6種鈉鹽脅迫對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的影響

楊 傲，李佳怡，陳思琪，李志遠(yuǎn)，麻 瑩

(吉林大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130062)

土壤鹽堿化已成為限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)境問題，且日趨嚴(yán)重[1]。堿蓬(SuaedaglaucaBge.)為藜科植物，是一種高度抗堿的鹽生植物。同時(shí)堿蓬具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和藥用成分[2]，其種子可榨油食用[3]，是一種優(yōu)質(zhì)的蔬菜和油料作物。種植堿蓬可有效地降低土壤含鹽量，改善土壤理化性狀，增加土壤養(yǎng)分含量[4-5]，因此堿蓬成為我國東北地區(qū)治理堿化土壤的首選植物之一。種子萌發(fā)是植物生長過程中最脆弱的階段，極易受到鹽堿等外界環(huán)境脅迫的影響[6]。因此，探索堿蓬種子萌發(fā)這一敏感階段對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)過程極其重要。目前關(guān)于堿蓬種子萌發(fā)已有一些報(bào)道[7-8]，但是以單鹽及混合鹽、堿對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的影響研究鮮見報(bào)道。為探究不同鈉鹽對(duì)堿蓬種子萌發(fā)特性的影響及其對(duì)不同鈉鹽的耐受性，該試驗(yàn)以堿蓬(S.glauca)為材料，依據(jù)鹽漬土壤中常見鈉鹽成分，研究4種單鹽(Na2SO4、NaCl、NaHCO3、Na2CO3)以及混合中性鹽(NaCl、Na2SO4)、混合堿性鹽(NaHCO3、Na2CO3)在不同濃度下對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的影響，以探究堿蓬種子萌發(fā)對(duì)不同鈉鹽脅迫的響應(yīng)差異，為鹽漬土壤的鹽生植物種群恢復(fù)以及開發(fā)利用鹽生植物資源奠定重要的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料從吉林省西部堿化草原(44°45′N、123°45′E)采集天然堿蓬種子，挑選籽粒飽滿、大小均一的堿蓬種子。用0.05% KMnO4溶液消毒 5 min，用蒸餾水沖洗 5 次備用[6]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1鈉鹽脅迫設(shè)計(jì)。處理液采用鹽漬土壤中單鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)、混合中性鹽(NaCl、Na2SO4摩爾比為1∶1)、混合堿性鹽(NaHCO3、Na2CO3摩爾比為1∶1)6種鈉鹽，每種處理液設(shè)置5個(gè)濃度梯度(0、50、100、150、200 mmol/L)。以上處理液均用蒸餾水配制。以蒸餾水為對(duì)照組(CK)，每個(gè)處理濃度設(shè)有3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。4 種單鹽處理液平均pH分別為 NaCl 7.25、Na2SO47.23、NaHCO38.66、Na2CO311.21?；旌现行喳}(NaCl+Na2SO4)和混合堿性鹽(NaHCO3+Na2CO3)處理液平均pH 分別為6.70、11.10。

1.2.2種子萌發(fā)試驗(yàn)。選擇形態(tài)一致、大小均一的堿蓬種子，均勻放置在鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中(直徑9 cm)，每個(gè)培養(yǎng)皿50粒種子，分別加入相應(yīng)濃度的6種鈉鹽處理液5 mL，每天稱重補(bǔ)充蒸發(fā)水分流失，確保鹽濃度恒定。

在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，光照周期為12 h/d，光照強(qiáng)度為3 000 lx。每隔24 h觀察發(fā)芽種子個(gè)數(shù)，并做好記錄，及時(shí)補(bǔ)充水分，觀察萌發(fā)總天數(shù)為9 d。當(dāng)連續(xù)3 d 不再有種子發(fā)芽，視為種子萌發(fā)期結(jié)束。因此，統(tǒng)計(jì)前6 d的種子發(fā)芽率，種子萌發(fā)數(shù)達(dá)到高峰時(shí)(第3天)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢。

1.2.3萌發(fā)指標(biāo)計(jì)算。從種子放入培養(yǎng)箱開始計(jì)算萌發(fā)時(shí)間，于每日同一時(shí)刻記錄種子發(fā)芽情況，以胚根有明顯的“露白”視為發(fā)芽。統(tǒng)計(jì)各組發(fā)芽情況，計(jì)算最終發(fā)芽率(final germination rate，F(xiàn)GR)[6]、發(fā)芽指數(shù)(germination index，GI)[6]、發(fā)芽勢(germination energy，GE)[6]、相對(duì)鹽害率(relative salt damage rate，RSDR)[9]、相對(duì)發(fā)芽率(relative germination rate，RGR)[6]等，并確定耐鹽堿閾值[9]。

FGR=n6/N×100%

(1)

GI=∑(Gt/Dt)

(2)

GE=n3/N×100%

(3)

RSDR=(GR0-處理發(fā)芽率)/對(duì)照發(fā)芽率×100%

(4)

