硝酸钾胁迫对小白菜种子萌发和幼苗生长的影响

赵佳秀， 徐福蕾， 黄武建， 钱晓晴

(1.扬州大学， 江苏 扬州 225009；2.江苏沃绿宝生物科技有限公司研究生工作站， 江苏 扬州 225009；3.扬州大学土壤健康研究所， 江苏 扬州 225009)

小白菜(BrassicacampestrisL.ssp.Chinensis Makino Var.communis)原产中国，俗称青菜，是人们喜爱的大众化蔬菜。设施蔬菜的栽培已逐渐成为我国蔬菜生产重要的生产方式，但与其相匹配的蔬菜生产

管理技术相对落后,同时农户惯以 “多肥多产”的盲目理论，致使设施土壤出现硝酸钾积聚、次生盐渍化等系列问题[1-5]。土壤硝酸钾积聚是设施土壤退化的重要表现形式和主要特征之一[6]。姚玉霞等[7]研究表明，设施土壤中硝态氮含量显著高于露天栽培。沈灵凤等[8]硏究表明，表层设施蔬菜土壤硝态氮累积量随着施肥量的增加而增加。土壤硝酸钾积聚直接或间接影响植物生长中重要的生命过程, 如种子萌发[9-10]、叶片光合作用和荧光特性[11-12]、植物体新陈代谢[13-14]、营养元素吸收与利用[15]及作物产量[16-17]等，使小白菜的萌发和生长受到明显抑制，产量和品质降低[18]。

植物能否在盐胁迫下生存，首先表现在种子萌发期和幼苗期的生长情况[19-23]。目前, 已有大量关于NaCl胁迫种子萌发的研究[24-27]，而关于硝酸钾胁迫对小白菜种子萌发影响的研究很少，但硝酸钾却是设施土壤中积累最快、数量最多的盐类物质[28]。在硝酸钾中KNO3常作为小白菜的氮肥[29]，在生产上大量使用，一方面使土壤硝酸钾大幅度积累，另一方面使土壤pH降低，Fe、Al等元素可溶性提高，进一步使得土壤盐溶液浓度增加，盐浓度的大幅度提高导致小白菜生理失水，N素代谢失调，生长受抑制甚至死亡，同时土壤硝酸钾大量积累也会造成小白菜硝酸钾含量富集，危害人体健康[30-31]。因此，本研究以小白菜为材料，设置不同KNO3浓度，探究在不同浓度的KNO3胁迫下小白菜种子萌发和幼苗生长的变化，以期阐明小白菜种子在KNO3胁迫下的适应情况，为后期研究小白菜在KNO3胁迫下的改良方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小白菜种子为蟋蟀牌上海青，由长沙市银田蔬菜种子实业有限公司生产。

1.2 试验方案与分析方法

选用健康饱满无病毒的小白菜种子，将种子均匀播于直径为9 cm，铺有2层滤纸的培养皿中，每皿播50粒种子。试验设6个处理(T 1为对照(蒸馏水)；T 2为30 mmol·L-1KNO3溶液;T 3为60 mmol·L-1KNO3溶液；T 4为90 mmol·L-1KNO3溶液；T 5为120 mmol·L-1KNO3溶液；T 6为150 mmol·L-1KNO3溶液)，5个重复。置于温度为(25±1)℃的恒温培养箱中萌发培养3 d。种子培养期间，在萌发旺盛阶段(24～60 h)，每隔6 h记录发芽数，子叶萌发数，其余时间每隔12 h记录一次，并按时补充相对应的培养溶液。试验于72 h后停止计数。

1.3 测定项目与方法

以胚根达2 mm作为发芽标准[32]，72 h计算发芽率，30 h计算发芽势。

参考杨波等[33]对种子活力指数和发芽指数的计算方法，参考李志萍等[34]对种子耐性指数和相对盐害率的计算方法，胚根和胚茎长度测定用游标卡尺随机测定各个处理中12株幼苗，取平均值，然后分别切取6个处理全部的小白菜胚根、胚茎、胚芽，用四位天平称量鲜重，计算平均值,表示为g·(50株)-1。

1.4 数据分析

原始数据使用Excel软件进行处理，差异显著性分析用SPSS 19.0软件采用LSD和Duncan方法。

2 结果与分析

2.1 KNO3胁迫对小白菜种子萌发特性的影响

由表1可知，随着KNO3胁迫浓度的升高，小白菜种子的发芽势逐渐降低，与T 1相比，T 2处理没有明显变化，其余处理的发芽势均显著低于T 1 (p<0.05)。其中T 6处理种子的发芽势最低，只有18.80%，与T 1相比降低了79.74%，严重抑制了种子的发芽势。

表1 不同浓度KNO3胁迫对小白菜种子萌发的影响

随着KNO3胁迫浓度的升高，小白菜种子的发芽率和发芽指数逐渐降低,各处理的发芽率均显著低于T 1。盐浓度的提高抑制种子的发芽率和发芽指数。

小白菜种子的活力指数随着KNO3胁迫浓度的升高而显著降低,各处理的活力指数均显著低于T 1。各处理活力指数分别为66.52%、71.22%、84.88%、89.70%、95.94%，严重抑制种子的活力指数。

