种子引发对盐渍土壤条件下高粱芽苗生理特性的影响

张　飞，朱　凯，王艳秋，张志鹏，邹剑秋

(辽宁省农业科学院创新中心， 辽宁 沈阳 110161)



种子引发对盐渍土壤条件下高粱芽苗生理特性的影响

张飞，朱凯，王艳秋，张志鹏，邹剑秋

(辽宁省农业科学院创新中心， 辽宁 沈阳 110161)

种子引发；高粱；盐胁迫；发芽；生理特性

土壤盐渍化是限制作物芽苗形态建成和制约其生长发育的重要生态环境因子[1]。目前，全球范围内约有10亿hm2的土地存在不同程度的盐渍化，主要分布于土壤蒸发量大，降水量少的干旱、半干旱和滨海地区[2]。中国盐渍土面积约9 913万hm2，且随着工农业的发展、人口的剧增以及耕地面积的减少，盐碱化和次生盐渍化每年都在不断加重，土壤盐渍化已经严重影响了我国乃至全世界的作物生产[3]。在此背景下，合理开发利用这些受盐渍危害的边际性土地，充分利用土地资源的问题，亟待解决。高粱作为世界五大作物之一，具有较强的耐盐性，但在芽苗期对盐胁迫较为敏感[4], 时常在盐渍地上种植高粱种子萌发困难、出苗差和苗期形态建成受阻，进而影响中后期生长和物质积累[5]。因此，如何挖掘和提高高粱芽苗期的耐盐能力成为开发利用盐渍化土地和发展高粱产业的一个关键问题。

种子引发处理技术是基于种子萌发生物学机制提出的促进种子萌发、提高幼苗抗性、改善营养状况的一种种子处理手段[6-7]。早期学者主要对盐胁迫下番茄、黄瓜、油菜等园艺作物做了种子引发研究，普遍认为引发种子能提高种子活力、增强其苗期的耐盐能力[8-9]。Passam和Kakouriotis[10]用NaCl引发黄瓜种子，研究认为NaCl引发种子能促进种子在盐逆境下萌发，提高出苗率，加快幼苗生长；Cano等[11]指出NaCl引发番茄种子不仅对种子萌发期和苗期效应显著，对植株后期的成熟和产量也有积极影响。随着研究的深入，也有学者从玉米、小麦、向日葵等作物种子引发研究其耐盐性。赵旭等[12]研究认为引发后的种子发芽率、光合速率和生物量均有所提高；史雨刚等[13]以耐盐性强和耐盐性弱两个冬小麦品种种子为试材，研究发现引发处理提高了小麦的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数，而膜透性显著降低。

对种子引发单一的发芽研究前人曾有相关报道。 Jisha K等[7]研究认为氯化钠引发种子可以有效缓解盐胁迫下水稻、玉米等作物的生长；贺长征等[8]对盐胁迫下高粱种子的萌发进行了研究，认为种子引发可提高种子的发芽性能；马金虎等[14]曾采用NaCl作为引发材料对高粱种子进行了处理，结果表明种子引发可提高盐胁迫下高粱种子的发芽质量。另外，这些研究都是基于单一物质或单一的盐浓度处理，将氯化钠和硫酸钠复配且采用不同盐浓度模拟土壤盐渍化对高粱发芽和苗期生理特性影响的研究尚未见报道。因此，本研究比较了不同盐浓度胁迫下盐复配引发、单盐引发和不引发处理下高粱种子发芽和苗期生理特性，旨在探明盐复配引发高粱芽苗期的生理调节效应，为高粱耐盐栽培提供参考。

1　材料和方法

1.1试验材料和基本条件

试验品种为辽粘6号，2014年在辽宁省农科院创新中心人工气候室进行。其生长条件为昼/夜温度为28℃/25℃，湿度为50%，光照处理为照光16 h、黑暗8 h模拟自然条件，光强为187 μmol·m-2·s-1。

