不同盐胁迫对啤酒大麦种子萌发和幼苗生长的影响

包奇军，柳小宁，张华瑜，徐银萍，火克仓，武魏国，潘永东

(甘肃省农科院经济作物与啤酒原料研究所，甘肃兰州730070)

不同盐胁迫对啤酒大麦种子萌发和幼苗生长的影响

包奇军，柳小宁，张华瑜，徐银萍，火克仓，武魏国，潘永东*

(甘肃省农科院经济作物与啤酒原料研究所，甘肃兰州730070)

本试验采用不同浓度的单盐NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液对2个大麦品种甘啤4号与甘啤5号种子进行胁迫处理。结果表明：2个不同品种种子的发芽势、发芽率、芽长、芽重、根数、根长均随单盐浓度的增加而下降，而盐害指数随单盐浓度的增加而上升；但低浓度(50mmol/L)Na2CO3、NaHCO3会促进甘啤4号根的发生，高浓度急剧抑制根的生长，当Na2CO3浓度达100mmol/L、NaHCO3浓度达200mmol/L时,则完全抑制大麦根系生长。方差分析结果表明，在不同单盐胁迫条件下，品种、盐浓度及品种与盐浓度间互作对发芽势、发芽率、芽长、芽重、根数、根长均有极显著的影响(P<0.01)，表明同一品种对不同单盐胁迫的敏感程度不同。4种单盐对啤酒大麦发芽势、发芽率、根数、根长、根重、盐害指数胁迫的强弱顺序是:碱性盐(Na2CO3、NaHCO3)>中性盐(Na2SO4、NaCl)，碱性盐中Na2CO3>NaHCO3，中性盐Na2SO4>NaCl；而芽长、芽重对盐的敏感顺序是:Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl，而且这些盐对根的抑制大于对芽的抑制，不过，在品种之间甘啤5号耐盐碱性好于甘啤4号。

大麦；盐胁迫；萌发

大麦(包括皮大麦和裸大麦)是多用途(食用、饲用、药用和酿造)的麦类作物，它也是世界上最古老的谷类作物之一，又是禾本科作物中公认的耐盐碱作物[1-3]。本研究利用NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液模拟盐胁迫环境，对发芽势、发芽率、盐害指数、根数、根长、苗长、苗重7项萌发期指标[4-6]，比较两个不同大麦品种种子在上述不同单盐胁迫下萌发及幼苗的生长指标，旨在了解不同盐碱胁迫下大麦萌发及幼苗的生长状况，也为进一步研究大麦对盐碱胁迫的适应能力、培育耐盐品种以及为盐碱地的改良提供理论依据。

1　材料与方法

1.1供试材料

甘啤4号(甘4)、甘啤5号(甘5)，均由甘肃省农科院经济作物与啤酒原料研究所提供。

1.2试验设计

在恒温恒湿培养箱(温度20℃，相对湿度75%)对甘啤4号、甘啤5号进行发芽试验。设置不同单盐NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液的浓度分别为0(对照)、50、100、150、200、250、300mmol/L等7个水平，重复3次，种子经7%的次氯酸钠消毒5min后，用蒸馏水洗净后播于直径10cm并铺有滤纸的培养皿中，每个培养皿中放100粒种子，分别用不同浓度的盐溶液培养，每天定时定量添加一定质量的蒸馏水，保持种子发芽所必需的水分。观察记录发芽种子数，以胚芽长度达种子(或种子直径)长度的一半或胚根与种子(或种子直径)等长为标准。以3个重复中有1粒种子萌发的日期作为该处理的发芽始期，连续3d不再有种子发芽为发芽结束期，分别于开始萌发后第4天和第7天统计种子发芽势和发芽率，并在发芽实验结束后计算不同品种的发芽率、发芽指数、相对盐害率等指标。每处理各取10粒萌发的种子，测定幼苗胚根数、胚根长、胚芽长度、幼苗鲜重，并分别计算。

