范惠玲，楊亞莉，任曉燕，陳天元，侯麗娟

(1. 河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000；2. 青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016)

土壤鹽堿化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的嚴峻問題之一，可導(dǎo)致土壤退化以及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境急劇惡化，影響著各類農(nóng)作物的分布及種子萌發(fā)、植株生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等[1－3]。甘肅省受鹽漬化影響的土壤約3 萬hm2，特別是河西走廊及沿黃灌區(qū)，因不合理灌溉導(dǎo)致的鹽漬化面積逐年增加[4]。

種子萌發(fā)和幼苗形態(tài)建成是種子植物生長發(fā)育的關(guān)鍵時期[5]，也是易受逆境脅迫危害的最脆弱階段，這一階段的耐鹽堿能力在一定程度上可反映植物整體的耐鹽堿性[6，7]。研究人員已在多種作物中開展了相關(guān)研究，如油菜及其近緣種的種子萌發(fā)期耐鹽性存在很大差異，芥菜型油菜對NaCl 脅迫的耐性最強，白菜型油菜和蕓芥對NaCl脅迫的耐性最弱，白芥和甘藍型油菜對NaHCO3脅迫的耐性強，而芥菜型油菜對NaHCO3脅迫的耐性較差[8]；在MS＋0.4% NaCl 條件下培養(yǎng)，白芥和甘藍較蕓薹屬的其它種表現(xiàn)出較高的耐鹽性[9]；萌發(fā)期白芥對NaHCO3脅迫的耐性較差[10]。有研究表明，與NaCl 或Na2SO4等中性鹽相比，土壤中NaHCO3或Na2CO3等堿性鹽對植物的傷害更大[11]。但目前農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)家對中性鹽脅迫的機制和潛在原因給予的關(guān)注較多，而對堿性鹽脅迫的相關(guān)研究較少。

白芥(Sinapis alba)屬十字花科白芥屬，是油菜的近緣種，不僅高抗十字花科植物的多種病蟲害[12]，還耐高溫及干旱脅迫[13]，是十字花科植物育種的優(yōu)良種質(zhì)資源；另外，白芥籽具有鎮(zhèn)咳、抗炎、抗衰老、抗皮膚病、防治高血壓等功效，在臨床上有重要應(yīng)用價值。白芥的耐旱性研究開展較早，但耐鹽性研究起步較晚，其鹽脅迫響應(yīng)機制仍有待深入挖掘。本研究選擇農(nóng)藝性狀優(yōu)良的3 個白芥品系為材料，采用不同濃度的NaCl、Na2SO4和Na2CO3、 NaHCO3溶液分別模擬中性和堿性鹽脅迫，比較和評價3 個白芥品系種子萌發(fā)期的耐鹽性，以期為耐鹽堿脅迫白芥的選育和河西走廊鹽堿地的合理開發(fā)與利用提供資源和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試3 個白芥品系為11 白芥3－1、13 白芥15－2、12 白芥15－7，均由河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院農(nóng)學(xué)教研室提供。挑選飽滿一致的種子，在70%乙醇中浸泡30 s，再用40%次氯酸鈉溶液消毒15 min，無菌水清洗3 次，晾干后備用。NaCl、NaHCO3、Na2CO3和Na2SO4均為分析純。試驗于2021年3—8月在河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院遺傳育種實驗室完成。

1.2 試驗設(shè)計及處理方法

試驗選用4 種鹽設(shè)計不同濃度梯度溶液進行鹽脅迫處理:①NaCl 溶液，30、60、90、120、150、180、210、240 mmol/L 共8 個濃度梯度；②NaHCO3溶液，15、30、45、60、75 mmol/L 共5 個濃度梯度；③Na2CO3溶液，10、20、30、40 mmol/L 共4 個濃度梯度；④Na2SO4溶液，30、60、90、120、150、180、210 mmol/L 共7 個濃度梯度。以蒸餾水為對照。