RGR=處理組發(fā)芽率/GR0×100%

(5)

式中，n6為第6天發(fā)芽數(shù)；N為供試種子數(shù)；Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽試驗(yàn)天數(shù)；n3為第3天發(fā)芽數(shù)(第3天為種子萌發(fā)高峰期)；N為供試種子數(shù)；GR0為對(duì)照發(fā)芽率。

耐鹽堿閾值確定[9]：將處理6 d的相對(duì)發(fā)芽率作為因變量(y)，處理組不同鹽濃度梯度作為自變量(x)，建立回歸方程。以相對(duì)發(fā)芽率下降50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的處理組鹽濃度作為堿蓬種子的耐鹽堿閾值。

1.3 數(shù)據(jù)處理采用Excel 2020進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和表格繪制，采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)；多重比較采用LSD法，數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽、堿脅迫對(duì)堿蓬種子相關(guān)萌發(fā)指標(biāo)的影響從表1～2可以看出，隨著鈉鹽濃度的升高，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢，堿性鈉鹽脅迫比中性鈉鹽脅迫下降幅度更大。發(fā)芽率是對(duì)種子萌發(fā)抗鹽性檢驗(yàn)的主要指標(biāo)之一，發(fā)芽指數(shù)是種子萌發(fā)的快慢與出苗情況的表現(xiàn)[10]。

表1 中性鈉鹽脅迫對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的影響

在中性鹽脅迫下，鹽濃度較低(50 mmol/L)時(shí)，種子發(fā)芽率由高到低依次是Na2SO4>NaCl>NaCl+Na2SO4，當(dāng)鹽濃度大于100 mmol/L，經(jīng)NaCl+Na2SO4混合鹽脅迫處理的種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)大于NaCl脅迫。鹽濃度大于100 mmol/L時(shí)，中性鹽混合(NaCl+Na2SO4)可以緩解NaCl對(duì)種子萌發(fā)的抑制。從整體上看，經(jīng)NaCl處理的種子發(fā)芽率低于經(jīng)Na2SO4處理?？梢奛aCl對(duì)種子萌發(fā)的抑制大于Na2SO4處理。值得注意的是，經(jīng)200 mmol/L Na2SO4處理堿蓬的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)降為0，這可能由于高濃度的Na2SO4大量結(jié)晶，造成種子吸水困難，種子無法萌發(fā)。

在堿性鹽脅迫下，50 mmol/L鹽濃度時(shí)堿蓬種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)由高到低依次是NaHCO3>Na2CO3>NaHCO3+Na2CO3。當(dāng)鹽濃度大于100 mmol/L，種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)從高到低為NaHCO3>NaHCO3+Na2CO3>Na2CO3。100 mmol/L Na2CO3的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)接近0。鹽濃度大于100 mmol/L時(shí)，Na2CO3對(duì)于堿蓬種子抑制作用最大，而NaHCO3抑制最小，二者混合堿脅迫介于中間。這主要與堿性鹽的 pH 有關(guān)。

發(fā)芽勢是鑒別種子發(fā)芽整齊度的主要指標(biāo)[10]。發(fā)芽勢越高，種子發(fā)芽越整齊。在中性鹽脅迫中，經(jīng)Na2SO4處理的種子發(fā)芽勢最低，經(jīng)NaCl處理的發(fā)芽勢最高，二者混合鹽介于中間。當(dāng)鹽濃度<200 mmol/L時(shí)雖然Na2SO4對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用小于NaCl，但Na2SO4更影響種子發(fā)芽的整齊度。這可能與Na2SO4易結(jié)晶，其影響種子吸脹有關(guān)，其具體原因有待進(jìn)一步研究。

相對(duì)鹽害率反映鹽堿脅迫對(duì)種子的傷害程度[9]。從表1～2可以看出，隨著鹽濃度的增加，6種類型鈉鹽處理的種子相對(duì)鹽害率均隨著鹽濃度的增加而升高，各種鈉鹽的相對(duì)鹽害率從高到低是Na2CO3>NaHCO3+Na2CO3>NaHCO3>NaCl>Na2SO4>NaCl+Na2SO4。無論單鹽還是混合鹽，堿性鹽的鹽害程度大于中性鹽。堿性鹽脅迫的pH為8.66～11.21，中性鹽脅迫的pH為6.70～7.25，可見，堿性鹽的高pH對(duì)種子的鹽害程度更大，破壞性更強(qiáng)。

表2 堿性鈉鹽脅迫對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的影響

2.2 堿蓬種子耐鹽堿性評(píng)價(jià)為便于研究堿蓬種子萌發(fā)時(shí)的耐鹽、堿程度，分別測得堿蓬種子在不同處理下的相對(duì)發(fā)芽率，然后將相對(duì)發(fā)芽率(y)與相應(yīng)的鹽處理濃度(x)建立回歸方程。由表3可知，堿蓬種子相對(duì)發(fā)芽率與處理鹽濃度均表現(xiàn)出極顯著相關(guān)(P<0.01，R2>0.9)。各種鈉鹽的耐鹽閾值從低到高依次是Na2CO3+NaHCO3

