混合盐碱胁迫对紫花苜蓿苗期生长特性的影响

张晓磊　刘晓静　齐敏兴　刘艳楠　蒯佳林

摘要：以甘农三号紫花苜蓿为试验材料，NaCl和NaHCO3按摩尔比1∶1混合模拟典型混合盐碱胁迫，研究不同盐浓度对苜蓿苗期生长特性的影响。结果表明，随着盐浓度的升高及胁迫时间的延长，生长速度受到明显的抑制，根、茎、叶鲜重均低于对照，差异均达到显著水平（P<0.05）；短期低浓度胁迫促使叶面积增大，但差异不显著；随着盐碱浓度的增加，苜蓿地上部干重都呈现逐渐降低的趋势，且在浓度达到150 mmol/L时差异达到显著水平；根冠比呈现先增大后减小的趋势，表明盐碱胁迫促使紫花苜蓿光合产物向根系分配，以增加根系对无机养分的吸收，用以维持细胞内渗透压及光合同化作用的需要。

关键词：紫花苜蓿；混合盐碱胁迫；苗期；生长特性

中图分类号：S 541 文献标识码：A 文章编号：10095500（2013）01001605

目前，土壤盐碱化已成为世界关注的生态和环境问题。据联合国教科文组织（UNESCO） 和粮农组织（FAO）的不完全统计，全球约有9.54亿hm2盐碱土地＼[1，2＼]，占陆地总面积的25%＼[3＼]。我国地域广阔，地形复杂，土壤盐碱化日益严重，盐碱土地面积高达9 900万hm2，并有逐年扩大的趋势。

盐碱土中可溶性盐分的阳离子包括Na+、Ca2+、Mg2+、K+，阴离子包括SO42-、HCO3-、CO32-和NO3-。由于土壤碱化与盐化往往相伴发生，所以长期以来人们将土壤可溶性盐分的增加笼统称为“土壤盐碱化”＼[5＼]。在我国大面积的盐碱土地中，除新疆和松花江部分地区土壤以硝酸盐为主外，其他地区主要是含有Na+、K+、Mg2+ 3种阳离子和CO32-、HCO3-、Cl-、SO42- 4种阴离子的复合盐碱地＼[6＼]。研究表明，盐和碱胁迫是2种不同的胁迫，植物对其表现出的生理适应机制也明显不同＼[7-9＼]。当土壤中含有Na2CO3和NaHCO3碱性盐时，植物不仅受到盐胁迫，同时还受到高pH造成的碱胁迫危害＼[10＼]，所以， 由Na2CO3和NaHCO3碱性盐对植物所造成的胁迫伤害比由NaCl、Na2SO4等中性盐更为严重＼[11＼]。因此，有必要认识并深入研究混合盐碱胁迫及其对植物的影响。

紫花苜蓿（Medicago sativa）是一种被广泛种植的多年生优良牧草，具有抗寒、抗旱、耐盐碱等特点，对盐碱地有一定的改良作用＼[12-14＼]。而且对苜蓿耐盐性方面的研究也较多，从种子萌发＼[15＼]、幼苗生长＼[16，17＼]、离子吸收分布＼[18＼]到抗氧化酶及丙二醛的积累＼[19，20＼]都有研究报道。研究土壤盐碱化不同类型离子及含量对苜蓿苗期生长的影响，对于进一步开发利用盐碱地、提高紫花苜蓿生产力具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试苜蓿品种甘农三号紫花苜蓿和中华根瘤菌（12531），均由甘肃农业大学草业学院提供。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 种子处理和菌种培养 种子用0.1%HgCl消毒5 min，并用去离子水冲洗干净后播种。将菌种接种于YMA固体培养基上＼[21＼]，在28 ℃恒温培养箱进行活化培养，活化24 h后将活化的菌种接一环到装有50 mL YMA液体培养基的250 mL三角瓶中，28 ℃，120 r/min避光培养，当OD600 nm吸光度值达到0.6时进行离心，再将离心后的菌体用无菌水打散到OD600 nm值为0.6。

