木醋液对盐碱条件下芸豆种子萌发及生长的影响

梁海芸，于崧，于立河

（1.南宁市青秀区长塘镇农业农村站，南宁 530000；2.黑龙江八一农垦大学农学院）

土壤盐化和次生盐碱化是造成全球土地退化和阻碍农业高效利用的主要原因之一。根据联合国教科文组织（UNESCO）和世界粮农组织（FAO）的统计，世界盐碱地面积已达9.5 亿hm2，约占土地总面积的30%，它主要分布在干旱和半干旱气候地带，且每年以100～150 万hm2的速度进行增长[1]。其中松嫩平原现有盐碱地面积达373 万hm2，是东北地区重要的商品粮基地，是世界苏打盐碱土三大集中分布区之一。由于气候变化、灌溉方式不当、过量施用化肥、过度收获和过度放牧，次生盐碱地面积仍以每年1.4% 的速度扩大[2]。随着人口的逐年增长，人们对食物的刚性需求不断增加，对资源和环境的压力也在不断增大。此外，城市占用土地和工业用地也在逐步扩大。积极改善和高效开发利用盐碱地资源，对促进我国经济的可持续发展具有重要意义。

芸豆是人类最主要的食用豆类之一[3]，相关研究发现，芸豆含有蛋白质、维生素、脂肪、碳水化合物等丰富的营养物质，可作为日常饮食的补充。然而，芸豆为盐碱敏感性作物，土壤的盐碱化对其生产力和营养品质构成严重威胁，制约了芸豆种植面积和产量及品质的进一步提高[4]。因此，研究芸豆在盐碱条件下的适应机理，有利于盐碱地的开发利用，对促进农业可持续发展具有重要意义。对芸豆耐盐碱机理的研究大多从植物对环境的反馈和植物对环境的适应性两个角度来探讨芸豆的耐盐碱机理，重点研究了盐碱胁迫后芸豆种子萌发、幼苗生物量积累、光合特性、渗透调节、离子平衡和抗氧化系统的变化[5]，而对于外援物质调控芸豆耐盐碱适应机制的研究报道较少。

木醋液是生物质原料在高温绝氧条件下热解产生的气体经冷凝得到的混合物，是生物质热化学利用过程中的一种重要产物。卢辛成等[6]研究表明，木醋液成分较为复杂，但主要成分仍为水和有机质。木醋液是经特定技术提取获得的天然植物，其含有数百种有机质[7]。正是由于木醋液的成分较为复杂，所以其作用也较多，例如调节植物生长、防腐、抗氧化等，由此它被广泛应用于农业、林业、食品加工业等诸多领域。其中以农业为首，它主要用于改良土壤、增产增收、防治病虫害等方面[8-9]。周建云等[10]报道认为，木醋液中种类丰富的有机物质，如酚类、醇类、酸类等，这些物质在植物生长过程中可产生特定的作用从而影响植物的激素代谢和酶系统，调节植物生长。木醋液作为无公害的生物质副产物，它在农业生产实践发挥了非常重要的作用和效果，已经受到人们的广泛关注。国内外在木醋液促进植物生长及诱导植物提高抗病性的研究上已取得一些成果[11-12]，但是关于木醋液对于芸豆盐碱胁迫的调控作用机制的研究，迄今为止报道甚少。所以，研究拟在生理生化水平探讨木醋液对于盐碱胁迫下芸豆萌发和幼苗生长的缓解作用及其机制，为进一步揭示木醋液对作物抗盐性的调控机制提供理论依据，并为木醋液在松嫩平原地区的推广应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为由黑龙江省农业科学院选育的“龙芸14”。

供试木醋液由山东泰然生物工程有限公司提供，木醋液是由花生壳经热解炭化制成，热解温度为500 ℃，易溶于水的浅黄色液体，它主要包括酸类、醛类、酮类和酚类等有机成分，其pH 值为2.61。

