高 凱,高 陽(yáng),朱鐵霞,滕愛(ài)娣

(內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043)

土壤鹽漬化是導(dǎo)致可利用土地面積減少和降低農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的主要原因之一，如何科學(xué)合理利用鹽漬化土壤已成為當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題。中國(guó)鹽漬土地總面積有9 913.3萬(wàn)hm2，范圍廣，種類(lèi)多[1]。其中，中性鹽(NaCl、Na2SO4)和堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)是內(nèi)陸蘇打鹽堿土的主要鹽堿成分，其pH較高，造成土壤理化性狀不良，嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)[2]。在自然環(huán)境中，鹽、堿脅迫對(duì)栽培植物和野生植物的抑制作用通常同時(shí)存在，其中，鹽堿脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)和苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響更是人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，但植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)因植物種類(lèi)、鹽堿類(lèi)型的不同而表現(xiàn)出差異。如苦馬豆(Swainsoniasalsula)萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)隨鹽濃度增加逐漸減少[3]；采用NaCl對(duì)耐鹽和不耐鹽高粱(Sorghumbicolor)品種的種子引發(fā)試驗(yàn)表明，隨著鹽濃度的增加，鹽脅迫下高粱種子發(fā)芽率降低，幼苗生長(zhǎng)受到抑制，生物量減少[4]；低濃度NO3-促進(jìn)黃瓜(Cucumissativus)種子萌發(fā)，而隨著鹽濃度增加，黃瓜的胚根總面積和總長(zhǎng)度逐漸減少[5]；低濃度NaHCO3及其混合鹽促進(jìn)芨芨草(Achnatherumsplendens)種子的發(fā)芽[6]；知母(Anemarrhenaasphodeloides)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)隨著NaCL濃度增加受到抑制，發(fā)芽率顯著降低[7]。

菊芋(Helianthustuberosus)又名洋姜、鬼子姜，菊科向日葵屬，多年生草本植物。菊芋塊莖菊糖含量豐富，約占干物質(zhì)70%～90%[8]；菊糖是果糖的聚合物，外切型菊粉酶可將其分解為單個(gè)果糖，再經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，轉(zhuǎn)化率高達(dá)83%～99%[9-10]，是生物乙醇和菊粉加工的優(yōu)質(zhì)原材料。針對(duì)菊芋的研究逐漸受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，分別從菊芋的收獲時(shí)間、肥料管理、種植密度、水分管理等角度就如何提高菊芋塊莖產(chǎn)量進(jìn)行了大量研究[11-14]。近年來(lái)，菊芋耐鹽堿特性的研究逐漸受到學(xué)者關(guān)注，不同學(xué)者對(duì)鹽堿脅迫下菊芋幼苗生長(zhǎng)、光合作用、抗氧化作用、離子吸收運(yùn)輸?shù)确矫孢M(jìn)行了研究[15-18]，為開(kāi)發(fā)菊芋作為鹽堿地栽培植物奠定了基礎(chǔ)。菊芋塊莖萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是其生長(zhǎng)發(fā)育的重要階段，對(duì)菊芋在鹽堿環(huán)境下的栽培與利用具有重要的指導(dǎo)意義。本研究通過(guò)對(duì)不同鹽堿脅迫條件下2種菊芋品種(系)塊莖萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、生物量、株高、主根長(zhǎng)、須根長(zhǎng)、莖稈直徑、須根直徑、主根直徑、葉片數(shù)、葉面積等的研究，探討不同的鹽堿脅迫對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)的影響，為了解菊芋適應(yīng)不同鹽堿脅迫機(jī)理及在鹽堿條件下的開(kāi)發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

1.1.1溶液配制 配制0、100、200、300 mmol·L-14個(gè)濃度梯度的NaCl溶液，利用Na2CO3將各濃度的鈉鹽溶液調(diào)pH至7、8、9、10。

