鹽脅迫對大花飛燕草種子萌發(fā)的影響

張彥妮，李 博，何 淼

(東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

目前，我國的鹽堿地和次生鹽堿地約占陸地面積的1/3，廣泛分布在東部沿海、東北和西北等地區(qū)[1]。城市綠地鹽漬化也日益嚴(yán)重，研究植物對鹽害的抗逆能力及其耐鹽機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

大花飛燕草(Delphiniumgrandiflorum)為毛茛科翠雀花屬多年生草本植物，萼片花瓣?duì)?，與花瓣同色，伸長呈狹橢圓形，花瓣2枚合生，有距，距突伸于萼距內(nèi)，莖葉被柔毛。其花形別致，色彩淡雅，具有很高的觀賞價值及應(yīng)用前景，且全草及種子均可入藥治牙痛，莖葉浸汁可殺蟲[3]。目前，對大花飛燕草的研究主要局限于其化學(xué)物質(zhì)的提取和藥用價值的開發(fā)[4]，而對其種子萌發(fā)期耐鹽堿的生理特性研究尚未見報(bào)道。本研究通過不同濃度鹽堿組合脅迫，探討大花飛燕草種子萌發(fā)和幼苗生長狀況，了解鹽分對其種子萌發(fā)的影響和幼苗不同部位對鹽的敏感性，以為引種馴化和園林應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 大花飛燕草種子購自北京林大林業(yè)科技股份有限公司，保存于4 ℃冰箱中待用。試驗(yàn)于2010年5月在東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2鹽堿脅迫模擬設(shè)計(jì) 根據(jù)黑龍江省鹽堿地鹽分組成，選定中性單鹽組(A)、混合中性鹽組(B)、堿性較低單鹽組(C)、堿性較高混合鹽組(D)為鹽堿脅迫模擬對象，根據(jù)其鹽度與pH值復(fù)雜多變的特點(diǎn)，將4種鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3)按不同摩爾比混合，使其鹽度和pH值與選定鹽分組合相同，并隨著鹽度的提高，pH值也不斷提高。各處理組所含鹽分及其體積比如表1所示。每組內(nèi)設(shè)5種處理濃度，依次為25、50、100、150、200 mmol·L-1，分別以1、2、3、4 和5標(biāo)識，如A組中的25 mmol·L-1標(biāo)為A1，依次類推，共設(shè)計(jì)20種鹽度不同的混合鹽堿組合。

表1 各處理組所含鹽分及其體積比Table 1 Salt composition and its volume ratio in different treatments

隨著堿性鹽比例的增加，A至D組pH值遞增。每一處理組內(nèi)，隨鹽濃度增加pH值變化不明顯。各組鹽濃度25～200 mmol·L-1，pH值由6.4到9.4，模擬出了20種鹽堿條件(表2)。

表2 各處理組鹽濃度和pH值Table 2 Salt concentration and pH value in different treatments

1.3種子處理方法 選取充實(shí)、飽滿的種子用75%的酒精溶液消毒30 s，再用2%的次氯酸鈉溶液處理10 min，最后用蒸餾水沖洗5～6 遍，用濾紙吸干后備用。使用直徑90 mm的培養(yǎng)皿，皿內(nèi)鋪雙層濾紙，每個培養(yǎng)皿內(nèi)均勻排列40粒種子，加入3 mL鹽堿混合溶液充分潤濕濾紙，置于人工變溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，培養(yǎng)箱內(nèi)晝夜時間為16 h/8 h，溫度為15 ℃，光強(qiáng)為5 000 lx，濕度66%。為使培養(yǎng)皿內(nèi)的鹽堿濃度保持不變，處理液和濾紙2 d更換1次。以蒸餾水作為對照，每處理重復(fù)3次。

1.4指標(biāo)測定 從種子處理之日起開始觀察，以種子露白為發(fā)芽的開始，依據(jù)《種子檢驗(yàn)學(xué)》進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測定[5]，每天定時記錄每個培養(yǎng)皿內(nèi)種子萌發(fā)數(shù)，24 d后(根據(jù)具體試驗(yàn)所得)分別測定幼苗鮮質(zhì)量。

1.4.1種子活力的測定

種子發(fā)芽率(GR)=n/N×100%;

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt;

