紀(jì)振冬，周培祿，丁小飛，夏 乾，駱弟宏，龍 莉

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

油菜是我國(guó)第一大油料作物，年種植面積達(dá)600 萬(wàn)hm2以上，其中長(zhǎng)江流域約占85%[1]，天津油菜種植面積也達(dá)到200 hm2。雖然油菜種植面積同比前兩年有所減少，但仍是天津油料作物占比最多的作物。同時(shí)，油菜也是我國(guó)發(fā)展鹽堿農(nóng)業(yè)中重要的候選油料作物[2]。而在鹽脅迫作物生長(zhǎng)的過(guò)程中，種子萌發(fā)期的耐鹽性強(qiáng)弱決定了種子能否在鹽漬土壤中出苗，故種子萌發(fā)是植物得以生存和延續(xù)的重要階段[3]，更是植物更好適應(yīng)環(huán)境的變化和成功建植的關(guān)鍵。近年來(lái)，我國(guó)不規(guī)范的土地種植模式、不合理的灌溉方法等現(xiàn)象，使得土地鹽堿化日益加重，成為影響種子生長(zhǎng)、降低產(chǎn)量的主要環(huán)境問(wèn)題之一[2]。鹽脅迫條件下，細(xì)胞滲透勢(shì)升高，可抑制植物對(duì)水分的吸收，從而造成植物體的生理干旱，降低植物生物量的積累[4]。堿性鹽脅迫產(chǎn)生的高pH 值和離子毒害作用，可抑制植物碳同化率，降低同化量，從而間接影響植物的正常生長(zhǎng)[5]。研究表明，堿性鹽脅迫與中性鹽脅迫相比，堿性鹽脅迫對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育、生化機(jī)理的破壞力更強(qiáng)[6]。油菜具有一定的耐鹽堿能力，而種子萌發(fā)階段是油菜一生中耐鹽性最敏感的階段，種子萌發(fā)階段決定了油菜是否能在鹽堿地里進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期[5,7]。在鹽堿條件下，油菜播種后容易出現(xiàn)出苗慢、出苗不齊和死苗等現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)壯苗齊苗，導(dǎo)致油菜籽產(chǎn)量和種植效益下降。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鹽漬土總面積約360 萬(wàn)hm2，而其中耕地面積約為92 萬(wàn)hm2，占我國(guó)總鹽漬土面積的25.5%，這已經(jīng)嚴(yán)重的制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8-9]，這些鹽堿土主要分布在我國(guó)的東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)，以及長(zhǎng)江以北的沿海地帶[10]。天津鹽堿化較為嚴(yán)重，根據(jù)天津市第二次土壤普查結(jié)果和《天津土種志》《天津市農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)業(yè)區(qū)劃圖集》等相關(guān)文獻(xiàn)和資料顯示，天津鹽堿土總面積為49.3 萬(wàn)hm2，面積占到了全市土地總面積的42.3%[11]。天津市耕地面積有限和工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展等因素，使得本就可利用的耕地面積不斷減少，故合理開(kāi)發(fā)沿海灘涂堿地成為了解決糧食安全的優(yōu)質(zhì)解決辦法。因此，本試驗(yàn)通過(guò)將NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO34 種鹽溶液，按不同的比例混合進(jìn)行處理，圍繞不同pH 值下不同濃度的混合鹽脅迫對(duì)油菜種子萌發(fā)過(guò)程及恢復(fù)萌發(fā)的影響，分析油菜種子在萌發(fā)過(guò)程中對(duì)堿、鹽脅迫耐性和油菜種子耐堿、耐鹽的能力，闡明其在堿性鹽脅迫下的一系列生理萌發(fā)機(jī)制，為油菜鹽堿種植提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

