盐碱胁迫对甜高粱种子萌发及幼苗生长的影响1)

何 磊 陆兆华

(中国矿业大学，北京，100083)

管 博

(中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地生态实验室)

赵艳云

(滨州学院)

王睿彤 刘 洋

(中国矿业大学)

黄河三角洲是我国三大河口三角洲之一，其经济开发潜力之大，被誉为“金三角”地带，是我国重点经济开发区。但近年来由于黄河断流、海水侵蚀、气候变暖以及人为等因素使黄河三角洲地表盐分不断积累，形成了典型的滨海盐碱地。目前面积达到44.29 万 hm2，占全区耕地总面积的52.5%［1］。

土壤盐碱化是限制植物生长和生产的重要因素［2］，但由于盐、碱胁迫机制的区别，有些学者把盐碱胁迫细化为盐胁迫和碱胁迫。土壤盐胁迫包括渗透胁迫和离子毒害作用，而碱胁迫不仅包括前两者，还包括高pH值胁迫作用［3］。近几年，关于作物对盐胁迫的响应机制已做了大量的研究［4－9］，但是关于作物对盐碱胁迫以及混合盐碱胁迫的响应研究还比较少［10－12］。特别是作物对黄河三角洲盐碱地区的适应机制的研究更是少之又少。

甜高粱(Sorghum bicolor(L.)Moench)是禾本科高粱属植物，是绿色能源的佼佼者，它属于C4植物，具有很高的光合速率，是目前世界上生物量最高的作物之一，故有“高能作物”之称［13］。甜高粱因具有高能、高光效、抗旱、耐涝、耐盐碱、高生物产量、高含糖量等特点，被认为是最具开发潜力的能源植物之一［14－16］。甜高粱对土地的适应能力很强，pH 值从5.6 ～8.5均能正常生长［17］。甜高粱已在黄河三角洲的滨州市种植获得了成功，2005年种植甜高粱面积857 hm2，2006年全市种植甜高粱面积约3500 hm2［18］。因此，种植甜高粱对于开发利用盐碱化地区的土地资源，扩大高粱的种植面积及其缓解能源危机具有重要的意义。

在植物生长的各个阶段中，耐盐碱性具有一定差异，种子萌发期是植物生长发育过程中的初始阶段，萌发期的耐盐碱性对于植物在盐碱地的存活与生长发育至关重要［19－20］。因此，探讨种子萌发期在盐碱胁迫条件下的响应对于物种能否成功定居并生存具有重要意义。文中通过对不同混合盐碱胁迫下甜高粱种子的萌发率，萌发指数，相对盐害率，幼根、幼芽生长情况及生物量等进行了研究，以期为黄河三角洲盐碱地的开发利用及生物质能源作物的选育提供理论依据。

1 材料与方法

处理液配置:将广泛存在于黄河三角洲盐碱土壤中的 NaCl、Na2SO4和 NaHCO3按不同质量比混合，以碱性盐所占比例由小到大的顺序分成3个处理组依次标为 A、B、C 组，pH 值分别为 7.08、8.78、9.04。NaCl、Na2SO4、NaHCO3质量比依次为 A 组:W(NaCl)∶W(Na2SO4)∶W(NaHCO3)=2∶1∶0;B组:W(NaCl)∶W(Na2SO4)∶W(NaHCO3)=2∶1∶1;C组:W(NaCl)∶W(Na2SO4)∶W(NaHCO3)=2∶1∶2。各组的盐浓度均设置 100、200、300、400、500 mmol·L－15个水平，共组成15个处理组合，以蒸馏水处理作为对照(CK，0 mmol·L－1)。

萌发试验:选择饱满、整齐的种子，用10%过氧化氢消毒10 min，蒸馏水反复冲洗干净，空气中风干。置于微电脑控制人工莱福生化培养箱内培养，光照周期为12 h/12 h(昼/夜)，温度为25℃/15℃(昼/夜)。采用纸上发芽法，选用带盖培养皿(直径90 mm)，内置2层滤纸，每皿25粒种子，4个重复。皿中加入相应的处理液10 mL，用石蜡膜封口以防止水分蒸发，每天同一时间开盖观察记录萌发情况。以种皮裂口视为发芽，统计发芽的种子数。连续观察8d(即3d没有新种子萌发视为发芽结束)。

