四种盐碱胁迫对不同品系白芥种子萌发的影响

范惠玲，杨亚莉，任晓燕，陈天元，侯丽娟

(1. 河西学院农业与生态工程学院，甘肃 张掖 734000；2. 青海大学农牧学院，青海 西宁 810016)

土壤盐碱化是农业生产面临的严峻问题之一，可导致土壤退化以及农业生态环境急剧恶化，影响着各类农作物的分布及种子萌发、植株生长发育、产量和品质等[1－3]。甘肃省受盐渍化影响的土壤约3 万hm2，特别是河西走廊及沿黄灌区，因不合理灌溉导致的盐渍化面积逐年增加[4]。

种子萌发和幼苗形态建成是种子植物生长发育的关键时期[5]，也是易受逆境胁迫危害的最脆弱阶段，这一阶段的耐盐碱能力在一定程度上可反映植物整体的耐盐碱性[6，7]。研究人员已在多种作物中开展了相关研究，如油菜及其近缘种的种子萌发期耐盐性存在很大差异，芥菜型油菜对NaCl 胁迫的耐性最强，白菜型油菜和芸芥对NaCl胁迫的耐性最弱，白芥和甘蓝型油菜对NaHCO3胁迫的耐性强，而芥菜型油菜对NaHCO3胁迫的耐性较差[8]；在MS＋0.4% NaCl 条件下培养，白芥和甘蓝较芸薹属的其它种表现出较高的耐盐性[9]；萌发期白芥对NaHCO3胁迫的耐性较差[10]。有研究表明，与NaCl 或Na2SO4等中性盐相比，土壤中NaHCO3或Na2CO3等碱性盐对植物的伤害更大[11]。但目前农业生态学家对中性盐胁迫的机制和潜在原因给予的关注较多，而对碱性盐胁迫的相关研究较少。

白芥(Sinapis alba)属十字花科白芥属，是油菜的近缘种，不仅高抗十字花科植物的多种病虫害[12]，还耐高温及干旱胁迫[13]，是十字花科植物育种的优良种质资源；另外，白芥籽具有镇咳、抗炎、抗衰老、抗皮肤病、防治高血压等功效，在临床上有重要应用价值。白芥的耐旱性研究开展较早，但耐盐性研究起步较晚，其盐胁迫响应机制仍有待深入挖掘。本研究选择农艺性状优良的3 个白芥品系为材料，采用不同浓度的NaCl、Na2SO4和Na2CO3、 NaHCO3溶液分别模拟中性和碱性盐胁迫，比较和评价3 个白芥品系种子萌发期的耐盐性，以期为耐盐碱胁迫白芥的选育和河西走廊盐碱地的合理开发与利用提供资源和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

参试3 个白芥品系为11 白芥3－1、13 白芥15－2、12 白芥15－7，均由河西学院农业与生态工程学院农学教研室提供。挑选饱满一致的种子，在70%乙醇中浸泡30 s，再用40%次氯酸钠溶液消毒15 min，无菌水清洗3 次，晾干后备用。NaCl、NaHCO3、Na2CO3和Na2SO4均为分析纯。试验于2021年3—8月在河西学院农业与生态工程学院遗传育种实验室完成。

1.2 试验设计及处理方法

试验选用4 种盐设计不同浓度梯度溶液进行盐胁迫处理:①NaCl 溶液，30、60、90、120、150、180、210、240 mmol/L 共8 个浓度梯度；②NaHCO3溶液，15、30、45、60、75 mmol/L 共5 个浓度梯度；③Na2CO3溶液，10、20、30、40 mmol/L 共4 个浓度梯度；④Na2SO4溶液，30、60、90、120、150、180、210 mmol/L 共7 个浓度梯度。以蒸馏水为对照。

发芽试验依照国际种子检验规程采用滤纸床法进行:将双层滤纸分别用不同的盐溶液充分饱和后置于内径100 mm 的培养皿底部，在其上摆放试验种子100 粒，然后加入5 mL 不同浓度的4种盐溶液，盖上培养皿盖，置于光照培养箱内培养，光周期设定为光照12 h/d。每处理重复3 次。试验过程中根据培养情况每天适当补充蒸发的水分，以保证处理期间各浓度保持相对稳定。

