海水鹽度對冰菜種子萌發(fā)影響的實驗研究

王琛 程爽 劉千銘 牟晉華 申旭紅

摘要：本文旨在探究不同海水鹽度對冰菜種子萌發(fā)的影響，以期為鹽堿地、全海水冰菜栽培提供參照，并為后續(xù)冰菜研究提供參考。通過設(shè)置0-10鹽度的海水處理冰菜種子，統(tǒng)計各組種子萌發(fā)率，研究鹽度對冰菜種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明冰菜種子的發(fā)芽勢在0-3鹽度范圍內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢，在鹽度為3時發(fā)芽勢最高（12.96%），鹽度超過3后，發(fā)芽勢隨鹽度的升高而降低；種子的發(fā)芽率在0-5的鹽度范圍內(nèi)呈現(xiàn)波動趨勢，在鹽度為5時發(fā)芽率最高（34.26%），鹽度超過5后，發(fā)芽率隨鹽度的升高而降低。本實驗條件下冰菜種子在鹽度為5的培養(yǎng)條件中具有最高的發(fā)芽率，通過對照他人的研究結(jié)果，本次實驗也為后續(xù)研究提供了兩點思路：1.探究光照強(qiáng)度對冰菜種子萌發(fā)率的影響。2.探究除Na、Cl外海水中哪些元素會對冰菜種子萌發(fā)產(chǎn)生影響，并探究該些元素對冰菜生長發(fā)育的意義。

關(guān)鍵詞：鹽度；冰菜種子；發(fā)芽勢；發(fā)芽率；展望

基金項目：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院校內(nèi)基金項目（YT201808）；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院URP項目（U20183030）。

引言

冰菜（Mesembry-anthemumcrystallinumLinn.）屬番杏科日中花屬番杏科日中花屬，全名為冰葉日中花，是一種新型稀缺特色營養(yǎng)保健蔬菜，具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)價值，在非洲、亞洲西部和歐洲均有分布。冰葉日中花是一類耐鹽堿植物，含氨基酸、抗酸化物質(zhì)等機(jī)能性高的物質(zhì)成分，略帶有天然蘋果的酸味，富含鈉、鉀等礦物質(zhì)，凝聚了白菜、卷心菜、萵苣等的特性，在歐洲一些地方作為蔬菜，是一種高營養(yǎng)價值的蔬菜[1]。冰菜具有極強(qiáng)的抗旱性和耐鹽性，可在與海水同鹽濃度的水溶液中生長，并吸收土壤里的鹽分，可在島礁區(qū)域及海水倒灌田推廣種植[2]。

鹽度是海水含鹽量的一個標(biāo)度，是指每千克海水中溶解固體物的總克數(shù)，用S表示。目前已知海水中的元素有80種以上，這些元素在海水中的含量是極不平衡的，其主要元素（含量在1mg/L以上的）有11種（氯、硫、碳、溴、硼、鈉、鎂、鈣、鉀、鍶、氟），它們在海水中溶解鹽類中的占比超過99%。海水中除含有Na、Cl元素外還含約有80種元素，其對植物的生長發(fā)育將會產(chǎn)生重要的影響[3]。

目前國內(nèi)對于冰菜種子萌發(fā)的研究有種子采收期蒴果成熟度烘干溫度和時間[4]、NaCl濃度[5-6]，以及播種穴盤規(guī)格[7]對種子萌發(fā)率的影響等。其中劉慧穎[5]的研究表明NaCl對冰菜種子的萌發(fā)有抑制作用，榮海燕[6]的研究表明一定濃度的NaCl對冰菜種子萌發(fā)有促進(jìn)作用。國外對于冰菜生長的研究多集中在冰菜耐鹽機(jī)理的研究，如冰菜內(nèi)多倍性[8]、NaCl促進(jìn)生長機(jī)制[9]以及鹽分適應(yīng)性響應(yīng)過程中能量變化[10]等，也有部分關(guān)于各非生物因素對多種鹽沼植物的生長影響實驗[11-13]。其中包含關(guān)于土壤鹽分含量對于冰菜種子萌發(fā)、生長影響的研究，但其研究中只考慮NaCl含量對冰菜種子萌發(fā)的影響，僅設(shè)置四組鹽度梯度，且各組之間NaCl含量相差較大，冰菜種子萌發(fā)率皆隨鹽分的升高而降低。

