混合盐胁迫对油菜种子萌发的影响

纪振冬，周培禄，丁小飞，夏 乾，骆弟宏，龙 莉

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

油菜是我国第一大油料作物，年种植面积达600 万hm2以上，其中长江流域约占85%[1]，天津油菜种植面积也达到200 hm2。虽然油菜种植面积同比前两年有所减少，但仍是天津油料作物占比最多的作物。同时，油菜也是我国发展盐碱农业中重要的候选油料作物[2]。而在盐胁迫作物生长的过程中，种子萌发期的耐盐性强弱决定了种子能否在盐渍土壤中出苗，故种子萌发是植物得以生存和延续的重要阶段[3]，更是植物更好适应环境的变化和成功建植的关键。近年来，我国不规范的土地种植模式、不合理的灌溉方法等现象，使得土地盐碱化日益加重，成为影响种子生长、降低产量的主要环境问题之一[2]。盐胁迫条件下，细胞渗透势升高，可抑制植物对水分的吸收，从而造成植物体的生理干旱，降低植物生物量的积累[4]。碱性盐胁迫产生的高pH 值和离子毒害作用，可抑制植物碳同化率，降低同化量，从而间接影响植物的正常生长[5]。研究表明，碱性盐胁迫与中性盐胁迫相比，碱性盐胁迫对植株的生长发育、生化机理的破坏力更强[6]。油菜具有一定的耐盐碱能力，而种子萌发阶段是油菜一生中耐盐性最敏感的阶段，种子萌发阶段决定了油菜是否能在盐碱地里进行生长发育的关键时期[5,7]。在盐碱条件下，油菜播种后容易出现出苗慢、出苗不齐和死苗等现象，难以实现壮苗齐苗，导致油菜籽产量和种植效益下降。

据不完全统计，我国盐渍土总面积约360 万hm2，而其中耕地面积约为92 万hm2，占我国总盐渍土面积的25.5%，这已经严重的制约了我国农业的可持续发展[8-9]，这些盐碱土主要分布在我国的东北、华北、西北内陆地区，以及长江以北的沿海地带[10]。天津盐碱化较为严重，根据天津市第二次土壤普查结果和《天津土种志》《天津市农业资源和农业区划图集》等相关文献和资料显示，天津盐碱土总面积为49.3 万hm2，面积占到了全市土地总面积的42.3%[11]。天津市耕地面积有限和工业化和城镇化的发展等因素，使得本就可利用的耕地面积不断减少，故合理开发沿海滩涂碱地成为了解决粮食安全的优质解决办法。因此，本试验通过将NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO34 种盐溶液，按不同的比例混合进行处理，围绕不同pH 值下不同浓度的混合盐胁迫对油菜种子萌发过程及恢复萌发的影响，分析油菜种子在萌发过程中对碱、盐胁迫耐性和油菜种子耐碱、耐盐的能力，阐明其在碱性盐胁迫下的一系列生理萌发机制，为油菜盐碱种植提供理论依据和数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘秦优1618’为陕西省杂交油菜中心培育的半冬性、中晚熟、甘蓝型的杂交种油菜品种，其生长特点为低感菌核病、中抗病毒病、中抗白粉病、抗倒性强、抗寒性好、适宜机械化栽培、适种范围广等特点，是一个综合性能十分优异的品种。

1.2 盐碱胁迫条件设计

采取单因素随机区组的试验设计，以NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO34 种盐配制3 组不同比例的培养液，得到不同pH 值（分别为7.20、8.00、8.85、9.61）的4 组（SA、SB、SC、SD）碱性盐培养液，每组设有50、100、150、200 mmol·L-14 个不同的浓度梯度，且每个处理组的pH 值相同，再用蒸馏水（pH 值为7）作为对照组（CK），重复3 次。

表1 碱性盐溶液各组分配比（摩尔浓度比）及其对应的pH 值

1.3 油菜种子萌发试验

1.3.1 种子准备 挑选籽粒饱满、表面光泽的油菜种子，使用浓度为0.01%的高锰酸钾溶液消毒30 min，再将经过消毒后油菜种子用蒸馏水反复冲洗5遍、晾干，以作备用。

1.3.2 萌发处理 选择直径为90 mm 的玻璃培养皿，皿内放入双层滤纸作为纸床，分别滴加不同浓度的碱性盐溶液润湿双层滤纸，倾斜45°无明水时达到滤纸饱和点。在处理好的玻璃培养皿中整齐有序的放入60 粒油菜种子，每个处理组需要3 次重复；为玻璃培养皿盖盖，最后将培养皿放入（25±1）℃恒温培养箱中进行避光培养；萌发过程中，每间隔24 h 为种子更换1 次相应的饱和碱性盐滤纸，以确保碱性盐溶液浓度的一致性。

1.3.3 测定指标 每隔24 h 需要观察并记录1 次每个培养皿中的萌发种子数，连续观察7 d，以芽长＞2 mm 为发芽标准。之后，将还未萌发的种子用蒸馏水反复冲洗5～6 次，转至蒸馏水中再继续培养7 d，检测种子的恢复萌发情况。已萌发的种子在原培养基继续培养至10 d，于每皿随机取10 份样品测定其芽长和根长，以及随机抽取30 株拭干后测其鲜质量（不到30 株时，将已萌发的样品全部测定，取平均数）。