表3 堿蓬種子對(duì)6種鈉鹽的耐鹽閾值

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)期是植物對(duì)鹽堿脅迫最敏感的時(shí)期[6]。鹽脅迫抑制種子萌發(fā)的主要原因有滲透脅迫、細(xì)胞質(zhì)膜遭到破壞、鈉離子毒害等[11]。該研究發(fā)現(xiàn)，堿蓬種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均隨著鈉鹽濃度的升高而下降，而其相對(duì)鹽害率隨之升高。這可能是由于處理液中大量的 Na+對(duì)種子產(chǎn)生離子毒害，抑制其代謝相關(guān)酶活性，使其細(xì)胞內(nèi)的代謝紊亂，最終抑制種子萌發(fā)[12]。還有可能是處理液中較高的離子濃度增加種子滲透勢，導(dǎo)致其細(xì)胞質(zhì)壁分離，嚴(yán)重影響種子的吸脹作用。

不同鈉鹽對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的抑制情況存在較大差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，堿性鈉鹽(NaHCO3、Na2CO3、NaHCO3 +Na2CO3)對(duì)種子的萌發(fā)抑制高于中性鈉鹽(NaCl、Na2SO4、NaCl+Na2SO4)，而且堿性鈉鹽的相對(duì)鹽害也明顯高于中性鈉鹽。可見，堿性鈉鹽對(duì)種子萌發(fā)抑制作用遠(yuǎn)大于中性鈉鹽。在堿性鈉脅迫中，混合堿(NaHCO3+Na2CO3，pH 11.10)對(duì)堿蓬種子萌發(fā)產(chǎn)生的影響介于單純NaHCO3和Na2CO3之間，NaHCO3(pH 8.66)抑制作用最小，Na2CO3(pH 11.21)的抑制作用最強(qiáng)?？梢姡劝l(fā)抑制作用可能與脅迫鹽相應(yīng)的pH有關(guān)。因此可以認(rèn)為，除高濃度Na+對(duì)種子萌發(fā)有抑制作用外，堿脅迫的高pH也對(duì)萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用，且高 pH 脅迫對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的抑制作用大于 Na+離子毒害的效應(yīng)。這與李玉梅等[6]闡述的觀點(diǎn)一致。高pH可能使種子的細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞、細(xì)胞的生理代謝紊亂，打破細(xì)胞內(nèi)離子平衡，進(jìn)而影響種子萌發(fā)[12]。可以說，高 pH 脅迫對(duì)種子萌發(fā)的破壞力更大。

比較相同濃度的4種單鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)的抑制作用發(fā)現(xiàn)，Na2CO3對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用最強(qiáng)，而Na2SO4對(duì)種子的抑制作用最弱，NaHCO3和NaCl 介于二者之間。相同鹽濃度的NaCl 對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的抑制大于 Na2SO4，這與白小明等[13]的研究結(jié)果一致。這可能是由于 NaCl的分子量 比 Na2SO4小，前者更容易滲入種子，使種子對(duì)Na+的吸收率更高[13]，離子毒害更強(qiáng)。因此，NaCl處理對(duì)種子萌發(fā)抑制作用更大。而李玉梅等[6]和吉小敏等[14]分別發(fā)現(xiàn)在肥皂草種子、鹽樺種子萌發(fā)中Na2SO4比NaCl的抑制作用更大，與該試驗(yàn)結(jié)果正好相反。而混合鹽(NaCl+Na2SO4)對(duì)堿蓬種子萌發(fā)的影響介于單鹽NaCl和單鹽Na2SO4之間，此結(jié)果與李玉梅等[6]和于兆友等[15]有關(guān)肥皂草和皂莢種子萌發(fā)的報(bào)道均不同。以上情況說明，種子萌發(fā)在鹽堿脅迫下受到的抑制程度除與鹽堿濃度有關(guān)外，還與種子自身的耐鹽能力有關(guān)[6]。不同植物種子的萌發(fā)對(duì)各種鈉鹽的耐鹽響應(yīng)表現(xiàn)各異[9]。該試驗(yàn)混合鹽(NaCl+Na2SO4)對(duì)種子萌發(fā)的抑制小于NaCl，可能是因?yàn)镹a+與Cl-、SO42-相互耦聯(lián)而降低了Na+的毒害作用，相同鹽濃度的混合鹽緩解了Na+對(duì)種子萌發(fā)的抑制。

綜上所述，堿蓬種子萌發(fā)階段對(duì)6種鈉鹽具有一定的耐受性，但是其對(duì)不同鈉鹽的耐受性明顯不同。從6種鈉鹽的相對(duì)鹽害率來看，堿蓬種子萌發(fā)期對(duì)6種鈉鹽的耐受性排序?yàn)镹a2SO4+NaCl>Na2SO4>NaCl>NaHCO3>NaHCO3+Na2CO3>Na2CO3。