1.3测定指标及方法

发芽势的测定:发芽势(%)=(规定日数内发芽的种子粒数/供试种子数)×100

发芽率的测定:发芽率(%)=(发芽终期全部正常发芽的种子粒数/供试种子数)×100

苗长和根长的测定:处理后第7天测量各品种幼苗的苗长及主根长度，每处理选取10株长势均匀的进行测量。

盐害指数计算:盐害指数(%)=[(对照发芽率-处理发芽率)/对照发芽率]×100。

表1　不同浓度单盐胁迫对不同品种大麦种子发芽势和发芽率的影响

注:不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，不同大写字母表示在0.01水平上差异极显著。

1.4数据处理

应用DPS7.05统计软件对调查数据进行统计分析，多重比较用新复极差法。

2　结果与分析

2.1不同单盐胁迫对大麦种子发芽势和发芽率的影响

从表1可看出:两个不同品种大麦的发芽率和发芽势均随单盐浓度的增加而下降。当单盐浓度为50mmol/L时，Na2CO3胁迫对大麦发芽势及发芽率影响均达极显著，发芽势在70%以下，发芽率在78%以下，NaHCO3胁迫对大麦发芽势及发芽率影响不大，发芽势在90%以上，发芽率在96%以上；NaCl、Na2SO4胁迫对大麦发芽势影响不大，对发芽率无影响。当单盐浓度为100mmol/L时，Na2CO3胁迫对大麦发芽势及发芽率影响均达极显著，发芽势在38%以下，发芽率在44%以下，NaHCO3胁迫对大麦发芽势及发芽率影响均达极显著，发芽势在70%以下。发芽率在80%以下；NaCl胁迫对大麦发芽势影响不大，对发芽率无影响；Na2SO4胁迫对大麦发芽势影响达极显著，对发芽率影响不大(90%以上)。当单盐浓度为150mmol/L时，Na2CO3胁迫几乎完全抑制大麦发芽，大麦发芽势及发芽率均降为2%；NaCl胁迫对大麦发芽势及发芽率影响均达显著，Na2SO4胁迫对大麦发芽势及发芽率影响均达极显著，发芽势和发芽率均在78%以下。当单盐浓度大于200mmol/L时，4种单盐胁迫对大麦发芽势和发芽率影响均达极显著，其胁迫程度为Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。

从发芽率的变异系数来看(表2)，不同单盐对啤酒大麦胁迫的敏感程度不同，啤酒大麦种子对Na2CO3胁迫最敏感，变异系数较大，其次是NaHCO3、Na2SO4，而对NaCl胁迫敏感性最低。结果表明4种单盐对啤酒大麦胁迫的敏感性顺序是:碱性盐(Na2CO3、NaHCO3)>中性盐(Na2SO4、NaCl)，其中碱性盐中Na2CO3>NaHCO3，中性盐Na2SO4>NaCl，即Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。品种之间甘啤5号耐盐碱性好于甘啤4号。

表2　不同浓度单盐胁迫时不同大麦品种的发芽率及变异系数

2.2单盐胁迫对啤酒大麦盐害指数的影响

图1表明2个啤酒大麦种子的盐害指数随单盐胁迫浓度的升高而增大，趋势为盐害指数碱性盐(Na2CO3、NaHCO3)>中性盐(Na2SO4、NaCl)，其中碱性盐盐害指数Na2CO3>NaHCO3，中性盐盐害指数Na2SO4>NaCl，即Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。品种间甘啤4号盐害指数大于甘啤5号盐害指数，表明甘啤5号耐盐碱性强于甘啤4号。

表3　不同单盐胁迫下不同品种大麦幼芽形态与生长指标的变异系数

2.3不同单盐胁迫对大麦芽长与芽重的影响

图1　不同单盐胁迫对啤酒大麦盐害指数的影响

图2　不同单盐胁迫对啤酒大麦芽长的影响

图3　不同单盐胁迫对啤酒大麦芽重的影响

从图2、图3可看出，2个不同啤酒大麦品种幼芽的芽长、芽重均随单盐浓度的增加而下降，单盐Na2CO3胁迫下大麦芽长、芽重下降幅度最大，当Na2CO3浓度为200mmol/L时，大麦芽完全被抑制，芽长、芽重为零；其次为Na2SO4胁迫；单盐NaHCO3和NaCl胁迫对大麦芽长、芽重的趋势基本一致，随单盐浓度增加而下降，低浓度时NaCl胁迫对大麦芽长、芽重的抑制大于NaHCO3，高浓度时NaCl胁迫对大麦芽长、芽重的抑制小于NaHCO3。总体来看，4种单盐胁迫对大麦种子芽长和芽重的抑制强度为Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl。