發(fā)芽試驗依照國際種子檢驗規(guī)程采用濾紙床法進行:將雙層濾紙分別用不同的鹽溶液充分飽和后置于內(nèi)徑100 mm 的培養(yǎng)皿底部，在其上擺放試驗種子100 粒，然后加入5 mL 不同濃度的4種鹽溶液，蓋上培養(yǎng)皿蓋，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，光周期設(shè)定為光照12 h/d。每處理重復(fù)3 次。試驗過程中根據(jù)培養(yǎng)情況每天適當補充蒸發(fā)的水分，以保證處理期間各濃度保持相對穩(wěn)定。

1.3 測定指標及方法

以胚根突破種皮2 mm 為發(fā)芽，記錄每天種子發(fā)芽情況，統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)，連續(xù)2 d 種子發(fā)芽數(shù)不變即調(diào)查結(jié)束，共計7 d，計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)。萌發(fā)試驗結(jié)束當天，每個處理隨機選取5 個芽苗，用蒸餾水洗凈，濾紙吸干表面水分，立即用分析天平稱鮮重，然后用直尺測量胚根長和胚軸長。

發(fā)芽勢(%)＝第3 天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100 ；

發(fā)芽率(%)＝第7 天發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100 ；

發(fā)芽指數(shù)＝∑Gt/Dt(Gt:當天的發(fā)芽數(shù)；Dt:發(fā)芽日數(shù))。

1.4 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析

用Microsoft Excel 2019 軟件整理數(shù)據(jù)，用SPSS 22.0 軟件進行方差分析和相關(guān)分析，運用LSD 法分析差異顯著性，運用雙變量分析計算斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)；并通過擬合濃度—發(fā)芽率關(guān)系計算白芥種子的耐鹽臨界值和耐鹽極限值，耐鹽臨界值為發(fā)芽率為50%時的鹽濃度，耐鹽極限值為發(fā)芽率為0 時的鹽濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種中性鹽脅迫對白芥種子萌發(fā)的影響

2.1.1 Na2SO4脅迫 由圖1 可知，30 mmol/L 低濃度Na2SO4處理下，3 個白芥品系的發(fā)芽率都在90%以上，其中，12 白芥15－7 的發(fā)芽率和胚根長與對照(0 mmol/L Na2SO4)一致，顯著高于11 白芥3－1 和13 白芥15－2；但三者的胚軸長差異不顯著，均顯著低于對照。隨著Na2SO4濃度的繼續(xù)升高，3 個白芥品系的發(fā)芽率、胚軸長、胚根長逐漸降低，除60 mmol/L 與30 mmol/L 處理下12 白芥15－7 胚軸長差異不顯著外，不同濃度處理間差異均達顯著水平(P<0.05)。當Na2SO4濃度達到90 mmol/L 時，3 個白芥品系的發(fā)芽率均不高于70%，12 白芥15－7、11 白芥3－1 和13 白芥15－2分別較對照降低了43.3%、30.0%和48.3%，且胚根長均低于2 cm，胚軸長介于2.4～3.2 cm 之間，受到明顯抑制；之后，3 個品系的發(fā)芽率進一步降低，至150 mmol/L Na2SO4時，11 白芥3－1 的胚軸和胚根生長受到完全抑制，12 白芥15－7 的胚軸生長受到完全抑制；當Na2SO4濃度高達210 mmol/L 時，僅11 白芥3－1 的種子有一定發(fā)芽能力，發(fā)芽率僅3.3%，其余兩個品系完全失去發(fā)芽能力。

圖1 Na2SO4 處理對3 個白芥品系發(fā)芽率、胚軸長和胚根長的影響

可見，超過30 mmol/L 的Na2SO4處理即顯著抑制白芥種子萌發(fā)及胚根、胚軸伸長，且胚根伸長對Na2SO4脅迫更敏感；90 mmol/L Na2SO4可用于篩選不同耐鹽性的白芥種質(zhì)；3 個白芥品系間比較，11 白芥3－1 品系對Na2SO4脅迫的耐受性最強，在210 mmol/L Na2SO4脅迫下仍有一定發(fā)芽能力。

