张 红， 王文浩， 刘文俊， 何丽芬， 闫玉星， 郑洪元

(山西省农业科学院经济作物研究所， 太原 030031)

据报道，世界上盐碱地面积约占土地面积的三分之一，中国的盐碱地总面积约3 600万hm2，其中约有920.9万hm2耕地为盐碱地[1]。由于各种人为及自然因素的影响，盐碱地还面临着不断扩大的趋势，已成为当今社会的主要环境问题之一[2]。根据我国土壤特性和所含盐分特点，盐碱地分为2大类：盐渍土和碱土，它们对作物的伤害不仅包括盐胁迫，还包括碱胁迫[3]。而盐碱胁迫对作物的种子萌发阶段影响最大[4]。土壤盐分的升高会降低种子萌发进程，促进或延缓种子发芽[5]，一般在盐碱胁迫下，植物的正常生长受阻，新陈代谢受到影响，严重时还会导致盐斑的出现，作物叶子萎蔫，严重时甚至死亡[6]，但是植物对盐碱胁迫的适应性反应又是一个复杂而全面的过程[7]。深入研究盐碱胁迫下植物种子发芽进程及生理生化指标的变化，有利于提高作物本身的耐盐碱能力，是改良利用盐碱地经济而有效的方法[8]。本试验旨在探索自育的2个向日葵杂交种的耐盐碱性生理机制，为选育耐盐碱胁迫的向日葵新品种和向日葵生理育种提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为晋葵11号和JK 1406，由山西省农业科学院经济作物研究所食用葵课题组自育。

1.2 试验设计

1.2.1盐碱胁迫处理方法

试验用盐溶液设置为0、40、80、160、200、240 mmol·L-1等6个浓度梯度的NaCl溶液，碱溶液设置为0、10、20、40、60、80 mmol·L-1等6个浓度梯度的NaHCO3溶液。挑选成熟饱满和有完整种皮的种子置于玻璃培养皿中，采用纸培法，在培养皿中垫入2层滤纸，加入10 mL不同浓度的溶液，使滤纸充分吸收溶液；将消过毒的向日葵种子均匀地分散于培养皿中，并虚掩培养皿盖子；每个处理15粒种子，重复3次，然后，将培养皿置于24 ℃光照培养箱中，每天观察种子的吸水情况，并定量添加相应的溶液，适当补充水分，以防止种子缺少水分而影响发芽，试验中一旦发现发霉的种子，立刻用酒精消毒并放回原培养皿中直到发芽试验结束。后在高15 cm，直径16 cm的花盆里加入500 g营养土，并用160 mL溶液拌匀营养土，将长势均匀的幼苗移栽于盆中，每盆5株，重复3次，整个试验在山西省农业科学院经济作物研究所内进行。

1.2.2测定项目及方法

定期观察记录各浓度处理的种子生长状况，每天记录发芽种子的数量，并且当发芽数连续3 d不再增加时终止发芽试验，发芽率、发芽势、发芽指数的计算公式如下：

发芽率(%)=(最终正常发芽的种子数/供试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(n/N)×100%(式中：n为试验前4 d发芽的种子数，N为供试种子数)；

注：不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，不同大写字母表示在0.01水平上差异极显著。下同。图1 盐碱胁迫下向日葵发芽率

图2 盐碱胁迫下向日葵发芽势

发芽指数=∑(Gt/Dt)(式中：Gt为t日内发芽的种子数，Dt为对应种子发芽的天数)[9]。

待幼苗生长到第4片真叶后，取约0.1 g植物组织确定相关生理指标，重复3次，测定超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量等生理指标，试剂盒产自南京建成生物工程研究所，用分光光度计进行测定。

1.2.3数据分析

应用Microsoft Excel 2003软件绘制图表，采用SPSS 24.0软件进行方差分析和差异显著性测验。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对向日葵种子发芽进程的影响

2.1.1发芽率

盐碱胁迫使种子的发芽能力受到影响，发芽率是反映种子发芽能力的重要指标之一，且胁迫浓度越大，发芽率越低[10]。当NaCl浓度为40 mmol·L-1时，2种种子的发芽率均略高于浓度为0时的发芽率，低盐浓度在一定程度上促进了种子的发芽。当NaCl浓度小于200 mmol·L-1时，JK 1406在各浓度的发芽率均大于50%；处理浓度为200 mmol·L-1和240 mmol·L-1时，2种种子的发芽率与其他处理相比差异显著；浓度为240 mmol·L-1时发芽率明显下降，仅为3%和7%，2种种子的发芽率与其他浓度种子发芽率差异达极显著水平，说明在该浓度下向日葵种子虽能发芽但发芽率受到严重抑制。

