梁海蕓，于崧，于立河

（1.南寧市青秀區(qū)長塘鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村站，南寧 530000；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院）

土壤鹽化和次生鹽堿化是造成全球土地退化和阻礙農(nóng)業(yè)高效利用的主要原因之一。根據(jù)聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）和世界糧農(nóng)組織（FAO）的統(tǒng)計，世界鹽堿地面積已達9.5 億hm2，約占土地總面積的30%，它主要分布在干旱和半干旱氣候地帶，且每年以100～150 萬hm2的速度進行增長[1]。其中松嫩平原現(xiàn)有鹽堿地面積達373 萬hm2，是東北地區(qū)重要的商品糧基地，是世界蘇打鹽堿土三大集中分布區(qū)之一。由于氣候變化、灌溉方式不當、過量施用化肥、過度收獲和過度放牧，次生鹽堿地面積仍以每年1.4% 的速度擴大[2]。隨著人口的逐年增長，人們對食物的剛性需求不斷增加，對資源和環(huán)境的壓力也在不斷增大。此外，城市占用土地和工業(yè)用地也在逐步擴大。積極改善和高效開發(fā)利用鹽堿地資源，對促進我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

蕓豆是人類最主要的食用豆類之一[3]，相關研究發(fā)現(xiàn)，蕓豆含有蛋白質(zhì)、維生素、脂肪、碳水化合物等豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可作為日常飲食的補充。然而，蕓豆為鹽堿敏感性作物，土壤的鹽堿化對其生產(chǎn)力和營養(yǎng)品質(zhì)構(gòu)成嚴重威脅，制約了蕓豆種植面積和產(chǎn)量及品質(zhì)的進一步提高[4]。因此，研究蕓豆在鹽堿條件下的適應機理，有利于鹽堿地的開發(fā)利用，對促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。對蕓豆耐鹽堿機理的研究大多從植物對環(huán)境的反饋和植物對環(huán)境的適應性兩個角度來探討蕓豆的耐鹽堿機理，重點研究了鹽堿脅迫后蕓豆種子萌發(fā)、幼苗生物量積累、光合特性、滲透調(diào)節(jié)、離子平衡和抗氧化系統(tǒng)的變化[5]，而對于外援物質(zhì)調(diào)控蕓豆耐鹽堿適應機制的研究報道較少。

木醋液是生物質(zhì)原料在高溫絕氧條件下熱解產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷凝得到的混合物，是生物質(zhì)熱化學利用過程中的一種重要產(chǎn)物。盧辛成等[6]研究表明，木醋液成分較為復雜，但主要成分仍為水和有機質(zhì)。木醋液是經(jīng)特定技術(shù)提取獲得的天然植物，其含有數(shù)百種有機質(zhì)[7]。正是由于木醋液的成分較為復雜，所以其作用也較多，例如調(diào)節(jié)植物生長、防腐、抗氧化等，由此它被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、食品加工業(yè)等諸多領域。其中以農(nóng)業(yè)為首，它主要用于改良土壤、增產(chǎn)增收、防治病蟲害等方面[8-9]。周建云等[10]報道認為，木醋液中種類豐富的有機物質(zhì)，如酚類、醇類、酸類等，這些物質(zhì)在植物生長過程中可產(chǎn)生特定的作用從而影響植物的激素代謝和酶系統(tǒng)，調(diào)節(jié)植物生長。木醋液作為無公害的生物質(zhì)副產(chǎn)物，它在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐發(fā)揮了非常重要的作用和效果，已經(jīng)受到人們的廣泛關注。國內(nèi)外在木醋液促進植物生長及誘導植物提高抗病性的研究上已取得一些成果[11-12]，但是關于木醋液對于蕓豆鹽堿脅迫的調(diào)控作用機制的研究，迄今為止報道甚少。所以，研究擬在生理生化水平探討木醋液對于鹽堿脅迫下蕓豆萌發(fā)和幼苗生長的緩解作用及其機制，為進一步揭示木醋液對作物抗鹽性的調(diào)控機制提供理論依據(jù)，并為木醋液在松嫩平原地區(qū)的推廣應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種為由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院選育的“龍蕓14”。

供試木醋液由山東泰然生物工程有限公司提供，木醋液是由花生殼經(jīng)熱解炭化制成，熱解溫度為500 ℃，易溶于水的淺黃色液體，它主要包括酸類、醛類、酮類和酚類等有機成分，其pH 值為2.61。