2.1.2 NaCl 脅迫 圖2 顯示，與對照相比，NaCl脅迫顯著降低3 個白芥品系的發(fā)芽率，且隨著NaCl 濃度的升高，3 個白芥品系的發(fā)芽率、胚根長和胚軸長均逐漸降低。3 個品系中，當NaCl 濃度不高于90 mmol/L 時，12 白芥15－7 的發(fā)芽率一直保持在96.7%，只有當NaCl 濃度超過120 mmol/L 時才大幅下降，至240 mmol/L 時，發(fā)芽率僅3.0%；13 白芥15－2 的發(fā)芽率下降最快，NaCl濃度越高下降越顯著，至240 mmol/L 時完全失去萌發(fā)能力；11 白芥3－1 在30～120 mmol/L NaCl處理時發(fā)芽率介于另兩個品系之間，但在150～240 mmol/L 較高濃度NaCl 脅迫下，其發(fā)芽率遠高于另兩個品系，表現(xiàn)出較高的耐鹽性。

圖2 NaCl 處理對3 個白芥品系發(fā)芽率、胚軸長和胚根長的影響

3 個白芥品系胚根和胚軸伸長對NaCl 脅迫的響應(yīng)趨勢一致，與對照相比，均表現(xiàn)為NaCl 濃度為30 mmol/L 時顯著增長，且胚根長增幅更大，12 白芥15－7、11 白芥3－1、13 白芥15－2 的胚根長分別增加了68.42%、121.25%、59.65%；60 mmol/L 時與對照相當，90 mmol/L 時開始大幅下降，之后NaCl 濃度越高，胚軸長和胚根長下降越顯著。當NaCl 濃度達到210 mmol/L 時，11 白芥3－1、13 白芥15－2 的胚根和胚軸伸長受到完全抑制，至240 mmol/L 時，3 個品系的胚根和胚軸伸長均被完全抑制。

綜上，150 mmol/L NaCl 適用于篩選不同耐鹽性的白芥種質(zhì)；11 白芥3－1 品系對NaCl 脅迫的耐受性最強；30～60mmol/LNaCl處理對白芥胚根和胚軸伸長有一定的促進作用；胚根伸長對鹽脅迫更敏感。

2.2 兩種堿性鹽脅迫對白芥種子萌發(fā)的影響

2.2.1 NaHCO3脅迫 由圖3 可知，與對照相比，NaHCO3處理顯著降低3 個白芥品系的發(fā)芽率，且隨NaHCO3濃度的升高逐漸降低。3 個品系中，11白芥3－1 的發(fā)芽率在各濃度NaHCO3處理下均最高，其次為12 白芥15－7，13 白芥15－2 最低；至75 mmol/L 時，僅11 白芥3－1 還有3.3%的種子能發(fā)芽，其余兩個品系均已失去萌發(fā)力。

圖3 NaHCO3 處理對3 個白芥品系發(fā)芽率、胚軸長和胚根長的影響

15 mmol/L 低濃度NaHCO3處理對11 白芥3－1和13 白芥15－2 的胚根和胚軸伸長有一定促進作用，胚根長分別較對照增長了44.44%和20.00%，胚軸長分別較對照提高了8.57%和2.94%；但明顯抑制了12 白芥15－7 的胚軸和胚根伸長。當NaHCO3濃度達到30 mmol/L 后，3 個品系的胚軸和胚根伸長均受到顯著抑制，60 mmol/L 時12 白芥15－7 完全被抑制，75 mmol/L時3 個品系均被完全抑制。

綜上，15～75 mmol/L NaHCO3處理對白芥種子萌發(fā)產(chǎn)生顯著抑制作用，但15 mmol/L 低濃度NaHCO3處理可在一定程度上促進胚根和胚軸生長；45 mmol/L NaHCO3適用于篩選不同耐堿性的白芥種質(zhì)；11 白芥3－1 對NaHCO3脅迫的耐受性最強；相對而言，胚根較胚軸對NaHCO3脅迫更敏感。

