NaCl對2種豇豆屬植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

劉一明++馮宇++楊虎彪++張瑜+李欣勇++羅小燕++李園園++白昌軍+劉國道

摘 要 鹽堿地在中國廣泛分布，篩選耐鹽型牧草對充分利用及改良鹽堿地具有重要意義。以2種豇豆屬植物濱豇豆和赤小豆為材料，采用0%，0.5%，1.0%，1.5%四種濃度的NaCl模擬鹽脅迫，研究鹽脅迫對這2種豇豆屬植物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明：隨著鹽濃度的升高，濱豇豆和赤小豆的種子萌發(fā)和幼苗生長受到明顯抑制，主要體現(xiàn)在，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根長、胚軸長和幼苗相對含水量都隨鹽濃度的升高呈下降趨勢；和赤小豆相比，濱豇豆的活力指數(shù)在不同濃度鹽處理下差異不顯著，且高鹽濃度下其胚軸顯著長于赤小豆，表現(xiàn)出較好的耐鹽性。

關(guān)鍵詞 鹽脅迫 ；種子萌發(fā) ；赤小豆 ；濱豇豆

中圖分類號 S643.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.11.003

Effects of Salt Stress on Seed Germination and Growth of

Two Vigna Plants

LIU Yiming1） FENG Yu1，2） YANG Hubiao1） ZHANG Yu1）

LI Xinyong1） LUO Xiaoyan1） LI Yuanyuan1） BAI Changjun1） LIU Guodao1）

（1 Institute of Tropical Crop Genetic Resources， CATAS / Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737；

2 College of Agro-grassland Science，Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu 210095）

Abstract Saline-alkali soil was widely distributed in China， screening salt tolerant forage grasses was very important for the full use and improvement of saline soil. Two kinds of Vigna plnats Adzuki bean and Beach pea were used as materials in this study treated with four salt concentrations： 0%， 0.5%， 1.0% and 1.5% NaCl to analyze the effect of salt stress on seed germination and growth of two vigna plants. The results showed that， with the increase of salt concentrations， the germination and seedling growth of Adzuki bean and Beach pea were inhibited obviously， showed in the gradual decline of germination rate，germination potential， germination index， root length， hypocotyls length and relative water content. Beach pea had relative good salt tolerance， the decrease of germination rate， root length and relative water content was smooth than that of Adzuki bean with the increase of salt concentrations， seed vigor of Beach pea had no significant differences with the increase of salt concentration， and the decrease of germination index and hypocotyl length was lower than that of Adzuki bean.

Keywords salt stress ； seed germination ； Adzuki bean ； beach pea

土壤鹽漬化是全球性的資源與生態(tài)問題[1]。中國鹽漬土面積大、分布廣、類型多，總面積已達(dá)1億hm2[2]。土壤中可溶性鹽分過多會對植物造成傷害，主要表現(xiàn)為滲透脅迫、離子毒害、營養(yǎng)元素虧缺及氧化脅迫等，最終導(dǎo)致植物體內(nèi)活性氧自由基增加、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損、電子傳遞受阻、光合受抑制、生理生化代謝紊亂和生長發(fā)育、形態(tài)建成的改變[3-4]。隨著耕地面積不斷減少，鹽漬化土地逐漸增多，世界面臨的人口、資源和糧食問題，要求人們充分挖掘和開發(fā)利用不同類型的鹽漬土，提高其利用效率，以緩解耕地面積不斷減少的壓力[5-6]。

鹽堿土的改良主要有化學(xué)措施、物理措施、工程措施和生物措施，其中以生物措施更具有可行性[7]。而在生物措施中，利用耐鹽堿的植物對土壤進(jìn)行改良是最為生態(tài)科學(xué)的[8]。耐鹽堿植物可以通過根系的擴(kuò)展改善土壤；通過構(gòu)建植物群落改善其周圍的小環(huán)境，改善鹽堿地小氣候；還可通過覆蓋地面減少地表水分的蒸發(fā)，從而限制地下水中的鹽分在土壤表層的積累[9-11]。因此，鹽生植物的開發(fā)利用和植物耐鹽機(jī)理的研究對改良鹽堿地，開發(fā)鹽堿資源、維持生態(tài)平衡有著重要的意義。endprint

