鹽脅迫對不同品種豇豆種子萌發(fā)的影響

井大煒，張 紅，李士平，王明友

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鹽脅迫對不同品種豇豆種子萌發(fā)的影響

井大煒，張 紅，李士平，王明友*

（德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院，山東德州 253023）

以4個豇豆(Linn)品種的種子作為材料，采用不同濃度的NaCl溶液進行脅迫處理，研究了鹽脅迫對種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和鹽害指數(shù)及幼苗根系活力的影響。結(jié)果表明:隨著鹽脅迫程度的增加，各個豇豆品種呈現(xiàn)出一定的差異；4種豇豆種子對低鹽濃度(≤25 mmol/L)表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性，低鹽脅迫對種子發(fā)芽率影響較小，而對發(fā)芽指數(shù)的影響則較大；隨著鹽濃度的增加，各個豇豆種子的鹽害指數(shù)呈遞增的趨勢，較高濃度的鹽脅迫對4個品種的萌發(fā)與幼苗根系活力有較強的抑制作用；在50 mmol/L的鹽濃度下，德州白條的鹽害指數(shù)最低，并顯著低于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮，而德州灰嘴的鹽害指數(shù)明顯高于其它品種。綜合分析認(rèn)為，耐鹽能力最強的品種為德州白條，其次為德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴的耐鹽能力最差。

豇豆；種子；鹽脅迫；發(fā)芽指數(shù)；根系活力；鹽害指數(shù)

鹽脅迫是影響作物生長發(fā)育與產(chǎn)量的主要非生物因素之一，一般土壤含鹽量達到0.2%~0.5%范圍即對作物的生長產(chǎn)生抑制作用[1-3]。據(jù)統(tǒng)計，全世界大約有100多個國家57億畝土地正在遭受鹽堿化的影響，而我國的鹽堿地面積占全國耕地總面積的25%左右[4]。土壤中鹽分過多對大多數(shù)植物的生長具有危害性, 特別對耐鹽性較低的作物尤為明顯。有研究表明[5-6]，鹽脅迫能導(dǎo)致植物細(xì)胞的滲透脅迫與離子失衡，阻礙作物生長進而造成農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡。隨著人口的不斷增長，與耕地面積持續(xù)減少之間的矛盾越來越顯著[7-9]。因此，研究作物在鹽脅迫生境下的生長規(guī)律，進而研發(fā)出新的耐鹽品種具有重要的理論和實踐意義。種子萌發(fā)與幼苗建成是作物整個生育期最關(guān)鍵的2個階段，是決定作物達到對環(huán)境最終適宜度的重要標(biāo)志[10]。種子萌發(fā)期是作物生活史中對鹽脅迫較為敏感的一個時期，種子萌發(fā)期的耐鹽性一般可以衡量該品種的抗鹽性[11-12]。探討鹽脅迫環(huán)境對作物種子萌發(fā)的作用效果，分析鹽脅迫的機理，這對篩選與培育出耐鹽能力強的品種具重要指導(dǎo)意義。

豇豆(Linn)易栽培、產(chǎn)量高、品質(zhì)佳，并且是解決夏、秋淡季蔬菜供應(yīng)的重要蔬菜作物之一[13]。豇豆栽培范圍非常廣泛，尤其在長江以南地區(qū)，春夏秋季均適宜豇豆的種植[14]。我國南部沿海區(qū)域是豇豆的關(guān)鍵產(chǎn)地之一，沿海地區(qū)海水中的鹽分經(jīng)過地下、地上途徑進入土壤[15]，進而也會普遍存在土壤鹽堿化問題。為此，本試驗研究了4個品種豇豆種子在鹽脅迫條件下的萌發(fā)與幼苗生長狀況，比較其萌發(fā)期的耐鹽性差異，從而為豇豆種子耐鹽品種的鑒定與篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

試驗地點設(shè)在德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院實驗室內(nèi)。供試豇豆品種有4個：德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白條，均由德州學(xué)院生態(tài)與園林建筑學(xué)院提供。