2.2.2 Na2CO3脅迫 由圖4 可知，10 mmol/L Na2CO3處理下，12 白芥15－7 和11 白芥3－1 的發(fā)芽率與對照無顯著差異，而13 白芥15－2 的發(fā)芽率顯著下降。當Na2CO3濃度達到20 mmol/L 后，3 個品系的發(fā)芽率均大幅降低，差異顯著(P<0.05)，且濃度越高發(fā)芽率越低。3 個品系中，在10～30 mmol/L Na2CO3處理下，12 白芥15－7、11白芥3－1、13 白芥15－2 的發(fā)芽率依次降低；至40 mmol/L Na2CO3處理時，三者的發(fā)芽率分別為3.3%、3.3%、0。

圖4 Na2CO3 處理對3 個白芥品系發(fā)芽率、胚軸長和胚根長的影響

當Na2CO3濃度為10 mmol/L 時，除13 白芥15－2 的胚根長降低不顯著外，各品系白芥的胚根長、胚軸長均顯著降低，分別為1.30～2.40 cm，2.30～3.10 cm。Na2CO3濃度升高到20 mmol/L時，3個品系白芥的胚根長和胚軸長急劇下降，分別僅為0.24 ～ 0.32 cm 和0.30 ～ 0.80 cm。當Na2CO3濃度達到30 mmol/L 后3 個品系的胚根和胚軸伸長完全被抑制。

綜上，Na2CO3是對白芥胚根和胚軸伸長有很強抑制效應(yīng)的堿性鹽，20 mmol/L Na2CO3處理即可顯著抑制白芥種子萌發(fā)和胚根、胚軸伸長，且品系間具有明顯差異，因此，該濃度可用于篩選不同耐性的白芥種質(zhì)；12 白芥15－7 對Na2CO3脅迫的耐受性最強；胚根較胚軸對Na2CO3脅迫更敏感。

2.3 白芥種子萌發(fā)響應(yīng)CO23－ 和HCO－3 離子脅迫的差異性分析

由圖5 可知，當Na＋濃度為30 mmol/L 時，3個白芥品系的發(fā)芽率在CO23－脅迫下較高，而胚軸和胚根在HCO－3脅迫下較長。當Na＋濃度為60 mmol/L 時，12 白芥15－7 的發(fā)芽率對兩種離子脅迫的響應(yīng)無差異，11 白芥3－1 的發(fā)芽率在HCO－3脅迫下較CO23－脅迫下高了26.6 個百分點，而13白芥15－2 的發(fā)芽率則低了10 個百分點；兩種離子脅迫完全抑制了12 白芥15－7 的胚軸和胚根伸長，而11 白芥3－1 和13 白芥15－2 的胚軸和胚根在HCO－3脅迫下還略有伸長?？梢?，在Na＋濃度相同的條件下，白芥種子萌發(fā)對HCO－3和CO23－的響應(yīng)因品系不同而有差異，胚軸和胚根伸長受CO23－的抑制作用更強。

圖5 白芥萌發(fā)響應(yīng)CO23－ 和HCO－3 離子脅迫的差異

2.4 白芥種子萌發(fā)響應(yīng)SO24－ 和Cl－離子脅迫的差異性分析

由圖6 可知，當Na＋濃度分別為60、120、180、240 mmol/L 時，較Cl－脅迫而言，在SO24－脅迫下，3個參試白芥發(fā)芽率較高、胚軸和胚根均較長，且在較高Na＋濃度(180、240 mmol/L)時差異更大?？梢?，當Na＋濃度一定時，Cl－對白芥種子萌發(fā)產(chǎn)生了更強的抑制作用，即白芥種子萌發(fā)對SO24－的耐受性比對Cl－的強。