‘秦優(yōu)1618’為陜西省雜交油菜中心培育的半冬性、中晚熟、甘藍(lán)型的雜交種油菜品種，其生長(zhǎng)特點(diǎn)為低感菌核病、中抗病毒病、中抗白粉病、抗倒性強(qiáng)、抗寒性好、適宜機(jī)械化栽培、適種范圍廣等特點(diǎn)，是一個(gè)綜合性能十分優(yōu)異的品種。

1.2 鹽堿脅迫條件設(shè)計(jì)

采取單因素隨機(jī)區(qū)組的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO34 種鹽配制3 組不同比例的培養(yǎng)液，得到不同pH 值（分別為7.20、8.00、8.85、9.61）的4 組（SA、SB、SC、SD）堿性鹽培養(yǎng)液，每組設(shè)有50、100、150、200 mmol·L-14 個(gè)不同的濃度梯度，且每個(gè)處理組的pH 值相同，再用蒸餾水（pH 值為7）作為對(duì)照組（CK），重復(fù)3 次。

表1 堿性鹽溶液各組分配比（摩爾濃度比）及其對(duì)應(yīng)的pH 值

1.3 油菜種子萌發(fā)試驗(yàn)

1.3.1 種子準(zhǔn)備 挑選籽粒飽滿(mǎn)、表面光澤的油菜種子，使用濃度為0.01%的高錳酸鉀溶液消毒30 min，再將經(jīng)過(guò)消毒后油菜種子用蒸餾水反復(fù)沖洗5遍、晾干，以作備用。

1.3.2 萌發(fā)處理 選擇直徑為90 mm 的玻璃培養(yǎng)皿，皿內(nèi)放入雙層濾紙作為紙床，分別滴加不同濃度的堿性鹽溶液潤(rùn)濕雙層濾紙，傾斜45°無(wú)明水時(shí)達(dá)到濾紙飽和點(diǎn)。在處理好的玻璃培養(yǎng)皿中整齊有序的放入60 粒油菜種子，每個(gè)處理組需要3 次重復(fù)；為玻璃培養(yǎng)皿蓋蓋，最后將培養(yǎng)皿放入（25±1）℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行避光培養(yǎng)；萌發(fā)過(guò)程中，每間隔24 h 為種子更換1 次相應(yīng)的飽和堿性鹽濾紙，以確保堿性鹽溶液濃度的一致性。

1.3.3 測(cè)定指標(biāo) 每隔24 h 需要觀察并記錄1 次每個(gè)培養(yǎng)皿中的萌發(fā)種子數(shù)，連續(xù)觀察7 d，以芽長(zhǎng)＞2 mm 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。之后，將還未萌發(fā)的種子用蒸餾水反復(fù)沖洗5～6 次，轉(zhuǎn)至蒸餾水中再繼續(xù)培養(yǎng)7 d，檢測(cè)種子的恢復(fù)萌發(fā)情況。已萌發(fā)的種子在原培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)至10 d，于每皿隨機(jī)取10 份樣品測(cè)定其芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，以及隨機(jī)抽取30 株拭干后測(cè)其鮮質(zhì)量（不到30 株時(shí)，將已萌發(fā)的樣品全部測(cè)定，取平均數(shù)）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

式中，GN 為種子萌發(fā)總數(shù)；SN 為供試種子總數(shù)（60粒）；Gt 為當(dāng)日萌發(fā)的種子數(shù)，單位為個(gè)；Dt 為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)，d；A 是試驗(yàn)中每組的最終萌發(fā)種子數(shù)量、B 是堿性鹽溶液處理下的種子萌發(fā)數(shù)量、C 是供試種子數(shù)（60 粒），單位為粒。

采用SPSS22.0、Office 2016 和Sigma Plot 12.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，采用最小差異顯著法（LSD 法）檢驗(yàn)處理間的顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽脅迫對(duì)油菜種子萌發(fā)參數(shù)的影響