1.3 测定指标及方法

以胚根突破种皮2 mm 为发芽，记录每天种子发芽情况，统计种子萌发数，连续2 d 种子发芽数不变即调查结束，共计7 d，计算发芽势、发芽率、发芽指数。萌发试验结束当天，每个处理随机选取5 个芽苗，用蒸馏水洗净，滤纸吸干表面水分，立即用分析天平称鲜重，然后用直尺测量胚根长和胚轴长。

发芽势(%)＝第3 天发芽种子数/种子总数×100 ；

发芽率(%)＝第7 天发芽种子数/种子总数×100 ；

发芽指数＝∑Gt/Dt(Gt:当天的发芽数；Dt:发芽日数)。

1.4 数据整理与统计分析

用Microsoft Excel 2019 软件整理数据，用SPSS 22.0 软件进行方差分析和相关分析，运用LSD 法分析差异显著性，运用双变量分析计算斯皮尔曼相关系数；并通过拟合浓度—发芽率关系计算白芥种子的耐盐临界值和耐盐极限值，耐盐临界值为发芽率为50%时的盐浓度，耐盐极限值为发芽率为0 时的盐浓度。

2 结果与分析

2.1 两种中性盐胁迫对白芥种子萌发的影响

2.1.1 Na2SO4胁迫 由图1 可知，30 mmol/L 低浓度Na2SO4处理下，3 个白芥品系的发芽率都在90%以上，其中，12 白芥15－7 的发芽率和胚根长与对照(0 mmol/L Na2SO4)一致，显著高于11 白芥3－1 和13 白芥15－2；但三者的胚轴长差异不显著，均显著低于对照。随着Na2SO4浓度的继续升高，3 个白芥品系的发芽率、胚轴长、胚根长逐渐降低，除60 mmol/L 与30 mmol/L 处理下12 白芥15－7 胚轴长差异不显著外，不同浓度处理间差异均达显著水平(P<0.05)。当Na2SO4浓度达到90 mmol/L 时，3 个白芥品系的发芽率均不高于70%，12 白芥15－7、11 白芥3－1 和13 白芥15－2分别较对照降低了43.3%、30.0%和48.3%，且胚根长均低于2 cm，胚轴长介于2.4～3.2 cm 之间，受到明显抑制；之后，3 个品系的发芽率进一步降低，至150 mmol/L Na2SO4时，11 白芥3－1 的胚轴和胚根生长受到完全抑制，12 白芥15－7 的胚轴生长受到完全抑制；当Na2SO4浓度高达210 mmol/L 时，仅11 白芥3－1 的种子有一定发芽能力，发芽率仅3.3%，其余两个品系完全失去发芽能力。

图1 Na2SO4 处理对3 个白芥品系发芽率、胚轴长和胚根长的影响

可见，超过30 mmol/L 的Na2SO4处理即显著抑制白芥种子萌发及胚根、胚轴伸长，且胚根伸长对Na2SO4胁迫更敏感；90 mmol/L Na2SO4可用于筛选不同耐盐性的白芥种质；3 个白芥品系间比较，11 白芥3－1 品系对Na2SO4胁迫的耐受性最强，在210 mmol/L Na2SO4胁迫下仍有一定发芽能力。

2.1.2 NaCl 胁迫 图2 显示，与对照相比，NaCl胁迫显著降低3 个白芥品系的发芽率，且随着NaCl 浓度的升高，3 个白芥品系的发芽率、胚根长和胚轴长均逐渐降低。3 个品系中，当NaCl 浓度不高于90 mmol/L 时，12 白芥15－7 的发芽率一直保持在96.7%，只有当NaCl 浓度超过120 mmol/L 时才大幅下降，至240 mmol/L 时，发芽率仅3.0%；13 白芥15－2 的发芽率下降最快，NaCl浓度越高下降越显著，至240 mmol/L 时完全失去萌发能力；11 白芥3－1 在30～120 mmol/L NaCl处理时发芽率介于另两个品系之间，但在150～240 mmol/L 较高浓度NaCl 胁迫下，其发芽率远高于另两个品系，表现出较高的耐盐性。

