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(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室， 黑龍江 大慶 163319)

土壤鹽堿化與次生鹽堿化是造成全球土地退化和障礙農(nóng)業(yè)高效利用的主要原因之一。黑龍江省鹽堿地主要分布在松嫩平原西部的半干旱地區(qū)，約占松嫩平原總土地面積的14%，由于存在著大量的交換性Na+，且pH值(>8)和鈉吸附比(SAR)較高，土壤鹽化和堿化通常相伴而生，生態(tài)破壞力要比中性鹽土壤更大，對區(qū)域作物產(chǎn)量、品質(zhì)和效益也造成了巨大影響[1-3]。目前關(guān)于鹽堿地的生態(tài)環(huán)境改良和利用研究已經(jīng)成為研究的熱點問題，國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，在鹽堿土壤上種植耐鹽堿作物品種是鹽堿耕地高效開發(fā)利用及減輕土壤鹽堿化危害的有效途徑[4-5]。因此，深入系統(tǒng)的探討堿性鹽脅迫對作物生長發(fā)育的影響，掌握作物響應(yīng)鹽堿脅迫的生理生態(tài)機制，進而高效選育耐鹽堿作物新品種(系)，或通過有效農(nóng)藝措施提升其耐鹽堿能力，具有非常重要的理論與現(xiàn)實意義。

蕓豆(PhaseolusvulgarisL.)學(xué)名普通菜豆，為豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Faboideae)菜豆屬(Phaseolus)一年生草本植物，因其籽粒中富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、膳食纖維和多種人體必需的維生素、礦物質(zhì)，是許多國家補充植物蛋白質(zhì)營養(yǎng)的重要途徑，在貧困地區(qū)的營養(yǎng)供給和人類繁衍生存中起到了關(guān)鍵性作用，同時在發(fā)達地區(qū)膳食結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)中也是不可或缺的[6]。目前，蕓豆廣泛種植于世界90多個國家和地區(qū)，總面積達290萬hm2，占豆類種植總面積的40%。蕓豆在干旱和貧瘠的土地上常被選為“先鋒”作物，其適應(yīng)性強，生育期短，同時能起到固氮養(yǎng)地的作用，也是禾谷類作物、薯類作物的良好前茬，在干旱地區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整中具有十分重要的地位。但蕓豆屬鹽敏感型作物，土壤鹽堿化將嚴(yán)重威脅蕓豆的生產(chǎn)力和營養(yǎng)品質(zhì)[7]，從而制約我國東北地區(qū)特別是松嫩平原蕓豆播種面積和產(chǎn)質(zhì)量的進一步提高，因此，蕓豆耐鹽堿種質(zhì)的遴選和其鹽堿生境適應(yīng)機制的探究，具有非常重要的意義。

近年來，通過人工模擬堿性鹽脅迫環(huán)境，對水稻[8]、棉花[9]、玉米[10]、向日葵[11]、綠豆[12]等多種作物開展了研究，發(fā)現(xiàn)鹽堿脅迫既可以直接影響植物的生長，也可以在鹽堿脅迫產(chǎn)生的高pH值和離子毒害作用下，通過不同程度的損傷植物光合系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心[13]、葉綠體結(jié)構(gòu)[14]，抑制參與光反應(yīng)和TCA循環(huán)的酶、蛋白、光合色素合成以及葉原基生長[15-16]，間接導(dǎo)致植物碳同化量減少而影響植物正常生長，且堿性

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同。圖1 鹽堿脅迫對蕓豆種子發(fā)芽率的影響

鹽脅迫的抑制程度大于中性鹽脅迫[17]。種子萌發(fā)階段是決定植物能否在鹽堿土壤中進行生育周期的最關(guān)鍵時期[18]。前人針對蕓豆萌發(fā)期的耐鹽性研究已有相應(yīng)報道，但主要是從中性鹽脅迫條件下來研究蕓豆萌發(fā)對鹽脅迫應(yīng)答機制[19-20]，而針對松嫩平原蘇打鹽堿土特征的堿性鹽脅迫對蕓豆萌發(fā)期生理特性影響的研究鮮見報道。