2.1.1 日萌發(fā)數(shù) 由圖1 可以看出，油菜種子在不同濃度的堿性鹽脅迫條件下，油菜種子的日萌發(fā)數(shù)隨著試驗(yàn)天數(shù)的增加呈單峰變化趨勢(shì)。CK 處理在第2 天日萌發(fā)數(shù)為33 粒，日發(fā)芽種子數(shù)達(dá)到最高峰。與對(duì)照相比，各脅迫處理單日最大萌發(fā)數(shù)的天數(shù)都有1～2 d 的推遲。因此，選取第2 天作為種子發(fā)芽勢(shì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 堿性鹽溶液各組分配比（摩爾濃度比）及其對(duì)應(yīng)的pH 值

2.1.2 萌發(fā)率 由圖2 可以看出，不同濃度的鹽堿脅迫處理后，油菜種子的萌發(fā)變化曲線(xiàn)相似，前3 d種子萌發(fā)率增長(zhǎng)較快。隨著處理天數(shù)的增加，種子萌發(fā)率呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，且隨鹽堿脅迫處理pH 值的增加，種子萌發(fā)率下降明顯；在同一pH 值處理?xiàng)l件下，隨著鹽堿脅迫處理濃度的增加，種子萌發(fā)率均呈下降趨勢(shì)。

圖2 堿性鹽脅迫下油菜種子的累計(jì)萌發(fā)率

由表2 可知，處理7 d 后，油菜種子對(duì)照組的萌發(fā)率為93.3%，復(fù)水后最終萌發(fā)率達(dá)94.4%；鹽堿脅迫處理濃度為50 mmol·L-1時(shí)，SA 和SB 處理組種子萌發(fā)率較對(duì)照組分別下降6.11%、10.0%，復(fù)水后最終萌發(fā)率分別下降3.88%、4.44%，差異均不顯著（P＞0.05），SC 和SD 處理組種子萌發(fā)率較對(duì)照組分別下降1.66%、15%，復(fù)水后最終萌發(fā)率分別下降2.22%、13.33%，均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。當(dāng)鹽堿脅迫處理濃度超過(guò)50 mmol·L-1時(shí)（100、150 mmol·L-1），各脅迫處理組的種子萌發(fā)率和最終萌發(fā)率均顯著低于對(duì)照處理（P＜0.05）。值得注意的是，當(dāng)pH 值為8.85（處理組C），濃度為100、150 mmol·L-1時(shí)種子萌發(fā)率分別為68.3%、54.4%；當(dāng)pH 值為9.61（處理組D），濃度為100、150 mmol·L-1時(shí)種子萌發(fā)率分別為37.8%、30.6%，遠(yuǎn)低于同組低濃度處理和對(duì)照組，未萌發(fā)種子復(fù)水后沒(méi)有再次萌發(fā)，種子失活。

表2 混合鹽脅迫下油菜種子的萌發(fā)率及復(fù)水后的恢復(fù)情況

2.1.3 發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù) 由表3 可以看出，在同一pH 值處理?xiàng)l件下，隨著鹽堿脅迫濃度的增加，油菜種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)呈下降趨勢(shì)，相對(duì)鹽害率逐漸上升，對(duì)油菜種子的萌發(fā)的抑制作用愈發(fā)明顯。對(duì)照組的油菜種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)分別為55%、23.2，顯著高于各脅迫處理種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)（P ＜0.05）。在同一pH 值處理?xiàng)l件下，當(dāng)濃度從50 mmol·L-1增加到200 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽指數(shù)分別下降11.0%、14.6%、14.1%、13.5%，發(fā)芽勢(shì)分別下降35.0%、30.6%、40.0%、38.3%，相對(duì)鹽害率分別增加31.6%、62.4%、40.0%、51.3%；同一脅迫濃度下，隨pH 值的增加（SA-SD），油菜種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)整體下降趨勢(shì)，相對(duì)鹽害率增加。

