盐碱胁迫对甜瓜种子萌发及幼苗生长发育的影响

熊 韬，闫 淼，王豪杰，毛建才，王江涛，胡国智

（1.新疆农业科学院甜瓜研究中心，乌鲁木齐 830091；2.新疆林业学校，乌鲁木齐 830000）

0 引言

【研究意义】我国盐碱土壤约占可耕地面积的25%[1]。新疆是我国主要的盐碱土分布区，土壤中的盐分组成具有多样性，主要以硫酸盐、硫酸盐-氯化物、氯化盐、氯化物-硫酸盐为主[2]。新疆哈密瓜栽培的研究较多，但其栽培生理研究却相对薄弱，尤其是盐碱环境对哈密瓜生长发育方面影响的研究甚少。研究新疆哈密瓜的耐盐性方面有助于丰富哈密瓜的栽培生理理论，对分析哈密瓜盐水灌溉和盐碱地生产模式，合理开发利用西部地区的盐碱地和盐碱水资源有重要意义。【前人研究进展】植物在盐胁迫下受到最直接的影响是生长发育进程被抑制，土壤中过量盐分降低了植物的吸水能力，而水分亏缺阻碍了植物生长进程[3]。甜瓜对低浓度盐分具有一定的耐受性，但不同品种对盐胁迫的适应能力均存在一定差异性[4]。张玉鑫等[5]发现NaCl 胁迫对甜瓜幼苗株高、叶面积、地上部鲜重和干物质积累量等指标的抑制强度与盐胁迫水平及时间具有关联性；甜瓜幼苗对低浓度NaCl 胁迫具有一定的缓冲适应能力。高玉红等[6]研究了甜瓜幼苗对3种不同组分盐胁迫响应的差异性发现，幼苗根系和地上部的生长发育均受到3种盐胁迫所产生的较强抑制作用，且与浓度成正相关性，张永平等[7]和夏世龙等[8]的研究报道基本一致。【本研究切入点】盐分对甜瓜生长方面影响的研究已经比较深入，但大多数只涉及中性盐胁迫，有关多种盐分胁迫对甜瓜种子萌发与幼苗生长的研究鲜见报道。需研究盐碱胁迫对甜瓜种子萌发及幼苗生长发育的影响。【拟解决的关键问题】以4个甜瓜品种作为材料，配制不同浓度的盐分溶液（NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3）对甜瓜进行胁迫处理，研究不同浓度盐分处理对甜瓜种子萌发、幼苗生长发育及根系形态特征的影响，分析不同甜瓜品种对多种盐分胁迫条件下的适应性，为在盐碱地区域开展甜瓜盐碱地栽培和品种人工驯化提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2019年5 ～7月在新疆农业科学院哈密瓜研究中心实验室和吐鲁番科研基地进行。选择甜瓜品种网纹香、风味5号、西州密17号、黄皮9818 作为研究对象。其中网纹香属于黄皮类型晚熟品种，风味5 号属于具有独特风味的白皮类型早中熟品种，西州密17号属于绿皮类型中晚熟品种，黄皮9818属于黄皮类型中熟品种。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

1.2.1.1种子萌发期处理

参考徐志然[9]、张雪彬[10]和蔺吉祥等[11]等方法，配制混合盐碱溶液（NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3物质的量比为4∶1∶1∶4），设置4个盐浓度处理，分别为0（CK）、50、100、150 mmol/L，每个处理重复3次。

采用滤纸培养法，在洁净烘干，直径为90 mm的培养皿中放入双层滤纸，分别加入5 mL不同浓度的盐碱溶液至滤纸吸足水分，摆入经过筛选的籽粒饱满、大小一致的种子30 粒，置于人工气候箱，在（28±1）℃条件下黑暗培养7 d，每2 d更换1次滤纸以确保处理期间盐浓度维持相对恒定。

以种子开始露出胚根作为萌发标准，统计种子的发芽势（3 d）和发芽率（7 d）。

1.2.1.2 幼苗期处理

试验品种和盐胁迫处理液与1.2.1.1 相同，所配置盐处理液的母液均为Hogland营养液。

先将蛭石和珍珠岩按1∶1的体积比混合后装入40穴育苗穴盘中，再将经过浸种和催芽处理的甜瓜种子播种于穴盘中，甜瓜出苗后用Hogland营养液进行浇灌，当幼苗长至三叶一心期时进行盐胁迫处理，处理时间定于上08：00～09：00 进行，第1d 每个处理均浇浓度为50 mmol/L 的处理液以此避免盐浓度突然上升所产生的冲击效应，以50 mmol/L作为每日递增浓度，直至到达最终设定浓度，每次用相应浓度的盐溶液进行适量浇灌，CK 处理浇同等容量的清水，定时观察蒸发情况并及时用清水补充损失水分。胁迫处理7 d后对测定生长指标和采集植株样品。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1种子萌发

