NaCl胁迫对紫花苜蓿种子萌发，幼苗生长及生理特性的影响

苗涵，王鲁北，王振南，李富宽，王慧，杨燕，吕慎金

(1.临沂大学农林科学学院，山东 临沂 276000；2.临沂市城市管理综合服务中心，山东 临沂 276000；3.临沂市农业科学院，山东 临沂 276012)

土壤盐渍化是我国面临的主要环境问题[1]。据统计，我国盐土面积为1 600万hm2(不包括滨海滩涂)，并呈不断扩大的趋势。因此，改良利用盐碱地对于发展现代农业生产具有重要意义。紫花苜蓿(Medicagosativa)是一种在世界上广泛种植的豆科牧草，较耐盐碱，是改良盐碱地的理想植物[2-3]。但当盐浓度过高时，苜蓿种子的发芽率及幼苗的成活率受到严重抑制[4-5]，严重阻碍了苜蓿草地的建植。目前，已有研究报道了盐胁迫对苜蓿种子萌发和幼苗生长的影响[5-8]，所测发芽指标以及幼苗生理指标，如发芽率、发芽势、脯氨酸含量、抗氧化酶活性等均能较好地揭示种子萌发及幼苗生长在盐胁迫下的变化。如紫花苜蓿种子的发芽率随盐浓度的提高显著下降[5]；盐胁迫下紫花苜蓿品种的相对发芽率和相对发芽势随着盐浓度的升高呈降低趋势[9]；盐胁迫引起紫花苜蓿脯氨酸含量的增加[10]，但随着盐浓度的增加，其变化规律尚未进一步探索。另外，植物的生长是一个连续的过程，种子萌发对盐胁迫的响应会进一步影响幼苗的生长特性[11]。因此，本研究分析了不同浓度NaCl处理下，紫花苜蓿种子的萌发及幼苗的生长随盐浓度增加的变化，并探讨了其间的偶联关系，以进一步揭示紫花苜蓿对盐胁迫的响应机理。

1 材料和方法

1.1 试验材料

紫花苜蓿品种为阿尔冈金。种子由济南市天桥区澳荷畜牧良种销售中心提供。

1.2 试验方法

挑取饱满的种子，采用0.1% KMnO4溶液消毒20 min，用清水冲洗干净。用蒸馏水浸种12 h。采用直径为10 cm的培养皿，培养皿中均匀铺放2层湿润滤纸，每皿放入100粒种子。缓慢加入不同浓度(0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%)的NaCl溶液4 mL，0%浓度为对照。将培养皿放置在人工气候箱中，温度设置为25℃，光照/黑暗时间为16 h/8 h，培养7 d后统计相关萌发指标，并在第7 d称取0.5 g全株(鲜重)，测定相关生理指标。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 种子萌发相关指标 以胚根长度为种子长度的2倍，胚芽与种子等长作为种子萌发标准，每天统计发芽的种子数后计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。计算公式如下：

发芽率(Germination rate,GR,%)=(7 d时正常发芽的种子数/100)×100%

发芽势(Germination potential,GP,%)=(4 d时正常发芽的种子数/100)×100%

发芽指数(Germination index,GI)=∑(Gt/Dt)

活力指数(Vigor index,VI)=GI×第7 d正常幼苗平均鲜重

式中，Dt为第t天，Gt为与Dt相应的发芽种子数。

于第7 d随机取10株苗，用直尺测量苗长度、根长度，以称重法称量苗鲜重、根鲜重。将称量完鲜重的苗与根于65℃烘干24 h，称量苗、根干重，计算全株鲜重和干重，进而计算苗、根和全株植物的绝对含水量。每个处理均设置3个重复。

全株鲜重(g)=苗鲜重+根鲜重

全株干重(g)=苗干重+根干重

苗(或根、全株)绝对含水量(%)=[1-苗(或根、全株)干重/苗(或根、全株)鲜重]×100%

1.3.2 生理指标测定 对全株进行生理指标测定。丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸氧化比色法测定[12]；可溶性糖(WSS)含量用蒽酮法测定[13]；脯氨酸(Proline)含量用磺基水杨酸法测定[14]；过氧化物酶(POD)活性用愈创木酚法测定[15]；过氧化氢酶(CAT)活性用过氧化氢-碘量法测定[16]；超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮蓝四唑光还原法测定[17]；可溶性蛋白(SP)含量用考马斯亮蓝法测定[18]。

1.4 数据统计与分析

各指标测定重复3次。采用Excel 2003进行数据录入及作图，SPSS 17.0 One-Way ANOVA进行差异性统计分析，SPSS17.0构建相关性模型。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的影响

随着NaCl浓度的升高，紫花苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈现降低趋势(表1)。发芽率在高浓度(1.5%和1.8%)NaCl胁迫下显著降低(P<0.05)，低浓度胁迫下不显著(P>0.05)。但NaCl胁迫均显著延缓了种子的发芽速度，并且随着NaCl浓度的增加，种子发芽势、发芽指数、活力指数均呈显著降低的趋势。说明NaCl胁迫对种子的萌发有抑制作用。