1.2 試驗設計

1.2.1 萌發(fā)期鹽堿濃度的篩選試驗

試驗分別采用0、25、50、75、100 和125 mmol·L-1的混合鹽堿（NaHCO3與Na2CO3的摩爾比為9∶1）溶液進行萌發(fā)期鹽堿濃度篩選試驗，處理分別為清水（CK）、25 mmol·L-1鹽堿脅迫（A1）、50 mmol·L-1鹽堿脅迫（A2）、75 mmol·L-1鹽堿脅迫（A3）、100 mmol·L-1鹽堿脅迫（A4）以及125 mmol·L-1鹽堿脅迫（A5）。試驗方法為培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，先挑選籽粒飽滿并且大小一致的種子，用10% NaClO 沒過種子表面浸泡消毒10 min，然后用清水沖洗數(shù)次，再用去離子水漂洗3 次，最后用濾紙吸干種子表面水分。將不同濃度的鹽堿溶液用移液槍均勻的添加到鋪有雙層濾紙的已滅菌培養(yǎng)皿中，添加量為10 mL，緊接著在鋪有雙層濾紙的已滅菌培養(yǎng)皿中對消毒后的種子進行接種。培養(yǎng)皿中蕓豆種子數(shù)量為30，設置4 個重復。將接種后的培養(yǎng)皿移入人工氣候箱內(nèi)，人工氣候箱溫度設置為25 ℃，進行黑暗發(fā)芽，相對濕度為50%～60%。從蕓豆種子培養(yǎng)的第1 d 開始每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽標準以種子胚根達到種子長的1/2 為準，蒸發(fā)的水分要每隔一天進行補充，補水的方法為稱重補水法，一直到試驗的第7 d，并在第7 d 進行相關指標的測定，其測定內(nèi)容為：胚芽和胚根的長度、鮮重、干重，每個處理測定30 株，取平均值。

1.2.2 萌發(fā)期木醋液濃度的篩選試驗

種子萌發(fā)試驗方法以及試驗過程同1.2.1。在100 mmol·L-1的鹽堿溶液中添加不同濃度木醋液，處理分別為清水對照（CK）、鹽堿脅迫處理（A）、稀釋20倍木醋液（A+W20）、稀釋40 倍木醋液（A+W40）、稀釋60 倍木醋液（A+W60）、稀釋80 倍木醋液（A+W80）、稀釋100 倍木醋液（A+W100）、稀釋120 倍木醋液（A+W120）。用移液槍將溶液均勻地添加到鋪有雙層濾紙的已滅菌培養(yǎng)皿中，添加量為10 mL，緊接著在鋪有雙層濾紙的已滅菌培養(yǎng)皿中對消毒后的種子進行接種。培養(yǎng)皿中蕓豆種子數(shù)量和重復次數(shù)，以及種子萌發(fā)的統(tǒng)計方法均同1.2.1。

1.3 測定方法

分別取不同條件下處理7 d 的蕓豆種苗，每個處理取30 株，測量蕓豆的胚芽長和胚根長。將種苗分解為胚芽和胚根兩部分，用蒸餾水進行沖洗，直至洗凈為止，用吸水紙吸去多余的水分，裝入紙袋中，稱其鮮重，在105 ℃的烘箱里進行殺青，時間30 min，然后在80 ℃下將樣品烘干至恒重，稱其干重。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的鹽堿脅迫對蕓豆種子萌發(fā)的影響

根據(jù)表1 可以看出，隨著鹽堿濃度的升高，蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均逐漸遞減，其中25 mmol·L-1的鹽堿脅迫下蕓豆種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與對照相比差異不顯著，而活力指數(shù)與對照相比差異顯著。其它鹽堿處理的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)均顯著低于對照，并且這三項指標均在鹽堿濃度為125 mmol·L-1時達到最小值，與CK 相比分別降低了17.09%、20.51%、83.33%。

表1 不同濃度的鹽堿脅迫對蕓豆種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of different concentrations of saline-alkali stress on seed germination of common bean

2.2 不同濃度的鹽堿脅迫對蕓豆種子生長的影響

表2 可以看出，隨著鹽堿濃度的升高，蕓豆種子的胚根長、胚芽長、胚根鮮重、胚芽鮮重、胚根干重和胚芽干重均呈下降趨勢，并且在125 mmol·L-1時達到最小值，胚根長和胚芽長分別較CK 降低了90.67%和73.02%，胚根鮮重、胚芽鮮重、胚根干重和胚芽干重分別較CK 降低了73.07%、79.00%、75.86%和79.11%，說明胚根和胚芽發(fā)育不良，胚根短小易折斷。

表2 不同濃度的鹽堿脅迫對蕓豆種子生長的影響Table 2 Effects of different concentrations of saline-alkali stress on seed growth of common bean

通過對鹽堿脅迫蕓豆幼苗萌發(fā)及生長的影響，我們發(fā)現(xiàn)Na2CO3與NaHCO3混合具有非常強的脅迫作用，綜合發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及形態(tài)指標的因素，發(fā)現(xiàn)100 mmol·L-1的脅迫處理作用明顯且能保證蕓豆種子的存活，同時，為了保證試驗效果，進一步的種子萌發(fā)試驗鹽堿濃度采用100 mmol·L-1。

2.3 不同濃度的木醋液對鹽堿脅迫下蕓豆種子萌發(fā)的影響

根據(jù)表3 可以看出，鹽堿脅迫對蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)抑制作用明顯，與CK 相比，A 處理的蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)分別降低了14.29%、17.6%和79.69%。隨著不同濃度木醋液的加入，蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并且均在稀釋80 倍時到達峰值，隨后開始下降，而鹽堿條件下加入稀釋20 倍的木醋液，降低了蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)。而其他稀釋倍數(shù)的木醋液均提高了蕓豆種子的各個萌發(fā)指標，而且達到顯著水平。其中稀釋80 倍的木醋液緩解鹽堿脅迫對蕓豆種子萌發(fā)的抑制效果最好。