（1）发芽势（GE）：第3 d 发芽种子个数/参试种子数×100%。

（2）发芽率（GP）：第7 d 发芽种子个数/参试种子数×100%。

（3）发芽指数GI=∑（GtDt）。

式中Gt表示种子在t天之内发芽的个数，Dt则表示为种子发芽对应的实际天数；

（4）发芽速度（Gν）=∑（Dn）Σn。

式中D为从种子置床起算的天数，n为相应各日正常发芽粒数。

1.2.2.2 幼苗生长

（1）株高（根茎相交处到最高生长点的长度）、茎粗（根茎相交处上方约1 cm处）。

（2）在105℃温度条件下将已经过分离处理的根、茎、叶放入高温干燥箱内杀青30 min，之后在75℃下烘至恒重，称量并记录地上部干重、根部干重，并计算根冠比。

根冠比=根部干重/地上部干重。

1.2.2.3 盐耐受指数（STI）和盐敏感指数（SSI）

参照Molhtar[12]和Khayat[13]等计算盐敏感指数和盐耐受指数。

STI=（DWtreatment/DWck）×100。

SSI=［（DWtreatment-DWck）/DWck］×100。

式中，DWtreatment表示盐处理下植株干重，DWck表示对照植株干重。

1.2.2.4 根系形态指标

用清水冲洗去除根系和茎叶上附着的基质及其它杂物，用去离子水彻底冲洗干净，再将水分用吸水纸吸干，将根系与地上部分开，采用中晶公司生产的Microtek ScanMaker i800 双光源彩色扫描仪获取根部的形态结构图像，采用杭州万深检测科技有限公司研发的万深LA-S系列植物图像分析系统对根部样品的根长、平均直径、表面积、体积、根尖数等形态学参数分析测定。

1.3 数据处理

所有数据均采用Excel 2016 进行绘图，采用SPSS（Version 22.0）进行数据方差分析（One-way ANOVA），并检验处理间差异显著性（P=0.05）。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫处理对不同甜瓜品种种子萌发特性的影响

2.1.1 盐胁迫对甜瓜种子发芽势的影响

研究表明，虽然甜瓜对盐胁迫具有一定的耐受性，但随着盐胁迫浓度的上升，不同甜瓜品种发芽势均表现出整体逐渐下降趋势，且各胁迫处理之间也存在一定差异性。50 mmol/L 浓度胁迫下，4个品种的发芽势均高于50%，但在100 和150 mmol/L的高浓度盐处理显然明显的抑制了四种甜瓜的发芽势，尤其是西州密17号和黄皮9818的发芽势出现大幅下降。各品种在100 和150 mmol/L 浓度处理下，发芽势均比CK 下降了11.43% ，18.33% 、65.49% ，76.9% 和23.52% ，28.38%、76.06%和80.69%。

低盐（50 mmol/L）处理下，4个甜瓜品种可以维持50%以上的萌发率，但高盐胁迫下（100 和150 mmol/L），所有盐处理的发芽势均呈现显著下降，并且各甜瓜品种之间存在较为明显的差异，为网纹香＞风味5号＞西州密17号＞黄皮9818。图1

图1 不同浓度盐胁迫下各甜瓜品种种子发芽势变化Fig.1 Effects of salt stress at different concentrations on seed germination potential of melon varieties

2.1.2 盐分胁迫对甜瓜种子发芽率的影响

研究表明，在50 mmol/L 浓度下，各品种的发芽率都≥60%，其中网纹香和风味5号的发芽率均在95%以上，两种甜瓜对低浓度盐胁迫具有良好的耐受性。西州密17 号和黄皮9818 在3种浓度处理下的发芽率与CK处理相比均表现出显著性差异，分别比对照低26.44%、60%、72.54%和35.49%、68.26%、77.82%，甜瓜种子受到抑制效应随盐浓度的上升越来越明显。图2

图2 不同浓度盐胁迫下各甜瓜品种种子发芽率变化Fig.2 Effects of salt stress at different concentrations on seed germination rate of melon cultivars

2.1.3 盐胁迫对甜瓜种子发芽指数的影响

研究表明，所有处理的发芽指数均受到盐胁迫的影响，并且各品种间发芽指数差异较为明显，其中网纹香的发芽指数最高，黄皮9818 的发芽指数最低，并且黄皮9818下降幅度最明显。在盐碱胁迫浓度150 mmol/L时，黄皮9818的发芽指数为3.42%，与CK 相比下降了78.95%，而网纹香的发芽指数下降率最低，具体为31.76%。图3

图3 不同浓度盐胁迫下甜瓜品种种子发芽指数变化Fig.3 Effects of salt stress at different concentrations on seed germination index of melon cultivars

