混合盐碱胁迫对藜麦萌发期的影响

修妤 梁晓艳 石瑞常 顾寅钰 王向誉 郭光 张凤林 华丽峰

摘要：为研究混合盐碱胁迫对藜麦种子萌发的影响，将中性盐（NaCl、Na2SO4）和碱性盐（NaHCO3、Na2CO3）按不同比例混合，按照碱浓度增加的原则设定4个处理组，每组又设5个浓度（25、50、100、150、200 mmol·L-1），测定20种混合盐碱胁迫下藜麦种子发芽率、发芽势、胚芽和胚根长等生长指标。结果表明：混合盐碱浓度与发芽势、发芽率呈现负效应，且对发芽势达到极显著负相关（P<0.01）；随着盐碱浓度的增加，种子发芽势和发芽率均呈下降趋势，碱性越强，下降幅度越大，且发芽势受浓度影响较大，发芽率受影响不显著，说明藜麦具有较强的适应盐碱的能力。盐碱浓度对于胚芽长和胚根长呈极显著负相关（P<0.01）；随浓度增加，胚芽与胚根长呈现不同趋势，胚芽长逐渐减低，胚根长则先增加后降低，并且碱性越大，下降幅度越大。

关键词：藜麦；混合盐碱；胁迫；萌发

中图分类号：S519 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2018）09-0051-05

Abstract In order to study the effects of complex salt-alkali stresses on seed germination of Chenopodium quinoa， we mixed the neutral salt （NaCl， Na2SO4） and basic salt （NaHCO3， Na2CO3） under different scale， and designed four treatment groups according to the principle of the scale of basic salt increasing. Every group had five concentrations （25， 50， 100， 150， 200 mmol·L-1）. The germination percentage， germination energy， the length of gemmule and radicle of C. quinoa were measured under the 20 different complex salt-alkali conditions. The results indicated that the complex salt-alkali concentration had negative effects on germination percentage and germination energy， and significantly negatively correlated with germination energy（P<0.01）. The germination percentage and germination energy showed the trends of decreasing with the increase of salt-alkali concentration， and the stronger the alkalinity was， the greater the decrease was. The effect of salt-alkali concentration on germination energy was greater than that on germination percentage. All these indicated that the C. quinoa had higher ability of resisting the complex salt-alkali stress. There was significantly negative correlation between the salt-alkali concentration and the length of gemmule and radicle（P<0.01）. The length of gemmule and radicle showed different trends when the concentration increased. The gemmule length decreased gradually， while the radicle length increased firstly and then decreased， and the greater the alkalinity， the greater the decline.

Keywords Chenopodium quinoa； Complex salt-alkali； Stress； Germination

盐堿胁迫是当前影响农业生产和土地生产力的最主要胁迫因子之一。全球25%的土地面积受盐渍化影响[1-4]。由于人为不合理灌溉、过度使用化肥、砍伐森林、破坏植被以及温室效应导致的气候变暖等因素，使土壤盐碱化日益严重。据统计，全球盐碱地面积每年以（100～150）×104 hm2 的速度在增加，严重威胁生态环境和影响农业的可持续发展[5，6]。我国东北、西北地区盐碱地多为复合型盐碱地，成分为碱性盐（NaHCO3、Na2CO3），兼有中性盐（NaCl、Na2SO4）， 盐化与碱化作用往往相伴发生[7]，对植物造成盐胁迫与碱胁迫危害。碱性盐往往具有高pH值，所以对植物的危害更大。近年来研究盐、碱胁迫的越来越多，往往都集中于单纯的盐胁迫或是碱胁迫，或是两者的比较，而对混合盐碱胁迫研究的很少。

藜麦原产于玻利维亚、智利和秘鲁一带的安第斯山脉，喜热带、亚热带干湿气候，生长气温为2～35℃，生长适温14～18℃，是苋科藜亚科藜属一年生自花授粉植物。在营养生长阶段可耐轻度霜冻（-1～0℃），在种子结实之后可耐-6℃低温；为短日照植物，性喜强光；喜高海拔地区，最适栽植于海拔3 000～4 000 m的山地或高原上；为耐盐碱植物，适宜的土壤为pH值4.5～9.5且排水良好的砂质壤土或壤质砂土。藜麦籽粒中含有丰富的蛋白质、类胡萝卜素和VC，其蛋白质中氨基酸组成均衡，赖氨酸（5.1%～6.4%）和蛋氨酸（0.4%～1.0%）含量较高[8]；藜麦籽实的灰分含量（3.4%）高于水稻（0.5%）、小麦（1.8%）及其它传统禾谷类作物，而且籽实中富含大量矿质营养，如Ca、Fe、Zn、Cu和Mn，其中，Ca（874 mg·kg-1）和Fe（81 mg·kg-1）含量明显高于大多数常见谷物[9]，因而藜麦被国际营养学家称为“营养黄金”“超级谷物”和“未来食品”。联合国粮农组织认为藜麦是唯一一种可满足人体基本营养需求的单体植物，并正式推荐藜麦为最适宜人类的全营养食品[10]，所以藜麦有望成为适应盐碱环境、符合绿色健康饮食的优良之选，其推广种植具有非常重要的意义。

