不同盐碱胁迫对棉花种子萌发的影响

2018-03-12，，，，

种子 2018年1期

，，，，

(石河子大学农学院资环系，新疆石河子 832003)

土壤盐渍化是干旱区农业发展的主要障碍。新疆是我国盐渍土分布面积最广的区域，盐渍土面积1.51×104km2，占全国盐渍土总面积的1/3。其中，盐渍化耕地面积为162.02×104hm2，约占灌区耕地总面积的32.07%[1-2]，说明盐渍土也是一种重要的土地资源，具有较高的开发利用潜力。棉花(GossypiumhirsutumL.)作为新疆主要的经济作物之一，具有较高的耐盐能力，被视为开发利用盐碱地的“先锋作物”，但土壤含盐量过高会影响棉花生长，导致棉花出苗率降低、产量下降[3]。2016年新疆棉花播种面积占全国总播种面积的53.5%，产量占全国总产量的67.3%。新疆作为我国最大的盐渍土区，受土壤盐渍化影响严重，每年减产6 525 t，约占全年棉花总产量的9%，严重制约新疆棉花产业的可持续发展。

土壤盐度过高导致大多数植物生长受到抑制和产量的下降[4-5]。而种子萌发阶段是作物对盐胁迫最敏感的时期，对作物生长和产量至关重要[6-7]。土壤盐度的增加会降低种子发芽率，促进或延迟萌发过程[8]。因此，种子萌发阶段的耐盐性是表征作物抗盐能力的重要依据之一[9]。

新疆盐渍土不仅在分布的广度上存在明显的区域分异性，而且盐分类型多样，如氯化物盐，硫酸盐，碳酸盐等[10]。碱性盐(NaHCO3、Na2CO3)和中性盐(NaCl、Na2SO4)是2种截然不同的盐胁迫类型[11]。中性盐(NaCl、Na2SO4)胁迫对棉花产生盐害的主要是渗透效应和离子毒害[3]，碱性盐胁迫不仅会产生中性盐胁迫下的渗透和离子胁迫，还有高pH值产生的负面影响[12]。有研究认为，碱性盐胁迫的危害远大于中性盐胁迫[13]。也有学者指出，棉花对各种盐分的敏感程度依次为MgSO4>MgCl2>Na2CO3>Na2SO4>NaCl>NaHCO3[14]。国内外针对棉花种子萌发阶段的耐盐性开展了大量研究[15-18,9]，但主要集中在单盐胁迫方面对品种的差异性研究。然而棉花不同品种间耐盐性及不同盐碱类型的差异较大，因此，本试验开展不同盐碱胁迫下棉花种子萌发阶段的耐盐性研究，对于棉花耐盐品种筛选和评价具有重要意义。

本研究选取新疆棉区常用的6个棉花品种为试验材料,采用不同盐碱类型及浓度的盐胁迫进行种子萌发阶段的耐盐性评价，为棉花耐盐品种筛选和新疆盐渍土资源的合理利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试棉花品种为新陆早45号(X 45)、新陆早61号(X 61)、中棉所73号(Z 73)、中棉所92号(Z 92)、鲁棉研24号(L 24)和鲁棉研28号(L 28)。选取大小均一、成熟饱满的种子，用0.1% HgCl2消毒10 min，蒸馏水冲洗3次，吸干种子表面的水分后备用。

1.2 试验处理

采用NaCl、Na2SO4和Na2CO3+NaHCO33种盐碱类型，每种盐碱类型设置5个溶液浓度水平，并以蒸馏水处理为对照(ck)。不同盐碱类型及浓度处理如表1所示。在直径20 cm的玻璃培养皿中放置2层滤纸，将棉花种子均匀地摆放在滤纸上。每处理100粒，重复4次。向培养皿内添加相应的盐溶液(或蒸馏水)，溶液的加入量以滤纸充分润湿，倾斜时培养皿底部无溶液渗出为宜，各处理添加溶液量保持一致。将培养皿放入温度为(25±1)℃的恒温培养箱内进行保湿培养，培养期间每天加入蒸馏水保持湿度适量。

表1 不同盐碱类型及浓度处理

1.3 种子发芽指标的测定

种子发芽试验培养7 d后结束，期间每天记录发芽种子数(种子发芽以胚芽突破种皮为标准)。第3天计算发芽势和相对发芽势，第7天计算发芽率、相对发芽率和相对盐害率；并以发芽势和发芽率为评价指标,采用隶属函数分析法对不同盐碱胁迫下棉花种子的耐盐性进行综合评价。计算公式如下：