表1 不同浓度NaCl处理下的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数

2.2 NaCl胁迫对苗高、根长和全株长的影响

随着盐浓度的增加，紫花苜蓿苗高、根长和全株长先增加后降低。NaCl浓度为0.3%时，苗高、根长和全株长显著增加(P<0.05)，高浓度NaCl(1.5%，1.8%)胁迫显著降低了苗高、根长和全株长(P<0.05)。其他浓度间无显著变化(P>0.05)(表2)。

表2 不同浓度NaCl处理下的苗高、根长和全株长

2.3 NaCl胁迫对幼苗鲜重、干重及绝对含水量的影响

NaCl胁迫对紫花苜蓿鲜重、干重及绝对含水量影响显著(P<0.05)(表3)。随着NaCl浓度的增加，苗鲜重、全株鲜重、苗干重、全株干重呈先增加后降低的趋势，在0.9%浓度时达到最大值；但根鲜重呈显著降低的趋势；根干重只在高浓度下(1.5%和1.8%)显著降低(P<0.05)；苗和全株绝对含水量呈先增加后降低的趋势，1.2%浓度时达到最大值；但根绝对含水量呈降低趋势。NaCl胁迫显著降低了紫花苜蓿的根冠比(P<0.05)。

表3 不同浓度NaCl处理下的幼苗鲜重、干重、绝对含水量

2.4 NaCl胁迫对紫花苜蓿生理指标的影响

随着NaCl浓度增加，苜蓿MDA含量呈先增加后降低的趋势(NaCl浓度为0.3%时除外)，浓度为0.6%时最高。POD活性在NaCl为0.6%和1.5%时，显著低于其他NaCl浓度(P<0.05)。SOD活性在高浓度(1.2%、1.5%和1.8%)NaCl胁迫下显著高于低浓度胁迫(P<0.05)。CAT活性随NaCl浓度增加呈先增加后降低的趋势(0.3%和1.5% NaCl浓度除外)。脯氨酸含量在NaCl为0%、1.5%和1.8%时显著高于其他浓度(P<0.05)。随着NaCl浓度的增加，WSS含量显著降低，SP含量显著增加(P<0.05)，但0.9%浓度时不显著(表4)。

表4 不同浓度NaCl处理下紫花苜蓿幼苗的生理特征

2.5 紫花苜蓿幼苗生长性状、生理特征与种子萌发的关系

紫花苜蓿幼苗苗长、根长、全株长、根鲜重、根干重、根绝对含水量与种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数基本呈极显著正相关(P<0.01)(表5)。

表5 紫花苜蓿幼苗生长性状与种子萌发的关系

3种抗氧化酶中，只有SOD酶活性与发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈极显著负相关(P<0.01)。脯氨酸含量与发芽率、发芽势呈极显著负相关(P<0.01)，与种子活力指数呈显著负相关(P<0.05)。可溶性糖含量与发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈显著正相关(P<0.05)。可溶性蛋白含量与发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈极显著负相关(P<0.01)(表6)。

表6 紫花苜蓿幼苗生理特征与种子萌发的关系

3 讨论

土壤盐渍化是我国面临的主要环境问题，其严重限制了植物的萌发与生长。紫花苜蓿较耐盐碱，是改良盐碱地的理想植物。但随着盐浓度的升高，对紫花苜蓿种子萌发的抑制效应越显著[19]，这在本研究也得到了相似的结果。但也有研究表明，NaCl浓度过高时才抑制苜蓿种子的萌发，而低浓度的NaCl处理能促进发芽率、发芽势等[19-21]。另外，高浓度的NaCl胁迫抑制了苜蓿幼苗的长度及质量，但低浓度的NaCl胁迫因苜蓿品种的不同或抑制或促进[22]。在本研究中，低浓度NaCl处理诱导了苗高、根长和全株长的增加，促进了幼苗和全株鲜重、干重和绝对含水量的增加，但抑制了根干重和鲜重的积累，且幼苗根冠比随NaCl浓度的增加显著降低，说明NaCl胁迫对根系抑制效应更显著。本研究表明，紫花苜蓿种子的萌发情况与幼苗根系的长度、重量及绝对含水量呈显著正相关，而与苗和全株的重量、绝对含水量关系基本不显著，这更加说明NaCl胁迫对紫花苜蓿根生长的抑制作用更显著。

紫花苜蓿发芽过程中受NaCl胁迫，其内部生理生化特性亦发生异常。一般情况下，NaCl胁迫打破了植物体内活性氧的代谢平衡，从而使膜脂过氧化物的最终分解产物丙二醛随NaCl浓度的增加呈显著增加的趋势[23]。但本研究中，MDA呈先增加后降低的趋势，这可能是由于高NaCl浓度抑制了弱势苜蓿种子的发芽，使剩余发芽的种子具有较高的抗盐性。这在本研究中得到了一定的证实，即保护性物质SOD的活性、脯氨酸含量和可溶性蛋白含量与种子萌发指标呈显著的负相关。

4 结论

(1) 随着NaCl浓度的增加，紫花苜蓿种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数呈降低的趋势。

(2) NaCl胁迫影响了紫花苜蓿幼苗的形态特征，相比于苗和全株，对根生长的抑制作用更显著。