在NaHCO3胁迫下，浓度为10 mmol·L-1时，晋葵11号种子发芽率最高，说明低浓度胁迫条件下，由于土壤渗透势增加，种子吸水速度放缓，种子萌发的活化和修复反应得到充分发挥，从而在一定程度上促进了种子的萌发，这与王伟[11]等的研究相似，并且在低浓度胁迫下，晋葵11号种子发芽率高于JK 1406发芽率。NaHCO3浓度为80 mmol·L-1时，2种种子与其他浓度种子发芽率差异达显著水平。

2.1.2发芽势

利用发芽势来衡量种子发芽所需的时间对生产具有一定的指导意义，是反映种子生存能力的主要指标。种子植物生命的起点是种子萌发，这是生命活动最强的时期[12]，由图2可知，随着胁迫浓度的增加，向日葵种子的发芽势有不同程度的降低，在NaCl胁迫下，浓度为80 mmol·L-1时，JK 1406种子的发芽势最高为80%，与同浓度胁迫下的晋葵11号差异达极显著水平，表明JK 1406有较好的耐盐性，当浓度为200mmol·L-1和240 mmol·L-1时，2种种子发芽势与其他浓度的种子发芽势差异达极显著水平，表明在高盐胁迫下，2种种子的发芽势受到的影响较大。

图3 盐碱胁迫下向日葵发芽指数

在NaHCO3胁迫下，2种种子发芽势在浓度为10 mmol·L-1时最高，与其他处理相比差异极显著，表明低浓度的碱胁迫不影响种子的发芽速度，浓度60 mmol·L-1时，2种种子发芽势差异达极显著水平，说明JK 1406较晋葵11号有更好的耐碱性，浓度为80 mmol·L-1时，2种种子与其他处理的发芽势差异达极显著水平。

2.1.3发芽指数

发芽指数是判断种子活力的重要指标之一，发芽指数越高，萌发初期种子发芽越多，种子活力越强，幼苗能快速地发芽[6]。图3显示，随着胁迫浓度的增加，发芽指数总体呈降低的趋势，盐浓度为200 mmol·L-1和240 mmol·L-1时，2种种子的发芽指数与低浓度间差异显著，碱浓度为80 mmol·L-1时，2种种子的发芽指数与其他浓度处理差异极显著，主要是因为在高盐和高碱环境下，种子从外界吸收水分的能力受阻，从而影响发芽所需的各种酶和结构蛋白，很难进行自身细胞分裂分化、胚生长，从而降低了种子活力[13]。另外，在碱胁迫下，JK 1406的发芽指数除最高浓度的碱胁迫外，均略高于晋葵11号的发芽指数，在60 mmol·L-1时，两者差异达极显著水平。

2.2 盐碱胁迫下保护酶活性及丙二醛含量的变化

向日葵虽然是一种适应性较强且耐盐碱的作物，但是不同品种之间存在明显差异。在不同盐碱胁迫下，研究不同品种和同一品种间的差异是必要的。由表1可得，随着NaCl胁迫程度的增加，JK 1406体内SOD活性先小幅增加再降低后趋于平稳，40 mmol·L-1时达到最大值，并与其他处理差异达显著性水平，而在晋葵11号体内SOD活性则是先减少后增加，到达NaCl胁迫最大浓度时又有所下降。2种向日葵种子在不同浓度NaCl胁迫下均有所下降，说明胁迫浓度增高后造成SOD的膜系统的损伤，酶保护环境受到破环，酶活性下降。不同浓度NaHCO3胁迫下，JK 1406体内SOD活性在浓度为40 mmol·L-1时达到最高点后有所下降，与在NaCl胁迫下变化趋势基本相同，晋葵11号体内SOD活性变化在各处理处均不明显，各处理间均无显著差异。

在NaCl胁迫下，供试材料的POD活性在160 mmol·L-1处均有一个峰值，此时的晋葵11号与其他浓度处理差异达显著性水平，表明在中度盐胁迫下，向日葵具有较强的活性氧清除能力，到达高浓度后先逐渐降低后升高，这表明在高浓度盐处理下细胞膜系统受损[14]。不同浓度NaHCO3胁迫下JK 1406和晋葵11号体内POD活性与盐胁迫类似，最大值在40 mmol·L-1处出现，分别为3 334.44 U·g-1和3 430.06 U·g-1，2种种子的POD活性最小值都在10 mmol·L-1浓度处理下，JK 1406的POD活性与其他浓度处理差异达显著水平。

有研究表明，在NaCl胁迫下，植物叶片的CAT活性或降低或增加。随着NaCl胁迫的增加，供试材料体内CAT活性逐渐减少，变化比较平缓，说明土壤盐化对向日葵体内CAT活性产生的影响不大，在NaHCO3胁迫下，两者变化趋势相同，JK 1406体内CAT活性在各处理上均高于晋葵11号，到80 mmol·L-1时活性都有所下降，此时JK 1406体内CAT活性与其他浓度处理差异达显著性水平。

