不同鹽分脅迫對白莖鹽生草種子萌發(fā)的影響

李錦鋒1，鐵云華1，王 文1，2*

(1.云南省種羊繁育推廣中心，云南尋甸 655200;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

白莖鹽生草(Halogeton arachnoideus)為黎科(Chenopodiaceae)鹽生草屬(Halogeton)一年生草本植物，又稱為蛛絲蓬、灰蓬、水蓬、蓬蒿等，分布于甘肅、內(nèi)蒙古、青海、新疆、寧夏等地區(qū)，生于草原、荒漠和半荒漠地帶的鹽堿地、干旱山坡、間歇性河床、沙地邊緣和山前平地，在鹽漬化程度嚴重的砂質(zhì)土壤上生長旺盛。白莖鹽生草耐干旱，耐鹽堿，具有聚鹽特性，植株可吸收和積聚多種鹽分，燒灰制成的天然復(fù)合堿，是傳統(tǒng)蘭州牛肉拉面的添加劑［1］。白莖鹽生草可在其他作物生長不良或不能生長的干旱鹽堿地上生長良好，完成生活史，是西北內(nèi)陸地區(qū)鹽堿荒漠植被的優(yōu)勢種和建群種。植物種子在鹽堿脅迫條件下的萌發(fā)和生長與植物本身的耐鹽性相關(guān)，同時也與著生土壤的鹽漬化程度和鹽堿成分有重大關(guān)系，鹽堿地的離子成分在不同地區(qū)和環(huán)境條件下存在較大差異，鹽堿土所含鹽類主要是NaCl、Na2SO4、Na2CO3以及可溶性鈣鹽和鎂鹽，鹽分的種類不同，對植物的危害也不同［2］。

種子萌發(fā)是種子植物生活史的起點，是對環(huán)境脅迫最為敏感的時期。在鹽漬環(huán)境下，種子萌發(fā)首先受到鹽分的脅迫，主要表現(xiàn)為大量可溶性鹽提高了土壤溶液的滲透壓，造成生理干旱以及 Na+、Cl－等鹽分離子的毒害［3－4］。因此，種子能否在鹽漬土上發(fā)芽并形成種苗是其在該環(huán)境下完成生活史過程中至關(guān)重要的階段。隨著內(nèi)陸地區(qū)鹽堿化程度的不斷加劇，研究植物抗鹽性，了解植物抗鹽生理特點，利用鹽生植物特性來綜合治理鹽漬土，開發(fā)利用鹽堿地和鹽水資源，已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展及環(huán)境治理亟待解決的問題。

目前，利用不同鹽分脅迫對牧草種子萌發(fā)特性的研究較多［5－8］，但對白莖鹽生草種子萌發(fā)的耐鹽試驗尚未見報道。白莖鹽生草分布區(qū)域廣泛，植株含鹽量高，鹽分組成復(fù)雜，利用不同鹽分進行脅迫發(fā)芽試驗具有重要意義。筆者采用不同濃度水平和不同鹽分對白莖鹽生草種子進行脅迫處理，研究鹽脅迫對白莖鹽生草種子發(fā)芽的影響，旨在為白莖鹽生草在鹽堿地種植利用和生態(tài)治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 白莖鹽生草種子，采自甘肅省蘭州市秦王川干旱荒漠地區(qū)野生白莖鹽生草。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子預(yù)處理。用10%次氯酸鈉消毒10 min，再用30%H2O2消毒后，在飽和CaSO4溶液中浸泡1 h，再沖洗干凈［9］。

1.2.2 種子培養(yǎng)。用 Hoagland營養(yǎng)液分別配制2 000、4 000、6 000、8 000、10 000、12 000、14 000、16 000 和 18 000 mg/L濃度梯度的NaCl、Na2CO3和Na2SO43種鹽溶液進行試驗，以 Hoagland 營養(yǎng)液作為對照［9］。

試驗使用90 mm培養(yǎng)皿，鋪上2層滅菌濾紙，將每個培養(yǎng)皿等分成3份，分別標記為1、2、3作為平行樣，每個樣均勻擺放50粒種子。

分別加入不同鹽分濃度的溶液10 ml，置于恒溫箱中，黑暗條件下培養(yǎng)21 d。培養(yǎng)期間根據(jù)實際情況添加Hoagland營養(yǎng)液，以保持發(fā)芽床濕度。

1.2.3 項目測定。種子萌發(fā)3 d后開始逐日記錄正常萌發(fā)種子數(shù)，7 d后統(tǒng)計各處理的種子發(fā)芽數(shù)，計算相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率。

式中，Gt為第 t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)［9］。

1.3 數(shù)據(jù)處理 使用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制。使用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析和采用最小顯著差異法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對種子發(fā)芽率的影響 由表1可知，0～6 000 mg/L濃度鹽合對白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異不顯著;當鹽濃度在8 000 mg/L以上時，Na2SO4與其他2種鹽分對白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異顯著，而NaCl和Na2CO3對白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異不顯著。在18 000 mg/L濃度鹽脅迫下，3種鹽分對白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異顯著。

