新型改良剂对碱胁迫下大豆萌发的影响

郝 统，赵晋忠，杜维俊 ，杨卫仙 ，王 敏 ，岳爱琴

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.山西农业大学文理学院，山西太谷030801；3.交城县农业委员会土肥站，山西交城030500）

土壤盐碱化是一种重要的非生物胁迫，对世界农业发展影响巨大[1]。全世界盐渍盐碱土地面积约10亿hm2，我国有9 913万hm2，主要集中在华北、西北和东北地区。盐碱地分为以NaCl和Na2SO4积累为主的中性盐土和以积累Na2CO3和NaHCO3为主的碱性盐土[2]。中性盐和碱性盐胁迫都能导致渗透胁迫和离子毒害，而碱胁迫又具有高pH值的特点，对植物的伤害更加严重。研究表明，相同浓度的中性盐和碱性盐处理下，碱性盐对植物的伤害更严重[2-4]。碱性盐中的Na2CO3和NaHCO3所含的CO32-和HCO3-离子发生水解，使土壤的pH值升高而呈强碱性。pH值过高会对种子产生盐碱烧伤，造成离子堆积，种子内营养供应与代谢失调，导致多种营养元素的匮乏，损坏或抑制了质膜的电渗透，使种子在萌发阶段的细胞质膜丧失选择性吸收功能，终止发芽[5]。GONG等[2]研究认为，盐碱胁迫会诱导植物体内活性氧（reactive oxygen species，ROS）的暴发，从而导致细胞损伤和死亡，这是造成植物损害的重要途径。因此，研究如何减缓盐碱胁迫对农业生产的危害具有非常重要的意义。

近年来，国内外盐碱地的改良逐渐成为研究的热点[6-7]。研究表明，外源物浸种或喷洒于作物叶片上可以在一定程度提高作物发芽率，增强幼苗耐盐碱能力。例如，将种子经过适量浓度的硝普钠、亚精胺、油菜素内酯、硝酸钙、水杨酸和赤霉素等处理，都可以提高种子的萌发率和幼苗的生理活性[8-15]，这些外源物主要通过调节作物代谢来缓解盐碱胁迫造成的伤害。前人研究仅局限于盐胁迫和干旱胁迫对植物的影响，而碱胁迫下对植物的影响相对较少。因此，研究作物种子萌发对盐碱胁迫的响应机制以及如何减轻盐碱胁迫对植物的影响具有重要的意义。

山西农业大学大豆课题组针对上述存在的问题，提出以乙酰化葡萄糖为基质用于改良盐碱地的新思路，并用于大田试验。研究结果表明，活性乙酰化葡萄糖不仅可以改善盐碱地土壤的理化性状，还可以提高作物产量[16-18]。但是关于乙酰化葡萄糖对碱胁迫下大豆种子萌发的影响还未进行研究。

本研究采用水培法探讨不同浓度碱胁迫及添加不同浓度乙酰化葡萄糖对大豆种子萌发的影响，以期为大豆种子萌发阶段的盐碱改良提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试大豆材料为武乡小黑豆，由山西农业大学大豆课题组提供。

乙酰葡萄糖（C16H22O11）由山西农业大学盐碱地治理课题组合成；Na2CO3和NaHCO3均为分析纯。

1.2 试验设计

利用Na2CO3和NaHCO3配制成不同浓度的碱胁迫溶液（表1）。将浓度为50 mmol/L碱胁迫溶液中分别添加不同浓度的改良剂（表2）。

表2 不同改良剂处理溶液及其pH值

表1 不同碱胁迫溶液及pH值

1.3 试验方法

挑选颗粒饱满、大小均匀、未破碎的大豆种子，用1%NaClO溶液进行消毒，蒸馏水清洗3次后，浸泡5 h。之后放置于灭菌培养皿（放置2层滤纸），每个培养皿中放入100粒种子，并加入10 mL不同浓度的处理液，每个处理重复3次。在温度25℃、相对湿度80%、黑暗条件下进行萌发。从第2天起，每天8：00统计发芽数，并更换处理液，以防止种子腐烂并保证处理液浓度不变；在第7天，随机选择30粒种子以测量芽长度，然后在105℃下杀青15 min，并在75℃下烘至恒质量称干质量，计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010对数据进行统计分析和作图，用SPSS 22软件对平均数进行多重比较和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 碱胁迫对武乡小黑豆种子萌发的影响

2.1.1 碱胁迫对武乡小黑豆种子发芽率的影响

从表3可以看出，不同浓度的碱胁迫对大豆种子的发芽率影响不同。发芽第1～7天，25 mmol/L碱胁迫下的发芽率与空白组（蒸馏水）的发芽率差异均不显著。第3～7天，50 mmol/L的发芽率均显著低于空白组。在100 mmol/L的胁迫浓度下，发芽的第2～7天均显著低于空白组。而胁迫浓度为150，200，250 mmol/L时，发芽率在第1～7天均显著低于空白组。除25 mmol/L碱胁迫外，随着碱胁迫浓度的增加，发芽率逐渐降低，对发芽率的抑制作用也越来越明显。