表3 不同濃度的木醋液對鹽堿脅迫下蕓豆種子萌發(fā)的影響Table 3 Effects of different concentrations of wood vinegar on seed germination of common bean under saline-alkali stress

2.4 不同濃度的木醋液對鹽堿脅迫下蕓豆種子生長的影響

如表4 所示，鹽堿脅迫顯著抑制了蕓豆種苗早期的生長，與CK 相比，A 處理的胚根長、胚芽長、胚根鮮重、胚芽鮮重、胚根干重以及胚芽干重均出現(xiàn)顯著降低，較CK 分別降低了88.88%、75.42%、71.41%、76.94%、69.55%和79.69%。隨著不同濃度木醋液的加入，蕓豆種子各項萌發(fā)形態(tài)指標呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在稀釋80 倍時到達峰值，隨后開始下降，鹽堿條件下加入稀釋20 倍的木醋液，降低了蕓豆種子的各項萌發(fā)形態(tài)指標，但并未達到顯著水平。而其他稀釋倍數(shù)的木醋液均提高了蕓豆種子的各項萌發(fā)形態(tài)指標，而且達到顯著水平。其中稀釋80 倍的木醋液緩解鹽堿脅迫對蕓豆種子生長的抑制效果最好。

表4 不同濃度的木醋液對鹽堿脅迫下蕓豆種子生長的影響Table 4 Effects of different concentrations of wood vinegar on seed growth of common bean under saline-alkali stress

綜合以上數(shù)據(jù)可知，稀釋80 倍的木醋液對于鹽堿脅迫下蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及萌發(fā)階段生長的的緩解效果最優(yōu)。因此，也驗證了此濃度為幼苗形態(tài)建成最佳濃度的結(jié)論，之后試驗采用稀釋80 倍的木醋液進行。

3 討論

研究表明，種子早期萌發(fā)就會受到鹽堿脅迫的影響，種子萌發(fā)階段是植物對鹽堿脅迫最敏感的階段，鹽堿處理會抑制種子萌發(fā)及幼苗生長[13]。研究發(fā)現(xiàn)，100 mmol·L-1混合鹽堿（NaHCO3與Na2CO3的摩爾比為9∶1）脅迫會顯著降低蕓豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)，阻礙胚芽及胚根的正常生長。目前國內(nèi)外對于木醋液在農(nóng)業(yè)方面的應用仍處于起步階段，對木醋液調(diào)節(jié)機理的研究報道還很少。近年學者研究發(fā)現(xiàn)，木醋液含有酸、醇、酚、酯、羰基類及呋喃類等約500 多種有機成分，在促進植物生長、改良土壤、增加產(chǎn)量、改善品質(zhì)和防治病蟲害等方面被廣泛應用[14-15]。研究表明，適宜濃度木醋液可以促進種子萌發(fā)，但木醋液對植物的生長有雙重作用，過高的濃度會抑制植物的生長并造成毒害作用[16]。所以，木醋液濃度的選擇非常重要。常青[17]研究表明，稀釋50倍的木醋液能顯著提高茄子種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，并降低平均發(fā)芽天數(shù)。梁鳳臣[18]研究表明，使用100 倍稀釋木醋液浸種，幼苗長勢最佳，稀釋100 倍木醋液浸種可加速根系生長、增加干物質(zhì)的積累，提升活力指數(shù)，提升幼苗長勢。潘靜霞[19]研究當木醋液稀釋5 000 倍，對白菜種子的發(fā)芽起抑制阻礙作用，并抑制白菜種子的后續(xù)生長，但稀釋5 000倍的木醋液卻對小麥種子的發(fā)芽具有明顯促進效果。研究中，非鹽堿脅迫環(huán)境下稀釋80 倍的木醋液處理，顯著降低了蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)。鹽堿脅迫條件下，稀釋80 倍的木醋液處理可顯著緩解100 mmol·L-1的混合鹽堿（NaHCO3與Na2CO3的摩爾比為9∶1）脅迫對蕓豆種子萌發(fā)的抑制效應，提高種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，其中等pH 的冰乙酸促進效果不明顯。同時木醋液處理明顯提高鹽堿脅迫7 d 期間蕓豆芽長、根長、芽干鮮重、根干鮮重。

4 結(jié)論

木醋液能夠有效的緩解鹽堿脅迫對蕓豆種子的萌發(fā)抑制作用。在鹽堿脅迫條件下，施加稀釋80 倍的木醋液處理的蕓豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著高于鹽堿處理的蕓豆種子。同時，木醋液處理能有效緩解鹽堿脅迫對胚芽和根系生物量的抑制作用；與鹽堿脅迫相比，施加木醋液處理的種苗的根長、芽長和根干重、芽干重分別增加86.96%、73.85%、61.56%、71.46%。同時稀釋80 倍木醋液處理能顯著的提高蕓豆種子活性，從而增強蕓豆種子萌發(fā)的動力。