郭 睿，郭晨荔，唐 榕，梁培鑫，王騰飛，何皇成，劉建國(guó)*

（石河子大學(xué)，新疆 石河子 832003）

鹽堿脅迫是僅次于干旱脅迫的第二大阻礙作物正常生長(zhǎng)發(fā)育的非生物脅迫因素，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地生產(chǎn)力造成極大破壞，全球25% 的土地面積受鹽漬化影響[1]。新疆是我國(guó)鹽漬土分布面積最廣的區(qū)域，鹽漬土面積占全國(guó)的1/3[2]。新疆鹽堿地多為復(fù)合鹽堿地，成分為堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3），兼有中性鹽（NaCl、Na2SO4），鹽化和堿化危害往往相伴發(fā)生[3]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新疆鹽堿地在技術(shù)改良方面已經(jīng)取得了較多成果，但是，還存在著很多地域、資源、成本等限制[4]，因而，當(dāng)前培育和篩選耐鹽堿的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物緩解鹽堿地對(duì)植物的影響無(wú)疑是最為經(jīng)濟(jì)有效的手段。

油沙豆（Cyperus esculentus L.）也叫油莎草，為莎草科多年生莎草屬植物，起源于非洲尼羅河流域，具有耐鹽堿、耐干旱、適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)的特點(diǎn)，油莎豆同時(shí)也是一種綜合利用價(jià)值較高的經(jīng)濟(jì)型作物，其地下部分可以榨油、地上部分可以用來(lái)作飼料。油莎豆根系發(fā)達(dá)、分蘗能力強(qiáng)，具有天然的防風(fēng)固沙的作用，因此，油莎豆不僅有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且對(duì)環(huán)境生態(tài)修復(fù)具有重要的作用[5]。新疆氣候環(huán)境條件與油莎豆起源地相似，當(dāng)前在新疆南北疆各地都有種植[6]，南疆第三師五十四團(tuán)2020年種植面積超過0.13萬(wàn)hm2，未來(lái)計(jì)劃達(dá)到0.33萬(wàn)hm2。目前，油莎豆環(huán)境生態(tài)適應(yīng)性，特別是耐鹽性方面的相關(guān)研究極少，限制了油莎豆在新疆的大規(guī)模推廣種植。本文利用2種堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3）和2種中性鹽（NaCl、Na2SO4），研究不同濃度的鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子萌發(fā)的影響，探討油莎豆種子萌發(fā)期對(duì)鹽堿脅迫的耐受能力和適應(yīng)能力，旨在為油莎豆在新疆鹽堿地區(qū)的推廣種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

油莎豆種子選用“中油莎1號(hào)”中籽粒飽滿、大小一致、無(wú)蟲眼的種子為供試材料。先在5%次氯酸鈉溶液中消毒10 min后用無(wú)菌水清洗3次，晾干后備用。

1.2 鹽、堿脅迫條件設(shè)計(jì)

以新疆綠洲荒漠鹽堿地主要鹽堿成分組成為依據(jù)，將2種中性鹽（NaCl、Na2SO4）和2種堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3）分別按照1∶2的比例混合成鹽脅迫和堿脅迫，由于油莎豆對(duì)中性鹽和堿性鹽脅迫的耐受能力不同，經(jīng)過前期的預(yù)備實(shí)驗(yàn)，鹽脅迫和堿脅迫分別設(shè)置了3個(gè)濃度梯度，分別是中性鹽低濃度（80 mmol/L）、中濃度（160 mmol/L）、高濃度（320 mmol/L）和堿性鹽低濃度（40 mmol/L）、中濃度（80 mmol/L）、高濃度（120 mmol/L），加對(duì)照（蒸餾水）共計(jì)7個(gè)處理（如表1）。

表1 各處理鹽堿濃度和pH

1.3 測(cè)定方法

鹽堿脅迫處理油莎豆種子萌發(fā)至第20 d后，將油莎豆幼苗從發(fā)芽盒中取出，用自來(lái)水漂洗沖去根上蛭石，清洗地上部，再用蒸餾水洗凈，濾紙吸干水分后，將地上部和根部分離，稱量株高、鮮質(zhì)量、根長(zhǎng)等指標(biāo)。

其中n1為種子發(fā)芽達(dá)到高峰即發(fā)芽數(shù)＞2粒時(shí)的正常發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子數(shù)。

其中n為正常發(fā)芽數(shù)，N為供試種子數(shù)。

其中，Gt為t d后的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間（d）。

其中S為幼苗的平均長(zhǎng)度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2010、sigmplot 17 處理數(shù)據(jù)，繪制圖表，采用Duncan 顯著性檢驗(yàn)方法比較不同處理間的差異性，進(jìn)行顯著性和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽率的影響

