盐碱胁迫对三个品种桑树种子萌发的影响

2017-07-29赵东晓董亚茹杜建勋陈传杰王照红

山东农业科学 2017年7期

赵东晓+董亚茹+杜建勋+陈传杰+王照红+孙景诗+梁明芝

摘要：盐碱胁迫是植物遭受的主要非生物胁迫之一。本研究将两种中性盐（NaCl和Na2SO4）、两种碱性盐（NaHCO3和Na2CO3）按1∶1混合，分别设置5个不同盐碱浓度，对3个品种桑树种子进行处理，测定发芽率、发芽势、相对发芽率、相对发芽势、发芽指数、相对盐害率和子叶生长率等参数。结果表明：碱性盐胁迫对桑树种子萌发和子叶生长的抑制作用比中性盐胁迫更强。低浓度的中性盐溶液（﹤50 mmol/L）可促进桂优12号种子萌发，当盐溶液浓度高于50 mmol/L时则变为抑制。综合各项指标分析表明，中性盐胁迫下桂优12号抗性最强，桂优62号次之，8036×农14最差；碱性盐胁迫下桂优62号抗性最强，桂优12号次之，8036×农14最差。

关键词：桑树；品种；盐碱胁迫；种子萌发

中图分类号：S888.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2017）07-0049-07

Abstract Saline alkali stress is one of the major abiotic stress in plants. In this study， two kinds of neutral salts （NaCl and Na2SO4） and two kinds of alkaline salts （NaHCO3 and Na2CO3） were mixed at 1∶1， and five different saline concentrations were set to dispose of three varieties of mulberry seeds. The germination rate， germination potential， relative germination rate， relative germination potential， germination index， relative salt damage index and cotyledon growth rate were measured. The results showed that alkaline salt stress had stronger inhibitory effect on seed germination and cotyledon growth than that of neutral salt stress. The low concentration of neutral salt solution （less than 50 mmol/L） could promote the germination of Guiyou 12， but when the concentration of salt solution was higher than 50 mmol/L， it became an inhibitory effect. Under the neutral salt stress， Guiyou 12 had the highest tolerance， followed by Guiyou 62， and 8036× Nong 14 was the worst； under the alkaline salt stress， Guiyou 62 had the highest tolerance， followed by Guiyou 12， and 8036× Nong 14 was the worst.

Keywords Mulberry； Variety； Saline alkali stress； Seed germination

土壤盐碱化是世界农业生产中主要的非生物胁迫之一[1]。我國盐碱地约占耕地面积的10%左右。盐碱地生物多样性较差、生态系统较脆弱，严重制约着农业生产发展[2]。我国的盐碱地，尤其是内陆盐碱地多为盐土和碱土的混合，成分复杂且程度不同，使得人们很容易将盐地和碱地混为一谈，笼统地称为盐碱地[3]。实际上盐胁迫和碱胁迫是两种不同的非生物胁迫[4]。土壤盐化主要由NaCl、Na2SO4等中性盐造成，而土壤碱化则主要由Na2CO3、NaHCO3等碱性盐所造成，并且由于碱胁迫下植物除了要承受与盐胁迫相同的渗透胁迫和离子伤害以外，还要抵御高pH值的胁迫，因此土壤碱化对植物的伤害比盐化更严重[5]。