活力指數(shù)(VI)=GI×S。

式中，n為發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽的種子數(shù)，N為供試種子總數(shù)；Gt為t日發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)，S為芽鮮質(zhì)量。

1.4.2幼苗生長相關(guān)指標(biāo)的測定 幼苗先用蒸餾水沖洗干凈，經(jīng)吸水紙吸干后測定幼苗生長相關(guān)指標(biāo)。幼苗高度和根長用游標(biāo)卡尺測量。芽的鮮質(zhì)量和根質(zhì)量用萬分之一分析天平稱量。

1.5數(shù)據(jù)處理 3次重復(fù)結(jié)果計(jì)算平均值，然后采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析及均值比較。Excel 2000作圖。

2 結(jié)果與分析

2.2鹽濃度及組合對大花飛燕草種子萌發(fā)指標(biāo)的影響

2.2.1鹽堿脅迫對大花飛燕草種子發(fā)芽率的影響 整體上看混合鹽對種子發(fā)芽率的影響比單鹽顯著(圖1)。大花飛燕草種子經(jīng)A1、B1、C1處理后，種子的發(fā)芽率略高于對照組。隨鹽濃度的升高，A組處理下的種子萌發(fā)變化最為緩慢，呈現(xiàn)下降―上升―下降的趨勢。經(jīng)B組處理后，發(fā)芽率隨著鹽濃度的增加呈下降趨勢，植物在低濃度時保持著較高的萌發(fā)率，當(dāng)濃度達(dá)到100 mmol·L-1時，萌發(fā)率顯著下降，B5處理組因脅迫強(qiáng)度過大，發(fā)芽率降為7%。C組處理下，在25、50和100 mmol·L-1時都保持著較高的萌發(fā)率，150和200 mmol·L-1時，萌發(fā)率顯著下降。D組處理下的種子萌發(fā)率呈現(xiàn)下降趨勢，變化最為明顯，D5處理組因脅迫強(qiáng)度過大，發(fā)芽率降為3%?？梢姡邏A性的混合鹽對大花飛燕草種子萌發(fā)的抑制作用最為顯著。

表3 鹽濃度及組合對大花飛燕草種子萌發(fā)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of salt concentration and combination on seed germination of Delphinium grandiflorum

圖1 不同鹽脅迫條件下大花飛燕草種子的發(fā)芽率Fig.1 Seed germination percentage of Delphinium grandiflorum under different salt stress conditions

2.2.2鹽堿脅迫對大花飛燕草種子發(fā)芽指數(shù)的影響 除C1處理種子的發(fā)芽速度較對照快外，大花飛燕草的發(fā)芽指數(shù)隨著鹽濃度增加而減小，且單鹽作用下的發(fā)芽指數(shù)高于混合鹽指數(shù)(圖2)。

2.2.3鹽堿脅迫對大花飛燕草種子活力指數(shù)的影響 在25 mmol·L-1時，NaCl處理對大花飛燕草長勢有明顯的促進(jìn)作用。但其他的鹽組合對大花飛燕草種苗生長有不同程度的抑制，種子活力指數(shù)降低。當(dāng)濃度為50 mmol·L-1時，A2處理種子活力指數(shù)明顯下降，小于對照；B2由0.51下降至0.28。當(dāng)濃度達(dá)到100 mmol·L-1時，只有A3具有少量的生物量(圖3)。其他的雖有萌發(fā)，但幼根腐爛，幼芽死亡，導(dǎo)致生物量接近于0，使種子喪失活力。表現(xiàn)出中、高鹽濃度對大花飛燕草萌發(fā)后的正常生長具有很強(qiáng)的抑制作用。

鹽濃度及其組合方式均極顯著影響大花飛燕草的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)(P<0.01)，但二者互作對發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)無顯著影響(P>0.05)(表3)。

2.3鹽脅迫對根和幼苗生長狀況的影響 NaCl脅迫時，A1、A2處理的根長、根的生長速度及幼苗長、幼苗生長速度高于對照，且A1處理的根質(zhì)量高于對照，說明A1處理可以促進(jìn)大花飛燕草種子萌發(fā)及幼苗生長，A3處理對幼苗的根及長勢影響較大，幼苗生物量最小。B1、B2處理的種子與對照差異顯著(P<0.05)，根、苗長及其生長速度慢。C1處理的根長變化小于幼苗的變化，說明C脅迫時，苗比根表現(xiàn)的敏感。D1處理的結(jié)果與對照差異最顯著，根和苗生長極慢，對其影響最大(表4)。

