NaCl脅迫對(duì)紫茉莉種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

閆小紅，嚴(yán)福龍，周 兵，王 寧，陳麗花

(井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江西 吉安 343009)

植物生長過程中需要適量的鹽分，這對(duì)其維持正常的生理功能發(fā)揮著重要作用，但過量的鹽分將對(duì)其生長發(fā)育產(chǎn)生嚴(yán)重抑制作用[1]。然而僅在中國就有近3 400萬hm2耕地存在不同程度的鹽堿化[2,3]。因此，研究鹽脅迫對(duì)植物生長發(fā)育的影響，篩選耐鹽堿植物，改良鹽堿土對(duì)鹽堿化土壤的開發(fā)利用具有重要意義。研究表明，鹽脅迫常導(dǎo)致植物光合作用能力[4,5]、抗逆能力[6,7]下降，抑制植物種子的萌發(fā)[8-10]和植株的生長發(fā)育[11]。然而，不同植物[12]、同種植物不同品種(生態(tài)型)[13,14]對(duì)鹽脅迫顯示出不同的響應(yīng)模式和耐受性。同時(shí)，目前的研究更多的集中在農(nóng)作物方面，而關(guān)于園林花卉的研究相對(duì)較少[12,15]，開展相關(guān)研究將對(duì)鹽堿地園林綠化具有重要指導(dǎo)意義。

紫茉莉(Mirabilisjalapa)為紫茉莉科(Nyctaginaceae)紫茉莉?qū)?MirabilisL.)多年生草本庭院花卉，具有豐富的花色，在全國各地得到廣泛的栽培。關(guān)于紫茉莉的研究目前主要集中在有效化學(xué)成分及相關(guān)生物活性[16-19]、對(duì)鉛、砷等重金屬及有機(jī)污染物的富集和降解特性[20-23]、再生與轉(zhuǎn)化[24-26]、繁殖生物學(xué)特性[27-30]以及遺傳進(jìn)化[31-33]等方面，而關(guān)于紫茉莉種子萌發(fā)特性及其對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)性方面研究較少[34,35]。NaCl是土壤鹽分的主要形式之一[36]。為探明紫茉莉?qū)}脅迫的耐受性，本研究擬通過比較不同濃度NaCl溶液脅迫下紫茉莉種子萌發(fā)和幼苗生長特性差異，探討紫茉莉?qū)}脅迫的適應(yīng)性及其相關(guān)機(jī)制，為紫茉莉的園林應(yīng)用提供重要指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

紫茉莉種子為2018年11月收集于江西省贛州市章貢區(qū)水東鎮(zhèn)野生種群，帶回實(shí)驗(yàn)室在自然條件下陰干，然后置于冰箱中低溫(4 ℃)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方 法

1.2.1鹽脅迫設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用0、25、50、100、200 mmol·L-1等5種濃度的NaCl溶液模擬鹽脅迫，對(duì)紫茉莉種子進(jìn)行脅迫處理，其中0為去離子水對(duì)照處理。

1.2.2種子萌發(fā)特性測(cè)定

將籽粒飽滿的若干紫茉莉種子用5%的次氯酸鈉溶液消毒10 min，然后用去離子水沖洗干凈備用。隨機(jī)選取消毒后的種子40粒，擺放在鋪有1張濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中，并加入10 mL相應(yīng)濃度的NaCl溶液(對(duì)照直接加入同樣量的去離子水)，將培養(yǎng)皿置于溫度為(25±1)℃，L/D=12∶12，相對(duì)濕度為70%的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。每天觀測(cè)記錄各培養(yǎng)皿中種子萌發(fā)情況，以胚根突破種皮1 mm作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)觀測(cè)7 d。每濃度處理重復(fù)5次，每皿為1個(gè)重復(fù)。并計(jì)算萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)等指標(biāo)。計(jì)算公式如下：

表1 鹽脅迫對(duì)紫茉莉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響

萌發(fā)率(%)=(n/N)×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(3 d內(nèi)發(fā)芽數(shù)/N)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt；

活力指數(shù)(VI)=GI×FW。

式中n為最終發(fā)芽數(shù)；N處理的種子數(shù)；Gt為處理第t天的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；FW為10株幼苗鮮重。