图2 NaCl 处理对3 个白芥品系发芽率、胚轴长和胚根长的影响

3 个白芥品系胚根和胚轴伸长对NaCl 胁迫的响应趋势一致，与对照相比，均表现为NaCl 浓度为30 mmol/L 时显著增长，且胚根长增幅更大，12 白芥15－7、11 白芥3－1、13 白芥15－2 的胚根长分别增加了68.42%、121.25%、59.65%；60 mmol/L 时与对照相当，90 mmol/L 时开始大幅下降，之后NaCl 浓度越高，胚轴长和胚根长下降越显著。当NaCl 浓度达到210 mmol/L 时，11 白芥3－1、13 白芥15－2 的胚根和胚轴伸长受到完全抑制，至240 mmol/L 时，3 个品系的胚根和胚轴伸长均被完全抑制。

综上，150 mmol/L NaCl 适用于筛选不同耐盐性的白芥种质；11 白芥3－1 品系对NaCl 胁迫的耐受性最强；30～60mmol/LNaCl处理对白芥胚根和胚轴伸长有一定的促进作用；胚根伸长对盐胁迫更敏感。

2.2 两种碱性盐胁迫对白芥种子萌发的影响

2.2.1 NaHCO3胁迫 由图3 可知，与对照相比，NaHCO3处理显著降低3 个白芥品系的发芽率，且随NaHCO3浓度的升高逐渐降低。3 个品系中，11白芥3－1 的发芽率在各浓度NaHCO3处理下均最高，其次为12 白芥15－7，13 白芥15－2 最低；至75 mmol/L 时，仅11 白芥3－1 还有3.3%的种子能发芽，其余两个品系均已失去萌发力。

图3 NaHCO3 处理对3 个白芥品系发芽率、胚轴长和胚根长的影响

15 mmol/L 低浓度NaHCO3处理对11 白芥3－1和13 白芥15－2 的胚根和胚轴伸长有一定促进作用，胚根长分别较对照增长了44.44%和20.00%，胚轴长分别较对照提高了8.57%和2.94%；但明显抑制了12 白芥15－7 的胚轴和胚根伸长。当NaHCO3浓度达到30 mmol/L 后，3 个品系的胚轴和胚根伸长均受到显著抑制，60 mmol/L 时12 白芥15－7 完全被抑制，75 mmol/L时3 个品系均被完全抑制。

综上，15～75 mmol/L NaHCO3处理对白芥种子萌发产生显著抑制作用，但15 mmol/L 低浓度NaHCO3处理可在一定程度上促进胚根和胚轴生长；45 mmol/L NaHCO3适用于筛选不同耐碱性的白芥种质；11 白芥3－1 对NaHCO3胁迫的耐受性最强；相对而言，胚根较胚轴对NaHCO3胁迫更敏感。

2.2.2 Na2CO3胁迫 由图4 可知，10 mmol/L Na2CO3处理下，12 白芥15－7 和11 白芥3－1 的发芽率与对照无显著差异，而13 白芥15－2 的发芽率显著下降。当Na2CO3浓度达到20 mmol/L 后，3 个品系的发芽率均大幅降低，差异显著(P<0.05)，且浓度越高发芽率越低。3 个品系中，在10～30 mmol/L Na2CO3处理下，12 白芥15－7、11白芥3－1、13 白芥15－2 的发芽率依次降低；至40 mmol/L Na2CO3处理时，三者的发芽率分别为3.3%、3.3%、0。

图4 Na2CO3 处理对3 个白芥品系发芽率、胚轴长和胚根长的影响

当Na2CO3浓度为10 mmol/L 时，除13 白芥15－2 的胚根长降低不显著外，各品系白芥的胚根长、胚轴长均显著降低，分别为1.30～2.40 cm，2.30～3.10 cm。Na2CO3浓度升高到20 mmol/L时，3个品系白芥的胚根长和胚轴长急剧下降，分别仅为0.24 ～ 0.32 cm 和0.30 ～ 0.80 cm。当Na2CO3浓度达到30 mmol/L 后3 个品系的胚根和胚轴伸长完全被抑制。

综上，Na2CO3是对白芥胚根和胚轴伸长有很强抑制效应的碱性盐，20 mmol/L Na2CO3处理即可显著抑制白芥种子萌发和胚根、胚轴伸长，且品系间具有明显差异，因此，该浓度可用于筛选不同耐性的白芥种质；12 白芥15－7 对Na2CO3胁迫的耐受性最强；胚根较胚轴对Na2CO3胁迫更敏感。