圖2 不同鹽脅迫條件下大花飛燕草種子的發(fā)芽指數(shù)Fig.2 Seed germination indexes of Delphinium grandiflorum under different salt stress conditions

圖3 混合鹽堿脅迫對大花飛燕草種子活力指數(shù)的影響Fig.3 Effects of mixed salinity-alkalinity stress on seed vigor indexe of Delphinium grandiflorum

表4 鹽脅迫對幼苗和根生長速度及鮮質(zhì)量的影響Table 4 Effects of mixed salinity-alkalinity stress on growth rate and fresh weight of seedlings and roots

3 討論與結(jié)論

種子耐鹽性及其機(jī)制是植物耐鹽性早期鑒定及耐鹽個體與品種早期選擇的基礎(chǔ)[6]，鹽脅迫主要表現(xiàn)在抑制種子萌發(fā)、胚根、胚芽生長和長勢方面[7-9]，鹽分對種子萌發(fā)的影響一般歸結(jié)為滲透效應(yīng)和離子效應(yīng)[10]。通過對大花飛燕草種子萌發(fā)情況的綜合研究，發(fā)現(xiàn)在25 mmol·L-1的處理濃度下，除了Na2CO3處理，其他組合處理萌發(fā)指標(biāo)均高于對照組，由此表明，適宜濃度的鹽堿有助于促進(jìn)大花飛燕草種子發(fā)芽，這可能與低鹽促進(jìn)細(xì)胞膜滲透調(diào)節(jié)作用有關(guān)[11]，也可能是微量的無機(jī)離子(Na+)對呼吸酶有刺激作用[12]。而經(jīng)Na2CO3處理下萌發(fā)率變低，可能是由于復(fù)雜的離子反應(yīng)引起的離子毒害作用導(dǎo)致發(fā)芽率下降?？傮w來看，隨著濃度的升高，大花飛燕草種子的萌發(fā)率呈下降趨勢。NaHCO3脅迫是Na+鹽脅迫和OH-的雙重作用結(jié)果，而在25 mmol·L-1的NaHCO3處理脅迫下，發(fā)芽指數(shù)最高，萌發(fā)速度最快，可能由于低濃度NaHCO3對pH值的影響導(dǎo)致膜上某些酶的折疊發(fā)生變化，從而影響酶的活性。從活力指數(shù)和根及苗的生長狀況綜合來看，中性單鹽NaCl對大花飛燕草種子的萌發(fā)及生長有促進(jìn)作用，這可能是由于大花飛燕草自身保護(hù)系統(tǒng)的耐受性所致，表現(xiàn)出具有較好的耐中性單鹽NaCl的能力，但當(dāng)鹽濃度達(dá)200 mmol·L-1時，破壞了保護(hù)系統(tǒng)，引致其最終萌發(fā)率下降。當(dāng)鹽濃度達(dá)25 mmol·L-1時，Na2CO3處理嚴(yán)重影響根和幼苗的生長，可見高濃度混合鹽堿抑制種子的正常萌發(fā)，這可能與脅迫條件下Na+和高pH值協(xié)同作用有關(guān)。隨著混合鹽堿溶液濃度的增加，種子的發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)都低于單純的高鹽高堿，說明高鹽高堿的共同作用結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單純的高鹽或高堿，即二者具有明顯的協(xié)同作用。

通過大花飛燕草的萌發(fā)特性和幼苗生長特性的綜合分析，可得出4種鹽脅迫對種子和幼苗的危害程度隨著濃度的不同，呈現(xiàn)不同的結(jié)果。在濃度≥25 mmol·L-1的范圍時，堿性較高混合鹽組>堿性較低單鹽組>混合中性鹽組>中性單鹽組，在濃度≤25 mmol·L-1范圍時，NaCl對大花飛燕草的萌發(fā)及生長具有促進(jìn)作用，并且堿性較低單鹽組NaHCO3的危害程度<混合中性鹽組。鹽濃度和鹽組合對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響均達(dá)到差異極顯著水平，這與馮建永等[13]的研究結(jié)果相一致。

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