2.1.2 碱胁迫对武乡小黑豆种子发芽势的影响

由图1可知，在碱胁迫浓度为25 mmol/L时，大豆种子的发芽势与空白组（蒸馏水）的发芽势无显著差异。50，100 ，150，200，250 mmol/L条件下发芽势均显著低于对照组。结果表明，随着碱胁迫浓度的提高，对种子发芽势抑制作用增强。

2.1.3 碱胁迫对武乡小黑豆种子发芽指数的影响

由图2可知，不同浓度的碱胁迫对大豆种子的发芽指数影响不同。碱胁迫浓度为25 mmol/L时的发芽指数比空白组高3.94%。随着碱胁迫浓度的增加，发芽指数逐渐降低。显著性分析结果表明，碱浓度为25 mmol/L胁迫下的发芽指数与空白组间差异不显著；50，100，150，200，250 mmol/L 碱浓度胁迫下的发芽指数均与空白组间差异显著，并且随着碱胁迫浓度的升高，发芽指数逐渐减小。

表3 碱胁迫对武乡小黑豆发芽率的影响 %

2.1.4 碱胁迫对武乡小黑豆种子胚根长的影响

由图3，4可知，不同浓度的碱胁迫处理下，武乡小黑豆的胚根长在第7天时均显著变短。空白对照条件下平均胚根长为 12.83 cm，25，50，100，150，200，250 mmol/L碱浓度胁迫下胚根长分别为7.87，5.17，2.03，2.00，0.90，0.43 cm，与空白组相比依次减少了38.66%，59.70%，84.18%，84.41%，92.99%，95.56%。由此可见，无论低浓度还是高浓度碱胁迫，均严重抑制了武乡小黑豆种子胚根的生长。

2.2 改良剂对碱胁迫下武乡小黑豆种子萌发的影响

由以上试验可知，50 mmol/L碱胁迫显著影响武乡小黑豆的发芽率、发芽势、发芽指数和胚根长，因此，在50 mmol/L碱胁迫溶液中分别添加浓度为1，2，3，4，5 mmol/L的改良剂进行发芽试验，探究添加改良剂对武乡小黑豆发芽的影响。

2.2.1 改良剂对碱胁迫下武乡小黑豆种子发芽过程中发芽率的影响 由图5可知，添加不同浓度改良剂对大豆种子发芽率的影响不同。随着改良剂浓度的增加，种子的发芽率呈先上升后下降。其中，添加3 mmol/L的改良剂时，武乡小黑豆种子的发芽率最高，第1～7天发芽率均显著高于对照（CK）；添加4，5 mmol/L改良剂时发芽率降低，说明改良剂浓度太高反而对种子的发芽率有抑制作用。

2.2.2 改良剂对碱胁迫下武乡小黑豆种子发芽力的影响 由表4和图6可知，添加改良剂浓度分别为 1，2，3，4 mmol/L时，发芽势、发芽指数、活力指数和胚根长度均显著高于CK（碱胁迫）。随着改良剂浓度的增加，武乡小黑豆的发芽势、发芽指数、活力指数和胚根长度均呈先上升后下降。当添加3 mmol/L改良剂时，发芽势、发芽指数、活力指数和胚根长度均达最高，分别为 82.33%，143.55，572.34，3.99 cm，与CK（碱胁迫）处理相比分别提高12.55%，14%，38.72%，28.82%。结果说明，碱胁迫下添加改良剂可以提高大豆的种子活力，且添加3 mmol/L改良剂时效果最佳。

表4 改良剂对碱胁迫下武乡小黑豆发芽力的影响

3 结论与讨论

种子萌发是幼苗成长的关键阶段。VOIGY等[19]研究表明，盐碱胁迫会减缓种子内部储藏器官中营养物质的水解和转运，破坏其与生长组织营养物质供给之间的平衡关系，导致种子的萌发受制。本研究结果表明，盐碱胁迫浓度为25 mmol/L时种子的发芽率、发芽指数、发芽势与空白对照间差异均不显著，而胚根长显著低于对照，并且随着碱胁迫浓度的增加，大豆种子萌发过程中发芽力均逐渐降低。说明碱胁迫显著降低了种子的发芽力，延长了发芽时间。

本研究使用的盐碱改良剂乙酰化葡萄糖不仅降低了碱胁迫液的pH值，还产生了糖类物质，可用作外源糖来促进植物生长。前人研究结果表明，盐碱胁迫下经过低浓度的葡萄糖或果糖浸种处理的水稻种子，其发芽率和发芽指数得到了显著提高[20]。本试验结果表明，碱胁迫下添加乙酰化葡萄糖浓度为3 mmol/L时，对大豆种子萌发的促进作用最强，随着添加乙酰化葡萄糖浓度的增加，对大豆种子萌发产生了抑制作用，可能是由于产生糖浓度过高，导致培养液的渗透压增加，对大豆种子产生了渗透胁迫，但结果还有待进一步研究。