1.2种子处理

试验设3种盐分处理，分别为单盐引发(Simple salt priming，SSP)、盐复配引发(Complex salt priming，CSP)和不引发(None salt priming，NSP)。单盐引发采用80 mmol·L-1氯化钠(NaCl)溶液进行引发；盐复配引发采用80 mmol·L-1氯化钠(NaCl)和硫酸钠(Na2SO4)溶液(NaCl和Na2SO4按9∶1的摩尔比混合)进行引发；不引发不用任何盐溶液，采用与盐分处理等量的蒸馏水处理种子。3种盐分处理过的种子均在20℃条件下浸泡30 h，取出后立即用蒸馏水将种子冲洗干净，用滤纸吸干种子表面水分，然后在恒温室中20℃下干燥30 h，之后在室温下晾干至原始重量。

1.3试验设计

采取沙培盆栽试验，每盆装满细沙，分别用0(用蒸馏水漫灌作为对照，CK)、40、80、120、160 mmol·L-1的盐溶液进行漫灌，直至形成具有不同盐浓度的人工模拟盐分胁迫，分别简称Salt-40、Salt-80、Salt-120和Salt-160。待细沙含水量降到30%时(采用LZB-SW土壤水分测定检测仪检测)开始播种，每盆10穴，每穴3株。随机区组设计，三次重复。每隔10 d每处理浇灌等量浓度的盐溶液，其它时间用自来水补充所失水分。

1.4测定项目与方法

1.4.1发芽率、活力指数和成苗率自种子播种第4天开始每天调查、统计发芽数，直至第10天，并在第10天测定叶长、根长以及胚根、叶鲜重和干重，同时调查成苗率，计算发芽指数和活力指数。

发芽指数(Gi)=∑(Gt/Dt)，其中Gt为第t日的发芽种子个数，Dt为相应的发芽日数；

活力指数(Vi)=发芽指数(Gi)×胚根鲜重。

1.4.2相对含水量播种后24 d取样，测定叶片和根系鲜重(FW)、干重(DW)和吸水后的重量(Treatment weiht，TW)，其中DW测定时样品在烘箱中于65℃烘至恒重，TW指将样品在4℃的去离子水中浸泡24 h后测得的重量。计算相对含水量。

RWC(%)=[(FW-DW)/(TW-DW)]×100。

1.4.3光合参数播种后24 d采用便携式光合作用测定系统(LI-6400， LI-COR公司，美国)测定净光合速率，采用红蓝光源，测定光强PAR为1 000 μmol·m-2·s-1，每处理选取5株长势一致植株测定净光合速率，测定时间为上午9∶30～11∶00时，同步记录气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率。

1.5数据统计与分析

采用GraphPad Prism 5软件、Excel和DPSv7.50数据统计分析系统作图和数据分析。

2 结果与分析

2.1对发芽率、出苗率和活力指数的影响

由图1可以看出，不同土壤盐分处理下高粱的发芽率、成苗率和活力指数均随着盐浓度的增加而下降，种子引发处理可提高这些指标。盐复配引发(CSP)、单盐引发(SSP)和不引发(NSP)在正常土壤盐分(CK)条件下差异较小，而随着土壤盐分的增加盐复配引发(CSP)可显著提高高粱种子的发芽率、出苗率和活力指数，其作用效果明显优于单盐引发(SSP)和不引发(NSP)。在土壤盐分40、80、120 mmol·L-1和160 mmol·L-1时，发芽率CSP比SSP分别高4.11%、7.50%、23.55%和154.40%，成苗率CSP比SSP分别高5.04%、9.13%、27.29%和233.02%，活力指数CSP比SSP分别高4.11%、14.04%、22.50%和76.92%。同时，随着土壤盐浓度的增加，二者的差异有增大趋势。

显著性检验结果表明，种子引发处理(SP)和土壤盐分处理(Salt)均达到了显著水平。在种子引发处理间，发芽率、成苗率和活力指数三者的显著性大小为成苗率(F=33.67**)>发芽率(F=19.36**)>活力指数(F=13.09*)；土壤盐分处理(Salt)间发芽率(F=703.12**)>成苗率(F=684.29**)>活力指数(F=78.61*)，二者的互作效应(SP×Salt)不显著。