从表3来看，啤酒大麦芽长、芽重对Na2CO3最敏感，其次为Na2SO4、NaHCO3、NaCl。即啤酒大麦对4种单盐胁迫的敏感性顺序为:Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl。不同大麦品种对同一单盐胁迫的敏感性亦存在较大的差异，甘啤5号耐盐碱性好于甘啤4号。

2.4不同单盐胁迫对大麦根数与根长的影响

图4　不同单盐胁迫对啤酒大麦根数的影响

图5　不同单盐胁迫对啤酒大麦根长的影响

从图4、图5看出:两个不同品种大麦的根数、根长均随单盐浓度的增加而下降，当单盐浓度为50mmol/L时，NaCl胁迫对大麦根数影响最大，其次为Na2SO4，而Na2CO3、NaHCO3胁迫下甘啤4号根数较对照增加，表明适当的Na2CO3、NaHCO3胁迫会促进甘啤4号根的发生，但抑制甘啤5号根的发生；当浓度高于50mmol/L时大麦根数随单盐浓度的增加而减少，当Na2CO3浓度达100mmol/L时，胁迫会完全抑制大麦根数增加，根数、根长为零；当单盐浓度达200mmol/L时，NaHCO3胁迫会完全抑制大麦根数生长，以致根数、根长为零，而Na2SO4、NaCl胁迫则次之。大麦种子对4种单盐胁迫的敏感性强弱顺序是:Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。

从表3根数、根长的变异系数来看，啤酒大麦幼苗根数、根长对Na2CO3最敏感，变异系数较大，其次为NaHCO3、Na2SO4、NaCl，总体来看，4种单盐胁迫对大麦种子根的影响为碱性盐(Na2CO3、NaHCO3)>中性盐(Na2SO4、NaCl)，碱性盐中Na2CO3>NaHCO3，中性盐中Na2SO4>NaCl，4种单盐对大麦萌发期根抑制强弱顺序为Na2CO3>NaHCO3>Na2SO4>NaCl。品种间甘啤5号耐盐碱性好于甘啤4号。

3　结论与讨论

种子萌发在植物的整个生育期中是最敏感的时期，也是对盐碱胁迫响应比较敏感的阶段，较高的种子萌发力是植株在盐分胁迫下能够生长的基础[7-8]，也是植物在盐碱条件下生长发育的前提，决定作物的生长以及产量[9]，因此在盐胁迫下研究种子萌发状况具有重要的意义[3]。大麦种子的萌发期对自然环境的胁迫也比较敏感。虽然目前还没有植物种子萌发阶段与后期生长阶段耐盐性相关的证据[10]，但Asharf等研究表明，大麦种子萌发期盐胁迫耐受程度与植株生长期相比差异较大。充分了解盐碱对种子萌发的影响，探索盐害机理是十分必要的。本试验采用不同浓度的NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3盐溶液对2个不同品种大麦种子进行胁迫处理，结果表明，2个不同品种大麦的发芽势、发芽率、芽长、芽重、根数、根长均随单盐浓度的增加而呈下降趋势，而盐害指数随单盐浓度的增加而上升，相关结果与卢艳敏等人研究结果一致[11-13]。本研究中50mmol/L的Na2CO3、NaHCO3会促进甘啤4号根萌发，当浓度高于50mmol/L时，大麦根数与根长随单盐浓度的增加而减少，当Na2CO3浓度达100mmol/L以上、NaHCO3浓度达200mmol/L时，单盐胁迫会完全抑制大麦根的生长。盐分是植物生长的必需元素，但是过量盐分会影响植物生长[14-15]。低浓度盐对植物种子萌发影响小或无影响，高浓度盐强烈抑制植物种子萌发，樊瑞苹等认为低浓度盐能满足植物种子萌发和幼苗对水分的需求，并且盐中的无机离子作为渗透调节物质在一定程度上还可以促进根系生长，所以不会造成盐害[16]。