各处理的小白菜种子都从12 h开始萌发，T 1的萌发时间和速率均最快，并随着培养时间的增加，各处理的发芽率都在提高，24～36 h各处理的萌发速度最快，36～72 h各处理萌发速度逐步减慢，直至停止萌发。总体发芽率表现为T 1>T 2>T 3>T 4>T 5>T 6。

图1 不同浓度KNO3对小白菜种子发芽率的影响

由图2可知,从24 h开始，小白菜种子子叶开始萌发，并随着培养时间的增加，各处理的子叶萌发率都在提高，36～48 h各处理萌发速度最快，48～72 h各处理萌发速度逐步减慢，直至停止增长。与T 1相比，各处理的子叶萌发率都低于对照，其中T 5、T 6处理与对照差异明显，在72 h处T 5、T 6处理分别较对照子叶萌发率降低10.66%、16.79%。总体子叶萌发率表现为T 1>T 2>T 3>T 4>T 5>T 6。

图2 不同浓度KNO3对小白菜种子子叶萌发的影响

由图3可知，各处理的小白菜种子从48 h开始死亡，并随着培养时间的增加，各处理种子死亡率均增加，60～72 h死亡速度开始减慢。与T 1相比，各处理的死亡率都高于T 1，T 2、T 3处理与T 1无明显差异，T 5、T 6处理与T 1差异明显，在72 h时T 5、T 6处理的死亡率分别为60.40%、84.80%，较T 1死亡率提高了98.68%、99.06%。总体死亡率表现为T 1

图3 不同浓度KNO3对小白菜种子死亡率的影响

2.2 小白菜种子耐盐性指标对KNO3浓度的响应

由图4可知,小白菜的耐性指数随着KNO3胁迫浓度的升高而逐渐降低，且与T 1呈显著性差异，在T 2、T 3、T 4、T 5、T 6处理下小白菜种子的耐性指数分别为33.46%、28.78%、15.12%、10.30%和4.06%。

图4 小白菜耐盐性指标对KNO3浓度的响应

小白菜的胚根相对盐害率随着KNO3胁迫浓度的升高而逐渐升高，且与T 1呈显著性差异。在T 2、T 3、T 4、T 5、T 6处理下小白菜根系相对盐害率分别为60.91%、63.87%、80.08%、85.52%和93.37%。

2.3 KNO3浓度对小白菜种子幼苗生长状况的影响

由图5可知，胚根的长度随着KNO3浓度的增加而显著下降，胚茎则先升高再降低，T 2处理增加最高，达22.42%，在T 5处理下，小白菜胚根和胚茎的长度只有0.336 cm和0.609 cm，严重影响其生长，小白菜种子出现大面积的倒伏。在T 6处理下，小白菜胚根和胚芽的长度仅为0.154 cm和0.347 cm，无法正常生长。

图5 KNO3胁迫对小白菜种子胚根、胚茎生长的影响

由图6可知,随着KNO3胁迫浓度的增加，小白菜种子胚根的鲜重逐渐降低，胚茎、胚芽、植株的鲜重呈先增后降的趋势，但升高幅度不大，各处理均与T 1呈显著差异，其中在胚根、胚茎上表现最为明显。T 5处理与T 1相比胚根、胚茎分别降低了86.07%、80.55%。在T 6处理下，小白菜的根重、茎重几乎为0，与T 1相比分别降低了96.92%，93.58%。

图6 KNO3浓度对小白菜种子幼苗胚根、胚茎、胚芽、植株鲜重的影响

3 讨论与小结

大量研究表明，植物种子萌发受到盐胁迫的抑制作用[35-37]。本研究表明，各处理的KNO3溶液胁迫均抑制小白菜种子的发芽势、发芽率、发芽指数、子叶萌发率、活力指数和耐性指数，且随着盐胁迫浓度的增加，抑制效果越明显。小白菜种子的根系相对盐害率和死亡率随着盐胁迫浓度的增加而增加，120 mmol·L-1KNO3处理下小白菜根系相对盐害率和死亡率分别为85.53%、60.4%，严重抑制其生长。150 mmol·L-1KNO3处理下小白菜根系相对盐害率和死亡率分别为93.37%、84.8%，在此浓度下小白菜几乎不能生长。

试验观察到，随着盐浓度的不断增高，叶片逐渐由T 1处理的深绿色转为浅绿色(T 2～T 4处理)再转为黄绿色(T 5处理)，最终转为黄白色(T 6处理)。可能是由于KNO3对叶绿素等光合色素的合成存在抑制作用，进而影响植物的光合作用，最终导致幼苗生长受到影响[23]。

随着盐浓度的增加，胚根的长度和重量呈显著下降趋势。胚茎的长度和重量呈先升高再降低，但升高幅度不大，各处理与对照相比均呈显著差异，胚根、胚芽的生长对盐浓度十分敏感，盐浓度较高时，胚根、胚芽无法正常生长，种子萌发受到严重抑制。120、150 mmol·L-1KNO3处理对小白菜种子具有很强的抑制作用。