表1　种子引发对盐渍土壤条件下高粱发芽率、出苗率和活力指数的影响

注：CSP，NaCl和Na2SO4复配引发种子；SSP，NaCl引发种子；NSP，未引发种子；SP为不同种子引发处理间比较，Salt为不同盐分处理间比较；SRE，误差极小(小于0.01)；ns，差异不显著；*表示0.05水平显著，**表示0.01水平显著；多重比较为发芽率、成苗率和活力指数在不同种子引发处理间的比较。下同。

Note: CSP indicates NaCl and Na2SO4complex primed seeds; SSP indicates single NaCl primed seeds; NSP indicates none primed with seeds; SP indicates the comparison in different seed priming treatments; Salt indicates the comparison in different salt treatments; SRE indicates error is very small (less than 0.01); ns indicates the difference was not significant; * indicates a significant level of 0.05, ** indicates a significant level of 0.01; multiple comparison due to different initiators from seed priming treatments, including germination percentage, emergence percentage and vigor index, and hereinafter.

2.2对高粱叶片和根系相对含水量的影响

叶片和根系的相对含水量可反映植株的生长状况和代谢活力，随着盐浓度的增加高粱叶片和根系的相对含水量均呈下降趋势，而种子引发处理可明显降低下降的幅度(图1，图2)。种子引发可提高叶片和根系的相对含水量，尤其在80 mmol·L-1(Salt-80)至160mmol·L-1(Salt-160)这一区间效果更为明显，差异均达到了显著水平。盐复配引发(CSP)、单盐引发(SSP)和不引发(NSP)在正常土壤盐分(CK)条件下叶片和根系相对含水量差异较小，而随着土壤盐分的增加引发处理对叶片和根系的相对含水量的影响逐渐增大，其影响效应表现为：复配引发(CSP)>单盐引发(SSP)，且其差异均达到了显著水平。

图1种子引发对盐渍土壤条件下高粱相对含水量的影响

Fig.1Effects of seed priming on relative water content of sorghum seeding under different soil salt content conditions

2.3对叶绿素含量的影响

由表2可以看出，盐渍土壤条件对高粱叶绿素含量具有较大影响，而种子引发可显著提高不同盐浓度下叶绿素含量。叶绿素a+b随着盐浓度的降低而下降，在盐浓度40 mmol·L-1(Salt-40)和80 mmol·L-1(Salt-80)下与对照差异较小，而当浓度进一步增加至120 mmol·L-1(Salt-120)和160 mmol·L-1(Salt-160)时，下降幅度明显增大；叶绿素a变化趋势与叶绿素a+b基本一致，而叶绿素b除160 mmol·L-1(Salt-160)外，其它处理间差异很小。说明盐胁迫对叶绿素a的影响大于叶绿素b。同时，种子引发处理对叶绿素a+b、叶绿素a和叶绿素b都具有一定的提高效应，尤其是盐复配引发(CSP)作用效果更为明显，在不同盐分处理下与单盐引发(SSP)和不引发(NSP)的差异均达显著水平，说明在中高度盐分胁迫下，盐复配引发(CSP)在减少叶绿素含量下降幅度方面具有较好的效果。

方差分析结果表明：种子引发(SP)处理下，叶绿素a+b(F值=75.38**)、叶绿素a(F值=13.51**)差异显著，而叶绿素b(F值=0.97ns)差异不显著；土壤盐分处理间(Salt)和种子引发和盐分处理互作间(SP×Salt)也均表现为绿素a+b和叶绿素a差异显著，而叶绿素b差异不显著。

表2　种子引发对盐渍土壤条件下高粱叶绿素含量的影响

2.4对光合参数的影响

盐胁迫对高粱幼苗的光合参数存在较大影响，而种子引发处理(尤其是CSP)可改善幼苗的光合性能。表3表明，净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均随着盐浓度的增加而下降，在盐浓度不超过80 mmol·L-1(Salt-80)时，盐复配引发(CSP)、单盐引发(SSP)和不引发(NSP)处理间差异较小，而随着盐浓度的进一步加大三者间差异效果更为明显。

