盐碱胁迫对水培苜蓿幼苗生长的影响

李剑峰，张淑卿，杜建雄，安 玮，黄廷州

（1.贵州师范学院 贵州省生物资源开发利用特色重点实验室／喀斯特生境土壤与环境生物修复研究所，贵州 贵阳550018；2.贵州财经大学，贵州 贵阳550025；3.天水市疾控中心，甘肃 天水730070）

目前，土地盐碱化已成为限制农业发展的重要因素，是世界性的环境问题。全球具有开垦价值的陆地面积为7×109hm2，其中，已开垦的耕地面积仅为1.5×109hm2[1]，而盐碱地面积为9.55×108hm2[2]。因此，深入研究盐碱胁迫及其对植物的影响已成为改善土壤盐碱化的重要理论依据。

苜蓿（MedicagosativaL.）堪称牧草之王，具有抗寒耐旱、耐盐碱、抗逆性强、适应性广、根系发达、再生性强等特点，长期种植能促进土壤有机质及全氮在土壤表层的积累，是改良中轻度盐碱荒地的理想植物[3]。目前对盐碱胁迫耐受性的研究多以田间种植或沙培为主[4－5]，能够比较全面地探讨植株对盐碱胁迫的耐受程度，但试验周期较长，在进行多品种苜蓿耐盐碱性比较时，需要付出大量的时间和精力进行预试验以确定不同苜蓿品种的基本抗性范围。由于不同苜蓿种质对非生物因素的抗性多由其基因型决定，并能在幼苗初期的短期生长中得到体现，因此，研究者探索出一些较为快捷的抗性测定方法。Parrott等[6]以愈伤组织的短期相对生长量和生理指标测定试验筛选出耐铝毒能力强的苜蓿种质。Dall’Agnol等[7－8]以短期内水培幼苗的相对根系生长量为指标进行不同苜蓿种质对非生物胁迫的耐受性比较。由于盐碱胁迫往往同时存在于栽培土壤，而不同地区土壤中的盐碱程度不一致，普通的土壤栽培试验难以说明具体生境下盐碱胁迫的主效胁迫因素。因此，笔者以西北地区广泛种植的紫花苜蓿品种陇东苜蓿（Medicagosativacv.Longdong）幼苗为试验材料，研究在水培条件下各浓度梯度的盐、碱处理对其幼根及茎生长的影响，以期快速评价该苜蓿品种对盐、碱胁迫的抗性，并探讨该方法在快速评价种质抗性中的有效性和实用性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试植物材料为贮藏6个月的陇东苜蓿种子，于2009年由甘肃农业大学草业生态系统教育部重点实验室提供。种子净度98.5%，初始发芽率78.84%，初始水分含量9.05%[9]。

供试试剂为分析纯级的 NaCl，Na2SO4，NaHCO3和Na2CO3，均购自美国Sigma公司。

1.2 基础营养液配制

Hoagland营养液[10]使用前用去离子水稀释1倍后再用1mol／L NaOH 或HCl溶液调节pH 值至7.0。

1.3 水培试验

取5g陇东苜蓿种子，用3%（v／v）的NaClO 溶液对其表面消毒7 min 后，无菌水冲洗6 遍，每0.5g种子置于1个铺有双层无菌滤纸的无菌培养皿中，并以无菌水4℃避光冷处理48 h。参照Sledge等的方法[9]，冷处理后将种子在24℃下避光催芽24h，在大量萌发的幼苗中选取根长为2cm 且株长一致（±1mm）的幼苗转入容积为2L 的水培盒中进行23℃恒温水培，光照培养18h，暗培养6h，光照强度260μmol／（m2·s）。每盒置入6 个容积为200mL的网底塑料杯。将根长及全长一致的幼苗幼茎朝外，幼根穿过杯底网孔反向进入杯内，固定于倒置的网底塑料杯杯底上部，并使幼苗2cm的幼根完全处于营养液中，每塑料杯置入5株幼苗。以1／2Hoagland营养液为对照。

