鹽脅迫下野大豆種子萌發(fā)特性研究

張秀玲

野大豆(Glycine soja)是栽培大豆的近緣種，具有耐鹽堿、抗寒、抗病等優(yōu)良性狀，是遺傳多樣性的重要保護材料，為國家二級保護植物［2］。我國野大豆資源豐富，約占世界野大豆資源總量的90%［3］，廣泛分布于我國東北、內(nèi)蒙古、華北、華東、華中和西北等地，但以東北和華北北部最多。關于野大豆的形態(tài)解剖、群體的遺傳分化、溫度和NaCl脅迫下野大豆種子萌發(fā)特性已有報道［4－6］。但不同鹽同時脅迫野大豆種子萌發(fā)的報道少見。本研究采用NaCl Na2SO4、Na2CO3及三者混合鹽脅迫對供試材料進行脅迫，探討鹽脅迫對野大豆種子萌發(fā)的影響，為野大豆的引種、馴化、耐鹽品種選育及鹽堿地改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本研究中野大豆的種子采自山東省德州市南郊野生大豆單優(yōu)群落。

1.2 實驗設計

采用 NaCl、Na2SO4、Na2CO3以及三者的混合鹽溶液進行脅迫，設計5個濃度處理(表1)。因為野大豆的種子是硬實種子，實驗前將野大豆種子的種皮刻破，種子用0.1%的KMnO4溶液消毒10 min，然后清水浸泡12 h，洗凈后置于鋪2層濾紙的培養(yǎng)皿(φ12 cm)中，每皿擺滿40粒飽滿種子，分別加入等量處理液至飽和為止。每個濃度均設3個重復，蒸餾水處理作為對照(CK)，放入MGC－300H型微電腦控制的人工氣候箱中培養(yǎng)。20℃/25℃ (11 h黑暗/13 h白天)，每日用相應濃度的鹽溶液沖洗種子，并以蒸餾水補充蒸發(fā)去的水分以維持鹽濃度的恒定。

1.3 測定方法

統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)至6天發(fā)芽基本結束時為止。種子開始萌動后每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)(以胚根突出2 mm作為發(fā)芽標準)，直至6天發(fā)芽基本結束時為止。每個重復分別測量10次胚根和胚軸的長度，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的計算公式如下:

發(fā)芽率(GP)=每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢(GV)=2 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=Σ(Gt/Dt)(Gt指在時間t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù))

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 13.0和Origin 7.5軟件處理。

表1 鹽溶液的類別和濃度以及pH值

2 結果

2.1 鹽脅迫對發(fā)芽率的影響

不同濃度的 NaCl、Na2SO4、Na2CO3及三者混合鹽溶液對種子萌發(fā)均有一定影響(表2)。與對照相比，Na2SO4和 Na2CO3溶液濃度分別在10～50 mmol/L、0～10 mmol/L范圍內(nèi)，發(fā)芽率都有增加趨勢，但與對照相比差異不顯著.NaCl脅迫使發(fā)芽率降低，50，200 mmol/L濃度下與對照差異不顯著?；旌消}1處理使發(fā)芽率降低，但其與對照相比差異也不顯著.其它條件下的鹽分脅迫，發(fā)芽率與對照相比均顯著降低.在 NaCl、Na2SO4、Na2CO3和三者混合鹽溶液的脅迫下，野大豆的發(fā)芽率隨鹽濃度的升高而顯著降低.NaCl、Na2SO4、Na2CO3溶液濃度分別達到 400、400、150 mmol/L，以及混合鹽 2，3，4，5 處理時，發(fā)芽率均降為0.可以看出，野大豆對鹽有較強的耐受力，適當?shù)柠}濃度可以提高野大豆的發(fā)芽率(表2)。

2.2 鹽脅迫對發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)的影響

野大豆種子在不同濃度鹽分脅迫下，其發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)與對照相比均顯著降低;并且隨著鹽溶液濃度的增加，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均呈顯著下降趨勢。NaCl，Na2SO4和Na2CO3對發(fā)芽勢的影響不同于對發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響:在NaCl 200 mmol/L，Na2SO450 mmol/L，混合鹽1時，發(fā)芽勢急劇下降為0，但是發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)降低的幅度相對較小。這說明鹽分雖然對發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響較小，但是顯著延遲了種子的萌發(fā)時間。發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均下降，但發(fā)芽勢下降的幅度更大。由此說明，鹽溶液可以降低種子活力，尤其是高濃度的鹽溶液，強烈抑制種子萌發(fā)(表2)。