2.3 白芥种子萌发响应CO23－ 和HCO－3 离子胁迫的差异性分析

由图5 可知，当Na＋浓度为30 mmol/L 时，3个白芥品系的发芽率在CO23－胁迫下较高，而胚轴和胚根在HCO－3胁迫下较长。当Na＋浓度为60 mmol/L 时，12 白芥15－7 的发芽率对两种离子胁迫的响应无差异，11 白芥3－1 的发芽率在HCO－3胁迫下较CO23－胁迫下高了26.6 个百分点，而13白芥15－2 的发芽率则低了10 个百分点；两种离子胁迫完全抑制了12 白芥15－7 的胚轴和胚根伸长，而11 白芥3－1 和13 白芥15－2 的胚轴和胚根在HCO－3胁迫下还略有伸长。可见，在Na＋浓度相同的条件下，白芥种子萌发对HCO－3和CO23－的响应因品系不同而有差异，胚轴和胚根伸长受CO23－的抑制作用更强。

图5 白芥萌发响应CO23－ 和HCO－3 离子胁迫的差异

2.4 白芥种子萌发响应SO24－ 和Cl－离子胁迫的差异性分析

由图6 可知，当Na＋浓度分别为60、120、180、240 mmol/L 时，较Cl－胁迫而言，在SO24－胁迫下，3个参试白芥发芽率较高、胚轴和胚根均较长，且在较高Na＋浓度(180、240 mmol/L)时差异更大。可见，当Na＋浓度一定时，Cl－对白芥种子萌发产生了更强的抑制作用，即白芥种子萌发对SO24－的耐受性比对Cl－的强。

图6 白芥萌发响应SO24－ 和Cl －离子胁迫的差异

2.5 4 种盐碱溶液胁迫下白芥耐盐临界值和耐盐极限值的差异

由表1 可见，在NaCl、Na2SO4、NaHCO3胁迫下，11 白芥3－1 品系的耐盐临界值最高，分别为178、118、56 mmol/L，耐盐极限值也最高，依次为323、251、91 mmol/L；12 白芥15－7 品系的耐盐临界值和耐盐极限值均居中，而13 白芥15－2 品系的耐盐临界值和耐盐极限值均最低。在Na2CO3胁迫下，12 白芥15－7 品系的耐盐临界值和耐盐极限值均最高，分别为26、50 mmol/L，11 白芥3－1 品系的耐盐临界值和耐盐极限值均居中，而13白芥15－2 品系的耐盐临界值和耐盐极限值均最低。综上，11 白芥3－1 对NaCl、Na2SO4、NaHCO3胁迫的耐受性最强，，12 白芥15－7 品系对Na2CO3胁迫的耐受性最强，13 白芥15－2 对4 种盐胁迫的耐受性最弱。

表1 4 种盐碱溶液胁迫下白芥不同品系的耐盐临界值和耐盐极限值(mmol/L)

2.6 4 种盐碱胁迫下6 个指标间的相关性分析

由表2、表3 可见，白芥种子萌发期调查性状与4 种盐碱浓度间均呈极显著负相关性。NaCl、Na2SO4、NaHCO3处理下，发芽指数与3 种盐碱溶液浓度间的相关性最高，表明发芽指数对NaCl、Na2SO4、NaHCO3胁迫最敏感；其次，发芽率和发芽势与NaHCO3浓度、胚轴长与NaCl 和Na2SO4浓度间的相关性也较高。Na2CO3处理下，胚轴长与Na2CO3浓度间相关性最高，发芽指数与Na2CO3浓度间相关性次之，表明胚轴长对Na2CO3胁迫最敏感，其次为发芽指数。除NaCl 外，芽苗鲜重与其它3 种盐碱浓度间相关性均最低。可见，发芽指数和胚轴长可用作鉴定白芥种质萌发期耐盐碱性的有效指标。

表2 Na2SO4和NaCl 胁迫下指标间的相关系数

表3 NaHCO3和Na2CO3胁迫下指标间的相关系数

萌发期不同指标间相关性差异明显:Na2SO4处理下6 个指标间相关系数在0.899～0.992 之间，芽苗鲜重与胚轴长、发芽指数与发芽势间相关性最高。NaCl 处理下6 个指标间相关系数在0.706～0.981 之间，除胚根长与发芽指数、发芽势间呈显著相关外，其它指标间相关性均达到极显著水平，其中发芽指数与胚轴长的相关性最高，其次为发芽指数与芽苗鲜重。NaHCO3处理下，胚根长与发芽率、发芽势、发芽指数间的相关性较低(相关系数0.705～0.768)，达显著水平，其余指标间相关性均达极显著水平，其中发芽势与发芽率和发芽指数、胚轴长与芽苗鲜重间相关性较高。Na2CO3处理下，除胚根长与芽苗鲜重、发芽势、发芽率、发芽指数间呈显著性相关性(相关系数0.756～0.797)外，其余指标间均极显著相关，以发芽势与发芽率和芽苗鲜重间的相关性较高。

