NaCl和Na2CO3脅迫對(duì)同德老芒麥種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

石玉龍， 徐隆華， 竇聲云， 山發(fā)華， 李長(zhǎng)慧， 王芳萍， 姚步青， 周華坤

(1. 中國科學(xué)院西北高原生物研究所青海省寒區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 青海 西寧810008；2. 青海省鐵卜加草原改良試驗(yàn)站， 青海 共和 813000；3. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京100049；4. 青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 青海 西寧810016)

‘同德’老芒麥為禾本科披堿草屬多年生牧草，具有抗寒、耐旱及耐鹽堿的特性。經(jīng)青海省牧草良種繁殖場(chǎng)、青海省草原總站、青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院草原所共同選育成功后，現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用于人工草地的建設(shè)和天然草地的植被恢復(fù)中[1]。本文對(duì)‘同德’老芒麥在不同濃度的中性鹽(NaCl)和混合鹽(NaCl+ Na2CO3)溶液脅迫下的發(fā)芽率、萌發(fā)進(jìn)程及胚的生長(zhǎng)情況等生理特征進(jìn)行研究，以便深入了解‘同德’老芒麥種子萌發(fā)的耐鹽堿性，綜合評(píng)價(jià)該牧草耐鹽堿能力，對(duì)合理根據(jù)鹽堿土類型選擇性培育和種植優(yōu)質(zhì)牧草具有實(shí)踐和指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所采用的‘同德’老芒麥種子由青海省同德縣同德牧場(chǎng)提供的2010年種子，試驗(yàn)種子采收后于室內(nèi)常溫紙袋袋裝貯藏，測(cè)試種子發(fā)芽率為75%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)前將清選好的‘同德’老芒麥種子用0.01%的高錳酸鉀溶液消毒3 min，再用蒸餾水沖洗干凈。將消毒后的種子在蒸餾水中浸泡48 h，每12 h換一次水。將浸泡后的種子放入零下20℃冰箱中進(jìn)行低溫處理20天以此打破休眠。脅迫處理為不同濃度的鹽(NaCl)和中性混合鹽(NaCl+Na2CO3)，按照表1所示的濃度梯度配制溶液，其中每個(gè)處理的氯化鈉和碳酸鈉的混合溶液由其對(duì)應(yīng)的氯化鈉溶液和碳酸鈉溶液等體積混合，蒸餾水處理作為對(duì)照(CK)。

表1 不同鹽脅迫組成成分及濃度梯度Table 1 Components and concentration gradient of different salt stress /mmol·L-1

1.3 發(fā)芽試驗(yàn)

將不同濃度處理液10 mL分別加到鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿直徑為11 cm，每個(gè)培養(yǎng)皿均勻擺放50粒飽滿的‘同德’老芒麥種子，每處理3次重復(fù)。置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中，光照時(shí)間為12小時(shí)，每日稱重并補(bǔ)充因蒸發(fā)而散失的水分，以保持溶液濃度的恒定[2]。每日記錄種子發(fā)芽的數(shù)量，統(tǒng)計(jì)至第18天發(fā)芽基本結(jié)束為止。發(fā)芽第7天，記錄胚芽和胚根的長(zhǎng)度。

發(fā)芽率=(18天內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

隨機(jī)取10個(gè)正常生長(zhǎng)的幼苗，用直尺分別測(cè)量幼苗和根的長(zhǎng)度，取平均值作為胚芽和胚根的長(zhǎng)度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 8.5和Excel 2007作圖。每一指標(biāo)均為3次重復(fù)的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度梯度的鹽脅迫對(duì)‘同德’老芒麥種子發(fā)芽率的影響

NaCl溶液濃度為100 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率為64%，顯著低于對(duì)照(P<0.05)；鹽溶液濃度達(dá)到200 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率僅為42%，顯著低于對(duì)照(P<0.05)；當(dāng)NaCl溶液濃度達(dá)到400 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率為0。當(dāng)混合鹽溶液中鈉離子濃度為15 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率為86%,顯著高于對(duì)照(P<0.05)，之后發(fā)芽率隨溶液濃度的增加而下降，當(dāng)混合鹽溶液中鈉離子濃度為150 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率僅為42%，顯著低于對(duì)照(P<0.05)；當(dāng)混合鹽溶液中鈉離子濃度達(dá)到275 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率為0。

表2 鹽脅迫下‘同德’老芒麥種子發(fā)芽率Table 2 Seed germination rate of Elymus sibiricus‘Tong de’ under salt stress/%

注:同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level

2.2 鹽脅迫對(duì)‘同德’老芒麥種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

鹽脅迫不僅影響種子的發(fā)芽率，還影響種子的萌發(fā)進(jìn)程。由圖1a可知，在10～50 mmol·L-1的NaCl溶液處理下，種子在第4天開始萌發(fā)，而100～200 mmol·L-1的NaCl溶液處理下，種子從第6天開始萌發(fā)。由圖1b可知，0～80 mmol·L-1的NaCl+Na2CO3溶液處理下，種子在第6天開始萌發(fā)，溶液濃度達(dá)到150 mmol·L-1時(shí)，種子在第8天才開始萌發(fā)。