1.2 試驗設(shè)計

每個品種的種子，每100粒作為一組，重復(fù)5次，測定百粒重。種子首先經(jīng)蒸餾水反復(fù)沖洗6~7次，然后用濾紙吸干其表面水分后備用。分別配制10 mmol/L、25 mmol/L和50 mmol/L濃度的NaCl溶液，同時對照用蒸餾水來代替。從每個品種的100粒種子中挑選出大小一致的40~50粒，放置在含不同濃度NaCl水溶液的發(fā)芽床上萌發(fā)，發(fā)芽溫度為23~25 ℃，光照15 h/d，每天更換一次溶液，以保證試驗處理期間各個脅迫濃度相對恒定，每組試驗重復(fù)5次。

1.3 測定項目與方法

發(fā)芽期間測定種子萌發(fā)率與相關(guān)萌發(fā)指標(biāo)，以胚根突破種皮2 mm作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，第12天發(fā)芽試驗結(jié)束。計算公式如下：

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽試驗期間全部正常發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100% （1）

相對發(fā)芽率(%)=處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100% （2）

鹽害指數(shù)(%)=(對照發(fā)芽率－鹽處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率×100% （3）

發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)參照劉貴河等[16]的方法進行計算；根系活力：采用TTC比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Excel 2013作圖，用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行差異顯著性分析（LSD法，<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫與種子萌發(fā)率

由表1可見，不同品種的豇豆種子在種皮顏色與種子形態(tài)上具有一定差異。從百粒重可以得出，禹城18粒和德州白條之間無顯著性差異，但均顯著高于德州灰嘴和德州紫皮。不同濃度的NaCl處理對豇豆種子萌發(fā)狀況的作用效果亦有差別。研究表明，發(fā)芽率在一定程度上可以反映植物在發(fā)芽期耐鹽性的大小，并與植物的耐鹽性呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。

表1 不同品種豇豆種子的形態(tài)特征

從圖1可知，隨著鹽濃度的增加，不同豇豆種子的相對發(fā)芽率均呈逐漸下降的趨勢，表明不同濃度的NaCl溶液均對豇豆種子的萌發(fā)產(chǎn)生了一定的抑制作用。在10 mmol/L 與25 mmol/LNaCl濃度下，4個品種的種子對鹽脅迫的敏感度較低，相對發(fā)芽率較對照相比仍可保持在83% 以上，且4個品種之間無顯著性差異。隨鹽濃度的進一步升高，當(dāng)達到50 mmol/L時，德州灰嘴、禹城18粒、德州紫皮和德州白條的相對發(fā)芽率分別為17.62%、31.90%、48.63%和62.52%。通過方差分析表明，4個品種種子的相對發(fā)芽率大小次序為：德州白條>德州紫皮>禹城18粒>德州灰嘴，且品種之間的差異均達顯著水平。可以看出，4個品種的種子對較高濃度的鹽脅迫表現(xiàn)較為敏感，其中德州白條的耐鹽能力最強，依次為德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴的耐鹽能力最差。由此可知，鹽脅迫對豇豆種子的發(fā)芽具有抑制作用，且不同品種的種子對鹽脅迫的敏感性存在一定差異。在4種豇豆種子中，德州白條的耐鹽能力強于其它3個品種。

2.2 鹽脅迫與發(fā)芽指數(shù)

發(fā)芽率反映了種子萌發(fā)的能力，而種子發(fā)芽指數(shù)可以較好地反映種子萌發(fā)的整齊程度與速度，可以從一定程度上比較作物耐鹽性能的差異[17]。由圖2可知，隨著NaCl濃度的升高，4種豇豆種子的發(fā)芽指數(shù)均呈下降的變化趨勢，說明豇豆種子的萌發(fā)速度與整齊度隨鹽濃度的增加而降低。在同一鹽濃度下，種子發(fā)芽指數(shù)在品種之間有一定差異。在10 mmol/L NaCl濃度時，德州灰嘴的發(fā)芽指數(shù)最高，并顯著高于其它品種，而禹城18粒、德州紫皮和德州白條之間的差異不顯著；在25 mmol/L時，德州灰嘴的發(fā)芽指數(shù)仍最高，但與其它3個品種之間無顯著性差異。當(dāng)鹽濃度達到50 mmol/L時，德州白條的發(fā)芽指數(shù)最高，且顯著高于其它3個品種；其次為禹城18粒與德州紫皮，兩者之間差異未達顯著水平，但均明顯高于德州灰嘴。以上分析可見，德州白條對較高濃度的鹽脅迫能表現(xiàn)出強的耐受能力，而德州灰嘴隨著鹽脅迫的加重，其耐受能力越來越低。

