苏打碱胁迫对玉米种子萌发的影响

2016-01-17胡凯凤孙丽芳徐莹莹王秋雪高树仁

种子 2016年6期

胡凯凤，孙丽芳，邓杰，徐莹莹，王秋雪，于杰，王霞，高树仁

（黑龙江八一农垦大学农学院／寒地作物种质改良与栽培重点实验室，黑龙江大庆163319）

种子的萌发是植物生长发育的前提，萌发质量直接影响田间苗齐苗壮，最终影响经济产量。盐碱土作为一种重要的土壤类型广泛分布于世界100多个国家，全球约有9.55×108hm2的土地存在不同程度的盐碱化，其中约有37%是苏打盐碱土［1］，其特点是pH值在8以上，NaHCO3含量较高，毒性强。我国东北地区盐碱土总面积约3.84×106hm2，盐碱土耕地总面积约1.28×106hm2，是世界三大苏打盐碱土集中分布区之一［2－3］，其中松嫩平原是东北主要的盐碱土分布区，同时又是中国重要的粮食主产区和商品粮基地，该地区土壤盐碱化严重影响农作物的生长，制约农业经济的发展。实验证明，盐碱胁迫显著抑制种子的萌发。1年生经济盐生植物灰绿藜（chenopodium glaucum L.）经混合盐碱胁迫后发现，随着盐浓度和pH值的增高，种子萌发率呈下降趋势［4］。水稻种子经不同浓度的混合盐碱胁迫后，萌发期各项指标随着盐浓度升高和pH值增大而下降，盐浓度达到200mmol／L时，各盐组合水稻种子均不萌发［5］。时丽冉的研究表明，混合盐胁迫后，玉米种子萌发受到严重抑制［6］。陈忠林等研究发现，种子发芽率、发芽势以及各生长指标随着碱胁迫处理浓度的增高而降低［7］。戴凌燕等研究甜高粱种子经苏打碱胁迫后发现，萌发受到显著抑制［8］，同时，张丽平等研究发现，碱性盐比中性盐对植物种子萌发影响较大［9］。

近年来，玉米（Zea mays L.）已经成为我国种植面积最大的粮食作物，而东北地区是我国玉米的主产区，种植面积已将近1 340万hm2，且增加势头不减。研究证实，玉米耐盐碱性差，在中度盐碱土（含盐量0.3%～0.5%）种植玉米一般可减产20.0%，严重者高达46.7%［10］。因此，研究碱胁迫下玉米种子萌发以及筛选耐盐碱种质资源具有重要的意义，同时可为耐盐碱玉米新品种的培育奠定基础。本实验选用9个玉米骨干自交系，研究不同苏打碱浓度处理下，各供试材料的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数的变化以及萌发期间种子生长情况，从而对各玉米自交系进行综合的耐盐碱评价，并确定一套适合玉米自交系抗碱胁迫的鉴定体系，为室内早期快速鉴定玉米种质资源的抗碱性奠定基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本试验所选用的玉米自交系分别为K 10、5003、7922、郑58、Mo 17、E 28、丹340、南5和无－5。由黑龙江八一农垦大学玉米育种研究室提供。

1.2 处理方式及试验设计

将2种碱性盐NaHCO3和Na2CO3按照5∶1的摩尔比混合配制不同的碱浓度处理水平，即50，100，150，200mmol／L和250mmol／L，各离子浓度见表1。试验设计采用二因素完全随机设计，因素来源为9个不同玉米自交系和5个盐碱浓度处理水平，蒸馏水为对照，每个处理设置3次重复。

选用饱满、成熟、均匀一致的种子于10%的NaClO溶液中浸泡消毒15min，清水冲洗后分别浸泡于不同盐碱浓度液体中6h，再将其置于铺有滤纸的发芽盒内，每个处理每个重复50粒种子于25℃人工气候箱中培养。

表1 各苏打碱处理溶液的pH值及盐度

1.3 种子发芽及生长情况调查

当种子放入培养箱中开始，次日开始观察种子发芽情况并记录发芽种子数量（“破胸”即为发芽），同时采用称重法及时补充液体，连续记录7d后，从各处理及重复中随机取出20粒种子，测量胚根及胚芽长度，并计算平均值，同时测定鲜重及干重指标。另外，根据种子发芽情况计算各指标公式如下：

发芽势（%）＝第4天正常发芽种子数量／供试种子总数×100%；

发芽率（%）＝第7天正常发芽种子数量／供试种子总数×100%；

发芽指数GI＝∑（Gt／Dt），式中Gt为t时间种子发芽数，Dt为相应发芽时间；

活力指数VI＝GI×生物量均值。

1.4 数据处理方法

数据统计分析采用Excel及SAS 9.2统计软件，置信度为0.99。

2 结果与分析

2.1 碱胁迫处理下品种、浓度及两者互作的各项指标方差分析

表2 不同自交系在不同碱胁迫下玉米种子萌发及生长指标的方差分析

从表2可以看出，活力指数和胚根长在自交系间表现不显著，而其他各项萌发指标和生长指标在自交系间、不同浓度和二者互作间均存在极显著差异。

2.2 碱胁迫对玉米萌发各项指标的影响

2.2.1 碱胁迫对玉米种子发芽率和发芽指数的影响

从图1和图2可以看出，供试的9个玉米自交系种子萌发期经碱胁迫后，发芽率和发芽指数都随着碱浓度的升高而降低，但不同自交系的下降程度不同。除E 28这个自交系外，其他材料在50mmol／L浓度胁迫下，各材料与对照比较发芽率和发芽指数下降幅度不大，说明pH值在9.4条件下，种子还能正常发芽，而随着盐度的不断升高发芽能力逐渐下降，但下降程度自交系间存在较大差异，其中自交系5003在200 mmol／L时降到最低，几乎为0，而自交系南5在250 mmol／L时发芽率和发芽指数还较高。以上结果说明，玉米自交系间对碱胁迫的敏感性不同。