因此，本試驗以耐鹽堿型和鹽堿敏感型蕓豆品種為試驗材料，用NaCl和NaHCO3分別模擬中性鹽和堿性鹽脅迫，比較不同鹽堿耐性蕓豆品種在不同鹽堿濃度下種子萌發(fā)期種子活力、生長特性、相對電導(dǎo)率和α-淀粉酶的差異變化，為利用蕓豆進行鹽堿化土壤的高效利用奠定理論基礎(chǔ)，也為鹽堿地區(qū)蕓豆豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培和品種選育提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用前期研究[21]篩選獲得的耐鹽堿型蕓豆品種(HYD)和鹽堿敏感型蕓豆品種(JW)為試驗材料。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年12月在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點實驗室進行。各蕓豆品種選擇飽滿、整齊的自然風(fēng)干種子，分別用30% H2O2種子表面消毒10 min，去離子水清洗3次，吸干表面水分后，放置于鋪有2層濾紙的發(fā)芽盒內(nèi)(15 cm×25 cm)，每盒30粒。發(fā)芽盒中分別加入0(以蒸餾水處理為對照)，50，100，150 mmol/L的NaCl和NaHCO3溶液，每個處理3次重復(fù)。種子置于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照強度50μmol/(m2·s)，濕度75%，光照/黑暗時間(12 h/12 h)，處理后開始統(tǒng)計不同處理的種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)，處理后第7天測定上胚軸長度、胚根長度和鮮重、干重，以及相對電導(dǎo)率、α-淀粉酶活性。

1.3 測定方法

1.3.1 種子萌發(fā)指標(biāo)的測定

每天觀察記錄各處理種子發(fā)芽數(shù)，使用直尺于第7天后測定上胚軸長度、胚根長度，稱取胚芽和胚根鮮重，并在70 ℃下烘至恒重后稱重，最后計算種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)(式中：Dt為發(fā)芽日數(shù)；Gt為第天的發(fā)芽數(shù))；

活力指數(shù)(AI)=S×GI(式中：S為胚根鮮重，GI為發(fā)芽指數(shù))；

相對鹽害率(%)=(對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率×100%。

1.3.2 相對電導(dǎo)率的測定(傷害率)

每個試管中加入25 mL蒸餾水，從每個處理中隨機取5粒種子放入試管中，設(shè)定3次重復(fù)，將試管放在25 ℃的培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)，12 h后用電導(dǎo)率儀測定其電導(dǎo)率R1，然后將其放在沸水中20 min，拿出冷卻至室溫后，測定其電導(dǎo)率R2。

相對電導(dǎo)率(%)=(R1/R2)×100%。

1.3.3 α-淀粉酶活性的測定

種子α-淀粉酶活性的測定參照高俊鳳[22]《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件和SPSS 11.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、制圖，采用Duncan新復(fù)極差法在α=0.05水平上進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對蕓豆種子發(fā)芽率的影響

如圖1所示，NaCl和NaHCO3脅迫均不同程度的抑制了蕓豆種子的發(fā)芽率，2個蕓豆品種的發(fā)芽率均隨鹽堿脅迫濃度的升高而呈下降趨勢，NaHCO3處理下各品種的發(fā)芽率降幅均大于NaCl處理，150 mmol/L NaHCO3和NaCl處理下，HYD較對照處理分別降低了14.91%和27.11%，JW較對照處理分別降低了35.27%和40.72%，以HYD的發(fā)芽率變化相對平緩。除對照處理外，不同濃度NaCl或NaHCO3脅迫處理下，2個蕓豆品種發(fā)芽率之間均存在明顯差異，其中以150 mmol/L NaCl處理和100 mmol/L NaHCO3處理下2品種發(fā)芽率差異較大。由此可見，蕓豆種子發(fā)芽率對NaHCO3脅迫的響應(yīng)強于NaCl脅迫，且JW較HYD對鹽堿的響應(yīng)更為敏感。

圖2 鹽堿脅迫對蕓豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖3 鹽堿脅迫對蕓豆種子活力指數(shù)的影響