圖1 鹽脅迫對豇豆種子相對萌發(fā)率的影響 圖2 鹽脅迫對豇豆種子相對發(fā)芽指數(shù)的影響

2.3 鹽脅迫與根系活力

根系活力指根系新陳代謝的活動能力，是反映根系吸收功能的一項重要指標(biāo)，根系特性與發(fā)育狀況直接關(guān)系到豇豆對土壤養(yǎng)分和水分的吸收[9]。因此，根系活力的高低也影響著豇豆植株的生長情況。對豇豆萌發(fā)幼苗的根系活力進行測定，結(jié)果表明在不同鹽濃度脅迫下，不同品種的豇豆萌發(fā)幼苗的根系活力較對照呈現(xiàn)出明顯的抑制現(xiàn)象(圖3)。4個品種的根系活力在不同鹽濃度下表現(xiàn)出一定差異。在10 mmol/L NaCl濃度時，4個品種之間無顯著性差異；而在25 mmol/L NaCl濃度時，禹城18粒、德州紫皮與德州白條的根系活力均大于德州灰嘴，但差異未達顯著水平。隨著脅迫濃度的進一步升高，在50 mmol/L NaCl濃度時，德州白條的根系活力最大，且顯著高于其它處理，分別較德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮顯著高出66.40%、35.15%和24.80%；依次為德州紫皮和禹城18粒，而德州灰嘴達最小值，并顯著低于其它3個處理。以上分析認(rèn)為，不同品種豇豆幼苗的根系活力在低濃度鹽脅迫下未表現(xiàn)出明顯的差異，但隨著鹽濃度的升高，4個品種所受的抑制程度明顯不同，其中德州白條對高濃度的鹽脅迫表現(xiàn)出較強的耐鹽能力，而德州灰嘴的總體耐鹽能力最差。

2.4 鹽脅迫與鹽害指數(shù)

鹽害指數(shù)是反映植株受害數(shù)量與受害程度的重要指標(biāo)。在同一水平下，相對鹽害指數(shù)的數(shù)值越大，說明供試品種在發(fā)芽期的耐鹽性越弱[18]。從圖4可以看出，隨著NaCl濃度的升高，4個品種的相對鹽害指數(shù)呈逐漸增大的趨勢。當(dāng)鹽濃度為10 mmol/L時，不同品種間的鹽害指數(shù)差異不顯著，而鹽濃度為25 mmol/L時，德州灰嘴的鹽害指數(shù)顯著高于其它品種；當(dāng)鹽濃度達到50 mmol/L時，各個品種的鹽害指數(shù)均大幅度升高，其中德州灰嘴的上升幅度最大，并達到了89.3%，顯著高于其它3個處理；其次為德州紫皮和禹城18粒，也超過了70%，而德州白條的鹽害指數(shù)小于50%，明顯低于其它3個品種。由此可見，隨著鹽脅迫程度的增加，4個品種之間鹽害指數(shù)的差異越來越明顯。