1.4 不同盐浓度对幼苗根长和茎长的影响

盐胁迫设计参照刘杰等[11－12]的方法，以NaCl∶Na2SO4为9∶1（mol／mol）混合，模拟典型盐胁迫环境，配 制 盐 浓 度 为0 mmol／L、10 mmol／L、20mmol／L、40 mmol／L、60 mmol／L、80 mmol／L、100 mmol／L、120 mmol／L 共8个处理的1／2Hoagland营养液1.5L。将各处理营养液分别加入各水培盒中，每天通气搅拌1 次，每次1 min，并添加去离子水以维持溶液体积为1.5L，培养条件同上。水培5d后，取出所有幼苗测量根、茎的长度。

1.5 不同碱浓度对幼苗根长和茎长的影响

碱胁迫设计参照刘杰等[11]的 方 法 将NaHCO3∶Na2CO3为9∶1（mol／mol）混合，设置0mmol／L、2mmol／L、5 mmol／L、10 mmol／L、20mmol／L、40mmol／L、50 mmol／L 共7个处理。将不同碱浓度处理的1／2 Hoagland营养液分别加入各水培盒中，处理过程及测定指标同1.4。

1.6 数据分析

采用Excel和SPSS16.0统计数据，以Duncan法进行数据分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同浓度盐碱胁迫对苜蓿幼苗根茎生长的影响

2.1.1 盐胁迫 由图1可见：5d的水培试验即可使幼苗对不同盐碱胁迫表现出明显的差异。随着盐浓度的升高，幼苗根长呈先增加再减少的趋势，并与盐 浓 度 呈 二 项 式 相 关，y＝ －0.192 9x2＋1.462 7x＋2.460 7（R2＝0.727）。其中，低浓度（≤40mmol／L）盐处理，幼苗根长随盐浓度升高而逐渐增加，在40 mmol／L 时达5.21cm，为对照的2.02倍，差异显著（p＜0.05）。该现象可能是幼苗对低毒胁迫产生的Hormesis效应[13]所致。而浓度＞40 mmol／L的盐处理，幼苗根长随着盐浓度的升高而减少，在盐浓度为120mmol／L时仅为对照的69%。高浓度的盐胁迫使苜蓿幼苗根部的伸长生长受到抑制，该结果与彦霞[14]和刘爱荣[15]等的研究结果一致。

高浓度的盐溶液降低了幼苗根系的吸收能力，进一步导致茎生长均低于对照，并随着盐浓度的升高而逐渐加剧。在盐浓度为100mmol／L 时仅为对照的75%，差异显著（p＜0.05）。随着盐胁迫浓度的升高，茎与根系的生长表现并不一致，短期低浓度盐胁迫可刺激幼苗根系伸长，但抑制地上部分的生长。这与周新元等[16]的研究结果一致，即短期盐胁迫能刺激根系的伸长，但抑制根系对养分的吸收，从而表现出地上部分的生长变缓。

图1 不同浓度盐碱胁迫陇东苜蓿幼苗根茎的长度Fig.1 The length of root and stem under different salt and alkali concentrations

2.1.2 碱胁迫 由图1还可见：碱胁迫处理下，幼苗根长的变化与盐胁迫处理相同，即呈先增加再减少的趋势，并与碱浓度呈二项式相关，y＝－0.183 9x2＋1.104 2x＋2.697 6（R2＝0.749）。低浓度（≤5mmol／L）碱处理下，幼苗根长均显著高于对照，并随碱浓度的升高而增加。碱浓度为5mmol／L时根系最长，达5.2cm，为对照的1.56倍；碱浓度＞5mmol／L 时，幼苗根的伸长生长随着碱浓度的升高而受到抑制。在碱浓度为40mmol／L和50mmol／L 时，根长仅分别为对照的69%和63%，差异显著（p＜0.05）。在碱浓度为2mmol／L时，幼苗茎长略高于对照但无显著差异；在碱浓度＞2mmol／L的处理下，幼苗的茎长均低于对照。其中，在碱浓度为40mmol／L和50 mmol／L时，幼苗茎长仅为对照的74%和63%，差异显著（p＜0.05）。