2.1.4 盐胁迫对甜瓜种子萌发速度的影响

研究表明，网纹香和风味5 号保持了较快的发芽速度，其次是西州密17 号；在150 mmol/L 盐浓度时，其他品种仍保持一定的萌发速度，而黄皮9818 受到的影响比较明显，较CK 延长了49.8%。甜瓜的发芽速率受低浓度盐胁迫的影响较为有限，但高浓度盐胁迫能够抑制或减缓甜瓜种子的萌发进程。图4

图4 不同浓度盐胁迫下甜瓜品种种子平均萌发速度变化Fig.4 Effects of salt stress at different concentrations on seed germination rate of melon cultivar

2.2 盐胁迫对不同甜瓜品种幼苗生长的影响

研究表明，4个品种幼苗株高和茎粗均随浓度的上升而下降，盐分胁迫限制了甜瓜株高和茎粗的增长，并且抑制影响会随盐浓度的上升而不断加强。在150 mmol/L 胁迫条件下，各品种幼苗株高和茎粗分别比对照低36.03%、32.95%、27.87%、24.73%和33.37%、35.77%、30.08%和24.01%，表现出显著性差异，盐胁迫对甜瓜生长发育进程影响较为明显。

4个品种幼苗地上部生长受到高盐分胁迫的抑制较为突出，抑制率分别达76.92%、69.48%、66.61%、51.73%和89.57%、83.47%、78.19%和68.53%；而4种甜瓜地上部的生长在低浓度盐胁迫下表现各不相同，网纹香的地上部生物量虽然存在一定程度的下降，但与对照相比差异不显著，而风味5号、黄皮9818、西州密17号在低盐分胁迫下地上部生物量表现出明显下降；网纹香地上部生长受低浓度盐胁迫的影响较有限，而其它3个甜瓜幼苗地上部的生长所受的影响较大。4种甜瓜根系生物量在不同浓度盐胁迫下均出现下降，与CK相比均存在显著的差异。

4个甜瓜的根冠比在不同浓度盐胁迫下均表现为高浓度下的根冠比高于CK，但变化趋势均表现为先降低再升高。在50 mmol/L 浓度处理下，根冠比与CK 相当，无显著差异（P＞0.05）；而100和150 mmol/L 浓度处理下，四个甜瓜的根冠比均显著高于CK 处理，甜瓜幼苗地上部受到盐胁迫的抑制作用要大于地下根系。表1

表1 不同浓度盐胁迫下甜瓜生长特性变化Table 1 Effects of salt stress at different concentrations on the growth characteristics of muskmelon

2.3 不同甜瓜品种对盐胁迫的敏感性和耐受性

研究表明，4种甜瓜地上部和地下部对盐胁迫的敏感性均表现出相似的变化趋势，即敏感性均表现为根部＜地上部。4个品种的耐盐性各不相同，网纹香对盐胁迫的耐受性要高于风味5号、黄皮9818和西州密17号。图5

图5 盐胁迫下四种甜瓜的盐敏感指数Fig.5 The salt sensitivity index of four melons under salt stress

4种甜瓜的盐耐受指数随胁迫浓度的增加均表现出递减的趋势。在100 mmol/L 浓度下，4个品种的耐受性指数均出现明显下降，甜瓜对盐的敏感程度在高盐分胁迫下明显升高，而对盐分的耐受性相应降低。图6

图6 盐胁迫下四种甜瓜的盐耐受指数Fig.6 Salt tolerance index of four kinds of melon under salt stress

2.4 盐胁迫对甜瓜幼苗根系分布的影响

研究表明，随着浓度的增加，四种甜瓜的根系形态学指标在盐胁迫下的变化均呈下降趋势；在150 mmol/L处理下网纹香、风味5号、西州密17号和黄皮9818的根系长度与CK处理相比分别降低了44.33%、60.81%、56.99%和67.24%；根系平均直径分别降低了20.83%、36.32%、46.02%、50.51%；根系表面积分别降低了32.63%、50.48%、63.8%、71.01%；根系体积分别降低了56.04%、62.09%、67%、78.94%；根系投影面积分别降低了45.79%、50.93%、63.12%、78.89%；根尖数分别降低了46.04%、57.48%、60.67%、66.62%，且均表现出显著性差异（P＜0.05）。网纹香的所有根系形态指标均高于其它3个甜瓜品种，与根系干重结果相对应，盐胁迫下其根系受到的抑制作用要小于其它3个品种。而随着浓度的增加，4种甜瓜品种根系生长受到抑制作用逐渐加强。表2

表2 盐胁迫下四种甜瓜根系分布特征变化Table 2 Effects of salt stress on root distribution characteristics of four melon species