藜麦引种已遍布全球，成为食品领域的研究热点，我国藜麦种植最早可追溯到1990年，在西藏地区进行试种，现今在山西、甘肃和吉林等广泛种植成功[11]。目前关于藜麦盐碱胁迫的研究很少，本研究首次用复合盐碱胁迫藜麦种子，以初步探讨藜麦的抗复合盐碱能力，为藜麦在贫瘠地区的推广、在复合盐碱土地种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试藜麦种子采自山西静乐县。于2018年3月在山东省蚕业研究所日光温室内进行本试验。

1.2 试验方法

1.2.1 混合盐碱条件的模拟 将 NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3按不同比例混合，以碱性盐所占比例由小到大依次标为A、B、C、D。每组内又设 5个浓度， 其混合盐总浓度依次为 25、50、100、150、200 mmol·L-1。因此本试验共模拟出 20 种盐度及碱度各不相同的盐碱条件（表1）。

1.2.2 种子萌发试验 按照1.2.1的方法配好复合盐碱溶液，共20种盐度和碱度不同的溶液，以清水作为对照（CK），每个盐碱溶液设3个重复。藜麦种子用0.1%KMnO4消毒10 min，流水冲洗，置于垫有2层滤纸的培养皿（Φ=7 cm）中。每个培养皿放30粒种子，置于光照培养箱中，以研究复合盐碱胁迫对藜麦种子萌发的影响。种子发芽以胚根长为种子长的2倍、胚芽与种子等长作为萌发标准[12]，从试验的第2 d开始计数，萌发量连续3 d不增加视为发芽结束。试验进行10 d，第10 d测定胚芽长和胚根长。

种子萌发参数：发芽率（%）=培养第5 d萌发种子数/试验种子数×100（5d后各组发芽数不再增加）；发芽势（%）=第2 d发芽种子数/试验种子数×100（培养的第2 d对照组达到日发芽最高值）。

1.3 数据处理

试验数据用SPSS 21.0软件进行分析，对混合盐碱胁迫下的藜麦发芽势、发芽率、胚芽长和胚根长进行双因素方差分析，并分别进行单因素方差分析，比较每个指标在各个处理和浓度组合下的差异性，用Microsoft Excel作图。

2 结果与分析

2.1 混合盐碱胁迫对藜麦种子发芽率和发芽势的影响

双因素方差分析结果表明：浓度、处理、浓度与处理的交互作用极显著影响藜麦的发芽势和发芽率（P<0.01，表2）。随着盐碱浓度的增加，发芽势和发芽率均呈现下降趋势，处理的碱性越强，下降的幅度越大，如在浓度为100 mmol·L-1时，D处理组的发芽势和发芽率为65%和81%，当浓度达到200 mmol·L-1时，与100 mmol·L-1相比，分别下降69%和49%。对于发芽势，A、B、C、D各组的CK与混合盐碱浓度25 mmol·L-1时的发芽势差异不显著，C、D组与浓度50 mmol·L-1时的发芽势差异也不显著，当浓度超过100 mmol·L-1时，达到显著水平。由此可见，混合盐碱浓度较低（﹤50 mmol·L-1）对于发芽势的影响不大，浓度增加至100 mmol·L-1以上时，影响较大。对于发芽率，除了B组，CK与浓度200 mmol·L-1处理差异达到顯著以外，与其它各浓度处理差异均不显著，说明混合盐碱浓度小于200 mmol·L-1，对于藜麦的发芽率影响不大。可见，随着混合盐碱溶液的浓度增加、碱性增强，对于发芽势的影响比发芽率大，初步得出藜麦的耐盐碱能力较强（图1）。

2.2 混合盐碱胁迫对藜麦胚芽长和胚根长的影响

双因素方差分析结果（表2）表明：浓度、处理、浓度与处理的交互作用极显著影响藜麦的胚芽长和胚根长（P<0.01，）。由图2可以看出，随着浓度增加，胚芽长与胚根长呈现不同的趋势，胚芽长逐渐减低；胚根长A、D处理组基本呈逐渐减低趋势，B、C处理组基本呈先增加后降低趋势，并且碱性越大，下降的幅度越大。