1.1.2試驗(yàn)材料 供試菊芋2015年種植，并于2016年4月挖取塊莖供試驗(yàn)用，品種為通遼地區(qū)鄉(xiāng)土品種白皮和紅皮菊芋，選取無(wú)病、無(wú)傷、重量為30～40 g的塊莖為鹽堿脅迫對(duì)象。

1.1.3試驗(yàn)處理 試驗(yàn)采用2(菊芋品種)×4(鈉鹽濃度)×4(pH)，3因素試驗(yàn)，共計(jì)32個(gè)處理，每個(gè)處理5個(gè)重復(fù)，共計(jì)160盆。

將菊芋塊莖用清水洗凈后，埋入高30 cm、直徑60 cm、內(nèi)裝7.5 kg 細(xì)沙的圓形培養(yǎng)缽內(nèi)，每個(gè)培養(yǎng)缽內(nèi)播入30枚塊莖。塊莖種入培養(yǎng)缽后，按照試驗(yàn)處理向培養(yǎng)缽內(nèi)澆入1 000 mL不同鹽堿濃度的溶液，同時(shí)稱(chēng)重，記錄每個(gè)培養(yǎng)缽的初始重量。每天對(duì)培養(yǎng)缽進(jìn)行稱(chēng)重，按照重量差值補(bǔ)充蒸發(fā)失去的水量。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

萌發(fā)率：從第1株菊芋萌發(fā)開(kāi)始每天記錄萌發(fā)個(gè)數(shù)，連續(xù)記錄至沒(méi)有變化為止。

萌發(fā)率(Gt)=(萌發(fā)塊莖數(shù)/播塊莖數(shù))×100%，

萌發(fā)速度指數(shù)(GI)=∑Gt/t。

式中：Gt為t天內(nèi)的發(fā)芽數(shù)；t為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)。

脅迫45 d后，每個(gè)培養(yǎng)缽內(nèi)隨機(jī)取菊芋10株，清洗干凈后進(jìn)行葉、葉柄、莖、主根、須根等器官分離，分別稱(chēng)量各器官鮮重，在105 ℃下殺青15 min，80 ℃下烘干，稱(chēng)重，測(cè)定干物質(zhì)量。

株高：脅迫45 d后，對(duì)所取的10株菊芋幼苗進(jìn)行株高測(cè)量。

主根根長(zhǎng)和直徑：與株高測(cè)定同步，測(cè)量地表以下到植株主根最底端的長(zhǎng)度，即為主根長(zhǎng)。利用螺旋測(cè)微器測(cè)定離地面3 cm處的主根粗作為主根直徑。

一級(jí)須根根長(zhǎng)和直徑：對(duì)所取的每株菊芋隨機(jī)挑選10條主根上的須根測(cè)量須根的長(zhǎng)度，測(cè)量離主根1 cm處須根的直徑作為一級(jí)須根直徑。

二級(jí)須根長(zhǎng)：每株菊芋隨機(jī)挑選10條生長(zhǎng)在一級(jí)須根上的須根，進(jìn)行測(cè)定。

莖稈直徑：與測(cè)定菊芋株高的取樣植株一致，利用螺旋測(cè)微器測(cè)定離地面3 cm處的莖稈直徑。

葉片數(shù)：記錄所取10株菊芋的全株葉片數(shù)量。

葉面積利用葉面積儀測(cè)定所取10株菊芋的全部葉片葉面積，計(jì)算平均值作為該株菊芋葉面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用統(tǒng)計(jì)分析軟件DPS對(duì)不同品種及不同鈉鹽濃度和pH條件下菊芋塊莖的萌發(fā)率、萌發(fā)速度指數(shù)及其主根直徑、主根長(zhǎng)度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 總體方差分析

2.1.1鹽堿脅迫對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)的影響 鈉鹽濃度和品種+鈉鹽對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)率和萌發(fā)速度指數(shù)均有極顯著影響(P<0.01)。品種和品種+pH+鈉鹽對(duì)發(fā)芽率具有極顯著影響(P<0.01);品種和品種+pH+鈉鹽對(duì)萌發(fā)速度指數(shù)具有顯著影響(P<0.05)。其他各因素對(duì)菊芋塊莖發(fā)芽率和萌發(fā)速度指數(shù)均沒(méi)有顯著影響(P>0.05)(表1)。