發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率是反映種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要指標(biāo)，是用于衡量種子發(fā)芽能力和生命力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)越高，出苗越快越齊。由圖1可見，在中性鹽溶液和堿性鹽溶液的處理下油莎豆種子發(fā)芽率均表現(xiàn)為隨濃度的上升而下降趨勢(shì)，說明鹽脅迫和堿脅迫都會(huì)抑制油莎豆種子的萌發(fā)。但當(dāng)中性鹽為低濃度80 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率達(dá)到了最大值86.2%，比對(duì)照高1.9%，證明低濃度鹽脅迫對(duì)種子的萌發(fā)可起促進(jìn)作用。中性鹽的濃度為80 mmol/L、160 mmol/L、320 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率分別為86.2%、62.8%和47.6%。當(dāng)堿性鹽濃度為40 mmol/L、80 mmol/L、120 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率分別達(dá)到70.3%、46.7%和34.5%，與對(duì)照相比分別下降了14.0%，37.6%和49.8%，堿性鹽處理發(fā)芽率下降幅度明顯大于中性鹽。且在中性鹽濃度達(dá)到320 mmol/L和堿性鹽濃度為120 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率下降至最低值，對(duì)油莎豆種子萌發(fā)的抑制程度最大；不僅如此，當(dāng)中性鹽、堿性鹽處理濃度相同均為80 mmol/L時(shí)，鹽脅迫下種子的發(fā)芽率高于堿脅迫下種子的發(fā)芽率，說明種子萌發(fā)不僅受鹽離子脅迫影響，還受pH影響，隨pH增大，發(fā)芽率逐漸降低。

圖1 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽率的影響

2.2 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽勢(shì)的影響

發(fā)芽勢(shì)是指發(fā)芽試驗(yàn)初期在規(guī)定日期內(nèi)，正常種子發(fā)芽數(shù)的百分率。根據(jù)圖2可知，鹽、堿脅迫處理下種子發(fā)芽勢(shì)的大小順序?yàn)镃K＞低鹽＞低堿＞中鹽＞中堿＞高鹽＞高堿。隨著中性鹽、堿性鹽濃度的增大，油莎豆種子的發(fā)芽勢(shì)逐漸降低，中性鹽的濃度為80 mmol/L、160 mmol/L、320 mmol/L 時(shí)，發(fā)芽勢(shì)分別為80.3%，59.3%和40.3%。堿性鹽處理與中性鹽濃度下發(fā)芽勢(shì)的變化基本一致，當(dāng)堿性鹽濃度從40 mmol/L增加到120 mmol/L時(shí)，發(fā)芽勢(shì)從74.6%降至31.6%。對(duì)照種子的發(fā)芽勢(shì)為82.0%，相對(duì)較高；當(dāng)鹽、堿脅迫處理濃度一致皆為80 mmol/L時(shí)，可以明顯看出鹽脅迫的發(fā)芽勢(shì)高于堿脅迫，說明堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽影響大于鹽脅迫。

圖2 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽勢(shì)的影響

2.3 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是種子每日發(fā)芽率的累積，種子萌發(fā)速度越快，活力越高。油莎豆種子發(fā)芽指數(shù)隨著鹽、堿脅迫濃度的增加而逐漸降低（見圖3）。在低濃度鹽脅迫下，種子的發(fā)芽指數(shù)比對(duì)照高1.4，當(dāng)中性鹽濃度從80 mmol/L逐漸增加到320 mmol/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)隨之從25.8降到8.6，降低了66.7%，表現(xiàn)出“低促高抑”的濃度效應(yīng)。在堿性鹽處理下，發(fā)芽指數(shù)隨處理濃度的增大而逐漸減小，堿性鹽濃度為40 mmol/L、80 mmol/L、120 mmol/L時(shí)，發(fā)芽指數(shù)分別為16.8、12.1和5.2，與對(duì)照相較下降了31.1%、50.4%和78.7%，可以明顯看出，隨堿性鹽濃度增加，發(fā)芽指數(shù)的下降幅度也逐漸增大。

圖3 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.4 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子活力指數(shù)的影響