图1 碱胁迫对9个玉米自交系发芽率的影响

图2 碱胁迫对9个玉米自交系发芽指数的影响

2.2.2 碱胁迫对玉米种子活力指数的影响

种子活力指数在一定程度上反应了种子萌发后的生长能力。图3表明，各供试材料随着碱浓度的升高种子活力逐渐下降，150mmol／L的碱浓度条件下几乎降到最低，但各自交系间存在较大差异，其中丹340在碱浓度为50mmol／L时种子活力和对照相对反而提高，在150mmol／L时还有较高的活力。可能是低浓度的盐碱在一定程度上会激活或抑制细胞分裂以及细胞的其它代谢活动等，进而影响植物的正常生长发育。因此，推测不同的自交系对盐碱的敏感性不同而引起种子活力的差异。

图3 碱胁迫对9个玉米自交系种子活力的影响

2.2.3 碱胁迫对玉米种子根长和芽长的影响

玉米各自交系种子经碱胁迫7d后测定根长和芽长，从表3可以看出，在相同碱浓度胁迫条件各自交系在根长和芽长间存在显著差异，并随着碱浓度的升高根长和芽长均受到抑制，但各自交系间受抑制程度不同，其中丹340自交系在各处理浓度条件下根长和芽长均值最大，而K 10和5003自交系在各浓度下根长和芽长均值最小，说明丹340对碱不敏感具有较强的耐碱性，反之K 10和5003耐性较弱。

2.3 碱胁迫处理下不同自交系各项指标的显著性分析

从表4可以看出，供试9个玉米自交系萌发期各项指标平均表现随着碱处理浓度的升高而下降，其中发芽势和发芽率在150mmol／L碱浓度处理下开始表现差异显著（p＜0.05），而发芽指数、胚根长和胚芽长在150mmol／L及以后浓度下差异不显著，活力指数从100mmol／L碱浓度处理下开始差异不显著（p＞0.05），从以上结果可以看出，发芽势、发芽率、发芽指数、胚根长和胚芽长在150mmol／L碱浓度处理下，供试材料平均表现发生显著变化，因此初步确定150mmol／L可为种质资源筛选浓度。

表3 不同浓度碱胁迫对玉米自交系根长和芽长的影响

表4 不同碱浓度胁迫下玉米各指标的显著性分析

表5 碱胁迫与各项指标的相关分析

2.4 碱胁迫与各项指标的相关分析

根据表4数据建立各项指标与浓度间的回归方程，从表5可以看出，玉米萌发期各项指标与碱胁迫浓度间有极显著的相关性，相关系数均为0.99。此外，根据回归方程分别以对照（0 mmol／L）时数值的1／2计算半抑制浓度（表5），发现发芽势、发芽率和发芽指数的半抑制浓度与实际相符，分别为177.93、194.01和141.78mmol／L，可见玉米萌发期种质资源筛选评价时，可将这3个指标作为鉴定指标，3个指标的平均值170mmol／L为筛选浓度。

3 讨论

我国东北地区盐碱地是世界三大苏打盐碱土集中之一，主要以NaHCO3和Na2CO3两种碱性盐为主，其对植物的伤害作用明显大于NaCl和Na2SO4等中性盐［11］。柴媛媛研究种子萌发期甜高粱被NaCl胁迫后发现，当盐浓度达到300mmol／L时仍有部分种子萌发，且种子活力不为零［12］。而本实验在碱浓度达到100mmol／L就有部分自交系活力指数接近零，从表4也可以看出，胚根长和胚芽长也较低，并随着碱浓度升高差异不显著，可见苏打碱对植物伤害较大。

目前植物对盐碱胁迫的反应已做大量研究，发现种子的发芽率、发芽指数和活力指数均与处理浓度呈负相关［13］。其中种子活力指数既能反映种子的发芽率，又能客观反映种子的萌发质量，这与田间苗齐苗壮密切相关［14］。比较本实验发芽率、发芽指数和活力指数曲线图发现，在150mmol／L碱浓度下，供试材料虽然大量萌发，发芽率和发芽指数较大，但活力指数几乎为零，说明种子在高浓度碱胁迫条件下萌发质量较差，严重影响田间出苗质量，这一结果与前人研究一致［5］。

植物对盐碱胁迫的耐受性是多种代谢途径共同调控的结果，是多基因控制的数量性状［15］。因此单一指标难以全面准确地反映各自交系耐盐碱性的强弱，本实验运用发芽势、发芽率和发芽指数3个指标作为筛选玉米种质资源的鉴定指标。

4 结论

综上所述，通过对9份玉米自交系种子苏打碱胁迫处理后，萌发期各项指标除活力指数和胚根长在自交系间表现不显著外，其他各项萌发指标和生长指标在自交系间、浓度间以及二者互作间均存在极显著差异，并且随着胁迫浓度的升高而降低，且品种间对苏打碱的敏感程度不同；发芽势、发芽率、发芽指数、胚根长和胚芽长在150mmol／L碱浓度下供试材料平均表现差异显著；回归分析结果表明，发芽势、发芽率和发芽指数可作为玉米萌发期种质资源筛选鉴定指标，170 mmol／L的碱浓度为适宜的筛选浓度。

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