2.1.2鹽堿脅迫對(duì)菊芋株高的影響 pH、鈉鹽、品種×鈉鹽、pH×鈉鹽、品種×pH ×鈉鹽對(duì)菊芋株高均有極顯著影響(P<0.01);品種+pH值對(duì)菊芋株高具有顯著影響(P<0.05);品種對(duì)菊芋株高影響不顯著(P>0.05)(表1)。

2.1.3鹽堿脅迫對(duì)菊芋葉片的影響 品種對(duì)葉片數(shù)和葉片重量具有顯著影響(P<0.05);品種+pH對(duì)葉面積具有顯著影響(P<0.05);品種+pH+鈉鹽對(duì)葉片重具有顯著影響(P<0.05);品種+pH+鈉鹽對(duì)葉柄重具有顯著影響(P<0.05)；pH和鈉鹽對(duì)葉片數(shù)量、葉片重和葉面積具有極顯著影響(P<0.01)；品種+pH+鈉鹽和pH+鈉鹽對(duì)葉片數(shù)和葉面積具有極顯著影響(P<0.01)；品種+鈉鹽對(duì)葉片數(shù)和葉片重具有極顯著影響(P<0.01)；品種、pH、鈉鹽、品種+pH、品種+鈉鹽對(duì)葉柄重均具有極顯著影響(P<0.01)(表1)。

2.1.4鹽堿脅迫對(duì)菊芋莖稈的影響 pH和鈉鹽對(duì)莖稈重具有極顯著影響(P<0.01)；pH+鈉鹽對(duì)莖稈重具有顯著影響(P<0.05)；其他因素對(duì)莖稈重沒(méi)有顯著影響(P>0.05)。品種+pH對(duì)莖稈直徑具有顯著影響(P<0.05)；其他因素對(duì)莖稈直徑影響均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(表1)。

2.1.5鹽堿脅迫對(duì)菊芋根系的影響 pH和鈉鹽對(duì)主根直徑、一級(jí)須根直徑、主根重、須根重、主根長(zhǎng)、一級(jí)須根長(zhǎng)和二級(jí)須根長(zhǎng)均具有極顯著影響(P<0.01)；品種對(duì)主根直徑、一級(jí)須根直徑、主根重、主根長(zhǎng)和一級(jí)須根長(zhǎng)均具有極顯著影響(P<0.01)；品種+pH對(duì)主根重具有極顯著影響(P<0.01)；品種+鈉鹽、pH+鈉鹽和品種+pH+鈉鹽對(duì)一級(jí)須根直徑、主根長(zhǎng)和二級(jí)須根長(zhǎng)具有極顯著影響(P<0.01)；品種+鈉鹽和品種+pH+鈉鹽對(duì)主根直徑具有極顯著影響(P<0.01)。品種+鈉鹽和pH+鈉鹽對(duì)一級(jí)須根長(zhǎng)具有極顯著影響(P<0.01)；pH+鈉鹽對(duì)須根重有極顯著影響(P<0.01)；品種+鈉鹽和pH+鈉鹽對(duì)主根重具有顯著影響(P<0.05)；品種+pH對(duì)一級(jí)須根長(zhǎng)有顯著影響(P<0.05)(表1)。

2.2 品種因子對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響

白皮菊芋發(fā)芽率、葉柄重、莖稈直徑、主根直徑、一級(jí)須根直徑、主根重、主根長(zhǎng)和一級(jí)須根長(zhǎng)均極顯著高于紅皮菊芋(P<0.01)。白皮菊芋萌發(fā)速度指數(shù)和葉片數(shù)顯著高于紅皮菊芋(P<0.05)。紅皮菊芋葉片重顯著高于白皮菊芋(P<0.05)。株高、葉面積、莖稈重、須根重和二級(jí)須根長(zhǎng)兩品種之間差異不顯著(P>0.05)(表2)。