1.2.3幼苗生長特性測(cè)定

隨機(jī)選取10粒已發(fā)芽的紫茉莉種子，擺放在底層鋪有1層直徑0.05 cm玻璃珠的50 mL玻璃燒杯中，然后加入10 mL相應(yīng)濃度的NaCl溶液(對(duì)照直接加入同樣量的去離子水)，將燒杯置于上述條件的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。7 d后測(cè)量各植株的根長和苗長，并測(cè)定其鮮重。每濃度處理重復(fù)5次，每燒杯為1個(gè)重復(fù)。

1.2.4數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2007軟件和SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)和作圖，并以mean±SE進(jìn)行表示，采用Duncan’s新復(fù)級(jí)差法進(jìn)行不同處理間的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)紫茉莉種子萌發(fā)的影響

2.1.1鹽脅迫對(duì)紫茉莉種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

由圖1可見，在一定濃度范圍內(nèi)，鹽脅迫延緩了紫茉莉種子的萌發(fā)進(jìn)程。對(duì)照和25 mmol·L-1NaCl濃度下紫茉莉第1天即有少量種子萌發(fā)，而50～200 mmol·L-1濃度下第2天才有種子萌發(fā)；紫茉莉種子萌發(fā)相對(duì)整齊，對(duì)照和25～50 mmol·L-1NaCl濃度下，第2天紫茉莉種子的萌發(fā)率即高于80%，100 mmol·L-1NaCl濃度下到第3天萌發(fā)率高于80%，而200 mmol·L-1濃度下萌發(fā)相對(duì)較為緩慢，即使第7天萌發(fā)率依然較低。

圖1 鹽脅迫對(duì)紫茉莉種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

2.1.2鹽脅迫對(duì)紫茉莉種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響

由表1可見，隨著NaCl濃度的升高，紫茉莉種子最終萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)下降。與對(duì)照相比，50～200 mmol·L-1濃度的NaCl溶液對(duì)紫茉莉種子最終萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的抑制作用達(dá)到顯著水平(p<0.05)，且在200 mmol·L-1時(shí)3個(gè)指標(biāo)分別為對(duì)照的12.80%、8.95%和12.87%；25～200 mmol·L-1濃度的NaCl溶液對(duì)紫茉莉種子活力指數(shù)的抑制作用亦達(dá)到顯著水平(p<0.05)，在200 mmol·L-1時(shí)僅為對(duì)照的6.74%。

2.2 鹽脅迫對(duì)紫茉莉幼苗生長的影響

2.2.1鹽脅迫對(duì)紫茉莉幼苗根長和苗高的影響

由圖2可知，紫茉莉幼苗根長和苗高隨著NaCl濃度的升高而逐漸下降。與對(duì)照相比，25～200 mmol·L-1的NaCl溶液對(duì)紫茉莉幼苗的根長及100～200 mmol·L-1NaCl溶液對(duì)苗高的抑制作用達(dá)到顯著水平(p<0.05)；且在最高濃度200 mmol·L-1時(shí)，其根長和苗高分別為對(duì)照的13.71%和26.29%。

圖2 鹽脅迫對(duì)紫茉莉幼苗根長和苗高的影響

2.2.2鹽脅迫對(duì)紫茉莉幼苗鮮重的影響

由圖3可知，隨著NaCl溶液濃度的升高，紫茉莉幼苗鮮重隨之下降。與對(duì)照相比，25～200 mmol·L-1的NaCl溶液對(duì)紫茉莉幼苗鮮重的抑制作用達(dá)顯著水平(p<0.05)；且在最高濃度200 mmol·L-1時(shí)其鮮重僅為對(duì)照的52.84%。