2.2 鹽堿脅迫對蕓豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖2可知，2個品種的發(fā)芽指數(shù)均隨鹽堿脅迫濃度的升高逐漸下降，盡管不同濃度NaCl和NaHCO3脅迫處理發(fā)芽指數(shù)均顯著低于對照處理，但發(fā)芽指數(shù)在NaHCO3脅迫下較NaCl脅迫處理下降趨勢更為明顯。從品種差異來看，當(dāng)Na+濃度達到150 mmol/L時，NaCl和NaHCO3脅迫處理下HYD的發(fā)芽指數(shù)分別比對照降低了34.49%和58.05%，而JW在相同脅迫處理下的發(fā)芽指數(shù)分別比對照降低了40.80%和85.96%，說明在鹽堿逆境下，耐鹽堿型蕓豆品種發(fā)芽速度、發(fā)芽整齊度均優(yōu)于鹽堿敏感型蕓豆品種。

2.3 鹽堿脅迫對蕓豆種子活力指數(shù)的影響

NaCl和NaHCO3脅迫均不同程度的抑制了2個蕓豆品種的種子活力指數(shù)(圖3)，中性鹽和堿性鹽各濃度脅迫處理下，HYD的活力指數(shù)均顯著高于JW，如在150 mmol/L濃度脅迫下，2個蕓豆品種的種子活力指數(shù)均達到最低，但與對照處理相比，150 mmol/L NaCl脅迫處理導(dǎo)致HYD和JW活力指數(shù)分別降低了61.26%和71.36%，NaHCO3處理對HYD和JW則分別降低了74.40%和83.84%，這說明同等濃度脅迫處理下，中性鹽或堿性鹽對JW發(fā)芽率和活力指數(shù)具有更加明顯的抑制作用。此外，2個蕓豆品種活力指數(shù)在NaHCO3脅迫處理下的降幅大于NaHCO3脅迫處理，這說明相比于NaCl脅迫處理，相同濃度的NaHCO3脅迫處理對種子活力指數(shù)的影響更加明顯。

2.4 鹽堿脅迫對蕓豆種子相對鹽害率的影響

由表1可以看出，NaCl和NaHCO3脅迫處理均對2個蕓豆品種種子萌發(fā)過程產(chǎn)生了一定鹽害作用，并隨著脅迫濃度的增加，相對鹽害率不斷上升。通過對不同濃度中性鹽或堿性鹽脅迫處理下不同蕓豆品種間的差異進行比較分析，可以看出，JW的相對鹽害率顯著高于HYD，說明鹽堿脅迫下HYD對鹽堿脅迫的

圖4 鹽堿脅迫對蕓豆種子相對電導(dǎo)率的影響

抵抗能力要強于JW。相同處理濃度下，中性鹽與堿性鹽脅迫下種子相對鹽害率數(shù)據(jù)表明，NaHCO3脅迫處理比NaCl脅迫處理對種子的鹽害影響更加明顯。

表1 鹽堿脅迫對蕓豆種子相對鹽害率的影響

品種處理濃度(mmol/L)NaCl處理相對鹽害率(%)NaHCO3處理相對鹽害率(%)HYD00.00±0.00a0.00±0.00a504.66±0.21b14.03±0.54b1006.83±0.04d21.19±0.05d15014.91±1.14f35.27±1.18fJW00.00±0.00a0.00±0.00a509.55±0.62c17.99±1.19c10016.25±0.23e26.59±0.94e15027.11±1.21g40.72±1.22g

注：根據(jù)Duncan檢驗，同一列數(shù)據(jù)后的不同字母表示在0.05水平上差異顯著，表中數(shù)值為3次重復(fù)的平均值±SE。下同。