圖6 白芥萌發(fā)響應(yīng)SO24－ 和Cl －離子脅迫的差異

2.5 4 種鹽堿溶液脅迫下白芥耐鹽臨界值和耐鹽極限值的差異

由表1 可見，在NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫下，11 白芥3－1 品系的耐鹽臨界值最高，分別為178、118、56 mmol/L，耐鹽極限值也最高，依次為323、251、91 mmol/L；12 白芥15－7 品系的耐鹽臨界值和耐鹽極限值均居中，而13 白芥15－2 品系的耐鹽臨界值和耐鹽極限值均最低。在Na2CO3脅迫下，12 白芥15－7 品系的耐鹽臨界值和耐鹽極限值均最高，分別為26、50 mmol/L，11 白芥3－1 品系的耐鹽臨界值和耐鹽極限值均居中，而13白芥15－2 品系的耐鹽臨界值和耐鹽極限值均最低。綜上，11 白芥3－1 對NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫的耐受性最強，，12 白芥15－7 品系對Na2CO3脅迫的耐受性最強，13 白芥15－2 對4 種鹽脅迫的耐受性最弱。

表1 4 種鹽堿溶液脅迫下白芥不同品系的耐鹽臨界值和耐鹽極限值(mmol/L)

2.6 4 種鹽堿脅迫下6 個指標間的相關(guān)性分析

由表2、表3 可見，白芥種子萌發(fā)期調(diào)查性狀與4 種鹽堿濃度間均呈極顯著負相關(guān)性。NaCl、Na2SO4、NaHCO3處理下，發(fā)芽指數(shù)與3 種鹽堿溶液濃度間的相關(guān)性最高，表明發(fā)芽指數(shù)對NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫最敏感；其次，發(fā)芽率和發(fā)芽勢與NaHCO3濃度、胚軸長與NaCl 和Na2SO4濃度間的相關(guān)性也較高。Na2CO3處理下，胚軸長與Na2CO3濃度間相關(guān)性最高，發(fā)芽指數(shù)與Na2CO3濃度間相關(guān)性次之，表明胚軸長對Na2CO3脅迫最敏感，其次為發(fā)芽指數(shù)。除NaCl 外，芽苗鮮重與其它3 種鹽堿濃度間相關(guān)性均最低?？梢?，發(fā)芽指數(shù)和胚軸長可用作鑒定白芥種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽堿性的有效指標。

表2 Na2SO4和NaCl 脅迫下指標間的相關(guān)系數(shù)

表3 NaHCO3和Na2CO3脅迫下指標間的相關(guān)系數(shù)

萌發(fā)期不同指標間相關(guān)性差異明顯:Na2SO4處理下6 個指標間相關(guān)系數(shù)在0.899～0.992 之間，芽苗鮮重與胚軸長、發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽勢間相關(guān)性最高。NaCl 處理下6 個指標間相關(guān)系數(shù)在0.706～0.981 之間，除胚根長與發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢間呈顯著相關(guān)外，其它指標間相關(guān)性均達到極顯著水平，其中發(fā)芽指數(shù)與胚軸長的相關(guān)性最高，其次為發(fā)芽指數(shù)與芽苗鮮重。NaHCO3處理下，胚根長與發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)間的相關(guān)性較低(相關(guān)系數(shù)0.705～0.768)，達顯著水平，其余指標間相關(guān)性均達極顯著水平，其中發(fā)芽勢與發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)、胚軸長與芽苗鮮重間相關(guān)性較高。Na2CO3處理下，除胚根長與芽苗鮮重、發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)間呈顯著性相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)0.756～0.797)外，其余指標間均極顯著相關(guān)，以發(fā)芽勢與發(fā)芽率和芽苗鮮重間的相關(guān)性較高。

3 討論與結(jié)論

3.1 白芥對Na2SO4脅迫的耐受性強于對NaCl 脅迫

在相同Na＋濃度(60～240 mmol/L)條件下，與NaCl 脅迫相比，Na2SO4脅迫下白芥種子萌發(fā)率高、胚根和胚軸生長發(fā)育較好；在NaCl 和Na2SO4脅迫下，11 白芥3－1 品系的生長臨界Na＋濃度分別為178 mmol/L 和236 mmol/L，極限Na＋濃度分別為323 mmol/L 和502 mmol/L。這與在沙棗[14]上的研究結(jié)果一致，但比沙棗在Na2SO4脅迫下的生長臨界Na＋濃度(280 mmol/L)低44 mmol/L。因此，在對以NaCl 為主要成分的鹽堿地進行生物治理時，除沙棗之外，白芥也是可選擇的植物材料之一。