同一品种对不同单盐胁迫的敏感程度不同。大麦品种的发芽势、发芽率、根数、根长对Na2CO3胁迫最敏感，变异系数较大，其次是NaHCO3胁迫，再次为Na2SO4胁迫，而对NaCl胁迫敏感性最低；大麦品种的芽长、芽重对Na2CO3胁迫最敏感，变异系数较大，其次是Na2SO4胁迫，再次为NaHCO3胁迫，而对NaCl胁迫敏感性最低。4种单盐对大麦发芽势、发芽率、根数、根长、根重、盐害指数胁迫的敏感性顺序是:碱性盐(Na2CO3、NaHCO3)>中性盐(Na2SO4、NaCl)，碱性盐中Na2CO3>NaHCO3，中性盐Na2SO4>NaCl；而对芽长、芽重的胁迫强弱顺序是:Na2CO3>Na2SO4>NaHCO3>NaCl；并且盐对根的抑制大于对芽的抑制。结果说明除了高浓度的盐离子对种子萌发和幼苗生长具有抑制作用外，碱性盐的高pH值也会对种子萌发和幼苗生长造成危害，这与卢艳敏等[13]的观点也是一致的。黄立华等[17]认为碱性盐的高pH值对种子萌发的抑制作用大于盐分作用；颜宏等[18]认为碱性盐对植物的胁迫作用与中性盐胁迫不同。高浓度盐分破坏了细胞质膜的完整性，导致细胞膜选择透过性下降，细胞离子平衡被打破[19-20]，造成离子毒害，进而诱导细胞死亡。其机理可能在于高盐胁迫诱导激活了细胞内类似于植物细胞程序性死亡的信号传导途径，使核酸酶活性增加，DNA降解，从而导致细胞死亡[21-22]。张万钧等[23]认为盐可能对种子萌发过程中起关键作用的酶具有抑制作用。也有研究发现，高浓度的盐溶液将使酶活力受到抑制，淀粉和蛋白会分解，而大麦淀粉和蛋白的溶解程度会直接影响到大麦的萌发，在没有足量的葡萄糖和氨基酸时，大麦的萌发会受到抑制，基本不萌发[24]。综合各个指标看，品种间甘啤5号耐盐碱性好于甘啤4号。选育高产优质的耐盐碱大麦品种，对于扩大盐碱地大麦种植面积，提高大麦产量具有重要的意义。

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Effects of Different Salts on Seed Germination and Seedling Growth of Barley

BAO Qi-jun, LIU Xiao-ning, ZHANG Hua-yu, XU Yin-ping,HUO Ke-cang, WU Wei-guo, PAN Yong-dong

(Institute of Economic Crops and Beer Materials，Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, China)

The current research examined the impact of the stress of single salts-sodium chloride (NaCl), sodium sulfate (Na2SO4), sodium bicarbonate (NaHCO3), and sodium carbonate (Na2CO3)-at different concentrations on seed germination and seedling growth of two barley varieties, Ganpi 4 and Ganpi 5. As a result, an increase in the concentration of single salt led to reductions in parameters of seed germination and seedling growth (germination potential, germination rate, sprout length, sprout weight, root number, and root length) of the two varieties, but an rise in salt harm index. However, the root growth of Ganpi 4 was stimulated by sodium carbonate (Na2CO3) and sodium bicarbonate (NaHCO3) at low concentrations, but was inhibited by them at high concentrations; its root growth was completely inhibited by 100 mmol/L sodium carbonate (Na2CO3) or 200 mmol/L sodium bicarbonate (NaHCO3). The intensity of the salt stress resulting from four kinds of single salts on barley germination potential, germination rate, root number, root length, root weight and salt injury index of stress was in the following order: alkaline salt (Na2CO3, NaHCO3) > neutral salt(Na2SO4, NaCl); between two alkaline salts, Na2CO3>NaHCO3; and between two neutral salts, Na2SO4> NaCl. The impact of the four kinds of single salts on sprout length and weight displayed the following order: Na2CO3> Na2SO4> NaHCO3> NaCl. Moreover, the salt stress had a greater inhibitory effect on the roots than on the sprout, and Ganpi 5 showed stronger tolerance to saline-alkaline stress than Ganpi 4.

Barley; Salt stress; Germination

2015-05-05

国家大麦青稞产业技术体系(CARS-05)；甘肃省农科院农业科技创新专项(2012GAAS15-3)。

包奇军(1978—)，男，副研究员，硕士，主要从事大麦育种及栽培技术研究；E-mail:baoqijun78@163.com。

潘永东(1962—)，男，研究员，主要从事大麦育种及栽培技术研究;E-mail:panyongdong1010@163.com。