2.5 鹽堿脅迫對蕓豆種子生長特性的影響

由表2和表3可以看出，NaCl和NaHCO3脅迫均抑制了2個蕓豆品種種子萌發(fā)后上胚軸的生長，隨著脅迫濃度的增加，上胚軸的長度逐漸縮短。與對照相比，低濃度鹽堿脅迫對上胚軸影響不顯著，但高濃度鹽堿處理影響差異均達到顯著水平。150 mmol/L鹽堿脅迫處理下，2個蕓豆品種的上胚軸長均達到最低值，其中NaCl脅迫處理下，HYD和JW的上胚軸長度分別比對照處理降低55.60%和67.55%；NaHCO3脅迫處理下，HYD和JW的上胚軸長度分別比對照處理降低78.75%和93.83%，且品種間差異顯著，以HYD在鹽堿脅迫下上胚軸的長勢強于JW。通過分析胚根長度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同濃度中性鹽和堿性鹽處理均明顯抑制了2個蕓豆品種胚根的生長，但HYD胚根長度始終高于JW，且脅迫處理濃度達到150 mmol/L時，NaHCO3已經(jīng)完全抑制了JW胚根的生長。由此可見，同濃度脅迫處理下NaCl脅迫抑制胚根生長的程度要小于NaHCO3脅迫。

2.6 鹽堿脅迫對蕓豆種子相對電導(dǎo)率的影響

相對電導(dǎo)率的大小反映了質(zhì)膜的完整性，電導(dǎo)率越大說明質(zhì)膜的完整性越差，受到傷害的程度也越大。如圖4所示，NaCl和NaHCO3脅迫處理均增加了蕓豆種子萌發(fā)期浸出液的相對電導(dǎo)率，隨著脅迫濃度的增加相對電導(dǎo)率逐漸上升，并隨著脅迫濃度的增加，上升幅度也不斷增大，150 mmol/L 鹽堿脅迫處理下，萌發(fā)種子的相對電導(dǎo)率均達到最大，且JW的相對電導(dǎo)率上升幅度大于HYD，2個品種在NaHCO3脅迫處理下的相對電導(dǎo)率明顯高于NaCl脅迫處理。整體來看，鹽堿脅迫對JW的傷害程度顯著大于對HYD的傷害程度，且NaHCO3的破壞性要大于NaCl。

表2 NaCl處理對蕓豆種子生長特性的影響

品種處理濃度(mmol/L)上胚軸長度(cm)胚根長度(cm) HYD06.87±0.40a4.47±0.15a505.90±0.52b4.01±0.20b1004.25±0.31c3.17±0.01c1503.05±0.34e1.97±0.00eJW06.81±0.39a4.56±0.10a505.79±0.47b3.97±0.16b1003.79±0.31d2.58±0.15d1502.21±0.21f1.18±0.07f

表3 NaHCO3處理對蕓豆種子生長特性的影響

品種處理濃度(mmol/L)上胚軸長度(cm)胚根長度(cm) HYD06.87±0.06a4.47±0.22a503.61±0.23b4.06±0.08b1002.34±0.22c3.29±0.22c1501.46±0.12e1.24±0.05eJW06.81±0.43a4.56±0.03a503.56±0.31b4.08±0.00b1001.77±0.07d2.43±0.09d1500.42±0.04f0.00±0.00f

圖5 鹽堿脅迫對萌發(fā)蕓豆種子α-淀粉酶活性的影響

2.7 鹽堿脅迫對蕓豆種子α-淀粉酶活性的影響

NaCl和NaHCO3脅迫處理明顯降低了萌發(fā)期蕓豆種子的α-淀粉酶活性(圖5)，雖然0 mmol/L時2個品種的α-淀粉酶活性存在顯著差異，但隨著鹽堿脅迫處理濃度的不斷提升，2個蕓豆品種種子的α-淀粉酶活性均逐漸下降，且HYD和JW在150 mmol/L濃度脅迫下均達到最小值。此外，在響應(yīng)鹽堿脅迫濃度增加的過程中，HYD種子α-淀粉酶活性的降幅低于JW，與對照處理相比，在NaCl脅迫下HYD和JW分別降低了71.96%和74.19%，而在NaHCO3脅迫下則分別降低了76.58%和82.51%。這說明同濃度脅迫處理對JW的α-淀粉酶活性抑制程度大于HYD，且堿性鹽脅迫對萌發(fā)期蕓豆種子的α-淀粉酶活性抑制程度大于中性鹽脅迫。