桑树（Morus alba）是家蚕的唯一饲料树种，是传统蚕桑产业的重要物质基础，也是用于沙漠化及盐碱化土地治理极具潜力的生态树种之一[6]。目前我国蚕桑产业正从东南部地区向西北干旱、盐碱化地区发展转移，筛选和培育耐盐碱桑树品种是实现其大面积推广应用的前提[7]。桑树抗性育种中最常见且有效的方法是通过筛选抗逆性种质资源作为育种基础材料，培育高抗性品种。种子萌发是植物最关键的一个生长阶段，也是植物生活史中抗逆性最薄弱的一个环节[8]。种子的耐盐碱性是植物耐盐碱性早期鉴定和耐盐碱品种选育的重要指标。盐碱胁迫会影响植物种子的萌发。通过测定经一定浓度盐碱溶液处理后种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等性状指标评价植物的耐盐碱性是最为简单有效的方法。目前已有玉米[9]、豇豆[10]、水稻[11]、大豆[12]、茶花凤仙[13]、水榆花楸[14]等植物采用该方法评价其耐盐碱性。本研究选用不同浓度的混合中性盐（NaCl和Na2SO4）和混合碱性盐（Na2CO3和NaHCO3）处理3个不同品种桑种子，调查其在不同浓度中性盐和碱性盐胁迫下的萌发情况，综合评价其耐盐碱性能，以期为摸清桑种对盐碱胁迫的响应机制和耐盐碱性桑品种的筛选提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2016年在山东烟台进行。供试杂交桑组合8036×农14由山东省蚕业研究所选育，桂优 12号和桂优 62 号由广西壮族自治区蚕业技术推广总站提供。

1.2 方法

1.2.1 種子萌发盐碱胁迫处理方法用1/4 Hoagland营养液配制的中性盐和碱性盐溶液处理桑种子，混合中性盐（NaCl∶Na2SO4=1∶1）、混合碱性盐（NaHCO3∶Na2CO3=1∶1）溶液终浓度均分别为50、100、150、200 mmol/L，以1/4 Hoagland营养液为对照（CK）。以上溶液用高压蒸汽灭菌（121℃，20 min）。随机抽取各供试桑品种的种子，室温下经双蒸水浸泡24 h 后，转入 75% 乙醇中浸泡 20 s，蒸馏水冲洗 3次。无菌培养皿中放入 3 层滤纸，加入上述各种浓度溶液至滤纸饱和并稍有余液渗出。每个平皿内分散放入60粒桑种子，种粒之间保持一定距离。每个处理组3个重复，标记并记录各平皿质量。之后每日补水至首次记录的质量，以保持各平皿中盐浓度不变。平皿置于人工智能培养箱中培养，培养条件：25℃、10 h光照，20℃、14 h黑暗；相对湿度75%；光照强度≥3 000 lx[15]。

1.2.2 种子萌发调查与测定方法以胚根长度超过种子长度的1/2作为发芽标准。播种次日起每天调查统计，计算种子发芽率、发芽势、发芽指数、盐害指数，发芽后测萌芽种子的子叶长出情况，并对不同品种进行耐盐性分析[16，17]。

各项性状指标的计算公式如下：

发芽势（%）=4 d正常发芽种子数/供试种子数× 100；

发芽率（%）=20 d正常发芽种子数/供试种子数×100；

发芽指数（Gi） =∑（Gt/Dt），式中 Gt为发芽种子粒数，Dt为相应的发芽日数；

相对发芽势（%）=处理组种子发芽势/对照组种子发芽势× 100；

相对发芽率（%）=处理组种子发芽率/对照组种子发芽率×100；

子叶生长率（%）=20 d子叶长出数/供试种子数× 100；

相对盐害率（%）=（对照发芽率-盐处理发芽率）/对照发芽率×100。

2 结果与分析

2.1 不同浓度盐碱胁迫对3个品种桑树种子萌发性状的影响

由图1可以看出，不同浓度盐碱胁迫对不同桑品种种子萌发的影响不同。中性盐胁迫下，随着盐浓度增加，8036×农14和桂优62号的发芽率有不同程度下降，而桂优12号的发芽率则呈现先升高后降低的趋势。8036×农14的发芽率随着中性盐浓度的增加而显著降低。桂优62号的发芽率在中性盐浓度≤150 mmol/L时下降并不明显，在200 mmol/L时才有明显下降，比对照低23%。桂优12号的发芽率在中性盐浓度50 mmol/L时小幅升高，在100～150 mmol/L时下降并不明显，在200 mmol/L时明显下降，发芽率比对照低28.6%。