对于胚芽长，除了C处理组以外，A、B、D处理组浓度25 mmol·L-1时与对照差异都不显著，当浓度超过100 mmol·L-1则显著低于对照。对于胚根长，B、C处理组根长增加量都在25 mmol·L-1时达到最大，且与对照相比均达到显著水平（P<0.05），分别比对照增加41%和15%；当浓度超过100 mmol·L-1时，下降的幅度非常大，与对照差异显著。A处理组，CK胚根长为34.27 mm，盐碱浓度100 mmol·L-1时为3.61 mm，下降89.5%；D处理组，盐碱浓度100 mmol·L-1时胚根停止生长，A处理组为3.61 mm ，B为3.56 mm ，C为2.95 mm。

胚芽对于盐碱胁迫的敏感度较胚根弱。当浓度为100 mmol·L-1时D组胚芽长可达3.91 mm，其胚根已不生长；B组的根长与浓度为50 mmol·L-1相比显著缩短，到浓度为150 mmol·L-1时已经烂掉取不出完整幼苗。

3 讨论与结论

土壤盐渍化是威胁我国农业发展的一个重要问题，我国盐碱地面积有近1.0×108 hm2，有非常大的开发利用潜力。在大面积的盐渍地里，盐生植物是特有的生态系统组分。据统计，我国现今约有该类植物500多种。在众多盐碱土改良方法中，耐盐植物改良技术具有费用少、见效快、经济效益好等优点，受到广泛关注。有研究结果表明，种植盐生植物后土地的覆盖面积加大，植物蒸腾取代了土壤蒸发，使地下水的盐分不能在土壤表层积累而滞留在土壤深层，从而避免土壤耕作层的盐渍化，若干年后盐碱土即改造为良田。在这方面，澳大利亚中部地区、印度旁遮普地区已取得成果和经验[13]。王秀萍等[14]研究表明，种植养心菜可促进土壤含盐量降低，使土壤逐步脱盐，同时得益于养心菜根系发达，致使土壤通透性增强、板结状况改善，微生物量增加。碱蓬对盐碱地具有较好的适应性，同时具有良好的经济价值，还可以促进重金属和有机物污染的生物修复，对改良盐碱地具有明显的效果[15-21]。

藜麦是一种兼性盐生植物，能耐受相当于海水的盐浓度[22，23]，是一种非常耐盐的植物[24-26]，有望开发成为改良盐碱土的优良作物。本研究证实：A处理组，当浓度为200 mmol/L时仍有发芽现象，可见当盐碱土为中性盐时，对于藜麦的萌发影响不大。研究还表明：盐碱浓度与发芽势、发芽率呈现负效应，而且对于发芽势而言，达到极显著负相关（P<0.01）。随着盐碱浓度的增加，发芽势和发芽率均呈现下降趋势，处理的碱性越强下降的幅度越大。当盐碱浓度较低时，发芽势与对照相比差异不显著，当浓度超过100 mmol·L-1时，差异达显著水平，而发芽率受浓度影响不大，只在浓度达到200 mmol·L-1时达到显著水平。由此可见，藜麦种子发芽势受浓度影响较大，发芽率受浓度影响较小，即藜麦具有较强的适应盐碱的能力。这与季平等[27]的研究结果相一致。

胚根与胚芽生长是种子萌发期向苗期过渡的重要阶段，也是植物能否在盐碱环境下生存的决定性阶段。盐碱浓度对于胚芽长和胚根长，呈极显著负相关（P<0.01），随着浓度的增加，胚芽与胚根长呈现不同的趋势，胚芽长逐渐减低，胚根长基本先增加后降低，并且碱性越大，下降的幅度越大。胚根长在低盐碱浓度下显著高于对照，表明低浓度盐碱溶液对藜麦根系的生长有促进作用，而高浓度盐碱溶液显著抑制了根系生长，随着碱性盐比例的增加，抑制作用增强。胚芽的下降幅度比胚根小，当D组浓度为100 mmol·L-1时，胚芽长为3.91 mm，而胚根长为零，说明胚芽对于盐碱胁迫的敏感度较胚根弱。

参 考 文 献：

[1] Yeo A. Predicting the interaction between the effects of salinity and climate change on crop plants[J]. Scientia Horticulturae，1998，78（1/2/3/4）：159-174.

[2] Yamaguchi T，Blumwald E. Developing salt-tolerant crop plants：challenges and opportunities[J]. Trends in Plant Science，2005，12（10）：615-620.

[3] Ashraf M. Biotechnological approach of improving plant salt tolerance using antioxidants as markers[J]. Biotechnology Advances，2009，27（1）：84-93.