表2 鹽脅迫對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和相對發(fā)芽率的影響

2.3 鹽脅迫對發(fā)芽速度的影響

4種鹽脅迫不僅影響野大豆種子發(fā)芽率，且影響開始發(fā)芽的時間，隨著鹽溶液濃度的升高，開始發(fā)芽時間會延遲(圖1)。由發(fā)芽率可看出，低濃度處理(NaCl 50 mmol/L，10 mmol/L Na2SO4和 Na2CO3)野大豆種子在第2天開始萌發(fā)，200 mmol/L NaCl處理第3天開始萌發(fā)，200 mmol/L Na2SO4第4天開始萌發(fā)，鹽濃度越高，發(fā)芽開始時間越遲。高濃度的鹽分處理野大豆種子不萌發(fā)。這反映出當鹽脅迫超過一定濃度時，抑制種子生理活性。由圖1可以看出，野大豆種子萌發(fā)對不同鹽分的敏感性不同。

圖1 鹽脅迫下種子累積發(fā)芽率

2.4 鹽脅迫對胚根和胚軸生長的影響

經(jīng)統(tǒng)計和測定，鹽脅迫下，野大豆的相對胚根和相對胚軸的長度基本隨鹽濃度的升高而降低(圖2對照的胚根和胚軸視為1)，但在10 mmol/L Na2SO4處理下，胚根長度大于對照，在50 mmol/L NaCl，10 mmol/L Na2SO4，10 mmol/L Na2CO3處理下，胚軸長度大于對照。表明適當?shù)蜐舛鹊柠}可以促進胚的生長，鹽脅迫對胚根的抑制大于胚軸，反映出胚根是對鹽分脅迫比較敏感的部位。在混合鹽脅迫下的胚根和胚軸明顯低于其3種鹽脅迫，表明和混合鹽明顯抑制胚根和胚軸的生長(圖2)。

圖2 鹽脅迫野大豆的胚根和胚軸的相對長度

3 討論

鹽分對種子萌發(fā)的具有明顯的抑制作用。表現(xiàn)在降低種子的萌發(fā)率，推遲種子萌發(fā)的初始時間、延長種子的萌發(fā)時間等［7］，鹽分對種子萌發(fā)的影響一般歸結為滲透效應(鹽分降低了溶液的滲透勢)和離子效應(鹽離子對種子萌發(fā)的影響［8］。滲透效應引起溶液滲透勢降低而使種子吸水受阻，影響種子萌發(fā)。離子效應一方面造成直接毒害而抑制種子萌發(fā);另一方面滲入種子，降低種子滲透勢，加速吸水而促進萌發(fā)，導致種子的最終萌發(fā)率增加［9－10］。本試驗中，野大豆種子在蒸餾水中萌發(fā)良好，低濃度的Na2SO4、Na2CO3對野大豆的種子萌發(fā)具有一定促進作用，這耐鹽植物堿茅［Puccinellia distans(L.)Parl.］［11］的相關報道是一致的。這種現(xiàn)象可能是因為低濃度的鹽溶液或低滲透勢溶液刺激種子打破休眠，導致種子的最終萌發(fā)率增加。本實驗結果還顯示，鹽分對種子萌發(fā)起抑制作用，并且發(fā)芽率和鹽濃度呈負相關，相同的結果出現(xiàn)在海韭菜、堿蓬、梭梭、鹽地堿蓬等種子中［12－15］。

低濃度的鹽分促進野大豆胚根或胚軸的生長而高濃度的鹽抑制胚的生長。胚根和胚軸對不同鹽分的敏感程度不同，野大豆的胚根比胚軸對鹽分更敏感。同鹽分影響發(fā)芽率一樣，鹽分脅迫對幼苗生長的影響有2種類型，一為輕度脅迫對幼苗的生長起促進作用，重度脅迫則起抑制作用;另一為脅迫一直抑制幼苗的生長。對苜蓿種子，低濃度鹽分促進胚根的生長而高濃度抑制，對其胚芽則一直起抑制作用;低濃度的鹽分苜蓿胚根和胚軸的生長［16］，隨鹽濃度提高，星星草幼根生長減慢，且與鹽濃度呈極顯著的負相關關系;而其幼芽的反應不同于幼根，各鹽處理在低濃度下都表現(xiàn)出增效效應［17］。

綜上所述，可以得出以下結論:

(1)低濃度的鹽溶液Na2SO4、Na2CO3可適當提高野大豆種子發(fā)芽率，而其高濃度的 NaCl、Na2SO4、Na2CO3和混合鹽溶液對野大豆種子萌發(fā)有明顯的抑制作用;野大豆種子對不同鹽分的發(fā)芽耐鹽極限濃度不同，NaCl為400 mmol/L，Na2SO4為400 mmol/L。Na2CO3為150 mmol/L，

(2)本試驗研究結果表明，野大豆種子胚根和胚軸受鹽脅迫的抑制程度不同。從胚根生長看，隨鹽濃度增加呈下降趨勢，但在10 mmol/L Na2SO4脅迫下，胚根和胚軸都長度大于對照，說明低濃度鹽處理下胚生長受到促進。而胚根和胚軸生長隨著鹽濃度的增加逐漸下降，且胚根下降比胚軸要快，從而說明胚根是對鹽分脅迫比較敏感的部位。推測鹽脅迫對植物各器官生長的影響機制可能有所不同，尤其是不同物種間很可能存在差異。

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