方差分析结果表明，种子引发(SP)、盐分处理(Salt)及其二者互作下，Pn、Gs、Ci、Tr均达到了极显著水平；种子引发(SP )处理下受影响程度均表现为Tr>Pn>Ci>Gs，盐分处理(Salt)和二者互作间表现为Pn>Tr>Ci>Gs。

表3　种子引发对盐渍土壤条件下高粱光合参数的影响

2.5对抗氧化系统的影响

对抗氧化系统在不同土壤盐渍下的F值显著性检验结果表明(表4)：除SOD外，盐浓度处理(Salt)对幼苗的生长的影响总体上大于种子引发处理(SP)，种子引发处理对不同盐分胁迫下抗氧化物质的影响存在差异。同时，种子引发处理(尤其是CSP)作用效果更为明显，在不同盐分处理下表现为：盐复配引发(CSP)>单盐引发(SSP)>不引发(NSP)，说明盐复配引发(CSP)可使植株通过抗氧化系统的自我调节来增强对盐分逆境的适应能力。

表4　种子引发对抗氧化系统在不同土壤盐渍下的F值显著性检验

图2种子引发对盐渍土壤条件下高粱抗氧化系统的影响

Fig.2Effects of seed priming on antioxidant system of sorghum seeding under different soil salt content conditions

3　讨　论

种子引发技术作为一种有效的耐盐手段已经越来越多的应用在作物抗性栽培和育种中。本研究认为在中、高盐胁迫条件下种子引发对高粱种子萌发和幼苗的形态建成作用效果更为明显。此结果与贺长征等[8]对水稻引发提高了种子发芽力的结果基本一致；马金虎等[14]、阮松林等[9]对高粱种子引发研究也得出类似的结论。但本结论通过复配引发和单盐引发的比较发现复配引发对种子萌发更为有利，可能是由于促进了种子在盐渍逆境下的渗透吸水。

引发药剂常被认为是种子引发作用效果优劣的关键环节。本试验采用的单剂和复配剂的研究结果总体表现为：复配引发(CSP)>单盐引发(SSP)>不引发(NSP)。可能是因为在盐分胁迫下氯离子(Cl-)和硫酸根离子(SO42-)以及二者的互作效应在对种子的抗性上具有多重调节作用，促进了种子在盐渍逆境下的渗透吸水，进而增加了种子的耐盐适应能力。此研究结果与贺长征等[8]对水稻复配引发促进种子发芽效果较好的研究结果基本一致，同时对其研究结果进行了补充与深化；而与史雨刚等[13]对小麦引发的研究结果略有差异，可能是因为种子引发剂不同或是试验条件存在差异所致。

本研究虽对盐渍土壤条件下高粱幼苗引发后的生理机制做了一些剖析，但对其离子含量、细胞结构变化等方面的生理特性尚未研究，希望相关学者将来能对其生理机制进行更深入的探寻。

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Effects of seed priming on the physiological characteristics of sorghum seedlings under saline stress

ZHANG Fei, ZHU Kai, WANG Yan-qiu, ZHANG Zhi-peng, ZOU Jian-qiu

(Liaoning Provincial Academy of Agricultural Sciences, Innovation Center, Shenyang, Liaoning 110161, China)

seed priming; sorghum; salt stress; germination; physiological

1000-7601(2016)05-0047-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.07

2015-07-05

辽宁省农业领域青年科技创新人才培养计划项目(2015022)；现代农业产业技术体系项目(CARS-06)；国家科技支撑计划(2014BAD07B02)

张飞(1982—)，男，博士，助研，主要从事高粱遗传育种与高产栽培技术研究。E-mail: zhangfei19821121@163.com。

邹剑秋，研究员，主要从事高粱遗传育种研究。E-mail: jianqiuzou@126.com。

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