冰菜具有極強(qiáng)的抗旱性和耐鹽性，可在與海水同鹽濃度的水溶液中生長，并吸收土壤里的鹽分，可在島礁區(qū)域及海水倒灌田推廣種植。目前，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所已針對冰菜耐海水性做了相關(guān)生理生化研究，明確冰菜可適應(yīng)全海水灌溉栽培[2]；同時，隨著我國土壤鹽地面積的不斷擴(kuò)大，土壤鹽漬化問題正嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展及良好生態(tài)環(huán)境的維持[14]，冰菜作為一種耐鹽堿作物，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。本次研究主要通過設(shè)置系列濃度梯度海水，探究海水鹽度對于冰菜種子萌發(fā)的影響，為冰菜全海水培育、海水倒灌田引種修復(fù)提供參考，同時根據(jù)實驗結(jié)果提出兩點后續(xù)研究的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用冰菜種子購自壽光金鵬種業(yè)公司，經(jīng)過福美雙滅菌。使用浙江藍(lán)海星鹽制品有限公司生產(chǎn)的速溶海水晶配置不同鹽度的海水。

供試儀器：一次性培養(yǎng)皿，無菌紗布，光學(xué)鹽度計，鑷子。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子放置

設(shè)置0-10號共11個組別，每組設(shè)置三次平行，共33個培養(yǎng)皿，每個培養(yǎng)皿內(nèi)墊四層無菌紗布，紗布上放置36粒種子將裝置至于背陰室內(nèi)板架上，在開口一側(cè)加遮光板，使種子處于全遮光狀態(tài)。

1.2.2 海水溶液配置

使用藍(lán)海星研制品有限公司生產(chǎn)的“藍(lán)海星”牌速溶海水晶，配制鹽度為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10（單位：ppt下同）（ppt是Part per-thousand的縮寫，是指千分當(dāng)量，也可用‰替代，有關(guān)文獻(xiàn)會用ppt表示鹽度）的海水，貼標(biāo)簽、備用。以蒸餾水作對照，編號0。實驗時定時將所配置溶液對應(yīng)滴加到0-10組，使紗布始終處于濕潤狀態(tài)。

1.3 項目測定

本實驗正式實驗時間為2019.9.21-2019.9.29，試驗期間于每日同一時間記錄各組的發(fā)芽率和發(fā)芽勢。

發(fā)芽勢和發(fā)芽率的測定：每隔24h記錄一次各組發(fā)芽種子數(shù)，發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)為胚芽與胚軸等長[4]。在試驗過程中使紗布保持濕潤狀態(tài)。分別以3d、8d內(nèi)各組發(fā)芽狀況作為各組種子的發(fā)芽勢與發(fā)芽率[15]。

發(fā)芽勢 =3d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù) ×100%發(fā)芽率 = 8d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù) ×100%

1.4 數(shù)據(jù)測定

使用Microsoft Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、并作圖，使用SPSS V18進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

本實驗測得冰菜種子在不同鹽度條件下的發(fā)芽勢和發(fā)芽率如表1所示。

從實驗結(jié)果可以看出各組發(fā)芽勢在0.05水平上沒有顯著性差異；鹽度為5的組別發(fā)芽率與鹽度為2、8、9、10的組別在0.05水平上差異顯著。

圖1和圖2分別展示了鹽度為0-10范圍冰菜種子發(fā)芽勢與發(fā)芽率的變動情況。從整體實驗結(jié)果來看，0-3鹽度內(nèi)冰菜種子的發(fā)芽勢呈現(xiàn)上升趨勢，在鹽度為3時，發(fā)芽勢最高，為12.96%，鹽度大于3后種子的發(fā)芽勢隨鹽度的增加呈現(xiàn)下降趨勢。在0-5鹽度內(nèi)，冰菜種子的萌發(fā)率隨鹽度增加呈現(xiàn)上下波動的現(xiàn)象，在鹽度為5時發(fā)芽率最高，為34.26%，鹽度大于5后，種子的發(fā)芽率基本隨鹽度的增加而呈現(xiàn)降低趨勢。無論發(fā)芽勢還是發(fā)芽率，均在低鹽度范圍內(nèi)分布有較高的數(shù)值。

3 討論

實驗結(jié)果中冰菜整體萌發(fā)率相對于大多數(shù)經(jīng)濟(jì)作物品種較低。NOE&ZEDLER研究發(fā)現(xiàn)冰菜與其他鹽沼作物相比有較低的發(fā)芽率[11-12]。本次實驗整體發(fā)芽率也與NOE&ZEDLER和UYEDA關(guān)于冰菜種子萌發(fā)研究結(jié)果相近[12-13]。與劉慧穎研究相比，空白對照組萌發(fā)率顯著低于其實驗中萌發(fā)率，但海水脅迫組與其實驗中萌發(fā)率相近；與榮海燕實驗研究結(jié)果相比，整體萌發(fā)率顯著低于其實驗中整體發(fā)芽率[5-6]。