3 讨论

研究认为[14]在相同的胁迫环境下，种子的萌发速率不变或加快，可能是受到某些耐胁迫基因的影响。而其他研究认为[15]：种子萌发容易受高盐分胁迫的抑制，主要是由于外部渗透压导致种子吸水量匮乏引起的。敏感性研究结果与高玉红等[6]研究得出的结论相一致，即甜瓜幼苗地上部比根系对盐胁迫的反应敏感，受胁迫伤害的程度大。种子萌发是植物生命周期中非常重要的起始阶段，也是极易受到外界不利因素干扰和影响的阶段。发芽势、发芽率和发芽指数是评价种子发芽速度、发芽整齐度和幼苗健壮度的重要参考指标[16]。发芽速度和发芽后幼苗的活力表现能直接反映出作物对盐碱环境的适应能力。研究表明植物种子在萌发期对高盐环境下非常敏感，种子正常萌发会受到明显的抑制，这是由于细胞质膜的完整性被高盐胁迫所破坏，导致细胞膜选择透性下降，甚至丧失；并且盐分含量过高致使水势降低，使种子吸水不足，引起细胞水分亏缺[17]。也有研究认为低浓度盐分能够促进种子萌发，而高浓度盐分对萌发具有限制作用[18-20]。

盐胁迫会降低作物幼苗的生长能力，减少光合产物的积累，影响作物正常的生理代谢，最终使植物整体生长变慢甚至死亡[21-22]。邱岸[23]通过苗期试验发现，黄瓜幼苗的生长受到盐分显著抑制，表现为株高降低，茎粗减少，盐敏感品种比抗盐品种变化明显。刘鑫等[24]研究比较了21个西瓜品种幼苗的耐盐性，发现盐胁迫对供试品种幼苗的株高、茎粗和地上部干重产生了明显的抑制作用。张海军等[25]研究发现，NaC1胁迫引起了两个茄子品种幼苗生物积累量的显著下降。

植物不同部位对盐分的敏感性存在着一定的差异。阎秀峰等[26]研究发现，星星草幼根的生长进程随盐浓度升高逐渐减慢，且与盐浓度呈极显著的负相关关系，但其幼芽在低浓度盐处理下都表现出增效效应。朝朝红等[27]研究得出，水稻幼苗芽、根长均受到盐胁迫的抑制，幼芽与根对盐胁迫的敏感性存在差异，尤其是芽的伸长受抑制率均比根要高。何欢乐等[28]对9种经过盐分处理的黄瓜进行研究后发现黄瓜的根、下胚轴、子叶生长受盐胁迫的抑制程度不同，不同器官对盐胁迫反应不同，根对盐胁迫最为敏感的结论，可能是盐分对各器官生长的影响机制存在不同，也可能与各器官所处不同环境有关。

根系是植物从外界获取营养物质的重要通道，也是植物最先感知周围环境是否存在盐分的器官[29]。环境中盐分过高会破坏根系的结构，根系无法正常吸收植物生长发育所必需的各类养分，植物生长进程。谢德意等[30]和辛承松等[31]研究得出盐胁迫抑制了棉花根长，减少了侧根数量。谷艳芳等[32]和姜秀娟等[33]分别在冬小麦和水稻中发现，盐胁迫加快了冬小麦根长的下降趋势和水稻单株平均根数减少的速度。郑柱荣等[34]研究得出花生幼苗的根长、根平均直径、根总表面积随着NaCl浓度增加而逐渐降低。

4 结论

4.1 4个甜瓜品种在低盐处理下可以维持50%以上的发芽率和60%以上的发芽势，但高盐胁迫下的发芽势和发芽率均呈现显著下降。各甜瓜品种萌发指标综合表现为网纹香＞风味5号＞西州密17 号＞黄皮9818。在150 mmol/L 盐浓度时，其他品种仍保持一定的萌发速度，而黄皮9818受到的影响比较明显，较CK延长了49.8%。

4.2 各甜瓜品种株高、茎粗、地上/下生物量积累随盐胁迫浓度的上升总体呈下降趋势，且与高盐浓度呈显著负相关。相同浓度盐处理下网纹香受到的抑制作最小。网纹香对盐胁迫的适应性均强于风味5号、黄皮9818、西州密17号。

4.3 盐胁迫均使四种甜瓜的根冠比随浓度的增加呈现先降低再上升的趋势，且高盐浓度下明显高于CK。各甜瓜的盐敏感指数和耐受性指数均下降，特别是耐受性指数在浓度为100 mmol/L 下降相对明显，4个甜瓜品种在高浓度盐胁迫的敏感性升高，其盐分耐受性降低。

4.4 盐胁迫下4种甜瓜的根系形态学参数变化情况基本一致，均呈下降趋势，并且与CK相比差异显著，甜瓜幼苗根系生长进程在盐胁迫下受到明显抑制影响，但网纹香所受到抑制强度明显低于风味5号，西州密17号、黄皮9818。