发芽势(%)=发芽种子粒数(3 d)/供试种子总数×100%[19]；

相对发芽势(%)=盐处理发芽势/对照发芽势×100%；

发芽率(%)=发芽种子粒数(7 d)/供试种子总数×100%；

相对发芽率(%)=盐处理发芽率/相应对照发芽率×100%；

式中：A1,A2,…,An为逐日发芽种子数；t1,t2,…,tn为相应发芽天数。

日均发芽率(%)=总发芽率Gs/总发芽天数Gd×100%；

相对发芽指数=处理发芽指数×100/对照发芽指数；

发芽指数=∑Gt/Dt(式中，Gt为在时间t天的发芽数，Dt为相应的发芽天数)；

相对盐害率(%)=(对照发芽率-盐处理发芽率)/对照发芽率×100%；

评价指标隶属函数值(u(j))=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin),j=1,2,3…n；

式中，Xj表示第j个评价指标值；Xmin表示第j个评价指标值的最小值；Xmax表示第j个评价指标值的最大值。根据各评价指标的隶属函数求算各棉花品种在不同盐碱胁迫下的耐盐性综合评价值[9]。

权重Wj的确定采用标准差系数法：

注：字母表明0.05水平下类型间差异显著性。下同。图1 NaCl、Na2SO4和Na2CO3+NaHCO3胁迫对棉花种子发芽系数的影响

式中：D值为各品种在盐胁迫下用隶属函数法求得的耐盐性综合评价值。

1.4 数据分析

应用Microsoft Excel 2003绘制图表，SPSS 17.0统计软件进行数据统计分析。采用单因素方差分析，若差异显著采用Turkey’s HSD法进行多重比较(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对种子发芽系数的影响

发芽系数是用来评价种子活力高低常用指标，如图1所示，总体上3种胁迫下各棉花种子的发芽系数较ck相比均呈下降趋势。在NaCl处理中，当浓度为300 mmol/L时L 28下降幅度较大，但各品种间无显著差异(p>0.05)。在Na2SO4处理中在200 mmol/L时X 61和Z 73两个品种发芽系数为0，表明其不耐高浓度硫酸盐。当浓度为300 mmol/L时，盐害过重影响种子活力，所有种子发芽系数均为0。在Na2CO3+NaHCO3处理中，pH<10.47时各品种变化趋势与NaCl处理类似，当pH=10.47时，受碱害过重所有品种的种子发芽系数均为0。

2.2 盐胁迫对种子日均发芽率的影响

盐胁迫下种子发芽情况是反映该物种发展潜力的重要指标。如图2所示，在各处理中随浓度的增加各棉花品种的日均发芽率总体上呈下降趋势。当浓度大于100 mmol/L时，在NaCl处理中除Z 92其他5个品种日均发芽率显著降低，Z 92在浓度为200 mmol/L时出现明显降低，表明从日均发芽率角度来看Z 92耐盐性更强。在Na2SO4处理中当浓度大于100 mmol/L时，各品种日均发芽率均明显下降。在Na2CO3+NaHCO3处理中，当pH=10.14时各品种日均发芽率出现明显下降变化。

2.3 盐胁迫对种子相对发芽势的影响

相对发芽势代表着忽略种子自身优异程度后品种萌发的整齐程度。如图3所示，随着NaCl盐分浓度的升高，种子的相对发芽势呈明显下降趋势。当浓度为50，100，150，300 mmol/L时，L 24的相对发芽势均为最高。当浓度为200 mmol/L时Z 92品种最高，但与L 24差异不显著。当浓度为300 mmol/L时与对照相比只有L 24和Z 92不为0，证明二者耐盐性较好。在Na2SO4胁迫下随着盐分浓度的增加，种子的相对发芽势也同样明显下降。当浓度为150 mmol/L时，X 45、X 61和Z 73由于盐害较大其相对发芽势均为0，当浓度大于200 mmol/L时各棉花品种相对发芽势均为0。在Na2CO3+NaHCO3处理中当pH>10.14时下降幅度变大，在pH=10.14时各品种相对pH=8.6时相对发芽势大于100，表现出促进作用，但当pH>8.6时其相对发芽势明显下降。