1.4 数据统计与分析

式中，GN 为种子萌发总数；SN 为供试种子总数（60粒）；Gt 为当日萌发的种子数，单位为个；Dt 为相应的萌发天数，d；A 是试验中每组的最终萌发种子数量、B 是碱性盐溶液处理下的种子萌发数量、C 是供试种子数（60 粒），单位为粒。

采用SPSS22.0、Office 2016 和Sigma Plot 12.0等软件进行数据进行统计和分析，采用最小差异显著法（LSD 法）检验处理间的显著性差异。

2 结果与分析

2.1 混合盐胁迫对油菜种子萌发参数的影响

2.1.1 日萌发数 由图1 可以看出，油菜种子在不同浓度的碱性盐胁迫条件下，油菜种子的日萌发数随着试验天数的增加呈单峰变化趋势。CK 处理在第2 天日萌发数为33 粒，日发芽种子数达到最高峰。与对照相比，各胁迫处理单日最大萌发数的天数都有1～2 d 的推迟。因此，选取第2 天作为种子发芽势计算标准。

图1 碱性盐溶液各组分配比（摩尔浓度比）及其对应的pH 值

2.1.2 萌发率 由图2 可以看出，不同浓度的盐碱胁迫处理后，油菜种子的萌发变化曲线相似，前3 d种子萌发率增长较快。随着处理天数的增加，种子萌发率呈缓慢增长趋势，且随盐碱胁迫处理pH 值的增加，种子萌发率下降明显；在同一pH 值处理条件下，随着盐碱胁迫处理浓度的增加，种子萌发率均呈下降趋势。

图2 碱性盐胁迫下油菜种子的累计萌发率

由表2 可知，处理7 d 后，油菜种子对照组的萌发率为93.3%，复水后最终萌发率达94.4%；盐碱胁迫处理浓度为50 mmol·L-1时，SA 和SB 处理组种子萌发率较对照组分别下降6.11%、10.0%，复水后最终萌发率分别下降3.88%、4.44%，差异均不显著（P＞0.05），SC 和SD 处理组种子萌发率较对照组分别下降1.66%、15%，复水后最终萌发率分别下降2.22%、13.33%，均达显著水平（P＜0.05）。当盐碱胁迫处理浓度超过50 mmol·L-1时（100、150 mmol·L-1），各胁迫处理组的种子萌发率和最终萌发率均显著低于对照处理（P＜0.05）。值得注意的是，当pH 值为8.85（处理组C），浓度为100、150 mmol·L-1时种子萌发率分别为68.3%、54.4%；当pH 值为9.61（处理组D），浓度为100、150 mmol·L-1时种子萌发率分别为37.8%、30.6%，远低于同组低浓度处理和对照组，未萌发种子复水后没有再次萌发，种子失活。

表2 混合盐胁迫下油菜种子的萌发率及复水后的恢复情况

2.1.3 发芽势和发芽指数 由表3 可以看出，在同一pH 值处理条件下，随着盐碱胁迫浓度的增加，油菜种子的发芽指数、发芽势呈下降趋势，相对盐害率逐渐上升，对油菜种子的萌发的抑制作用愈发明显。对照组的油菜种子发芽势、发芽指数分别为55%、23.2，显著高于各胁迫处理种子的发芽势、发芽指数（P ＜0.05）。在同一pH 值处理条件下，当浓度从50 mmol·L-1增加到200 mmol·L-1时，发芽指数分别下降11.0%、14.6%、14.1%、13.5%，发芽势分别下降35.0%、30.6%、40.0%、38.3%，相对盐害率分别增加31.6%、62.4%、40.0%、51.3%；同一胁迫浓度下，随pH 值的增加（SA-SD），油菜种子发芽势、发芽指数整体下降趋势，相对盐害率增加。

表3 混合盐胁迫下油菜种子的发芽势和发芽指数及相对盐害率

2.1.4 盐碱浓度、pH 值及其交互作用对油菜种子萌发参数的影响 由表4 可知，盐溶液浓度、pH 值及其互交作用对油菜种子的发芽指数、发芽势、相对盐害率、种子萌发率、恢复萌发率、最终萌发率均有不同程度的影响。盐溶液浓度对油菜种子的上述各项参数均有极显著的影响（P＜0.01）。pH 值及盐浓度与pH 值互交作用对油菜种子的发芽势和恢复萌发率的影响不显著（P＞0.05），对油菜种子的发芽指数、相对盐害率、种子萌发率和最终萌发率有极显著的影响（P＜0.01）。