幼苗形态指标:在萌发结束时，从各个处理中随机取出10株幼苗，分别量取幼根长及幼芽长并测量其干、鲜质量。各处理液的pH值用pH计测量。

试验数据采用统计分析软件SPSS 13.0进行分析，考虑95%置信水平，应用最小显著差异法(LSD)进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 混合盐胁迫对甜高粱种子萌发的生理响应

在盐碱环境下，种子能否萌发是植物正常生长发育的前提条件。种子生活力的表征指标主要有萌发率、萌发指数等。萌发率反映种子的发芽能力;萌发指数在一定程度上可以反映种子发芽速度，种子发芽所需时间越短，发芽指数就越大［20］。

不同混合盐碱胁迫处理下的甜高粱的累积萌发率如图1所示，A、B、C三组的累积萌发率曲线趋势相似，随着盐碱浓度的增加，各组的累积萌发率均下降;另外，随着pH值的增大，累积萌发率下降明显。当 pH 值为 8.78，盐浓度为 500 mmol·L－1时，萌发率降至13%，而当 pH值为9.04，盐浓度为 500 mmol·L－1时，萌发率仅达到5%，说明甜高粱种子萌发受到严重的高盐浓度胁迫和pH值胁迫抑制。

图1 不同胁迫处理下甜高粱种子的累积萌发率

如图1 所示，A1、A2、A3、B1、B2、C1、C2 组的甜高粱种子均在第1 d发芽，说明甜高粱种子可以耐受较低的盐碱胁迫，而随着盐碱胁迫的增强，种子的起始发芽时间推迟，并且盐浓度和pH值越大，对种子的发芽抑制作用越大。

由表1可以看出，甜高粱种子的萌发率、萌发指数均随着盐浓度的升高而降低。A1、A2、A3、B1处理组的萌发率与对照相比均无显著性差异，说明在一定的pH值范围内，低盐浓度对甜高粱种子的萌发没有明显抑制作用。但随着盐浓度与pH值的增大，萌发率快速下降，当pH值为9.04，盐浓度为500 mmol·L－1时，萌发率比对照下降了92%，说明在高盐强碱的环境下，甜高粱种子的发芽能力减弱，发芽速度和幼苗生长速度减弱，这是由于盐分的大量积累，种子体内难以获得萌发所需的水分，从而降低了发芽率。表1表明，各处理组的萌发指数与对照相比，有显著性差异，下降幅度最大的为B5、C5，萌发指数分别下降了96.46%、97.95%;下降幅度最小的为 A1、B1，萌发指数分别下降了13.13%、18.53%，说明在高盐强碱下，甜高粱种子在前期发芽较少较慢，而在低盐碱下，甜高粱种子在前期发芽较多较快。

表1 不同胁迫处理下甜高粱种子的萌发情况比较

2.2 混合盐胁迫对甜高粱种子萌发的抑制作用

相对盐害率的大小反应了盐溶液对甜高粱种子发芽的影响程度。相对盐害率的数值越大，说明甜高粱种子受到的伤害越重，越不易发芽和生长［21］。

从表2中可看出，随着盐浓度的升高，相对盐害率增大，即盐浓度越大，甜高粱种子越不易发芽和生长。随着盐浓度的升高，A、B、C组的相对盐害率分别从1.04%上升到 37.13%、1.00%上升到 86.63%、13.46%上升到94.88%。当盐浓度为500 mmol·L－1时，A5 的相对盐害率仅为 37.13%，B5、C5 的相对盐害率达到了86.63%和94.88%。这说明甜高粱种子在较低碱度范围的环境下能较好地萌发。

表2 不同胁迫处理下甜高粱种子萌发及幼苗生长指标

2.3 混合盐胁迫对甜高粱胚生长及生物量的影响

由表2知，甜高粱种子的幼芽长和幼根长均在盐浓度为 0 mmol·L－1时最大，分别为 6.7、11.09 cm，随着混合盐浓度的升高，幼芽、幼根长显著降低。A1、A2、A3、A4、A5 的幼芽长与对照相比分别下降了33.28%、61.19%、83.28%、94.48%、95.37%。A1、A2、A3、A4、A5 的幼根长与对照相比分别下降了44.15%、72.50%、89.81%、93.78%、96.93%，其中根长的下降趋势更加明显，这是因为植物萌发过程中，根部是吸收水分和矿质营养的最直接的器官，也是受渗透胁迫和离子毒害作用最明显的部位。随着pH值的增大，幼根、幼芽长同样显著下降，当混合盐浓度为 500 mmol·L－1、pH 值≥8.78 时，甜高粱幼根的生长受到完全抑制，甚至出现了无根畸形苗。