1.2 试验设计

1.2.1 萌发期盐碱浓度的筛选试验

试验分别采用0、25、50、75、100 和125 mmol·L-1的混合盐碱（NaHCO3与Na2CO3的摩尔比为9∶1）溶液进行萌发期盐碱浓度筛选试验，处理分别为清水（CK）、25 mmol·L-1盐碱胁迫（A1）、50 mmol·L-1盐碱胁迫（A2）、75 mmol·L-1盐碱胁迫（A3）、100 mmol·L-1盐碱胁迫（A4）以及125 mmol·L-1盐碱胁迫（A5）。试验方法为培养皿纸上发芽法，先挑选籽粒饱满并且大小一致的种子，用10% NaClO 没过种子表面浸泡消毒10 min，然后用清水冲洗数次，再用去离子水漂洗3 次，最后用滤纸吸干种子表面水分。将不同浓度的盐碱溶液用移液枪均匀的添加到铺有双层滤纸的已灭菌培养皿中，添加量为10 mL，紧接着在铺有双层滤纸的已灭菌培养皿中对消毒后的种子进行接种。培养皿中芸豆种子数量为30，设置4 个重复。将接种后的培养皿移入人工气候箱内，人工气候箱温度设置为25 ℃，进行黑暗发芽，相对湿度为50%～60%。从芸豆种子培养的第1 d 开始每天统计发芽数，发芽标准以种子胚根达到种子长的1/2 为准，蒸发的水分要每隔一天进行补充，补水的方法为称重补水法，一直到试验的第7 d，并在第7 d 进行相关指标的测定，其测定内容为：胚芽和胚根的长度、鲜重、干重，每个处理测定30 株，取平均值。

1.2.2 萌发期木醋液浓度的筛选试验

种子萌发试验方法以及试验过程同1.2.1。在100 mmol·L-1的盐碱溶液中添加不同浓度木醋液，处理分别为清水对照（CK）、盐碱胁迫处理（A）、稀释20倍木醋液（A+W20）、稀释40 倍木醋液（A+W40）、稀释60 倍木醋液（A+W60）、稀释80 倍木醋液（A+W80）、稀释100 倍木醋液（A+W100）、稀释120 倍木醋液（A+W120）。用移液枪将溶液均匀地添加到铺有双层滤纸的已灭菌培养皿中，添加量为10 mL，紧接着在铺有双层滤纸的已灭菌培养皿中对消毒后的种子进行接种。培养皿中芸豆种子数量和重复次数，以及种子萌发的统计方法均同1.2.1。

1.3 测定方法

分别取不同条件下处理7 d 的芸豆种苗，每个处理取30 株，测量芸豆的胚芽长和胚根长。将种苗分解为胚芽和胚根两部分，用蒸馏水进行冲洗，直至洗净为止，用吸水纸吸去多余的水分，装入纸袋中，称其鲜重，在105 ℃的烘箱里进行杀青，时间30 min，然后在80 ℃下将样品烘干至恒重，称其干重。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的盐碱胁迫对芸豆种子萌发的影响

根据表1 可以看出，随着盐碱浓度的升高，芸豆种子的发芽率、发芽指数和活力指数均逐渐递减，其中25 mmol·L-1的盐碱胁迫下芸豆种子的发芽率和发芽指数与对照相比差异不显著，而活力指数与对照相比差异显著。其它盐碱处理的发芽率、发芽指数以及活力指数均显著低于对照，并且这三项指标均在盐碱浓度为125 mmol·L-1时达到最小值，与CK 相比分别降低了17.09%、20.51%、83.33%。

表1 不同浓度的盐碱胁迫对芸豆种子萌发的影响Table 1 Effects of different concentrations of saline-alkali stress on seed germination of common bean

2.2 不同浓度的盐碱胁迫对芸豆种子生长的影响

表2 可以看出，随着盐碱浓度的升高，芸豆种子的胚根长、胚芽长、胚根鲜重、胚芽鲜重、胚根干重和胚芽干重均呈下降趋势，并且在125 mmol·L-1时达到最小值，胚根长和胚芽长分别较CK 降低了90.67%和73.02%，胚根鲜重、胚芽鲜重、胚根干重和胚芽干重分别较CK 降低了73.07%、79.00%、75.86%和79.11%，说明胚根和胚芽发育不良，胚根短小易折断。

表2 不同浓度的盐碱胁迫对芸豆种子生长的影响Table 2 Effects of different concentrations of saline-alkali stress on seed growth of common bean

通过对盐碱胁迫芸豆幼苗萌发及生长的影响，我们发现Na2CO3与NaHCO3混合具有非常强的胁迫作用，综合发芽率、发芽指数、活力指数以及形态指标的因素，发现100 mmol·L-1的胁迫处理作用明显且能保证芸豆种子的存活，同时，为了保证试验效果，进一步的种子萌发试验盐碱浓度采用100 mmol·L-1。

2.3 不同浓度的木醋液对盐碱胁迫下芸豆种子萌发的影响

根据表3 可以看出，盐碱胁迫对芸豆种子的发芽率、发芽指数和活力指数抑制作用明显，与CK 相比，A 处理的芸豆种子的发芽率、发芽指数以及活力指数分别降低了14.29%、17.6%和79.69%。随着不同浓度木醋液的加入，芸豆种子的发芽率、发芽指数以及活力指数出现先上升后下降的趋势，并且均在稀释80 倍时到达峰值，随后开始下降，而盐碱条件下加入稀释20 倍的木醋液，降低了芸豆种子的发芽率、发芽指数以及活力指数。而其他稀释倍数的木醋液均提高了芸豆种子的各个萌发指标，而且达到显著水平。其中稀释80 倍的木醋液缓解盐碱胁迫对芸豆种子萌发的抑制效果最好。