在碱性盐胁迫下，3个桑品种的发芽率均不断下降。8036×农14在碱性盐终浓度为50 mmol/L时就有显著降低，而桂优12号和桂优62号在碱性盐终浓度≤150 mmol/L时下降较缓，在200 mmol/L时明显下降。

由图2可知，中性盐处理下，桂优12号的相对发芽率在50 mmol/L时有一个小幅增高，在终浓度≥100 mmol/L时桂优12号和桂优62号的相对发芽率相差不大，在终浓度≤150 mmol/L时，桂优12号和桂优62号的相对发芽率均达到90%以上，在终浓度为200 mmol/L时相对发芽率均在70%以上，推测这两个品种对中性盐胁迫不敏感。而8036×农14的相对发芽率则随盐浓度增加而显著下降，因此推断8036×农14对中性盐胁迫耐受性较差。

在碱性盐处理下，桂优62号的相对发芽率在终浓度为100～150 mmol/L高于桂优12号，其它几个浓度下二者基本相同，且在终浓度200 mmol/L时两者均有大幅度下降。8036×农14的相对发芽率则在碱性盐终浓度≥50 mmol/L时就有显著下降，且随盐浓度升高逐渐下降。由此可见桂优12号和桂优62号对低浓度碱性盐有一定的耐受性，8036×农14则对碱性盐胁迫较敏感。

发芽势反映种子发芽的快慢和整齐度，是鉴别种子发芽整齐度的主要指标，在发芽率相同时，发芽势高的种子生命力强[18]。由图3可看出，8036×农14发芽势较低，随着中性盐浓度增加逐渐下降。桂优12号和桂优62号发芽势在中性盐浓度为50 mmol/L时分别下降24.7%和9.8%，但是在中性盐浓度≥100 mmol/L时发芽势锐减，说明高浓度的中性盐抑制了种子的萌发。

相对于中性盐，碱性盐加剧了对桑树种子萌发的抑制。在碱性盐终浓度为50 mmol/L时3个桑品种的发芽势就有显著下降，随盐浓度增加不断下降；在终浓度为100 mmol/L时，桂优12号和8036×农14的发芽势为零，桂优62号的发芽势在碱性盐终浓度为150 mmol/L时为零，即无发芽种子。

3个桑品种种子在遭受中性盐胁迫时相对发芽势均有不同程度降低（图4），其中桂优12号下降最快，桂优62号下降最慢。碱性盐胁迫下，相对发芽势下降趋势加快，在碱性盐浓度≤150 mmol/L时桂优62号的相对发芽势高于桂优12号和8036×农14。推测桂优62号耐碱性盐能力最强。

发芽指数是衡量种子在盐碱胁迫下不同天数发芽情况的重要指标，发芽指数能很好地反映种子萌发的速度和整齐程度[19]，可以反映植物芽期耐盐性的强弱，发芽指数越大，表明植物的耐盐性越强[20]。由图5可知，3个桑品种的发芽指数与盐碱胁迫呈负相关。中性盐处理下，浓度≤150 mmol/L时发芽指数由高到低依次为桂优62号、桂优12号、8036×农14，当浓度≥200 mmol/L时发芽指数由高到低依次为桂优12号、桂优62号、8036×农14。碱性盐处理下，浓度≤150 mmol/L时发芽指数由高到低依次为桂优62号、桂优12号、8036×农14，当浓度≥200 mmol/L时发芽指数均为零。

2.2 不同浓度盐碱胁迫下3个桑树品种相对盐害率的分析

由图6可知，50 mmol/L中性盐有利于桂优12号的萌发。在中性盐胁迫下，盐害率最高的是8036×农14，最低的是桂优12号。在碱性盐胁迫下，盐害率最高的是8036×农14，最低的是桂优62号。从这一结果看，桂优12号耐中性盐胁迫能力最强，桂优62号次之，8036×农14最差。而碱性盐胁迫抗性最强的是桂优62号，桂优12号次之，8036×农14最差。

