張 超， 馬曉麗， 盧曉峰， 李 剛， 耿怡爽， 孫云保， 楊修一， 耿計彪

(1.金沂蒙集團有限公司，山東臨沭 276700； 2.山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室/臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山東臨沂 276005；3.中華聯(lián)合財產(chǎn)保險股份有限公司山東分公司，山東濟南 25000)

土壤鹽分是一種主要的非生物脅迫，對全球作物生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生不利影響[1]。它通過離子效應(yīng)抑制作物組織和器官生長，導(dǎo)致作物無法吸收足夠的水分與營養(yǎng)，造成發(fā)育遲緩[2-3]。棉花被認為是一種中度耐鹽作物，但其在萌發(fā)和幼苗生長期對鹽度較為敏感[4]。鹽分會導(dǎo)致細胞離子毒性和滲透調(diào)節(jié)過程的不平衡，降低葉綠素含量，影響抗氧化酶活性，抑制棉苗生長[5]。鹽脅迫也會降低初生根和側(cè)根的生長，降低根生物量。當(dāng)鹽在土壤剖面內(nèi)分布不均勻時，根系通過吸收低鹽度土壤區(qū)域的營養(yǎng)元素來調(diào)整其形態(tài)[6]。因此，通過合理的農(nóng)藝管理措施(如適當(dāng)施用肥料或植物生長調(diào)節(jié)劑)，消除鹽分脅迫導(dǎo)致的種子萌發(fā)和出苗障礙，是保證鹽堿地棉苗齊整的重要措施。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.2 試驗設(shè)計

以NaCl溶液模擬鹽分脅迫，種植前每盆澆灌500 mL含150 mmol/L NaCl 的霍蘭格營養(yǎng)液，然后進行覆膜。播種后的第二周和第四周分別澆灌相同溶液，于6月10號收獲棉苗。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀測定 收獲時，將幼苗從花盆中倒出，用紗網(wǎng)整體包住根部，采用清水沖洗根上的泥土，分為根系和地上2個部分。用直尺測定土壤表面至主莖生長點的長度，作為株高；用游標卡尺測量基部的莖粗。待根系和葉片指標測定完成后，分別放入不同紙袋，置于75 ℃烘箱烘至恒質(zhì)量，稱量各部分質(zhì)量。根據(jù)根生物量與地上部器官生物量的比值計算根冠比。

1.3.3 根系形態(tài)和活力測定 根系洗凈后采用平板圖像掃描儀(Epson Expression/STD LC-4800)進行掃描，并通過WinRhizo軟件對圖像進行分析，以確定根的體積、長度、直徑、表面積和根尖數(shù)量。用氯化三苯基四氮唑比色法[17]測定根系的還原能力。

1.4 統(tǒng)計分析

運用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，采用SAS 9.2統(tǒng)計分析系統(tǒng)(SAS Institute，Cary，NC，2010)進行方差分析(ANOVAs)和差異顯著性分析。使用SigmaPlot 10軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲哌對棉花幼苗生物量的影響

表1 甲哌對棉花幼苗生物量的影響

2.2 甲哌對棉花幼苗莖粗和株高的影響

2.3 甲哌對棉苗葉片葉綠素含量的影響

2.4 甲哌對棉花幼苗葉片酶活性和丙二醛含量的影響

2.5 甲哌對棉花幼苗根系形態(tài)的影響

2.6 甲哌對棉花幼苗根系活力的影響

3 討論

3.1 鹽分脅迫下甲哌對棉花幼苗生長的影響

環(huán)境脅迫會抑制棉花的生長或致其死亡，盡管棉花被視為中度耐鹽堿作物，但其在種子萌發(fā)和幼苗階段對鹽度的敏感性高于發(fā)育后期[18]，度過種苗期，鹽分對棉株的傷害便逐漸減緩。鹽分脅迫主要通過限制根系對營養(yǎng)離子的吸收，導(dǎo)致鹽分離子富集和滲透調(diào)節(jié)失衡[19]。本研究表明，在土壤中施用甲哌后，棉花幼苗株高下降，這可能由于甲哌可抑制赤霉素(GA)代謝基因和生物合成，降低了內(nèi)源性GA的水平，抑制細胞伸長，導(dǎo)致植株高度降低[20]，這一結(jié)果與于起慶等的研究結(jié)論[21]一致。甲哌增加了鹽脅迫下幼苗的莖粗，形成“矮壯苗”，此種生長模式更利于提高幼苗對環(huán)境脅迫的抵抗，為后期的開花和結(jié)鈴奠定基礎(chǔ)[22]。

根系是棉花與環(huán)境進行能量和物質(zhì)交換的重要器官，構(gòu)建良好根系形態(tài)對冠層發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成具有顯著影響[23]。鹽脅迫可降低根系對養(yǎng)分和水分的吸收率，影響根系生長[24]。本試驗中，甲哌顯著增加了根生物量，且隨施用量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢。由于根系是接觸甲哌的首要器官，甲哌被吸收后，對根系的影響較為顯著。這表明鹽分脅迫下，根的生長對甲哌的敏感性高于莖、葉，協(xié)調(diào)了地上和地下生物的分配，增加幼苗抗鹽性能。在棉花種子上噴施甲哌的試驗，也得出類似結(jié)果[12]。

表2 甲哌對棉花幼苗根系形態(tài)的影響

3.2 鹽分脅迫下甲哌對幼苗葉片葉綠素與抗氧化酶活性的影響

葉綠素是與光合性能直接相關(guān)的重要生理指標，輕度環(huán)境脅迫會增加葉片葉綠素含量[5]。本研究中12、16 mg/kg甲哌處理的葉綠素a含量高于對照，但最低(4 mg/kg)和最高(24 mg/kg)處理的含量與對照組無差異；而葉綠素b含量除12 mg/kg處理顯著高于對照外，其余處理間均無顯著差異。表明甲哌對葉綠素a的影響大于葉綠素b，這是由于脅迫條件下葉綠素降解過程中，葉綠素b易轉(zhuǎn)化為葉綠素a[28]，導(dǎo)致葉綠素a/b比值變大；而葉綠素a和葉綠素b總值的增加會提升棉株光合作用，促進有機物積累，為高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，這與鄭青松等用甲哌浸種得出的結(jié)果[29]一致。

活性氧(ROS)是具有氧化能力的分子、離子和自由基，作為信號分子參與作物生長發(fā)育和非生物脅迫應(yīng)答等過程[30-31]。鹽脅迫會導(dǎo)致棉花葉片ROS增加，并引發(fā)膜脂過氧化作用，破壞細胞膜系統(tǒng)[32]。本研究表明，12～16 mg/kg甲哌處理顯著降低了超氧陰離子自由基和H2O2的產(chǎn)生量，減少丙二醛的產(chǎn)生，這與王寧等采用甲哌浸種的結(jié)果[13]相似。甲哌的應(yīng)用提高了CAT和POD的活性，不同用量之間CAT活性變化較大。這可能是由于CAT的活性主要受遺傳效應(yīng)-環(huán)境交互作用的控制[33]，CAT的變化對甲哌更敏感。本研究中低-中濃度施用甲哌(4～16 mg/kg)可以提高SOD活性，而在最高施用量(24 mg/kg)時，SOD活性與對照組無顯著差異，這可能是由于高濃度的甲哌對棉花幼苗產(chǎn)生了毒性。綜上，在鹽分脅迫下，土施甲哌使抗氧化酶的活性增強，丙二醛的積累減少，膜脂過氧化損傷減少，延緩了葉片衰老。

4 結(jié)論