表3 混合鹽脅迫下油菜種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)及相對(duì)鹽害率

2.1.4 鹽堿濃度、pH 值及其交互作用對(duì)油菜種子萌發(fā)參數(shù)的影響 由表4 可知，鹽溶液濃度、pH 值及其互交作用對(duì)油菜種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)鹽害率、種子萌發(fā)率、恢復(fù)萌發(fā)率、最終萌發(fā)率均有不同程度的影響。鹽溶液濃度對(duì)油菜種子的上述各項(xiàng)參數(shù)均有極顯著的影響（P＜0.01）。pH 值及鹽濃度與pH 值互交作用對(duì)油菜種子的發(fā)芽勢(shì)和恢復(fù)萌發(fā)率的影響不顯著（P＞0.05），對(duì)油菜種子的發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)鹽害率、種子萌發(fā)率和最終萌發(fā)率有極顯著的影響（P＜0.01）。

表4 鹽堿濃度、pH 值及其交互作用對(duì)油菜種子萌發(fā)參數(shù)的影響

2.2 混合鹽脅迫對(duì)油菜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2.1 形態(tài)指標(biāo) 由圖3 可知，與對(duì)照組相比，鹽堿脅迫使油菜種子主根長(zhǎng)和根鮮質(zhì)量均受到不同程度的降低。其中，SA-50 mmol·L-1處理主根長(zhǎng)度較CK降低13.7%，差異不顯著（P＞0.05），其余處理均顯著低于CK（P＜0.05），且隨濃度和pH 值的升高，主根長(zhǎng)度降低幅度越大。SA 處理濃度為50 mmol·L-1時(shí)，芽鮮質(zhì)量較CK 處理增加15.7%，但差異不顯著（P＞0.05），其余處理芽鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量均顯著低于CK（P＜0.05），且隨濃度和pH 值的升高，芽鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量降低幅度越大。這說(shuō)明混合鹽濃度的升高通過(guò)增加溶液滲透勢(shì)限制根系對(duì)水分的吸收從而抑制胚根和胚芽的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，而高pH 值會(huì)進(jìn)一步破壞了根系的活力抑制胚根和胚芽的發(fā)育。

圖3 混合鹽脅迫下油菜種子的形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2.2 混合鹽脅迫對(duì)油菜種子萌發(fā)后生長(zhǎng)參數(shù)的影響 由表5 可知，堿性鹽溶液濃度、pH 值及其互交作用對(duì)油菜的芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量、根芽比均有不同程度的影響。堿性鹽溶液濃度及pH 值對(duì)油菜種子的上述各項(xiàng)參數(shù)均有極顯著的影響（P＜0.01）。堿性鹽溶液濃度與pH 值互交作用對(duì)油菜芽鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量的影響顯著（P＜0.05），對(duì)根長(zhǎng)的影響不顯著（P＞0.05），對(duì)根芽比有極顯著的影響(P＜0.01)。因此，堿性鹽濃度個(gè)pH 值在油菜種子的萌發(fā)過(guò)程中均占據(jù)主導(dǎo)地位。

表5 鹽堿濃度、pH 值及其交互作用油菜生長(zhǎng)參數(shù)的影響

3 討論與結(jié)論

土壤鹽漬化已經(jīng)成為了世界范圍內(nèi)影響植物生長(zhǎng)主要的非生物脅迫之一，它會(huì)導(dǎo)致全球可利用的耕地面積隨鹽漬化程度的擴(kuò)大而逐步減少，也會(huì)破壞植物對(duì)土壤的利用效率從而限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)[12]。關(guān)于如何讓耐鹽植物適應(yīng)鹽脅迫的方法已經(jīng)是國(guó)內(nèi)外和學(xué)者的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向，而根據(jù)2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，油菜也正是我國(guó)油料作物的主要來(lái)源，占全國(guó)油料播種面積的50.93%，而且它是一種耐鹽堿適應(yīng)性較廣的油料作物[13]。因此，研究油菜種子的耐鹽能力、在鹽脅迫下種子的生長(zhǎng)情況，以及復(fù)水后的變化規(guī)律都有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。