1.2.2 Hoagland营养液的配制＼[22＼] 其大量元素为Ca（NO3）2 945 mg/L；KNO3 607 mg/L；KH2PO4 136 mg/L；MgSO4 493 mg/L；微量元素为H3BO3 2.86 mg/L；MnCl2·4H2O 1.81 mg/L；ZnSO4·7H2O 0.22 mg/L；CuSO4·5H2O 0.08 mg/L；H2MoO4·H2O 0.02 mg/L；铁盐为EDTAFe 4.211 mg/L。营养液用NaOH（1 mol/L）或HCl（1 mol/L）调节至pH为7.0。

1.2.3 试验设计 试验采用细沙作为栽培基质，栽培基质处理参照文献＼[23＼]方法进行，经HCl浸泡后用去离子水清洗干净，121 ℃高温灭菌后烘干备用。在直径7 cm，高8.5 cm，容积350 mL的塑料花盆内，装入250 g干燥细沙，将沙面平整，挑选10粒饱满种子均匀摆放细沙表面，覆盖30 g干沙。将其浸在Hoagland营养液的水培盒中，使营养液自盆底向上缓慢渗透至沙表面，营养液面以盆中沙表面下1 cm湿润为准，标好液面线。营养液采用7 d更换1次，每日补水的方式进行浇灌，以确保各营养元素及溶液pH的恒定。待其长至真叶期进行接菌处理，每杯接菌5 mL菌液，接种2次。真叶期后培养35 d进行混合盐碱胁迫处理，每5 d处理1次，每杯浇灌5 mL，共处理3次。

混合盐碱为NaCl和NaHCO3以1∶1摩尔比混合，模拟典型盐碱胁迫环境，设置0、25、50、100和150 mmol/L共5个处理，6次重复，第1次胁迫处理后开始进行株高的测量，每5 d测量1次，胁迫15 d后进行根长、叶面积及根、茎、叶干鲜重等相应指标测量。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 株高及生长速度 每处理随机标记3株幼苗，每隔5 d测定其伸展高度，取平均值，并计算生长速度。

生长速度=生长净增加高度/生长间隔天数

1.3.2 叶面积及单株叶片数 叶面积采用描形称重法以标记植株自株顶向下第6叶的单叶叶面积进行测定＼[24＼]；胁迫处理15 d后，随机取各处理5株，统计叶片数。

1.3.3 根、茎、叶鲜重及干重 胁迫处理15 d后将随机标记的3株幼苗根、茎、叶分开称量其鲜重，称重后将其放入烘箱，105 ℃，杀青30 min，65 ℃烘干至恒重，分别称其干重。

1.3.4 生物量及根冠比 地上生物量为单株茎、叶干重之和；地下生物量为单株幼苗根系干重；总生物量为单株幼苗根、茎、叶干重总和。

根冠比=地下生物量/地上生物量

1.4 数据处理及分析

采用Excel和SPSS 16.0专业统计分析软件以LSR法进行数据分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对紫花苜蓿株高生长速度的影响

生长速度是幼苗在胁迫下受伤害的最直接的反应。随着混合盐胁迫浓度的升高（图1），苜蓿5 d和10 d内株高的生长速度均呈下降趋势。在胁迫后5 d内25、50 mmol/L盐胁迫下的生长速度表现与对照（0 mmol/L）接近，差异不显著（P<0.05），100、150盐胁迫5 d内的生长速度均显著低于对照，150 mmol/L与100 mmol/L相比5 d内生长速度差异不显著。在胁迫处理后10 d内25、50 mmol/L浓度胁迫下的生长速度与对照相比均显著（P<0.05）低于对照，而25和50 mmol/L之间差异不显著，100 mmol/L下生长速度显著低于50 mmol/L，150 mmol/L下生长速度显著低于100 mmol/L。表明随着胁迫时间的延长以及胁长以及胁迫强度的增强，苜蓿受到影响均会增强，生长速度逐渐减慢。

2.2 盐碱胁迫对紫花苜蓿叶面积及单株叶片数的影响

随着盐浓度的增高，叶面积和单株叶片数都呈现先增大后减小的趋势，盐浓度达到150 mmol/L时，叶面积与对照差异显著（P<0.05），盐浓度低于100 mmol/L时，叶面积有增大趋势，但是和对照差异不显著。叶片数有随盐浓度升高呈现降低的趋势，但是与对照相比差异不显著。说明在实验时间内，盐浓度对叶面积的影响不显著（表1）。