2.3 pH對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響

不同pH條件下菊芋發(fā)芽率順序?yàn)閜H 10>pH 8>pH 7>pH 9，其中pH 10條件下，菊芋發(fā)芽率顯著高于pH 9處理(P<0.05)，pH 8、 pH 7和pH 9處理之間差異不顯著(P>0.05)。萌發(fā)速度指數(shù)隨pH增加逐漸升高，其中pH 10條件下，菊芋萌發(fā)速度指數(shù)顯著高于pH 7處理(P<0.05)，其他pH處理?xiàng)l件下，菊芋萌發(fā)速度指數(shù)差異不顯著(P>0.05)。隨pH的升高菊芋株高、葉片數(shù)、葉面積、莖稈直徑、主根直徑、一級(jí)須根直徑、主根長(zhǎng)、一級(jí)須根長(zhǎng)和二級(jí)須根長(zhǎng)逐漸增加，且pH 10處理各項(xiàng)指標(biāo)均極顯著高于其他pH處理(P<0.01)(表3)。

pH 9條件下，主根直徑的觀測(cè)值極顯著高于pH 7處理(P<0.01)，pH 8和pH 9處理之間差異不顯著(P>0.05)。在4個(gè)pH條件下，莖稈直徑和一級(jí)須根直徑的觀測(cè)值之間極顯著差異(P<0.01)。在pH 7條件下，株高、主根直徑和主根長(zhǎng)3個(gè)指標(biāo)觀測(cè)值最小，極顯著低于其他pH條件下的觀測(cè)值(P<0.01)，pH 8和pH 9處理之間差異不顯著(P>0.05)(表3)。

葉片重、葉柄重、莖稈重、主根重和須根重的觀測(cè)指標(biāo)隨pH增加而降低，pH為7時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的觀測(cè)值均極顯著高于其他pH(P<0.01)，葉片重和莖稈重在pH 8條件下極顯著高于pH 9和pH 10處理(P<0.01)，pH 9 和pH 10處理二者之間差異不顯著(P>0.05)。在pH 10條件下，主根重的觀測(cè)值極顯著低于其他pH處理(P<0.01)，pH 8和pH 9處理之間差異顯著(P<0.05)。在pH 10條件下，葉柄重和須根重的觀測(cè)值極顯著低于pH 8處理(P<0.01)，pH 8和pH 9處理以及pH 9和pH 10處理之間差異不顯著(P>0.05)(表3)。

表1 方差分析Table 1 Analysis of Variance

表2 品種因子對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響Table 2 The effects of different lines on germination and seedling growth of Helianthus tuberosus

同列不同大小寫(xiě)字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。下同。

Different capital and lowercase letters within the same column indicate significant difference at 0.01 and 0.05 levels, respectively; similarly for the following tables.

表3 pH對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響Table 3 The effect of pH on germination and seedling growth of Helianthus tuberosus

2.4 鈉鹽對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響

隨著鹽濃度的增加發(fā)芽率、株高、葉片數(shù)、葉片重、葉面積、葉柄重、莖稈重、莖稈直徑、主根直徑、一級(jí)須根直徑、主根重、須根重、主根長(zhǎng)、一級(jí)須根長(zhǎng)和二級(jí)須根長(zhǎng)均降低。株高、葉片數(shù)、葉片重、葉面積、莖稈重、一級(jí)須根直徑、須根重、一級(jí)須根長(zhǎng)和二級(jí)須根長(zhǎng)的指標(biāo)觀測(cè)值在不同鹽濃度之間表現(xiàn)為極顯著差異(P<0.01)。發(fā)芽率、莖稈直徑、主根直徑、主根重和主根長(zhǎng)的指標(biāo)觀測(cè)值在0和100 mmol·L-1之間差異不顯著(P>0.05)，但0和100 mmol·L-1處理下的觀測(cè)值極顯著高于200和300 mmol·L-1(P<0.01)，300 mmol·L-1處理下觀測(cè)值極顯著低于其他濃度(P<0.01)。萌發(fā)速度指數(shù)在不同鹽濃度處理下的觀測(cè)值大小順序?yàn)?00>200>0>300 mmol·L-1，100 mmol·L-1處理下極顯著高于其他各濃度(P<0.01)，300mmol·L-1處理下的觀測(cè)值極顯著低于其他各濃度(P<0.01)，0和200 mmol·L-1之間差異不顯著(P>0.05)(表4)。