圖3 鹽脅迫對豇豆萌發(fā)幼苗根系活力的影響 圖4 鹽脅迫對豇豆種子鹽害指數(shù)的影響

3 討論與結(jié)論

土壤中鹽分過多會引起水勢降低，給作物造成一種水逆境，這與干旱或凍害對作物的影響基本一致[8-9,19]。發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)是評估種子萌發(fā)重要的指標(biāo)，能反映種子的發(fā)芽速度和整齊度以及幼苗的健壯潛力，而鹽害指數(shù)與耐鹽性緊密有關(guān)[20]。通過測定與比較上述指標(biāo)，并依據(jù)其在不同鹽脅迫時的下降速度能夠評價作物種子在萌發(fā)期的耐鹽性能[21]。本試驗采用10～50 mmol/L。NaCl濃度處理豇豆種子，比較4個豇豆品種在鹽脅迫環(huán)境下的萌發(fā)狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，豇豆種子發(fā)芽與幼苗生長受到了不同程度的抑制作用，低鹽濃度脅迫對種子的萌發(fā)抑制效應(yīng)較??；而較高鹽濃度脅迫(50 mmol/L)使種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)顯著降低，究其原因主要是由于外界的高滲透壓引起種子吸水不足所導(dǎo)致的。有研究認(rèn)為[2]，鹽脅迫會引起α-淀粉酶活性的降低也能導(dǎo)致種子的萌發(fā)受阻，這表明種子在吸脹過程中受到的鹽害并非鹽脅迫抑制種子萌發(fā)的唯一原因。也有研究表明[22]，在一定脅迫條件下種子的萌發(fā)速度會保持不變或加快。這與本研究結(jié)果不完全一致，造成這一差異可能與種子品種、脅迫梯度和脅迫時間等因素有關(guān)。本試驗還得出，隨著鹽脅迫程度的增加，種子的鹽害指數(shù)明顯升高。同時，鹽脅迫對豇豆幼苗根系活力的影響也較大，隨著鹽濃度的升高，豇豆幼苗的根系活力呈遞減的變化趨勢。

大量試驗研究認(rèn)為，不同植物或植物不同品種之間的耐鹽性存在一定差異，比如采用不同濃度的NaCl溶液對5個油菜品種開展耐鹽性篩選試驗[23]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中2個品種的耐鹽性明顯較強；鹽脅迫對白籽南瓜與黑籽南瓜種子萌發(fā)特征的試驗也發(fā)現(xiàn)白籽南瓜在發(fā)芽期的耐鹽性要高于黑籽南瓜[24]。這說明通過試驗比較能夠挖掘出農(nóng)作物種質(zhì)本身固有的耐鹽能力，進而可以篩選和培育出耐鹽品種。本試驗通過比較不同鹽脅迫梯度對4個豇豆品種種子的萌發(fā)指標(biāo)及幼苗生長狀況的作用效果，結(jié)果表明德州白條的耐鹽能力顯著高于其它3個品種，表明該品種的生活能力較強，尤其對較高鹽濃度脅迫的適應(yīng)性明顯優(yōu)于德州灰嘴、禹城18粒和德州紫皮。

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Effects of Salt Stress on Characteristics of Seed Germination of Four Cowpea () Varieties

JING Da-wei, ZHANG Hong, LI Shi-ping, WANG Ming-you*

(College of Ecology and Garden Architecture, Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China)

Effects of salt stress on the seed germination of four cowpea () varieties (Dezhouhuizui, Yucheng 18 li, Dezhouzipi and Dezhoubaitiao) were tested. Seeds were treated in different concentration of Nacl solution, and the germination percentage, germination index and salt injury index of the four varieties were determined. Results indicated that different seed varieties had different salt stress reaction under the condition of Nacl salt stress when compared to the control; the relative germination rates of all varieties of cowpea seeds were affected weakly in low concentrations salt stress (≤25 mmol/L), while the relative seed germination indexes were decreased significantly; the relative salt injury index presented a variation tendency of increasing with the increase in salt concentration, and the salt stress with high concentrations had strongly inhibitory effects on the seed germination and root activity of seedling; When the salt concentration was 50 mmol/L, the salt injury index of Dezhoubaitiao was the minimum and had significantly differences from that of the varieties of Dezhouhuizui, Yucheng 18 li and Dezhouzipi, while the salt injury index of Dezhouhuizui was obviously increased compared with the other varieties. As a result, Dezhoubaitiao had better salt tolerance than three other varieties, and Dezhouzipi and Yucheng 18 li were inferior, while Dezhouhuizui was the most susceptible variety.

Linn; seed; salt stress; seed germination; root activity; salt damage index

S643.4

A

2095-3704（2016）04-0277-05

2016-07-22

山東省農(nóng)業(yè)良種工程項目（魯科字（2013）207號）

井大煒，講師，博士，主要從事植物營養(yǎng)機理與調(diào)控研究，jingdawei009@163.com；

王明友，教授，nwmy_sddz@163.com.。