2.2 相同浓度盐碱胁迫对幼苗生长的影响

从图2可见：相同浓度的盐、碱处理对幼苗根系伸长的影响差异明显。盐处理浓度≤40 mmol／L时，植株的根长均高于同浓度碱处理组及对照组。10mmol／L碱处理下植株的根长为对照的1.53倍，差异显著（p＜0.05），但略低于同浓度盐处理。随着处理浓度的升高，同浓度碱胁迫对根的抑制作用强于盐胁迫。40 mmol／L 盐处理下植株根长达6.3cm，分别为对照和同浓度碱胁迫下植株根长的2.02倍和2.86 倍，差异显著 （p＜0.05）。这与Yang等[17－20]的研究结果一致 ，即NaHCO3和Na2CO3等碱性盐对植物生长的抑制作用较同浓度的NaCl和Na2SO4等中性盐更为明显。鉴于2 种处理在同浓度下的Na＋浓度相同，因此，除去Na＋的胁迫效应外，可推论盐碱胁迫时OH－对植株根系的伤害强于Cl－和SO2－4。

图2 相同盐碱浓度胁迫幼苗的根长和茎长Fig.2 The length of root and stem under the same concentrations of salt and alkali

同浓度盐、碱胁迫下，茎的变化趋势基本一致，即都表现为生长受到抑制。该现象与根系的表现不同，这可能是由于短期处理下，茎受到的影响主要源自根系的吸收能力，而对根系所受到的低毒刺激细胞生产的作用反应滞后所致。杨春雪等也指出，盐胁迫下植物通过AM 真菌获得的额外养分能缓解其地上部分受到的抑制[21]。20 mmol／L 盐处理下植株茎长低于同浓度碱胁迫的植株，并与40mmol／L盐胁迫下的植株茎长接近。表明，20 mmol／L盐胁迫对植株地上部分生长的抑制略低于同浓度的碱胁迫，但具体原因尚不明确，需对其生理指标作进一步分析和测定。

3 结论与讨论

植物幼苗期对外界的盐胁迫最敏感[1，22]，水培试验能严格控制胁迫条件并保持其他因素尽可能一致[8]，因此便于简化并分离混合胁迫的单个因素。Sledge等[7]以水培控制Al3＋浓度，结合测定幼苗根系相对生长量指标，利用简易装置对321份蒺藜苜蓿进行耐铝胁迫种质的快速筛选，既简化试验流程又缩短了研究周期。本研究通过5d的水培试验明确了陇东苜蓿幼苗对中性盐和碱性盐胁迫的耐受范围分别为40mmol／L和20mmol／L，并指出盐碱胁迫时OH－对植株根系的伤害可能较Cl－和SO2－4更强。该结果为苜蓿耐盐碱特性的研究提供了参考，并为耐盐碱苜蓿种质资源的快速筛选提供了方法和依据。

盐碱胁迫作为一种混合胁迫，在不同的地域和环境下胁迫因素的组成和程度存在较大差异[1]。以往的土壤栽培试验能获得更为全面的数据，但常以缩小结论适用的范围并花费大量时间完成管理和试验操作为代价，用于大量种质的快速评价筛选则具有局限性。本研究将盐碱胁迫中的盐和碱因素分离后进行比较，具有更广泛的适用性。根据试验结果发现，对苜蓿幼苗根系生长的抑制，浓度相近或相同的碱胁迫较盐胁迫更明显。幼苗根系生长在盐浓度＞40mmol／L时才受到抑制，而在碱浓度大于5mmol／L时受到明显抑制；处理5d内，幼苗根对盐、碱胁迫比茎部更敏感，且变化趋势不完全一致，可能是由于根系对低浓度的刺激效应和高浓度的胁迫效应的响应快于茎部所致[12]。

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