2.3 盐碱胁迫对紫花苜蓿鲜重及干重的影响

2.3.1 盐碱胁迫对紫花苜蓿鲜重的影响 幼苗各器官的鲜重可直接反映在胁迫条件下植株生长情况，实验表明，苜蓿的根、茎、叶鲜重随着盐浓度的增加呈现降低趋势（表2）。在盐浓度达到100，150 mmol/L时，根茎叶的鲜重均显著（P<0.05）低于对照。在盐浓度达150 mmol/L时，根鲜重较对照减少了30%，茎鲜重较对照减少了47.4%，叶鲜重较对照减少29.4%。说明在盐浓度较高情况下严重影响了植物的根、茎、叶生长。

2.3.2 盐胁迫对紫花苜蓿干重的影响 混合盐碱胁迫对紫花苜蓿生物量及根冠比的影响结果显示（表3），随着盐浓度的增减地上生物量呈现逐渐减少的趋势，总生物量和根冠比则呈现先增大后减少的趋势。在盐浓度达到25 mmol/L时，总生物量最大，但与对照差异（P<0.05）不明显，但是根冠比明显大于对照。在盐浓度达到150 mmol/L时，地上生物量和总生物量均显著低于对照。

3 讨论与结论

（1）幼苗期是植物生长的关键时期，也是对盐碱胁迫较为敏感的时期，幼苗期的营养物质的积累直接影响植物后期对胁迫环境的适应性，因此，苗期植物对于胁迫环境的反应影响着后期植物的生长及其营养物质的吸收和积累。试验表明，盐碱胁迫抑制了苜蓿的生长速度，而且随着盐浓度的升高以及胁迫时间的增加对其生长速度抑制作用更加明显。在短期低浓度的盐碱胁迫下，苜蓿的叶面积具有增大的趋势，这也是植物对盐碱胁迫的一种适应性表现，增加叶面积，进而增加光合作用。但在高浓度胁迫下植株表现出生长缓慢，叶面积减小，部分叶片萎蔫、黄化、脱落，这是由于高浓度胁迫超出了苜蓿的耐受范围从而表现出严重的生长抑制现象。

（2）盐胁迫影响植物的生长高度、茎生长、生物量积累及生物量分配＼[25＼]。郭洪海等＼[26＼]研究了盐胁迫下饲料酸模植株的生长，表明其生物量随着盐浓度的升高逐渐降低，其幅度越来越大，其中盐分对地上部生长的抑制作用大于对根的影响。试验表明，随着盐浓度的增加，苜蓿的根、茎、叶鲜重及地上部干重都呈现逐渐降低的趋势，根冠比呈现先增大后减小的趋势。这一方面是由于盐碱胁迫造成的植物生理性干旱，使得营养物质积累量减少；另一方面是由于在胁迫环境下，苜蓿的碳同化产物再分配的结果。由于，盐碱胁迫使得苜蓿生长受到抑制，所以，光合产物再分配后根系生物量增加，为了适应环境，根系增大，根吸收面积增加，从而增加根系对无机盐的吸收，用以维持细胞内渗透压及光合同化作用的需要。但在高浓度胁迫下，苜蓿根系超出对盐碱的最大耐受程度，根系生长受抑制，根系减小，进一步影响地上部光合产物的积累，也使得地上部生长受抑制。

（3）NaCl和NaHCO3造成的混合盐碱胁迫，抑制苜蓿的生长速度、根茎叶的鲜物质积累，总的干物质积累也显著受到抑制，但叶面积增加，同时促进碳同化产物向地下分配，根冠比增大。较高盐浓度抑制苜蓿根系吸收作用以及光合产物积累，苜蓿的各项生长指标均受到显著抑制。混合盐碱胁迫对于苜蓿不同生长阶段不同生理过程的影响机理，还缺乏生物学和生理学上的解释，还需要进一步研究。

短期低浓度盐碱胁迫，对紫花苜蓿的生长速度影响较弱，随着胁迫时间的增加以及盐浓度的升高，幼苗的生长速度受到明显的抑制作用。低浓度的盐碱胁迫可以促进碳同化产物向地下分配，根鲜重以及根冠比增加，为紫花苜蓿对环境低浓度盐碱胁迫的适应性提供了条件，从而为紫花苜蓿在盐碱条件下种植提供了理论依据。

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