表3 不同浓度的木醋液对盐碱胁迫下芸豆种子萌发的影响Table 3 Effects of different concentrations of wood vinegar on seed germination of common bean under saline-alkali stress

2.4 不同浓度的木醋液对盐碱胁迫下芸豆种子生长的影响

如表4 所示，盐碱胁迫显著抑制了芸豆种苗早期的生长，与CK 相比，A 处理的胚根长、胚芽长、胚根鲜重、胚芽鲜重、胚根干重以及胚芽干重均出现显著降低，较CK 分别降低了88.88%、75.42%、71.41%、76.94%、69.55%和79.69%。随着不同浓度木醋液的加入，芸豆种子各项萌发形态指标呈现先上升后下降的趋势，在稀释80 倍时到达峰值，随后开始下降，盐碱条件下加入稀释20 倍的木醋液，降低了芸豆种子的各项萌发形态指标，但并未达到显著水平。而其他稀释倍数的木醋液均提高了芸豆种子的各项萌发形态指标，而且达到显著水平。其中稀释80 倍的木醋液缓解盐碱胁迫对芸豆种子生长的抑制效果最好。

表4 不同浓度的木醋液对盐碱胁迫下芸豆种子生长的影响Table 4 Effects of different concentrations of wood vinegar on seed growth of common bean under saline-alkali stress

综合以上数据可知，稀释80 倍的木醋液对于盐碱胁迫下芸豆种子的发芽率、发芽指数、活力指数以及萌发阶段生长的的缓解效果最优。因此，也验证了此浓度为幼苗形态建成最佳浓度的结论，之后试验采用稀释80 倍的木醋液进行。

3 讨论

研究表明，种子早期萌发就会受到盐碱胁迫的影响，种子萌发阶段是植物对盐碱胁迫最敏感的阶段，盐碱处理会抑制种子萌发及幼苗生长[13]。研究发现，100 mmol·L-1混合盐碱（NaHCO3与Na2CO3的摩尔比为9∶1）胁迫会显著降低芸豆种子发芽率、发芽指数以及活力指数，阻碍胚芽及胚根的正常生长。目前国内外对于木醋液在农业方面的应用仍处于起步阶段，对木醋液调节机理的研究报道还很少。近年学者研究发现，木醋液含有酸、醇、酚、酯、羰基类及呋喃类等约500 多种有机成分，在促进植物生长、改良土壤、增加产量、改善品质和防治病虫害等方面被广泛应用[14-15]。研究表明，适宜浓度木醋液可以促进种子萌发，但木醋液对植物的生长有双重作用，过高的浓度会抑制植物的生长并造成毒害作用[16]。所以，木醋液浓度的选择非常重要。常青[17]研究表明，稀释50倍的木醋液能显著提高茄子种子的发芽势、发芽率和发芽指数，并降低平均发芽天数。梁凤臣[18]研究表明，使用100 倍稀释木醋液浸种，幼苗长势最佳，稀释100 倍木醋液浸种可加速根系生长、增加干物质的积累，提升活力指数，提升幼苗长势。潘静霞[19]研究当木醋液稀释5 000 倍，对白菜种子的发芽起抑制阻碍作用，并抑制白菜种子的后续生长，但稀释5 000倍的木醋液却对小麦种子的发芽具有明显促进效果。研究中，非盐碱胁迫环境下稀释80 倍的木醋液处理，显著降低了芸豆种子的发芽率、发芽指数及活力指数。盐碱胁迫条件下，稀释80 倍的木醋液处理可显著缓解100 mmol·L-1的混合盐碱（NaHCO3与Na2CO3的摩尔比为9∶1）胁迫对芸豆种子萌发的抑制效应，提高种子发芽率、发芽指数及活力指数，其中等pH 的冰乙酸促进效果不明显。同时木醋液处理明显提高盐碱胁迫7 d 期间芸豆芽长、根长、芽干鲜重、根干鲜重。

4 结论

木醋液能够有效的缓解盐碱胁迫对芸豆种子的萌发抑制作用。在盐碱胁迫条件下，施加稀释80 倍的木醋液处理的芸豆种子的发芽率、发芽指数、活力指数均显著高于盐碱处理的芸豆种子。同时，木醋液处理能有效缓解盐碱胁迫对胚芽和根系生物量的抑制作用；与盐碱胁迫相比，施加木醋液处理的种苗的根长、芽长和根干重、芽干重分别增加86.96%、73.85%、61.56%、71.46%。同时稀释80 倍木醋液处理能显著的提高芸豆种子活性，从而增强芸豆种子萌发的动力。