由表2可知，A、B、C组的幼芽长与幼根长均在混合盐处理液为500 mmol·L－1时受抑制作用最大，幼芽长与对照相比，分别下降了94.48%、98.06%、98.51%，幼根长与对照相比，分别下降了96.93%、100%、100%。结果表明，高盐胁迫下甜高粱早期幼苗无法正常生长。

由表2可知，随着盐浓度的提高，幼苗的鲜、干质量受到明显的抑制作用，呈下降趋势。当混合盐溶液 pH 值≥8.78，盐浓度＞300 mmol·L－1时，幼苗受到的抑制作用最大，与对照相比，抑制作用达到100%。A1、B1组，幼苗受到的抑制作用最小，与对照相比，鲜质量分别下降了45.76%、42.93%;干质量分别下降了 48.46%、43.08%。

2.4 混合盐胁迫特点分析

根据双因素方差分析表明，盐浓度、pH值、盐浓度与pH值的相互作用对甜高粱种子萌发率、萌发指数和相对盐害率均有极显著性影响(P＜0.01)，且盐浓度对其的影响力最大;盐浓度和盐浓度与pH值的交互作用对甜高粱种子的幼芽长的生长有极显著性影响(P＜0.01);而盐浓度与pH值的相互作用对甜高粱种子的幼根长的生长有极显著性影响(P＜0.01)，盐浓度对其具有显著性影响(P＜0.05)。

表3 盐浓度、pH值及两者相互作用对甜高粱种子萌发及幼苗生长的双因素分析

3 结论与讨论

国内关于混合盐碱胁迫对种子萌发的影响已做了大量的研究［22－25］，杨小环等［26］对 NaCl胁迫下高粱种子的萌发结果研究发现，随着盐胁迫的增强，高粱种子的出苗时间均明显延迟，出苗率和成苗率下降，幼苗生长受到抑制，物质积累减少。本研究表明，甜高粱的萌发率、萌发指数均是在蒸馏水中为最高且在低盐浓度下，甜高粱的萌发率与对照无显著性差异。高盐高碱情况下甜高粱种子不但发芽率低而且发芽延迟，而在低盐低碱情况下，发芽率高且发芽速率快，能在短时间内迅速发芽。

甜高粱种子萌发在重度盐碱胁迫下受到严重抑制，但在 pH 值为 7.08，盐浓度为 500 mmol·L－1时，种子萌发率仍能达到61.00%，说明甜高粱能在低盐度、低pH值的盐碱地正常生长，同样能够在低碱性高盐度的盐碱地生存。

相对盐害率可比较同一植物对不同盐浓度的耐盐能力，本研究中的相对盐害率反应了盐溶液对甜高粱种子发芽的影响程度，随着盐浓度的升高，相对盐害率增大，盐浓度越大，甜高粱种子越不易发芽和生长。当盐浓度为500 mmol·L－1时，A5的相对盐害率仅为37.13%，这说明甜高粱种子在一定碱度范围的环境下能较好地萌发。本研究结果与苗昊翠［27］和乔海龙［28］等对锦鸡儿种子和大麦种子的相对盐害率研究一致。

甜高粱种子的幼芽长和幼根长均是在蒸馏水中时最大，且长势良好。与各个混合盐溶液处理下的幼芽长和幼根长有显著性的差异。但随着混合盐浓度的升高、pH值的升高，幼苗、幼根长逐渐减小。盐碱胁迫对甜高粱种子的幼根抑制作用大于幼芽，这是因为植物萌发过程中，根部是吸收水分和矿质营养的最直接器官，也是受渗透胁迫和离子毒害作用最明显的部位。随着盐浓度的升高，幼苗的鲜、干质量受到明显的抑制作用，呈下降趋势。这说明，盐碱胁迫对甜高粱幼苗的生长有一定抑制作用。

通过盐度、pH值及两者相互作用的双因素分析表明盐度对甜高粱萌发率、萌发指数、相对盐害率影响最为显著，盐度与pH值两者的相互作用对幼芽、幼根长的影响最为显著。整体研究表明，此甜高粱品种适宜在黄河三角洲低盐度滨海盐碱地种植。

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