3 討 論

鹽堿脅迫是影響植物生長的主要逆境脅迫因子之一。在植物整個生育期中，種子萌發(fā)期是對鹽堿脅迫反應(yīng)較為敏感的一個時期[23]，因此，本研究比較分析了不同濃度中性鹽和堿性鹽脅迫對蕓豆種子萌發(fā)特性的影響。發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)是判定種子活力的重要指標(biāo)，根據(jù)種子在不同濃度NaCl和NaHCO3脅迫溶液下的發(fā)芽情況，亦可以判定種子發(fā)芽時的耐鹽堿能力。本研究中，不同鹽堿脅迫處理下的蕓豆品種發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對鹽害率均與鹽堿處理濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與李志萍等[24]的研究結(jié)果一致。上胚軸長和胚根長是種子發(fā)芽質(zhì)量的重要指標(biāo)。從試驗結(jié)果可以看出，2個蕓豆品種的上胚軸長和胚根長均隨鹽堿脅迫處理濃度的增加而不斷下降，這與裴毅等[25]的研究結(jié)果一致。同時，HYD的上胚軸長和胚根長均高于JW，說明鹽堿脅迫下HYD種子發(fā)芽質(zhì)量高于JW。

電導(dǎo)率是反映細(xì)胞膜透性的一個重要指標(biāo)，植物在鹽堿脅迫應(yīng)答過程中，首先感受到傷害的是細(xì)胞膜，通過電導(dǎo)率的測定可以直觀反映植物細(xì)胞受傷害的程度。本研究表明，2個蕓豆品種種子電導(dǎo)率均隨脅迫處理濃度的增大而增大，其中JW的電導(dǎo)率始終大于HYD，且上升幅度也較大，這可能是由于電導(dǎo)率與質(zhì)膜完整性相關(guān)，電導(dǎo)率越大，質(zhì)膜的完整性越差的原因所致。α-淀粉酶是分解種子內(nèi)儲藏淀粉的主要酶，可使種子內(nèi)的淀粉降解成為小分子物質(zhì)，以供種子萌發(fā)和幼苗生長[26]。本研究中，2個蕓豆品種α-淀粉酶活性均隨鹽堿脅迫處理濃度的增加而降低，這與柴雁飛等[27]對油菜的研究結(jié)果一致。在中性鹽脅迫處理下，JW的α-淀粉酶活性較強，而在堿性鹽脅迫下HYD的α-淀粉酶活性較強，且鹽堿脅迫影響種子內(nèi)部α-淀粉酶活力隨鹽堿濃度的增大而降低。

在不同鹽堿脅迫處理下，同一蕓豆品種不同鑒定指標(biāo)或同一鑒定指標(biāo)下不同蕓豆品種都存在差異，這說明同一品種對不同的鹽堿類型耐性各不相同，且不同品種也因鹽堿脅迫類型的變化而異。NaCl脅迫主要因素為滲透脅迫和離子毒害作用，與NaHCO3脅迫相比，隨著鹽堿濃度的增大萌發(fā)期各指標(biāo)的下降幅度較小，說明蕓豆種子在萌發(fā)期受到NaHCO3的脅迫作用大于NaCl脅迫，這與聶江力等[28]的研究一致。本試驗表明，高濃度堿性鹽脅迫因其不僅具有離子毒害作用，同時又受高pH值的影響，使得蕓豆種子的萌發(fā)受到抑制作用更強。關(guān)于不同蕓豆品種萌發(fā)期對不同濃度中性鹽和堿性鹽脅迫處理下的響應(yīng)機制，還需要進一步研究。

4 結(jié) 論

NaCl和NaHCO3處理均不同程度的使蕓豆種子發(fā)芽率下降，萌發(fā)時間延遲，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)下降，對種子的鹽害嚴(yán)重，同時抑制了上胚軸和胚根的長勢。鹽堿脅迫也引起了蕓豆種子細(xì)胞膜透性的增強，

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且隨鹽堿脅迫強度的增加，2個蕓豆品種的相對電導(dǎo)率提升，α-淀粉酶活性降低，障礙種子萌發(fā)進程，以NaHCO3比NaCl脅迫處理對蕓豆種子萌發(fā)的抑制影響更加明顯，且HYD較JW表現(xiàn)出更好的耐鹽堿性。