图2 NaCl、Na2SO4和Na2CO3+NaHCO3胁迫对棉花种子日均发芽率的影响

图3 NaCl、Na2SO4和Na2CO3+NaHCO3胁迫对棉花种子相对发芽势的影响

2.4 盐胁迫对种子相对发芽率的影响

在NaCl处理中随着盐分浓度增加，种子相对发芽率总体显著下降(图4)。在NaCl浓度为50，100 mmol/L和300 mmol/L处理下，L 24的相对发芽率均高于其他品种，分别为100%、97.78%和17.78%。在NaCl浓度为150，200 mmol/L处理下，Z 92的相对发芽势为0。其中L 28在发芽率显著高于其他品种，分别为91.11%和62.22%。在Na2SO4处理中变化趋势和NaCl处理类似，随浓度增加呈下降趋势但总体相对发芽率较NaCl处理低。当浓度为150 mmol/L时，X 45、X 61和Z 73相对发芽势均为零，当浓度大于150 mmol/L时各品种均为0。在Na2CO3+NaHCO3胁迫下，pH=9.03时，除X 45和L 28外其他品种无明显变化，L 24相对发芽率显著高于其他品种，达到97.78%。当pH=10.14时，各品种相对发芽势才出现明显下降，此时X 45的发芽势优于其他品种，是L 24的1.78倍。

图4 NaCl、Na2SO4 和 Na2CO3+NaHCO3胁迫对棉花种子相对发芽率的影响

图5 NaCl、Na2SO4 和 Na2CO3+NaHCO3胁迫对棉花种子相对发芽指数的影响

图6 NaCl、Na2SO4和Na2CO3+NaHCO3 胁迫对棉花种子相对盐害率的影响

表2 NaCl胁迫下不同品种棉花种子各测定指标的隶属函数值

2.5 盐胁迫对种子相对发芽指数的影响

发芽指数被认为是种子萌发的综合评价指标。在NaCl处理中发芽指数均随盐分浓度增加而下降，在50，100 mmol/L浓度时L 24最高，其次为Z 92，但二者无极显著差异。在150，200 mmol/L浓度时位序相反，Z 92最高，其次为L 24在高浓度。在300 mmol/L浓度时所有品种间发芽指数无显著差异。在Na2SO4处理中，在浓度为200 mmol/L时X 61和Z 73相对发芽指数为0，当浓度为300 mmol/L时各品种相对发芽指数均为0。在Na2CO3+NaHCO3处理中各品种相对发芽指数较中性盐处理高，L 28品种最为明显。

2.6 盐胁迫对种子相对盐害率的影响

如图6所示，随着NaCl浓度的增加相对盐害率基本呈增加趋势。在浓度为50，100，300 mmol/L时L 24相对盐害率最低。在浓度为150，200 mmol/L时，相对盐害率最低的是Z 92，但 Z 92品种相对盐害率在150 mmol/L浓度时小于100 mmol/L，证明在100～150 mmol/L浓度范围内Z 92相对盐害率不显著。Na2SO4胁迫下相对盐害率变化趋势与NaCl相似，但普遍高于NaCl处理。当浓度为100 mmol/L时各品种盐害率变化剧烈，当浓度大于200 mmol/L时各品种无显著性差异。L 28在pH=8.60处理时相对盐害率为-11.76%，其他pH值下均为正值，说明pH=8.60的Na2CO3+NaHCO3处理促进了L 28的萌发。

2.7 盐胁迫对种子耐盐胁迫能力的综合评价

采用相对发芽势和相对发芽率等共5个指标，以隶属函数法求出6个品种耐盐性综合评价值(D值)。从表2可以看出，NaCl胁迫下根据D值对6个品种耐盐性强弱进行排序，其中L 24的D值最大，表明该品种在NaCl胁迫下耐盐性最强，Z 73的D值最小表明该品种耐盐性最差。6个棉花品种耐盐顺序为：L 24>Z 92>X 45>L 28>X 61>Z 73。从表3可以看出，在Na2SO4胁迫根据D值进行排序后，Z 92耐性高于L 24品种，总体表现为Z 92>L 24>L 28>X 45>Z 73>X 61。如表4所示，Na2CO3+NaHCO3处理中6个品种耐盐性综合评价值变化较大，耐盐顺序为：L 24>X 45>Z 92>Z 73>L 28>X 61。由此可以看出，6个品种棉花的种子在不同盐胁迫下耐盐性不一致。