圖3 鹽脅迫對(duì)紫茉莉幼苗鮮重的影響

3 討 論

植物在生長過程中遭遇不同的環(huán)境條件，而不同植物常顯示出不同的適應(yīng)能力。植物可通過種子多態(tài)性與萌發(fā)多樣性、鹽離子區(qū)隔化、活性氧清除、滲透調(diào)節(jié)等方式適應(yīng)鹽生環(huán)境[37-39]。種子萌發(fā)階段是植物對(duì)鹽脅迫最敏感的生長時(shí)期之一[40]。本研究結(jié)果表明，在較低鹽濃度(25 mmol·L-1)時(shí)，紫茉莉種子的最終發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比沒有顯著差異(p>0.05)，說明紫茉莉種子具有一定的耐低鹽特性；而隨著濃度的升高，紫茉莉種子的萌發(fā)進(jìn)程被延緩，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)等萌發(fā)指標(biāo)受到顯著抑制(p<0.05)，表明較高濃度的鹽溶液不利于紫茉莉種子的萌發(fā)。在邵金彩等[41]對(duì)臘梅(Chimonanthuspraecox)種子的研究，李玉梅等[9]對(duì)東北薄荷(Menthasachalinensis)種子的研究以及Santo等[11]對(duì)Brassicainsularis種子的研究中也表現(xiàn)出類似的結(jié)果。高鹽濃度對(duì)植物種子萌發(fā)的抑制作用，可能是因?yàn)樵诟啕}濃度下導(dǎo)致了較強(qiáng)的滲透脅迫，引起細(xì)胞質(zhì)壁分離，從而形成一種水逆境，抑制了種子對(duì)水分的吸收，或者高濃度的鹽離子對(duì)相關(guān)酶活性產(chǎn)生了抑制作用，從而影響其正常的萌發(fā)行為[9,42]。

不同植物種子萌發(fā)對(duì)鹽脅迫的耐受性存在差異。研究表明，刺毛堿蓬(Suaedaacuminata)、異子蓬(Suaedaaralocaspica)等鹽生植物常表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽性，刺毛堿蓬軟皮種子在700 mmol·L-1的NaCl溶液中的萌發(fā)率依然超過20%，異子蓬褐色種子在2 000 mmol·L-1的NaCl溶液中的萌發(fā)率依然大于35%[43,44]。而非鹽生植物東北薄荷在170 mmol·L-1的NaCl溶液中的萌發(fā)率小于25%。本研究中，紫茉莉種子在200 mmol·L-1的NaCl溶液中的萌發(fā)率僅為25%。可見，與鹽生植物相比，紫茉莉種子萌發(fā)顯示了相對(duì)較弱的耐鹽性。

幼苗生長特性是評(píng)估植物耐鹽性的重要依據(jù)之一[45]。本研究表明，與對(duì)照相比，鹽脅迫對(duì)紫茉莉幼苗的生長產(chǎn)生抑制作用，隨著鹽濃度的升高，紫茉莉幼苗的根長、苗高和鮮重逐漸下降，受抑制作用增強(qiáng)。臘梅(Chimonanthuspraecox)幼苗在0.2%～1.2%[41]，高粱(Sorghumbicolor)幼苗在50～100 mmol·L-1的相應(yīng)鹽濃度范圍內(nèi)也表現(xiàn)出相類似的結(jié)果[4]；在0.2%～1.6%鹽(Na2SO4、NaCl)濃度范圍內(nèi)蒙古黃芪(Astragalusmongholicus)[46]幼苗的根長和苗高，在10～200 mmol·L-1鹽(NaCl)濃度范圍內(nèi)紅心蘿卜(Raphanussativus)[47]幼苗下胚軸長和鮮重表現(xiàn)出低促高抑的規(guī)律?？梢?，雖然在低鹽脅迫下，不同植物幼苗表現(xiàn)出不同的響應(yīng)規(guī)律，但在較高鹽脅迫下大多數(shù)植物幼苗的生長受到抑制。這是因?yàn)樵诟啕}脅迫下，產(chǎn)生的滲透脅迫使得植物較難獲得足夠的水分，另一方面其正常代謝受到破壞，從而導(dǎo)致植物的生長受到抑制[2,37]。

可見，在低鹽脅迫下，紫茉莉種子萌發(fā)未受顯著影響，顯示其對(duì)低鹽脅迫具有一定的耐受性，而高鹽脅迫下紫茉莉的種子萌發(fā)和幼苗生長均受到抑制，表明較高的鹽脅迫不利于紫茉莉種子的萌發(fā)和幼苗生長。雖然本研究從種子萌發(fā)和幼苗生長的角度探討了紫茉莉?qū)}脅迫的耐受性，而關(guān)于紫茉莉響應(yīng)鹽脅迫的相關(guān)生理機(jī)制，紫茉莉?qū)Σ煌N類鹽脅迫的響應(yīng)等均有待進(jìn)一步研究。