表4 鹽濃度對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)發(fā)育的影響Table 4 Effect of salt strength on germination and seedling growth in the jerusalem artichoke

3 討論與結(jié)論

鹽堿脅迫是影響植物種子萌發(fā)的主要外因之一，有關(guān)鹽堿脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響也是相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。但不同種子萌發(fā)率和萌發(fā)速度指數(shù)對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)情況也不盡相同，如：低鹽堿能夠促進(jìn)種子萌發(fā)[19-21]，而隨著鹽堿脅迫濃度的增加，新疆野豌豆(Viciasativa)、燕麥(Avenasativa)、甜瓜(Cucumismelo)等種子萌發(fā)率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[22-23]。本研究菊芋塊莖隨著鹽濃度的增加發(fā)芽率呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，萌發(fā)速度指數(shù)呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。萌發(fā)率降低主要是由于高鹽環(huán)境條件下，菊芋塊莖不能從外界環(huán)境吸收充足水分的同時(shí)，其自身塊莖所含的水分還會(huì)出現(xiàn)部分外滲現(xiàn)象，致使合成塊莖萌芽所需要的各種酶類(lèi)和結(jié)構(gòu)蛋白受阻，難以完成細(xì)胞分化，從而降低發(fā)芽率；而在低鹽情況下，菊芋塊莖發(fā)芽率高且發(fā)芽速率快(低鹽下萌發(fā)率是降低的，但差異不顯著，見(jiàn)表4)，但萌發(fā)指數(shù)顯著提高，這說(shuō)明低鹽環(huán)境能促進(jìn)菊芋塊莖萌發(fā)。從統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果(表1)可以看出鈉鹽對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)率、萌發(fā)速度指數(shù)的影響要高于pH，這表明鈉鹽對(duì)塊莖萌發(fā)的影響要高于pH。也就是說(shuō)鈉鹽脅迫是鹽堿生境條件下菊芋塊莖萌發(fā)階段所面對(duì)的主要脅迫，堿對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)的影響相對(duì)較小。

鹽堿脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)的影響不僅表現(xiàn)在萌發(fā)率和萌發(fā)速度指數(shù)上，對(duì)幼苗生長(zhǎng)、幼株的各種形態(tài)指標(biāo)均具有一定的影響；并且已有研究證明鹽堿脅迫能夠造成植物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩[24]。鹽脅迫能夠?qū)е氯~片、莖稈、根系鮮重和干重明顯降低，如番茄(Lycopersiconesculentum)隨著鹽濃度的增加，枝條重、株重、葉片數(shù)、根長(zhǎng)和根表面積等均顯著下降[25]。本研究中菊芋株高、葉片數(shù)量、葉片重、葉面積、葉柄重、莖稈重、莖稈直徑、主根直徑、須根直徑、主根重、須根重、主根長(zhǎng)度、一級(jí)須根和二級(jí)須根均隨著鹽濃度的增加呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)，該結(jié)論也進(jìn)一步證實(shí)了鹽堿脅迫能夠造成植物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩。同時(shí)，鹽堿脅迫對(duì)菊芋塊莖萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)均具有一定的影響，且鹽堿脅迫對(duì)本研究中所測(cè)定的各項(xiàng)指標(biāo)基本呈負(fù)面影響，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因可能是鹽離子毒害和滲透脅迫共同作用的結(jié)果[26-28]。