NOE&ZEDLER、UYEDA、劉慧穎和榮海燕等人的研究結(jié)果見圖3。

NOE&ZEDLER所做的實驗結(jié)果，展示了不同含水量土壤中鹽度對冰菜種子萌發(fā)率的影響（圖3a），其中，低土壤含水量組發(fā)芽率隨鹽度增加呈現(xiàn)逐漸變低的整體趨勢，與本實驗結(jié)果整體趨勢一致，并且發(fā)芽率數(shù)據(jù)較為接近。

UYEDA所做實驗結(jié)果，展示了不同濕度條件下鹽度對冰菜種子萌發(fā)率的影響（圖3b）。在鹽度為0-10范圍內(nèi)，各組萌發(fā)率均低于40%，與本實驗結(jié)果分布范圍一致。UYEDA研究結(jié)果顯示，20、30鹽度處理組萌發(fā)率為0。其研究結(jié)果表明土壤中NaCl含量過高會抑制冰菜種子萌發(fā)。

劉慧穎等人研究了不同濃度NaCl溶液處理組冰菜萌發(fā)數(shù)隨時間的變化情況（圖3c）?？梢钥闯霰朔N子萌發(fā)率隨NaCl濃度升高而降低，其實驗中空白對照組萌發(fā)率較高，高于70%，NaCl處理組均低于40%，0.5%、0.7% NaCl濃度處理組萌發(fā)率低于20%，鹽分脅迫處理組總體萌發(fā)率與本次實驗海水脅迫處理組總體萌發(fā)率相近。

榮海燕等人研究了不同濃度NaCl溶液處理下冰菜萌發(fā)數(shù)隨時間的變化[6]。在NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，0.3%，0.6%，0.9%時，其萌發(fā)率總體較高，均高于80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本實驗結(jié)果。

本次實驗冰菜種子萌發(fā)率分布范圍與榮海燕[6]等人研究結(jié)果差距較大，初步認(rèn)為與實驗過程中光照條件有直接關(guān)系。冰菜為番杏科植物，而番杏科為喜光植物，喜強(qiáng)光，通常在全光下才能正常生長[16]。同樣，需光（或喜光）種子的萌發(fā)需要一定的光照，光照不足會對此類種子的萌發(fā)率造成影響[17]，大多數(shù)小粒種子特別是雜草種子是需光種子，這些小粒種子在沒受光照之前即使在含水量高的情況下也保持休眠狀態(tài)[18]。目前已經(jīng)證實光照對部分鹽生植物種子萌發(fā)有影響，如費爾干豬毛菜[19]、聚鹽植物鹽節(jié)木、里海鹽爪爪、鹽爪爪等[20]，全遮光條件下種子的萌發(fā)率低于黑暗與光照交替的環(huán)境。國內(nèi)關(guān)于光照強(qiáng)度對冰菜種子萌發(fā)影響的研究尚未見報道，鑒于本研究結(jié)果與個別學(xué)者的研究結(jié)果存在較大差異，建議在后期實驗中適當(dāng)增加光照強(qiáng)度因素以進(jìn)一步探究光照強(qiáng)度對冰菜種子萌發(fā)的影響機(jī)制。

本實驗中鹽度為5時萌發(fā)率最高（34.3%），在榮海燕探究NaCl對冰菜種子萌發(fā)率的影響結(jié)果中[6]，通過換算得出鹽度為5-6時發(fā)芽率最高，與本實驗結(jié)果基本吻合。本實驗冰菜種子萌發(fā)率隨鹽度變化所做趨勢線與劉慧穎研究結(jié)果[5]有一定差異，原因可能為海水中含有的除Na、Cl元素外的其他元素對冰菜種子萌發(fā)產(chǎn)生影響，但目前尚未見有相關(guān)報道。

4 結(jié)論

本次實驗研究了海水條件下冰菜種子的萌發(fā)情況。在本實驗條件下，在鹽度為3時，發(fā)芽勢最高，為12.96%，在鹽度為5時發(fā)芽率最高，為34.26%。通過與他人實驗結(jié)果比對，為接下來對冰菜種子萌發(fā)及生長發(fā)育研究提供兩點思路。一是探究光照強(qiáng)度對冰菜種子萌發(fā)率的影響；二是探究除Na、Cl外海水中哪些元素會對冰菜種子萌發(fā)產(chǎn)生影響，并探究這些元素對于冰菜生長發(fā)育的影響表現(xiàn)及規(guī)律，為鹽堿地冰菜培育提供參考。

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