2.3 不同浓度盐碱胁迫对3个桑树品种子叶生长率的影响

盐碱胁迫不仅抑制种子的萌发，同样也抑制子叶生长。播种20 d后子叶生长情况如图7所示。中性盐胁迫下，除桂优12号在50 mmol/L时子叶生长率稍有增加外，3个品种的子叶生长率均呈下降趋势。8036×农14的子叶生长率一直最低，这可能与种子活力不高有关。在中性盐浓度为200 mmol/L时，桂优12号和桂优62号的子叶生长率锐减至零，但8036×农14却仍有25.4%子叶生长率。

桂优12号子叶生长率在碱性盐胁迫下下降很快，50 mmol/L时即降为较低水平。桂优62号降低最慢。≥100 mmol/L时，3个品种的子叶生长率均较低。由此可见碱性盐胁迫对子叶生长的抑制性比中性盐胁迫更强。

3 讨论与结论

通过调查3个不同品种桑树种子在不同浓度盐碱胁迫下的萌发状况，发现盐碱胁迫对桑种子萌发有明显影响，并且随着盐分胁迫浓度的增加，桑种子的发芽势、发芽率、发芽指数、子叶生长率等均呈明显下降趋势，不同品种间萌发指标下降程度不同。

种子萌发是植物生命活动的起始阶段，也是植物对外界逆境胁迫最敏感的时期。本试验结果显示，低浓度的中性盐胁迫对桂优12号种子的萌发有促进作用，而高浓度则转为抑制作用，这种规律也在水稻等作物种子中得到了验证[17，21-25]。其原因可能是低浓度Na+激活了代谢过程中的某些酶[26]，使发芽所需物质合成更加充分，从而使其发芽更加迅速；或者低浓度盐能促进细胞膜的渗透调节，有利于从逆境中吸水和對抗不良环境[27]。而高浓度的盐离子毒害作用可能使一些膜蛋白的生理功能发生改变，改变了细胞膜的通透性，最终盐离子积累抑制了种子的萌发[28]。

与中性盐相比，碱性盐胁迫加剧了桑种子的萌发抑制。桂优12号种子在50 mmol/L中性盐下发芽率高于对照，但在50 mmol/L碱性盐下发芽率低于对照，桂优62号和8036×农14在碱性盐下发芽率和发芽势均低于相同浓度的中性盐。说明相同盐浓度处理下，碱性盐对桑树种子发芽的抑制作用大于中性盐。推测在高浓度盐胁迫下，中性盐对桑树种子胁迫主要由Na+造成，而碱性盐对桑树种子胁迫除Na+作用外又增加了高pH值的作用，因此碱性盐对桑树有更高的胁迫作用。

子叶生长率可以在一定程度上反映植物幼苗生长情况。本研究发现相比中性盐胁迫，碱性盐胁迫加剧了对桑幼苗生长的影响。在高浓度盐碱胁迫下，即使部分幼苗能够形成叶片，但幼苗的根变短、褐化且末端萎蔫，最终也不能成苗。这可能与盐分胁迫环境中较高的Na+浓度可能会导致桑种子萌发幼苗体内的活性氧代谢系统的平衡受到影响，清除活性氧的酶促和非酶促系统防御能力下降，并随着活性氧含量的增大，诱发膜质过氧化作用，引起膜损伤和膜透性加大进而导致一系列生理生化代谢紊乱，使幼苗受到的伤害加重甚至死亡[29]。

结合种子的萌发性状和子叶生长情况，本研究中的3个桑品种中性盐抗性由高到低依次为桂优12号、桂优62号、8036×农14，碱性盐胁迫抗性由高到低依次为桂优62号、桂优12号、8036×农14。

在今后工作中有必要进一步调查更多桑品种的幼龄桑树、成龄桑树等不同时期受复合盐碱胁迫后生长发育的变化情况，为开展不同桑种质资源的耐盐碱性评价以及耐盐碱桑树新品种选育提供理论依据。

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