胡凱鳳， 孫麗芳， 鄧 杰， 徐瑩瑩， 王秋雪， 于 杰， 王 霞， 高樹仁

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院／寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江 大慶163319）

種子的萌發(fā)是植物生長發(fā)育的前提，萌發(fā)質(zhì)量直接影響田間苗齊苗壯，最終影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。鹽堿土作為一種重要的土壤類型廣泛分布于世界100多個(gè)國家，全球約有9.55×108hm2的土地存在不同程度的鹽堿化，其中約有37%是蘇打鹽堿土［1］，其特點(diǎn)是pH值在8以上，NaHCO3含量較高，毒性強(qiáng)。我國東北地區(qū)鹽堿土總面積約3.84×106hm2，鹽堿土耕地總面積約1.28×106hm2，是世界三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)之一［2－3］，其中松嫩平原是東北主要的鹽堿土分布區(qū)，同時(shí)又是中國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和商品糧基地，該地區(qū)土壤鹽堿化嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長，制約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)證明，鹽堿脅迫顯著抑制種子的萌發(fā)。1年生經(jīng)濟(jì)鹽生植物灰綠藜（chenopodium glaucum L.）經(jīng)混合鹽堿脅迫后發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度和pH值的增高，種子萌發(fā)率呈下降趨勢［4］。水稻種子經(jīng)不同濃度的混合鹽堿脅迫后，萌發(fā)期各項(xiàng)指標(biāo)隨著鹽濃度升高和pH值增大而下降，鹽濃度達(dá)到200mmol／L時(shí)，各鹽組合水稻種子均不萌發(fā)［5］。時(shí)麗冉的研究表明，混合鹽脅迫后，玉米種子萌發(fā)受到嚴(yán)重抑制［6］。陳忠林等研究發(fā)現(xiàn)，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢以及各生長指標(biāo)隨著堿脅迫處理濃度的增高而降低［7］。戴凌燕等研究甜高粱種子經(jīng)蘇打堿脅迫后發(fā)現(xiàn)，萌發(fā)受到顯著抑制［8］，同時(shí)，張麗平等研究發(fā)現(xiàn)，堿性鹽比中性鹽對植物種子萌發(fā)影響較大［9］。

近年來，玉米（Zea mays L.）已經(jīng)成為我國種植面積最大的糧食作物，而東北地區(qū)是我國玉米的主產(chǎn)區(qū)，種植面積已將近1 340萬hm2，且增加勢頭不減。研究證實(shí)，玉米耐鹽堿性差，在中度鹽堿土（含鹽量0.3%～0.5%）種植玉米一般可減產(chǎn)20.0%，嚴(yán)重者高達(dá)46.7%［10］。因此，研究堿脅迫下玉米種子萌發(fā)以及篩選耐鹽堿種質(zhì)資源具有重要的意義，同時(shí)可為耐鹽堿玉米新品種的培育奠定基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)選用9個(gè)玉米骨干自交系，研究不同蘇打堿濃度處理下，各供試材料的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化以及萌發(fā)期間種子生長情況，從而對各玉米自交系進(jìn)行綜合的耐鹽堿評價(jià)，并確定一套適合玉米自交系抗堿脅迫的鑒定體系，為室內(nèi)早期快速鑒定玉米種質(zhì)資源的抗堿性奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所選用的玉米自交系分別為K 10、5003、7922、鄭58、Mo 17、E 28、丹340、南5和無－5。由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)玉米育種研究室提供。

1.2 處理方式及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將2種堿性鹽NaHCO3和Na2CO3按照5∶1的摩爾比混合配制不同的堿濃度處理水平，即50，100，150，200mmol／L和250mmol／L，各離子濃度見表1。試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用二因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，因素來源為9個(gè)不同玉米自交系和5個(gè)鹽堿濃度處理水平，蒸餾水為對照，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。

選用飽滿、成熟、均勻一致的種子于10%的NaClO溶液中浸泡消毒15min，清水沖洗后分別浸泡于不同鹽堿濃度液體中6h，再將其置于鋪有濾紙的發(fā)芽盒內(nèi)，每個(gè)處理每個(gè)重復(fù)50粒種子于25℃人工氣候箱中培養(yǎng)。