豆科植物能夠結(jié)瘤固氮，提高土壤的氮素水平，且其生物量大，蛋白含量高，種子產(chǎn)量高，適合作為鹽漬土壤利用和改良的植物[12]。濱豇豆（Vigna marina）是豆科多年生草質(zhì)藤本，分布于廣東、海南、香港和臺灣，是濱海鹽生植物，其耐鹽抗旱能力強(qiáng)、根與根瘤共生，改良鹽堿地的同時(shí)還能沃土，且粗蛋白含量高，是非常具有推廣潛力的南方牧草[13]。種子在鹽堿地上的萌發(fā)是鹽堿地改良的前提，而目前有關(guān)鹽脅迫對濱豇豆種子萌發(fā)的影響及其幼苗耐鹽性的研究較少。

根據(jù)幾個(gè)豇豆屬植物的苗期耐鹽性表現(xiàn)可知，濱豇豆較耐鹽（數(shù)據(jù)待發(fā)表）。本研究以不同濃度的NaCl溶液模擬鹽脅迫，研究其對濱豇豆和赤小豆（作為對照）種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，旨在了解濱豇豆種子萌發(fā)期的耐鹽性，為其耐鹽性的早期鑒定及生產(chǎn)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料濱豇豆和赤小豆種子，來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶牧草研究中心種子庫。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取籽粒飽滿、整齊一致的濱豇豆和赤小豆種子，先用0.525%的次氯酸鈉溶液將供試的種子消毒20 min，然后用自來水沖洗干凈，用滅菌后的刀片小心切開種皮；將種子置于直徑13 cm的玻璃培養(yǎng)皿中，用NaCl分別配成0%（對照）、0.5%、1.0%、1.5% 4個(gè)濃度梯度的鹽溶液，分別用于處理種子，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)50粒種子；將培養(yǎng)皿放入30℃/25℃（晝溫/夜溫）、光照16 h/d的培養(yǎng)箱中；自萌發(fā)起每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，以每天更換鹽溶液的方法保持鹽溶液濃度，第10天結(jié)束發(fā)芽試驗(yàn)。

1.2.2 指標(biāo)測定

相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下。

發(fā)芽率（GR）=10 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[14-17]。

發(fā)芽勢（GP）=6 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[14-17]。

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）。式中：Gt為第t天發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽的天數(shù)[15-17]。

活力指數(shù)（VI）=GI×SL。式中：SL為幼苗鮮重[16-17]。

幼苗含水量=（SL-G）/SL×100%。式中：SL為幼苗鮮重，G為幼苗干重[17]。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SAS 軟件進(jìn)行方差分析及最小顯著性差異檢驗(yàn)（LSD 法）（p<0.05）[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對濱豇豆和赤小豆種子萌發(fā)的影響

由圖1可以看出，隨著鹽濃度的增大，濱豇豆和赤小豆的種子萌發(fā)和幼苗生長受到明顯的抑制，主要體現(xiàn)在幼苗根長和胚軸長隨著鹽濃度的提高不斷縮短；與赤小豆相比，在高濃度（1.0%和1.5%）鹽處理下，濱豇豆幼苗胚軸長明顯優(yōu)于赤小豆，表現(xiàn)出較好的耐鹽能力。

2.1.1 對發(fā)芽率的影響

種子發(fā)芽率是衡量種子質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，可以顯示種子胚的活性。在0.5%的鹽濃度處理10 d的條件下，和對照相對，濱豇豆和赤小豆種子的發(fā)芽率均未受到顯著影響。1.5%鹽濃度顯著降低了濱豇豆和赤小豆種子的發(fā)芽率，且此時(shí)濱豇豆和赤小豆發(fā)芽率無顯著差異（圖2）。

2.1.2 對種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢反應(yīng)種子發(fā)芽的快慢和整齊度。本研究中，發(fā)芽勢指6 d內(nèi)正常發(fā)芽的種子占供試種子數(shù)的百分率。0.5%、1.0%的NaCl處理對赤小豆的發(fā)芽勢沒有顯著影響。而濱豇豆的發(fā)芽勢整體偏低，說明與赤小豆相比，濱豇豆前6 d發(fā)芽相對較慢（圖3）。本研究過程中發(fā)現(xiàn)濱豇豆在第6～10 天發(fā)芽率較高，從而影響了前6 d的發(fā)芽勢。

2.1.3 對種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是種子在整個(gè)發(fā)芽期綜合活力的表現(xiàn)。隨著鹽濃度的增大（0.5%，1.0%，1.5%），濱豇豆和赤小豆種子的發(fā)芽指數(shù)不斷降低，赤小豆的發(fā)芽指數(shù)受鹽脅迫影響較大，其下降幅度遠(yuǎn)大于濱豇豆。0.5%和1.0%的鹽濃度處理的濱豇豆發(fā)芽指數(shù)間無顯著差異（圖4）。