圖1 不同濃度NaCl(a)以及NaCl+Na2CO3(b)脅迫下‘同德’老芒麥種子的萌發(fā)進(jìn)程
Fig.1 Seed germination of Elymus sibiricus‘Tong de’ under NaCl stress(a) and NaCl+Na2CO3stress(b)

2.3 鹽脅迫對(duì)‘同德’老芒麥種子胚芽和胚根的影響

由圖2a可知，50 mmol·L-1以上的NaCl脅迫對(duì)胚根和胚芽生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用(P<0.05)。由圖2b可知，隨混合鹽濃度的升高，胚根和胚芽的長(zhǎng)度與對(duì)照相比都顯著降低(P<0.05)。

圖2 不同濃度梯度的NaCl(a)和NaCl+Na2CO3(b)脅迫下‘同德’老芒麥種子的胚長(zhǎng)度
Fig.2 Length of radicle and plumule under different concentration gradient of (a) NaCl stress and (b) NaCl+Na2CO3stress

3 討論與結(jié)論

3.1 單鹽和混鹽脅迫對(duì)發(fā)芽率和萌發(fā)進(jìn)程的影響

單鹽或混鹽脅迫均會(huì)對(duì)牧草種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，低濃度鹽脅迫可以促進(jìn)種子發(fā)芽，高濃度混鹽脅迫會(huì)抑制種子萌發(fā)[3]。本試驗(yàn)中‘同德’老芒麥種子的發(fā)芽率在NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)顯著低于對(duì)照，且種子開始萌發(fā)的時(shí)間比低濃度的鹽脅迫延遲兩天，這種結(jié)果可能與高濃度鹽降低了細(xì)胞膜滲透調(diào)節(jié)能力有關(guān)，也可能是因?yàn)镹a+對(duì)呼吸酶有一定的抑制作用[4-5]?；旌消}低濃度(15 mmol·L-1)脅迫下發(fā)芽率顯著高于對(duì)照，高濃度(150 mmol·L-1)時(shí)顯著低于對(duì)照且種子開始萌發(fā)的時(shí)間比低濃度混鹽脅迫延遲兩天，說明低濃度混鹽脅迫可以促進(jìn)‘同德’老芒麥種子萌發(fā)速率，而高濃度則抑制種子萌發(fā)，Na2CO3為堿性鹽，鹽脅迫和堿脅迫同時(shí)存在時(shí)，兩者會(huì)對(duì)種子的萌發(fā)產(chǎn)生共同影響，且有互助作用，這與韓萌[6]利用混合鹽堿脅迫對(duì)7種禾草種子萌發(fā)的研究結(jié)果一致。

鹽堿脅迫影響植物種子萌發(fā)分為以下3種情況：第一阻止種子萌發(fā)，但不使種子喪失活力，第二延遲但不阻止種子萌發(fā)[7]，第三鹽溶液濃度高到一定程度或脅迫持續(xù)一定時(shí)間使得種子永久性失去活力[8]。本試驗(yàn)中當(dāng)NaCl濃度達(dá)到400 mmol·L-1以及混合鹽溶液Na+濃度達(dá)到275 mmol·L-1時(shí)，種子沒有萌發(fā)，屬于第三種情況。

3.2 單鹽和混鹽脅迫對(duì)胚生長(zhǎng)的影響

同一植物的不同生育期，對(duì)鹽分的敏感性不同，種子發(fā)芽率適合發(fā)芽期的耐鹽指標(biāo)[8]，胚根和胚芽的相對(duì)長(zhǎng)度可以反映鹽脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響程度[9]。一般來說，鹽通過以下3 種途徑影響植物生長(zhǎng)：①滲透脅迫而引起水分虧損；②離子毒害；③主要營養(yǎng)元素吸收不平衡。鹽脅迫本質(zhì)上是造成植物幼苗水分缺失，從而導(dǎo)致水分脅迫，耐鹽性強(qiáng)的植物在高濃度鹽脅迫下，能夠維持較高的含水量[7]。本試驗(yàn)中鹽脅迫影響胚生長(zhǎng)的途徑主要是滲透脅迫導(dǎo)致植物水分缺失，從而導(dǎo)致水分脅迫。胚根是植物吸收水分的主要器官，是最易受到鹽影響的部位。黃立華等研究表明，堿性鹽Na2CO3和NaHCO3比中性鹽NaCl等對(duì)高冰草(Thinopyrumponticum)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)危害更大，且對(duì)胚根的抑制作用大于胚芽[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著單鹽或混鹽溶液濃度的升高，胚根的生長(zhǎng)均呈下降趨勢(shì)，因此可以用胚根對(duì)鹽的耐受能力判斷種子萌發(fā)對(duì)鹽的抗性強(qiáng)弱。