表1 各蘇打堿處理溶液的pH值及鹽度

1.3 種子發(fā)芽及生長情況調(diào)查

當(dāng)種子放入培養(yǎng)箱中開始，次日開始觀察種子發(fā)芽情況并記錄發(fā)芽種子數(shù)量（“破胸”即為發(fā)芽），同時(shí)采用稱重法及時(shí)補(bǔ)充液體，連續(xù)記錄7d后，從各處理及重復(fù)中隨機(jī)取出20粒種子，測量胚根及胚芽長度，并計(jì)算平均值，同時(shí)測定鮮重及干重指標(biāo)。另外，根據(jù)種子發(fā)芽情況計(jì)算各指標(biāo)公式如下：

發(fā)芽勢（%）＝第4天正常發(fā)芽種子數(shù)量／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽率（%）＝第7天正常發(fā)芽種子數(shù)量／供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)GI＝∑（Gt／Dt），式中Gt為t時(shí)間種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間；

活力指數(shù)VI＝GI×生物量均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel及SAS 9.2統(tǒng)計(jì)軟件，置信度為0.99。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿脅迫處理下品種、濃度及兩者互作的各項(xiàng)指標(biāo)方差分析

表2 不同自交系在不同堿脅迫下玉米種子萌發(fā)及生長指標(biāo)的方差分析

從表2可以看出，活力指數(shù)和胚根長在自交系間表現(xiàn)不顯著，而其他各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)和生長指標(biāo)在自交系間、不同濃度和二者互作間均存在極顯著差異。

2.2 堿脅迫對玉米萌發(fā)各項(xiàng)指標(biāo)的影響

2.2.1 堿脅迫對玉米種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響

從圖1和圖2可以看出，供試的9個(gè)玉米自交系種子萌發(fā)期經(jīng)堿脅迫后，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)都隨著堿濃度的升高而降低，但不同自交系的下降程度不同。除E 28這個(gè)自交系外，其他材料在50mmol／L濃度脅迫下，各材料與對照比較發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)下降幅度不大，說明pH值在9.4條件下，種子還能正常發(fā)芽，而隨著鹽度的不斷升高發(fā)芽能力逐漸下降，但下降程度自交系間存在較大差異，其中自交系5003在200 mmol／L時(shí)降到最低，幾乎為0，而自交系南5在250 mmol／L時(shí)發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)還較高。以上結(jié)果說明，玉米自交系間對堿脅迫的敏感性不同。

圖1 堿脅迫對9個(gè)玉米自交系發(fā)芽率的影響

圖2 堿脅迫對9個(gè)玉米自交系發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2.2 堿脅迫對玉米種子活力指數(shù)的影響

種子活力指數(shù)在一定程度上反應(yīng)了種子萌發(fā)后的生長能力。圖3表明，各供試材料隨著堿濃度的升高種子活力逐漸下降，150mmol／L的堿濃度條件下幾乎降到最低，但各自交系間存在較大差異，其中丹340在堿濃度為50mmol／L時(shí)種子活力和對照相對反而提高，在150mmol／L時(shí)還有較高的活力?？赡苁堑蜐舛鹊柠}堿在一定程度上會激活或抑制細(xì)胞分裂以及細(xì)胞的其它代謝活動等，進(jìn)而影響植物的正常生長發(fā)育。因此，推測不同的自交系對鹽堿的敏感性不同而引起種子活力的差異。

圖3 堿脅迫對9個(gè)玉米自交系種子活力的影響

2.2.3 堿脅迫對玉米種子根長和芽長的影響

玉米各自交系種子經(jīng)堿脅迫7d后測定根長和芽長，從表3可以看出，在相同堿濃度脅迫條件各自交系在根長和芽長間存在顯著差異，并隨著堿濃度的升高根長和芽長均受到抑制，但各自交系間受抑制程度不同，其中丹340自交系在各處理濃度條件下根長和芽長均值最大，而K 10和5003自交系在各濃度下根長和芽長均值最小，說明丹340對堿不敏感具有較強(qiáng)的耐堿性，反之K 10和5003耐性較弱。