[4] Parida A K，Das A B. Salt tolerance and salinity effects on plants：a review[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2005，60（3）：324-349.

[5] Darwish T，Atallah T，Moujabber E I，et al. Salinity evolution and crop response to secondary soil salinity in two agro-climatic zones in Lebanon[J]. Agricultural Water Management，2005，78（1/2）：152-164.

[6] Luchli A，James R A，Huang C X，et al. Cell-specific localization of Na+ in roots of durum wheat and possible control points for salt exclusion[J]. Plant Cell Environ.，2008，31（11）：1565-1574.

[7] 徐芬芬，羅雨晴. 混合盐碱胁迫对芹菜种子萌发的影响[J]. 生物加工过程，2012， 10（1）：63-66.

[8] Bhargava A，Shukla S，Ohri D. Genetic variability and interrelationship among various morphological and quality traits in quinoa （Chenopodium quinoa Willd.）[J]. Field Crops Research，2007，101（1）：104-116.

[9] Vega-gálvez A，Miranda M，Vergara J，et al. Nutrition facts and functional potential of quinoa （Chenopodium quinoa Willd.），an ancient Andean grain：a review[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2010，90（15）： 2541-2547.

[10] 谭斌，谭洪卓，刘明，等. 粮食（全谷物）的营养与健康[J]. 中国粮油学报，2010， 25（4）：100-107.

[11] 肖正春，张广伦. 藜麦及其资源开发利用[J]. 中国野生植物资源，2014，33（2）：62-66.

[12] 杨宏伟，刘文瑜，沈宝云，等. NaCl胁迫对藜麦种子萌发和幼苗生理特性的影响[J]. 草业学报，2017，26（8）：146-153.

[13] 赵可夫. 盐生植物资源及盐碱土改良利用研究动态[J]. 资源与环境，1989，1（1）：40-43.

[14] 王秀萍，张国新，鲁雪林，等. 养心菜的耐盐性及其对滨海盐碱土的改良效果研究[J].安徽农业科学，2010，38（4）：1796-1799.

[15] 邹桂梅，苏德荣，黄明勇，等. 人工种植盐地碱蓬改良吹填土的试验研究[J]. 草业科学，2010，27（4）：51-56.

[16] 张立宾， 徐化凌， 赵庚星. 碱蓬的耐盐能力及其对滨海盐渍土的改良效果[J]. 土壤， 2007，39（2）：310-313.

[17] 赵可夫，范海，江行玉，等. 盐生植物在盐渍土壤改良中的作用[J]. 应用与环境生物学报，2002，8（1）：31-35.

[18] 林学政，沈继红，刘克斋，等. 种植盐地碱蓬修复滨海盐渍土效果的研究[J]. 海洋科学进展，2005，23（1）：65-69.

[19] 林学政，陈靠山，何培青，等. 种植盐地碱蓬改良滨海盐渍土对土壤微生物区系的影响[J]. 生态学报，2006，26（3）：801-807.

[20] 刘玉新，谢小丁. 耐盐植物对滨海盐渍土的生物改良试验研究[J]. 山东农业大学学报（自然科学版），2007，38（2）：183-188.

[21] 秦嘉海，吕彪，赵芸晨. 河西走廊盐土资源及耐盐牧草改土培肥效应的研究[J]. 土壤， 2004，36（1）：71-75.

[22] 周希琴，莫灿坤. 植物重金属胁迫及其抗氧化系统[J]. 新疆教育学院学报，2003，19（2）：103-108.

[23] 罗通，黄鹤平. Ag+、Pb2+对轮藻3种酶活性的影响[J].四川师范大学学报（自然科学版），2005，28（2）：238-241.

[24] Gómez-Pando L R，lvarez-Castro R，de la Barra E. Effect of saltstress on Peruvian germplasm of Chenopodium quinoa Willd：a promising crop[J]. J. Agro. Crop Sci.，2010，196（5）：391-396.

[25] Jacobsen Sven-Erik. The worldwide potential for quinoa （Chenopodium quinoa Willd.） [J]. Food Rev. Int.，2003，19 （1/2） ：167-177.

[26] Hariadi Y，Marandon K，Tian Y，et al.Ionic and osmotic relationsin quinoa （Chenopodium quinoa Willd.） plant grown at varioussalinity levels[J]. J. Exp. Bot.，2011，62 （1） ：185-193.

[27] 季平，張鹏，徐克章，等. 不同类型盐碱胁迫对大豆植株生长性状和产量的影响[J].大豆科学，2013，32（4）：477-481.

[28] 张晓磊，刘晓静，齐敏兴，等. 混合盐碱对紫花苜蓿苗期根系特征的影响[J]. 中国生态农业学报，2013，21（3）：340-346.