[12]。在鹽脅迫下，種子受到離子脅迫和滲透脅迫的影響，種子細胞膜結構受到損傷，細胞膜透性增大，細胞外滲物增多，從而抑制種子萌發[13]。大量研究發現，鹽脅迫對植物種子萌發具有抑制作用，隨著鹽濃度的升高，對種子萌發的抑制作用加強，種子活力指數降低，幼苗生長緩慢[3，14]。本研究表明，NaCl、Na2CO3和混合鹽均抑制苦豆子種子萌發，且隨著處理濃度的增大抑制作用加強，其中，Na2CO3的抑制作用最強。這與多數苦豆子耐鹽性結果相符[9]，而高濃度鹽脅迫對種子影響顯著，可能是由于大量Na+的存在，加速離子脅迫和滲透脅迫，導致種子萌發受阻[15]。

3.2 鹽脅迫處理對苦豆子幼苗生長的影響

幼苗生長是植物生長發育及適應逆境的基礎，同時也是鹽脅迫下最為敏感極易遭受危害的階段[10]。在鹽脅迫下作物的株高等有關生物量的指標是評價作物耐鹽性最直觀可靠的依據[16]。植物生長過程中，根系通過吸收養分和水分滿足植株生長需求，在鹽脅迫下，植物根系吸收能力受到高濃度鹽影響而降低，導致細胞膜透性降低，植物吸水能力變弱，植物體內水分減少，進而影響地上部生長[4，17]。本試驗結果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長的抑制效果大于NaCl，而混合鹽的抑制效果位于二者之間。這與多數苦豆子耐鹽性結果相符，司馬義·巴拉提[9]采用 NaCl、Na2CO3和 Na2SO4這 3 種鹽處理苦豆子，結果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長抑制作用強于NaCl 和 Na2SO4處理；呂篤康等[18]采用 NaCl、Na2CO3處理苦豆子，結果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長抑制作用強于NaCl。本試驗采用NaCl、Na2CO3和混合鹽（NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3＝5∶3∶1∶1）處理苦豆子，結果表明，Na2CO3對苦豆子幼苗生長抑制效果強于NaCl 和混合鹽處理。多項研究顯示，Na2CO3對苦豆子種子萌發的抑制作用較強。原因可能是苦豆子種子自身的生物學特性對Na2CO3鹽脅迫的敏感度明顯高于NaCl 鹽脅迫的敏感度。

3.3 鹽脅迫處理對苦豆子幼苗電導率的影響

細胞膜是物質進出活細胞的介質，保障了細胞內環境的相對穩定，保證細胞生命活動的有序進行。細胞膜可以通過選擇性滲透調節和控制細胞內、外的物質交換，細胞遭受不良環境侵害的程度可以通過細胞膜通透性大小表現，受到鹽脅迫時，細胞膜透性增加，一般用電導率的大小反映其在逆境條件下受損傷的程度，電導率的變化反映了細胞內的電解質外流的情況，細胞膜的損傷程度[19-21]。研究發現，NaCl 處理下，苦豆子葉片和黃花菜葉片的相對電導率均隨著處理濃度的增大而增大[9，17]。本研究表明，隨著鹽處理濃度的增加，相對電導率含量不斷增加，0.3%鹽濃度處理下NaCl 相對電導率變化不顯著，0.9%濃度及以上處理的電導率顯著增大，而且Na2CO3和混合鹽增加幅度大于中性鹽NaCl，表明苦豆子對NaCl 的耐受性高于Na2CO3和混合鹽。鹽脅迫處理下處理濃度的增加引起相對電導率含量不斷增加，可能是高濃度鹽脅迫破壞植物細胞膜結構和功能，誘導細胞內產生大量活性氧，加重膜脂中的不飽和脂肪酸過氧化，造成質膜透性增大，電解質大量滲漏[19]。

3.4 鹽脅迫對苦豆子種子鹽堿害指數和耐鹽等級的影響

耐鹽指數和鹽堿害指數可以綜合反映出植物種子的耐鹽性和受鹽堿的危害程度[9]。呂篤康等[18]研究發現，當Na2CO3鹽濃度增加到0.9%時，種子鹽害指數大幅度上升，與NaCl 和Na2SO4相比苦豆子對Na2CO3抵抗力最弱。本研究結果表明，3 種鹽濃度在0.3%和0.6%時受影響較小；Na2CO3和混合鹽濃度為0.9%時，表現為中耐性；NaCl 鹽濃度為1.2%時，表現為中耐性；Na2CO3和混合鹽濃度為1.2%時，表現為敏感和中敏。說明鹽濃度為1.2%時Na2CO3耐受性最弱。已有研究者運用耐鹽指數進行分級對不同品種的大豆及谷子材料進行鑒定與評價，為耐鹽堿新品種選育提供參考[22-23]，本研究則通過耐鹽等級分級對3 種不同鹽處理的苦豆子耐鹽性進行評價，為不同類型鹽堿地種植提供理論依據。

4 結論

本研究結果表明，不同濃度的NaCl、Na2CO3和混合鹽溶液對苦豆子種子影響不同，隨著處理濃度的增加抑制作用增強，Na2CO3處理顯著抑制苦豆子種子萌發，且顯著增加了幼苗電導率，混合鹽處理顯著抑制苦豆子幼苗生長。綜合來看，苦豆子對NaCl 耐受性最強，其次是混合鹽，對Na2CO3的耐受性最弱。