2.3 堿脅迫處理下不同自交系各項(xiàng)指標(biāo)的顯著性分析

從表4可以看出，供試9個(gè)玉米自交系萌發(fā)期各項(xiàng)指標(biāo)平均表現(xiàn)隨著堿處理濃度的升高而下降，其中發(fā)芽勢和發(fā)芽率在150mmol／L堿濃度處理下開始表現(xiàn)差異顯著（p＜0.05），而發(fā)芽指數(shù)、胚根長和胚芽長在150mmol／L及以后濃度下差異不顯著，活力指數(shù)從100mmol／L堿濃度處理下開始差異不顯著（p＞0.05），從以上結(jié)果可以看出，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長和胚芽長在150mmol／L堿濃度處理下，供試材料平均表現(xiàn)發(fā)生顯著變化，因此初步確定150mmol／L可為種質(zhì)資源篩選濃度。

表3 不同濃度堿脅迫對玉米自交系根長和芽長的影響

表4 不同堿濃度脅迫下玉米各指標(biāo)的顯著性分析

表5 堿脅迫與各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)分析

2.4 堿脅迫與各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)分析

根據(jù)表4數(shù)據(jù)建立各項(xiàng)指標(biāo)與濃度間的回歸方程，從表5可以看出，玉米萌發(fā)期各項(xiàng)指標(biāo)與堿脅迫濃度間有極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均為0.99。此外，根據(jù)回歸方程分別以對照（0 mmol／L）時(shí)數(shù)值的1／2計(jì)算半抑制濃度（表5），發(fā)現(xiàn)發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的半抑制濃度與實(shí)際相符，分別為177.93、194.01和141.78mmol／L，可見玉米萌發(fā)期種質(zhì)資源篩選評價(jià)時(shí)，可將這3個(gè)指標(biāo)作為鑒定指標(biāo)，3個(gè)指標(biāo)的平均值170mmol／L為篩選濃度。

3 討 論

我國東北地區(qū)鹽堿地是世界三大蘇打鹽堿土集中之一，主要以NaHCO3和Na2CO3兩種堿性鹽為主，其對植物的傷害作用明顯大于NaCl和Na2SO4等中性鹽［11］。柴媛媛研究種子萌發(fā)期甜高粱被NaCl脅迫后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽濃度達(dá)到300mmol／L時(shí)仍有部分種子萌發(fā)，且種子活力不為零［12］。而本實(shí)驗(yàn)在堿濃度達(dá)到100mmol／L就有部分自交系活力指數(shù)接近零，從表4也可以看出，胚根長和胚芽長也較低，并隨著堿濃度升高差異不顯著，可見蘇打堿對植物傷害較大。

目前植物對鹽堿脅迫的反應(yīng)已做大量研究，發(fā)現(xiàn)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均與處理濃度呈負(fù)相關(guān)［13］。其中種子活力指數(shù)既能反映種子的發(fā)芽率，又能客觀反映種子的萌發(fā)質(zhì)量，這與田間苗齊苗壯密切相關(guān)［14］。比較本實(shí)驗(yàn)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)曲線圖發(fā)現(xiàn)，在150mmol／L堿濃度下，供試材料雖然大量萌發(fā)，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)較大，但活力指數(shù)幾乎為零，說明種子在高濃度堿脅迫條件下萌發(fā)質(zhì)量較差，嚴(yán)重影響田間出苗質(zhì)量，這一結(jié)果與前人研究一致［5］。

植物對鹽堿脅迫的耐受性是多種代謝途徑共同調(diào)控的結(jié)果，是多基因控制的數(shù)量性狀［15］。因此單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映各自交系耐鹽堿性的強(qiáng)弱，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)3個(gè)指標(biāo)作為篩選玉米種質(zhì)資源的鑒定指標(biāo)。

4 結(jié) 論

綜上所述，通過對9份玉米自交系種子蘇打堿脅迫處理后，萌發(fā)期各項(xiàng)指標(biāo)除活力指數(shù)和胚根長在自交系間表現(xiàn)不顯著外，其他各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)和生長指標(biāo)在自交系間、濃度間以及二者互作間均存在極顯著差異，并且隨著脅迫濃度的升高而降低，且品種間對蘇打堿的敏感程度不同；發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長和胚芽長在150mmol／L堿濃度下供試材料平均表現(xiàn)差異顯著；回歸分析結(jié)果表明，發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)可作為玉米萌發(fā)期種質(zhì)資源篩選鑒定指標(biāo)，170 mmol／L的堿濃度為適宜的篩選濃度。

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