表4 盐碱浓度、pH 值及其交互作用对油菜种子萌发参数的影响

2.2 混合盐胁迫对油菜幼苗形态指标的影响

2.2.1 形态指标 由图3 可知，与对照组相比，盐碱胁迫使油菜种子主根长和根鲜质量均受到不同程度的降低。其中，SA-50 mmol·L-1处理主根长度较CK降低13.7%，差异不显著（P＞0.05），其余处理均显著低于CK（P＜0.05），且随浓度和pH 值的升高，主根长度降低幅度越大。SA 处理浓度为50 mmol·L-1时，芽鲜质量较CK 处理增加15.7%，但差异不显著（P＞0.05），其余处理芽鲜质量和根鲜质量均显著低于CK（P＜0.05），且随浓度和pH 值的升高，芽鲜质量和根鲜质量降低幅度越大。这说明混合盐浓度的升高通过增加溶液渗透势限制根系对水分的吸收从而抑制胚根和胚芽的伸长生长，而高pH 值会进一步破坏了根系的活力抑制胚根和胚芽的发育。

图3 混合盐胁迫下油菜种子的形态指标的影响

2.2.2 混合盐胁迫对油菜种子萌发后生长参数的影响 由表5 可知，碱性盐溶液浓度、pH 值及其互交作用对油菜的芽鲜质量、根鲜质量、根芽比均有不同程度的影响。碱性盐溶液浓度及pH 值对油菜种子的上述各项参数均有极显著的影响（P＜0.01）。碱性盐溶液浓度与pH 值互交作用对油菜芽鲜质量、根鲜质量的影响显著（P＜0.05），对根长的影响不显著（P＞0.05），对根芽比有极显著的影响(P＜0.01)。因此，碱性盐浓度个pH 值在油菜种子的萌发过程中均占据主导地位。

表5 盐碱浓度、pH 值及其交互作用油菜生长参数的影响

3 讨论与结论

土壤盐渍化已经成为了世界范围内影响植物生长主要的非生物胁迫之一，它会导致全球可利用的耕地面积随盐渍化程度的扩大而逐步减少，也会破坏植物对土壤的利用效率从而限制作物产量和品质[12]。关于如何让耐盐植物适应盐胁迫的方法已经是国内外和学者的一个热点研究方向，而根据2019年统计数据，油菜也正是我国油料作物的主要来源，占全国油料播种面积的50.93%，而且它是一种耐盐碱适应性较广的油料作物[13]。因此，研究油菜种子的耐盐能力、在盐胁迫下种子的生长情况，以及复水后的变化规律都有重要的科学意义和潜在的应用价值。

本研究结果表明，混合盐碱胁迫下，油菜种子的萌发、生长都会受到不同程度的影响，随着浓度和pH 值的升高，种子的萌发率、发芽指数、发芽势、主根长等指标与对照相比均有不同程度的下降。发芽率的高低体现了品种的耐盐能力，低浓度胁迫处理对种子的发芽率抑制较小，甚至SA-50 mmol·L-1处理在芽鲜质量等方面表现出促进作用，与近年来很多研究观点低浓度盐分对植物低浓度盐分对作物的发芽、生长有一定的促进作用的结论一致[14]。在SA处理中，pH 值接近中性，对种子萌发的作用主要表现在随着浓度的提高相对盐害率升高，从而抑制了油菜种子发芽率、发芽势、根长、根/芽鲜质量等指标，其生理原因是高浓度的盐胁迫提高了外界溶液的渗透式抑制了种子对水分的吸收[15]，但种子没有失活。本研究结果表明，当pH 值超过8.85（SC、SD处理）、浓度超过150 mmol·L-1时，油菜种子萌发会受到严重抑制，萌发率降低，部分种子失活。因此，与混合中性盐相比，混合的碱性盐对种子的抑制程度更为严重，其原因表现在两个方面，一是高浓度混合盐胁迫条件下，过高的Na+造成的离子毒害作用和外界过高渗透式造成的渗透胁迫抑制种子萌发和胚根胚芽的生长；二是高pH 值也能够通过抑制细胞内酶的活性，抑制种子萌发和根芽生长，甚至造成种子失活。

另外，众多学者的研究皆发现，种子在碱性盐胁迫条件下的萌发会受到一定程度的抑制，其抑制程度与盐类型、盐浓度、pH 值及植物本身耐盐碱的能力等因素有关[16-17]。本试验结果表明，油菜种子在解除胁迫后，其恢复萌发能力也表现出差异，表现为：低pH 值处理（SA/SB），浓度低于100 mmol·L-1时种子的恢复萌发率相对较高，且最终萌发率与CK 差异不显著（P＞0.05），高浓度条件下，恢复萌发率和最终萌发率在一定程度上均有不同程度降低，在高pH值处理（SC/SD），浓度低于100 mmol·L-1恢复萌发率和最终萌发率在一定程度上均有不同程度降低，但部分种子仍有活力，而浓度高于150 mmol·L-1时，全部种子失去活力其原因可能是因为在高浓度碱性盐胁迫处理下，碱性盐浓度过高使得种子细胞中积累了过多离子、破坏了细胞质膜的完整性，使得细胞内代谢紊乱，形成不可逆的毒害，超出种子的耐受范围导致种子失去活力[18-20]，使其种子死亡。总而言之，混合盐碱胁迫涉及到的方面比单一盐碱胁迫复杂，混合盐碱是多因素的相互作用，其中存在着一定的协同效应[21]。