活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率與生長(zhǎng)量的綜合表現(xiàn)，由圖4可知，隨鹽、堿脅迫濃度變化種子活力指數(shù)總體表現(xiàn)為：低鹽＞CK＞低堿＞中鹽＞中堿＞高鹽＞高堿。隨鹽、堿濃度的增大種子活力指數(shù)逐漸下降，當(dāng)中性鹽濃度從80 mmol/L增加到320 mmol/L時(shí)，活力指數(shù)分別為1.23、0.78和0.36。堿性鹽濃度為40 mmol/L、80 mmol/L、120 mmol/L時(shí)，活力指數(shù)分別為1.05、0.43、0.24?？梢缘贸鲈邴}脅迫320 mmol/L和堿脅迫120mmol/L時(shí)種子受抑制作用最明顯，活力指數(shù)僅為CK的31.1%和20.3%。綜上結(jié)果說明，隨鹽、堿濃度的升高和pH的增大，在一定的濃度范圍內(nèi)油莎豆種子能夠萌發(fā)，但其萌發(fā)生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，種子活力指數(shù)降低，對(duì)外界不良環(huán)境的適應(yīng)能力下降。

圖4 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子活力指數(shù)的影響

2.5 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子鹽害率的影響

不同鹽、堿脅迫處理下油莎豆種子遭受鹽害程度如圖5所示，高堿＞中堿＞高鹽＞中鹽＞低堿＞CK＞低鹽。隨鹽、堿脅迫濃度的提高，相對(duì)鹽害率逐漸上升。中性鹽濃度從80 mmol/L增加到320 mmol/L時(shí)，相對(duì)鹽害率也從-2.3%逐漸增至43.5%。堿性鹽濃度從40 mmol/L達(dá)到120 mmol/L，相對(duì)鹽害率也從16.6%增加到59.1%。堿性鹽脅迫濃度80 mmol/L、120 mmol/L鹽害程度均高于鹽脅迫320 mmol/L，說明堿性鹽脅迫處理比中性鹽脅迫處理對(duì)種子的鹽害影響更加明顯，這是由于堿性鹽脅迫即有鹽離子又有高pH的雙重影響，并隨pH的增加，油莎豆種子受鹽害作用逐漸加劇。

圖5 鹽堿脅迫對(duì)油莎豆種子相對(duì)鹽害率的影響

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)期是植物生命循環(huán)活動(dòng)開始的時(shí)期，也是植物對(duì)鹽、堿脅迫影響非常敏感的時(shí)期，其在鹽堿環(huán)境下的萌發(fā)水平影響著后續(xù)幼苗在鹽堿脅迫下生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)程，種子萌發(fā)時(shí)期對(duì)鹽堿脅迫的抵抗能力在一定程度上能夠反映植物自身的耐鹽堿性[6]。種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等是評(píng)價(jià)種子發(fā)芽情況的常用指標(biāo)，反映種子抵御逆境脅迫的能力。作物在鹽堿逆境下的萌發(fā)階段，面臨不同鹽堿濃度產(chǎn)生的滲透脅迫和離子效應(yīng)。油莎豆種子大，淀粉、蛋白質(zhì)含量較高，種子在萌發(fā)過程中，鹽堿脅迫會(huì)降低細(xì)胞中淀粉酶、蛋白酶活性[7]，抑制種子內(nèi)部?jī)?chǔ)藏物質(zhì)如淀粉、蛋白質(zhì)等的分解和轉(zhuǎn)化，抑制種子萌發(fā)所需的養(yǎng)分和能量，是鹽脅迫抑制種子萌發(fā)的原因之一。

油莎豆具有一定耐鹽堿的能力[8]，本研究中，中性鹽溶液處理濃度在低中高分別為80 mmol/L、160 mmol/L和320 mmol/L時(shí)，種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均隨鹽濃度遞增而下降，在低濃度80 mmol/L時(shí)種子萌發(fā)指標(biāo)高于對(duì)照，說明低濃度的鹽脅迫可以促進(jìn)油莎豆種子的萌發(fā)，處理液濃度在160 mmol/L和320 mmol/L時(shí)其種子萌發(fā)明顯受到抑制，其鹽害率分別達(dá)到25.5%和43.5%。在高pH的堿脅迫下，油莎豆種子萌發(fā)參數(shù)均隨處理濃度由低到高而降低，達(dá)到高濃度120 mmol/L時(shí)發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)僅為對(duì)照的21.3%和20.3%，鹽害率達(dá)到了59.1%，種子萌發(fā)收到嚴(yán)重抑制。油莎豆對(duì)鹽和堿脅迫的耐受力不同，本試驗(yàn)中低中高的鹽脅迫濃度大于堿脅迫濃度，而堿脅迫對(duì)油莎豆種子萌發(fā)的影響大于鹽脅迫，這與對(duì)中性鹽和堿性鹽脅迫對(duì)小麥[9]、葡萄[10]、黑果枸杞[11]和龍葵[12]種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)研究結(jié)果一致。