3 讨论与结论

3.1 白芥对Na2SO4胁迫的耐受性强于对NaCl 胁迫

在相同Na＋浓度(60～240 mmol/L)条件下，与NaCl 胁迫相比，Na2SO4胁迫下白芥种子萌发率高、胚根和胚轴生长发育较好；在NaCl 和Na2SO4胁迫下，11 白芥3－1 品系的生长临界Na＋浓度分别为178 mmol/L 和236 mmol/L，极限Na＋浓度分别为323 mmol/L 和502 mmol/L。这与在沙枣[14]上的研究结果一致，但比沙枣在Na2SO4胁迫下的生长临界Na＋浓度(280 mmol/L)低44 mmol/L。因此，在对以NaCl 为主要成分的盐碱地进行生物治理时，除沙枣之外，白芥也是可选择的植物材料之一。

3.2 低浓度NaHCO3和NaCl 对白芥种子胚轴和胚根伸长产生一定的促进作用

大多数研究者认为盐胁迫对种子萌发有抑制作用，但也有研究者认为低浓度盐对种子萌发有促进作用，高浓度盐才对种子萌发有明显抑制作用[15－17]。在本试验中，白芥种子的发芽率、胚根长和胚轴长随盐碱浓度的增大呈现下降趋势，而且高浓度明显抑制种子的萌发，这可能是由于外界高渗透压引起种子吸水不足，引起a－淀粉酶活性降低，从而导致种子萌发受阻[18]。但15 mmol/L NaHCO3、30～60 mmol/L NaCl 处理对白芥胚轴和胚根伸长表现出一定的促进作用，这可能是因为低浓度盐促进了细胞膜的渗透调节或者微量Na＋激活了某些酶[19]。

3.3 两种碱性盐胁迫对白芥种子萌发及胚根和胚轴伸长具有更强的抑制效应

裴毅等[10]研究表明白芥种子有一定耐盐碱能力，且耐NaCl 能力强于耐NaHCO3能力。本试验结果也发现，在同等Na＋浓度下，白芥在NaCl胁迫下的发芽率明显高于在NaHCO3胁迫下的测定值，初步表明其耐NaCl 胁迫的能力强于耐NaHCO3胁迫的能力。

赛黎[20]研究发现Na2CO3对野生油菜种子萌发、根和地上部生长有抑制作用。本试验结果也表明，10～40 mmol/L Na2CO3处理对白芥种子萌发及胚轴和胚根伸长均产生了明显抑制作用。表明Na2CO3是抑制白芥及其近缘种种子萌发效应很强的碱性盐。

3.4 白芥中存在耐盐碱性较强的种质

盐胁迫影响植物生长的各个阶段，但已知大多数植物的种子萌发和幼苗生长阶段对盐胁迫更为敏感[21]。黄镇等[22]研究发现种子发芽率随着NaCl 质量浓度的升高而降低，白菜型油菜的种子萌发率最高，甘蓝型油菜次之，芥菜型油菜最差。范惠玲等[8]研究表明，油菜及其近缘种中，芥菜型油菜、甘蓝型油菜、白芥在NaCl 胁迫下的发芽率较高，而白芥和甘蓝型油菜在NaHCO3胁迫下的发芽率较高。本试验结果表明，在Na2SO4、NaCl、NaHCO3、Na2CO3处理下，3 个白芥品系的发芽率均降低，且盐浓度越高降低越显著。研究认为芸薹属植物在属间和种内存在显著的耐盐性变异[23－26]。本研究结果也显示，供试的3 个白芥品系萌发期对4 种盐碱胁迫的响应不同，其中，11白芥3－1 对Na2SO4、NaCl、NaHCO3的耐性最强，而12 白芥15－7 对Na2CO3的耐性最强，13 白芥15－2 对4 种盐碱胁迫的耐性最弱。这可为今后选育适合不同盐碱地的耐盐碱性白芥种质提供参考。