MDA是膜脂过氧化的产物，可直接影响膜受损伤程度[15]。在2种胁迫下，2种向日葵种子都在高浓度胁迫下出现一个低值，而后在最高浓度处理下MDA含量都有所增加，这表明细胞膜脂过氧化程度或细胞膜受损伤的程度明显加重。晋葵11号在NaCl胁迫下的各浓度处理间差异达显著水平，NaHCO3胁迫处理下JK 1406在80 mmol·L-1时与其他处理差异达显著水平。

表1 盐碱胁迫下向日葵叶片保护酶活性及丙二醛含量的变化

胁迫浓度/(mmol·L-1) SOD活性/(U·g-1) POD活性/(U·g-1) JK1406晋葵11号JK1406晋葵11号NaCl02102.36±42.84b2244.83±140.21b3863.14±119.15c1762.23±79.18a402276.72±28.81c1774.08±169.49a4465.71±112.89d2359.76±25.33b801884.38±26.77a2098.76±94.85ab2893.13±135.59ab1642.46±125.66a1602132.15±47.63b2291.87±204.77b3827.89±124.82c3745.33±103.09d2002052.94±66.83b2402.35±228.42b2675.83±72.82a2260.55±328.86b2402069.69±76.19b2022.36±176.37ab3027.91±128.41b3332.72±64.98cNaHCO302186.42±44.87ab2258.20±138.76a3053.13±92.61c2760.33±291.34b101988.24±128.06a2410.72±121.84a1207.64±118.86a1455.65±309.38a202169.48±95.41ab2380.72±213.48a1688.76±200.66b1998.96±16.00a402358.60±151.71b2291.85±109.28a3334.44±168.00c3430.06±301.96c601937.24±101.65a2217.30±31.64a3084.63±83.37c1666.02±201.31a802057.10±63.52a2313.06±95.71a1631.92±176.02b1754.86±142.19a胁迫浓度/(mmol·L-1) CAT活性/(U·g-1) MDA含量/(nmol·g-1) JK1406晋葵11号JK1406晋葵11号NaCl03547.22±100.13d3304.88±68.83c37.41±2.73ab81.05±3.11d403705.27±28.15d 3090.41±119.90c42.86±6.18b105.58±4.75e803336.12±95.00c2425.58±97.86a52.04±1.06c115.77±4.10f1602925.89±39.28b2332.29±52.92a39.25±0.72ab37.38±3.47b2002940.86±58.02b2706.63±186.20b33.17±3.26a15.08±2.06a2402476.99±94.82a2490.72±80.21ab52.77±2.07c48.81±5.44cNaHCO304278.38±218.78c3264.85±140.87bc38.57±2.25bc50.47±2.53ab103264.66±140.59b1896.56±155.87a35.47±3.19ab42.78±4.42a204415.10±126.47c2212.45±245.80a42.32±3.88c86.21±7.86d403479.33±230.49b1931.98±122.46a41.20±1.34bc68.47±4.36c604498.78±106.25c3523.51±224.32c29.97±2.24a57.52±2.61bc802669.05±53.30a2895.56±155.80b50.11±2.00d93.48±4.57d

3 结 论

由于遗传、组织结构和生理生化代谢的差异，不同作物有不同的耐盐碱性[16]。在本试验中，2个向日葵杂交种总体上在低盐低碱环境中一定程度促进了种子的萌发，但随着胁迫浓度的加大，2个向日葵种子的生长都受到抑制，说明供试向日葵在一定范围内有耐盐碱性，在轻度盐碱地区栽培利用是可行的。分析中发现，本试验设计的浓度中NaCl为40 mmol·L-1和NaHCO3为10 mmol·L-1时，发芽率最高，然而其是否是最适合种子发芽的浓度仍有待研究。NaCl浓度设计为240 mmol·L-1和NaHCO3浓度为80 mmol·L-1时由于高盐高碱环境，种子不能从外界吸收足够的水分，高浓度的盐碱胁迫延缓了向日葵种子的活力，从而影响了种子的正常生长发育。

本研究结果显示，在盐碱胁迫达到最高浓度后，MDA含量都有所增加，细胞膜受损程度加大，POD含量的增加会损害生物膜系统，而耐盐碱品种会通过降低自身POD含量来适应盐碱胁迫，从而减少对植物细胞的损伤，本试验中碱胁迫下的JK1406表现出与前人相似的结果[17]，SOD酶活性越高，其适应性越强，JK 1406的SOD活性在盐碱胁迫的最高浓度处略有增加。

从以上结果可以看出，同时测量更多指标是因为每个指标对盐碱胁迫的反应程度不同，单个指标不能准确地判断和评价耐盐碱性。本试验研究了盐碱胁迫对2种向日葵的种子萌发及生理指标的影响，得出JK 1406较晋葵11号有一定的耐盐碱优势。