本研究結(jié)果表明，混合鹽堿脅迫下，油菜種子的萌發(fā)、生長(zhǎng)都會(huì)受到不同程度的影響，隨著濃度和pH 值的升高，種子的萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、主根長(zhǎng)等指標(biāo)與對(duì)照相比均有不同程度的下降。發(fā)芽率的高低體現(xiàn)了品種的耐鹽能力，低濃度脅迫處理對(duì)種子的發(fā)芽率抑制較小，甚至SA-50 mmol·L-1處理在芽鮮質(zhì)量等方面表現(xiàn)出促進(jìn)作用，與近年來(lái)很多研究觀點(diǎn)低濃度鹽分對(duì)植物低濃度鹽分對(duì)作物的發(fā)芽、生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用的結(jié)論一致[14]。在SA處理中，pH 值接近中性，對(duì)種子萌發(fā)的作用主要表現(xiàn)在隨著濃度的提高相對(duì)鹽害率升高，從而抑制了油菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、根/芽鮮質(zhì)量等指標(biāo)，其生理原因是高濃度的鹽脅迫提高了外界溶液的滲透式抑制了種子對(duì)水分的吸收[15]，但種子沒(méi)有失活。本研究結(jié)果表明，當(dāng)pH 值超過(guò)8.85（SC、SD處理）、濃度超過(guò)150 mmol·L-1時(shí)，油菜種子萌發(fā)會(huì)受到嚴(yán)重抑制，萌發(fā)率降低，部分種子失活。因此，與混合中性鹽相比，混合的堿性鹽對(duì)種子的抑制程度更為嚴(yán)重，其原因表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是高濃度混合鹽脅迫條件下，過(guò)高的Na+造成的離子毒害作用和外界過(guò)高滲透式造成的滲透脅迫抑制種子萌發(fā)和胚根胚芽的生長(zhǎng)；二是高pH 值也能夠通過(guò)抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活性，抑制種子萌發(fā)和根芽生長(zhǎng)，甚至造成種子失活。

另外，眾多學(xué)者的研究皆發(fā)現(xiàn)，種子在堿性鹽脅迫條件下的萌發(fā)會(huì)受到一定程度的抑制，其抑制程度與鹽類(lèi)型、鹽濃度、pH 值及植物本身耐鹽堿的能力等因素有關(guān)[16-17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，油菜種子在解除脅迫后，其恢復(fù)萌發(fā)能力也表現(xiàn)出差異，表現(xiàn)為：低pH 值處理（SA/SB），濃度低于100 mmol·L-1時(shí)種子的恢復(fù)萌發(fā)率相對(duì)較高，且最終萌發(fā)率與CK 差異不顯著（P＞0.05），高濃度條件下，恢復(fù)萌發(fā)率和最終萌發(fā)率在一定程度上均有不同程度降低，在高pH值處理（SC/SD），濃度低于100 mmol·L-1恢復(fù)萌發(fā)率和最終萌發(fā)率在一定程度上均有不同程度降低，但部分種子仍有活力，而濃度高于150 mmol·L-1時(shí)，全部種子失去活力其原因可能是因?yàn)樵诟邼舛葔A性鹽脅迫處理下，堿性鹽濃度過(guò)高使得種子細(xì)胞中積累了過(guò)多離子、破壞了細(xì)胞質(zhì)膜的完整性，使得細(xì)胞內(nèi)代謝紊亂，形成不可逆的毒害，超出種子的耐受范圍導(dǎo)致種子失去活力[18-20]，使其種子死亡?？偠灾旌消}堿脅迫涉及到的方面比單一鹽堿脅迫復(fù)雜，混合鹽堿是多因素的相互作用，其中存在著一定的協(xié)同效應(yīng)[21]。