表3 Na2SO4胁迫下不同品种棉花种子各测定指标的隶属函数值

表4 Na2CO3+NaHCO3胁迫下不同品种棉花种子各测定指标的隶属函数值

3 讨论和结论

新疆盐渍化土地面积广阔，由于盐渍土组成成分不同被划分为多种类型，同时每种类型盐渍土的盐渍化程度也不同，从而使开发利用盐渍土存在很大问题。因此，在一定浓度范围内，针对不同盐渍土类型选择合适的棉花品种进行种植是十分必要的。一般认为，棉花是“耐盐喜钠”的作物，具有较强的耐盐碱性[21]。本试验选用不同浓度的NaCl和Na2SO4以及Na2CO3+NaHCO3溶液模拟不同的盐胁迫环境，分析对比6个品种棉花种子的耐盐性差异。研究结果表明，不同浓度的3种盐胁迫对6个品种棉花种子萌发的影响不尽相同。总体上各品种发芽系数、日均发芽率、相对发芽指数均随着盐分浓度增大皆呈现下降的趋势，与王桂峰等[15]的结论相似(图1，图2，图5)。前人的结果表明，耐盐性不同的品种，其种子发芽情况受浓度影响差异较大，适当的盐胁迫浓度对棉花种子萌发有促进作用，当盐分浓度高于临界值时会受到抑制[22-23]。本研究结果表明，中性盐NaCl和Na2SO4处理中相对发芽势随着浓度的升高而明显降低，不同品种变化程度不同但无促进作用，其中L 24相对发芽势变化幅度较小，L 28变化幅度最大(图3)。而相对发芽率在中性盐NaCl和Na2SO4处理中各棉花品种类型变化趋势基本一致(图4)，但Na2SO4浓度盐害程度大于NaCl，当Na2SO4浓度为300 mmol/L时各品种相对发芽率均为0，表明300 mmol/L已超过6个棉花种子极限耐盐浓度。可能是由于高浓度的Na+抑制种子的细胞膜系统，形成毒害导致种子停止萌动[24]。并且随浓度升高种子的渗透胁迫加剧，导致外界渗透压过大棉花种子吸水不足，使得棉花种子随浓度升高而发芽率降低[25]。NaCl处理中除Z 73和X 61外其他品种在相同浓度下的相对盐害率均小于Na2SO4处理，分析其原因可能是品种X 61和Z 73在低浓度时对Cl-毒害更敏感[26]。

在Na2CO3+NaHCO3处理中，总体上来看随着盐浓度的增加各品种的相对发芽率、相对发芽势均呈下降趋势，但低浓度对L 28有促进作用(图6)，浓度进一步增加才会起到抑制作用，这说明L 28可能对碱性盐比较敏感，低浓度的Na2CO3+NaHCO3类型土壤对L 28种子萌发及棉花愈伤组织的生长有一定的促进作用[25]。刘秋辰等研究发现，当耐盐植物受到适宜浓度的盐胁迫会加快萌发，只有当盐浓度超过其临界浓度才会产生抑制作用[27]，这说明在Na2CO3+NaHCO3处理中，L 28的临界浓度小于9.03。在Na2CO3+NaHCO3处理pH=10.47时各指标均为0，可能由于碱性盐高pH值产生离子毒害，抑制种子萌发导致[13]。并且在Na2CO3+NaHCO3处理，各品种在pH<9.03时总体上比中性盐相对盐害率低，这证明在低浓度时各品种更耐碱性盐。

从隶属函数法求出耐盐性综合评价值，可以简单准确地对不同盐胁迫类型棉花耐盐性进行综合评价(表2～表4)。本试验对6个棉花品种的相对发芽势、相对发芽率等共5个指标进行综合评价，在NaCl处理中耐盐性顺序为：L 24>Z 92>X 45>L 28>X 61>Z 73，在Na2SO4处理中耐盐性顺序为：Z 92>L 24>L 28>X 45>Z 73>X 61，在Na2CO3+NaHCO3处理中各品种表现较中性盐处理变化幅度较大，X 45品种耐受能力明显提高，耐盐性顺序为：L 24>X 45>Z 92>Z 73>L 28>X 61。该试验结果仅代表室内种子萌发耐盐性综合评价，不同生长阶段棉花耐盐性有不同差异，其他阶段的耐盐性还有待于研究。

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