3.2 低濃度NaHCO3和NaCl 對白芥種子胚軸和胚根伸長產(chǎn)生一定的促進作用

大多數(shù)研究者認為鹽脅迫對種子萌發(fā)有抑制作用，但也有研究者認為低濃度鹽對種子萌發(fā)有促進作用，高濃度鹽才對種子萌發(fā)有明顯抑制作用[15－17]。在本試驗中，白芥種子的發(fā)芽率、胚根長和胚軸長隨鹽堿濃度的增大呈現(xiàn)下降趨勢，而且高濃度明顯抑制種子的萌發(fā)，這可能是由于外界高滲透壓引起種子吸水不足，引起a－淀粉酶活性降低，從而導(dǎo)致種子萌發(fā)受阻[18]。但15 mmol/L NaHCO3、30～60 mmol/L NaCl 處理對白芥胚軸和胚根伸長表現(xiàn)出一定的促進作用，這可能是因為低濃度鹽促進了細胞膜的滲透調(diào)節(jié)或者微量Na＋激活了某些酶[19]。

3.3 兩種堿性鹽脅迫對白芥種子萌發(fā)及胚根和胚軸伸長具有更強的抑制效應(yīng)

裴毅等[10]研究表明白芥種子有一定耐鹽堿能力，且耐NaCl 能力強于耐NaHCO3能力。本試驗結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，在同等Na＋濃度下，白芥在NaCl脅迫下的發(fā)芽率明顯高于在NaHCO3脅迫下的測定值，初步表明其耐NaCl 脅迫的能力強于耐NaHCO3脅迫的能力。

賽黎[20]研究發(fā)現(xiàn)Na2CO3對野生油菜種子萌發(fā)、根和地上部生長有抑制作用。本試驗結(jié)果也表明，10～40 mmol/L Na2CO3處理對白芥種子萌發(fā)及胚軸和胚根伸長均產(chǎn)生了明顯抑制作用。表明Na2CO3是抑制白芥及其近緣種種子萌發(fā)效應(yīng)很強的堿性鹽。

3.4 白芥中存在耐鹽堿性較強的種質(zhì)

鹽脅迫影響植物生長的各個階段，但已知大多數(shù)植物的種子萌發(fā)和幼苗生長階段對鹽脅迫更為敏感[21]。黃鎮(zhèn)等[22]研究發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽率隨著NaCl 質(zhì)量濃度的升高而降低，白菜型油菜的種子萌發(fā)率最高，甘藍型油菜次之，芥菜型油菜最差。范惠玲等[8]研究表明，油菜及其近緣種中，芥菜型油菜、甘藍型油菜、白芥在NaCl 脅迫下的發(fā)芽率較高，而白芥和甘藍型油菜在NaHCO3脅迫下的發(fā)芽率較高。本試驗結(jié)果表明，在Na2SO4、NaCl、NaHCO3、Na2CO3處理下，3 個白芥品系的發(fā)芽率均降低，且鹽濃度越高降低越顯著。研究認為蕓薹屬植物在屬間和種內(nèi)存在顯著的耐鹽性變異[23－26]。本研究結(jié)果也顯示，供試的3 個白芥品系萌發(fā)期對4 種鹽堿脅迫的響應(yīng)不同，其中，11白芥3－1 對Na2SO4、NaCl、NaHCO3的耐性最強，而12 白芥15－7 對Na2CO3的耐性最強，13 白芥15－2 對4 種鹽堿脅迫的耐性最弱。這可為今后選育適合不同鹽堿地的耐鹽堿性白芥種質(zhì)提供參考。