2.1.4 對種子活力指數(shù)的影響

種子活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長量的綜合反映。在0%的鹽濃度處理下，濱豇豆和赤小豆種子活力指數(shù)間呈差異顯著水平，說明此時(shí)赤小豆發(fā)芽速率和生長量高于濱豇豆。而隨著鹽濃度的增大（0.5%，1.0%，1.5%），赤小豆種子的活力指數(shù)不斷降低，與對照間呈顯著性差異。濱豇豆的活力指數(shù)隨著鹽濃度的升高無顯著變化（圖5）。

2.2 鹽脅迫對濱豇豆和赤小豆幼苗生長的影響

2.2.1 鹽脅迫對濱豇豆和赤小豆幼苗根長的影響

隨著鹽濃度的升高，濱豇豆和赤小豆的幼苗根長呈較大幅度的下降趨勢，與對照相比呈差異顯著水平。由此可見，鹽濃度對這2種植物幼苗根長的影響較大（圖6）。

2.2.2 鹽脅迫對幼苗胚軸長度的影響

隨著鹽濃度的升高，濱豇豆和赤小豆的幼苗胚軸長逐漸下降，且與對照相比呈差異顯著水平。鹽脅迫對赤小豆胚軸長的影響較大，當(dāng)鹽濃度為1.5%時(shí)，赤小豆沒有胚軸產(chǎn)生（圖7）。

2.2.3 鹽脅迫對濱豇豆和赤小豆幼苗干重的影響

不同鹽濃度對赤小豆和濱豇豆干重的影響并不大，與對照相比沒有顯著性差異。雖然濱豇豆的干重在1.0%和1.5%的鹽濃度處理下存在顯著差異，但與對照相對，都沒有顯著差異（圖8）。

2.2.4 對幼苗相對含水量的影響

0.5%和1.0%的鹽濃度處理對赤小豆和濱豇豆相對含水量的影響不大，與對照相比差異均不顯著；1.5%鹽濃度處理下，和對照相比，赤小豆和濱豇豆相對含水量均顯著下降。赤小豆和濱豇豆的相對含水量各處理間差異都不顯著（圖9）。endprint

3 討論

鹽離子是土壤中植物生長重要的限制因子[19]。種子萌發(fā)是植物生命的起始，也是植物最早受到鹽脅迫的階段，鹽脅迫下種子的發(fā)芽情況是評價(jià)植物耐鹽性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[20]。植物種子能否在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是保證植物在鹽堿條件下正常生長的前提。鹽脅迫對植物種子萌發(fā)及植株生長的影響主要表現(xiàn)為滲透作用和離子毒害，主要造成種子萌發(fā)率降低、萌發(fā)時(shí)間延長等[21]。鹽分對種子萌發(fā)、幼苗生長的影響因鹽分濃度及實(shí)驗(yàn)材料的不同而有所差別[22]，低濃度鹽分對種子萌發(fā)率影響較小，有研究認(rèn)為，低鹽濃度還可促進(jìn)種子萌發(fā)[23-24]，但隨著鹽濃度的升高，種子萌芽則會受到抑制甚至完全不萌發(fā)。本研究結(jié)果表明，濱豇豆與赤小豆的種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根長、胚軸長和相對含水量均隨著NaCl濃度的增加而受到不同程度的抑制，這一研究結(jié)果與楊林[25]、Akbari等[26]及楊景寧等[27]的研究結(jié)果相一致。低鹽濃度對濱豇豆與赤小豆種子萌發(fā)的抑制作用相對較小，而高鹽濃度特別當(dāng)NaCl濃度為1.5%時(shí)，赤小豆與濱豇豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均受到顯著影響。

濱豇豆是濱海鹽生植物，其較好的耐鹽性主要表現(xiàn)在，隨著鹽濃度的升高，濱豇豆種子活力指數(shù)始終維持較高水平，并且濱豇豆的胚軸長在高鹽脅迫下明顯優(yōu)于赤小豆。濱豇豆與赤小豆發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根長、胚軸長和幼苗相對含水量都隨鹽濃度的升高呈較一致的下降趨勢，但濱豇豆的發(fā)芽指數(shù)、根長和相對含水量下降幅度均小于赤小豆。

本研究中，種子的萌發(fā)情況及苗期耐鹽性只是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定，所得結(jié)果是否能應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際，還需進(jìn)行進(jìn)一步的大田試驗(yàn)。后續(xù)還將對濱豇豆與赤小豆苗期的耐鹽生理機(jī)制進(jìn)行深入研究，主要包括光合生理機(jī)制、離子轉(zhuǎn)運(yùn)及吸收機(jī)制、滲透調(diào)節(jié)機(jī)制及活性氧清除機(jī)制等。

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