表1 白莖鹽生草種子在不同鹽分處理下的發(fā)芽率%

白莖鹽生草種子在Na2SO4脅迫下，當Na2SO4濃度為2 000～14 000 mg/L時，相對發(fā)芽率均高于70%，差異不顯著。當Na2SO4濃度為16 000～18 000 mg/L時相對發(fā)芽率隨濃度上升而明顯下降，差異顯著。在18 000 mg/L濃度處理條件下，相對發(fā)芽率為47%，表明白莖鹽生草種子還可承受更大濃度的Na2SO4脅迫。在NaCl脅迫下，鹽分濃度在0～4 000 mg/L條件下相對發(fā)芽率差異不顯著。4 000 mg/L以上相對發(fā)芽率明顯下降。在8 000～12 000 mg/L條件下相對發(fā)芽率為30% ～40%，差異不顯著。當鹽濃度在14 000 mg/L以上時，相對發(fā)芽率明顯下降，差異顯著。

在Na2CO3脅迫下，0～4 000 mg/L鹽脅迫條件下相對發(fā)芽率均在90%以上，差異不顯著。當Na2SO4濃度在6 000 mg/L以上時，相對發(fā)芽率下降明顯，差異顯著。當Na2CO3濃度為18 000mg/L時，相對發(fā)芽率為5%，表明鹽脅迫對白莖鹽生草種子萌發(fā)的抑制已接近最大程度。

表2 白莖鹽生草種子在不同鹽分濃度處理下的相對發(fā)芽率 %

3種鹽脅迫對白莖鹽生草種子發(fā)芽率和相對發(fā)芽率的影響依次為:Na2CO3＞ NaCl＞Na2SO4。

2.2 鹽分脅迫對種子相對發(fā)芽勢的影響 種子發(fā)芽勢是判斷種子質(zhì)量優(yōu)劣、出苗整齊與否的重要指標，與幼苗強弱有密切關(guān)系。發(fā)芽勢高的種子出苗迅速，整齊健壯。在鹽脅迫下，白莖鹽生草種子相對發(fā)芽勢隨著鹽濃度的增加顯著下降。

表3 白莖鹽生草種子在不同鹽分濃度處理下相對發(fā)芽勢 %

由表3可知，3種鹽在0～4 000 mg/L濃度處理下，相對發(fā)芽勢均高于90%，無顯著差異;當鹽濃度在6 000 mg/L以上時，相對發(fā)芽勢明顯下降，差異顯著。在Na2SO4脅迫下，0～14 000 mg/L濃度條件下相對發(fā)芽勢均大于50%;當Na2SO4濃度為18 000 mg/L時，相對發(fā)芽勢仍為30%。由此可見，18 000 mg/L及其以下濃度的Na2SO4脅迫對白莖鹽生草種子相對發(fā)芽勢的抑制作用較小。在NaCl脅迫下，當NaCl濃度在8 000 mg/L以下時，對種子發(fā)芽的抑制作用較小;當NaCl濃度為10 000～18 000 mg/L時，相對發(fā)芽勢均高于10%，表明仍未受到嚴重抑制。在Na2CO3脅迫下，當Na2SO4濃度高于10 000 mg/L時，白莖鹽生草種子發(fā)芽勢均低于10%，表明10 000 mg/L的Na2CO3可對白莖鹽生草種子的相對發(fā)芽勢產(chǎn)生嚴重影響。

2.3 發(fā)芽指數(shù) 發(fā)芽指數(shù)表示種子萌發(fā)的速度和田間出苗的一致性，是種子的活力指標，發(fā)芽速度對于植被的建植、迅速占領(lǐng)空間至關(guān)重要。發(fā)芽指數(shù)高，說明其種子活力高［12］。由表4可知，隨著鹽濃度的升高，種子的發(fā)芽速度均有所下降，發(fā)芽指數(shù)下降。在Na2SO4脅迫下出苗相對整齊，在NaCl脅迫下出苗較慢，而在 Na2CO3脅迫下出苗最慢，說明Na2CO3脅迫對白莖鹽生草種子活力的抑制作用大于NaCl和Na2SO4。

表4 白莖鹽生草種子在不同濃度處理下的發(fā)芽指數(shù)

圖1 不同鹽分脅迫下白莖鹽生草種子的相對鹽害率

2.4 相對鹽害率 從圖1可以看出，隨著鹽濃度升高，白莖鹽生草種子萌發(fā)機制受到鹽分離子毒害，種子發(fā)芽率下降，鹽濃度愈高毒害作用愈強。在Na2SO4脅迫下，當Na2SO4濃度為2 000～14 000 mg/L時，相對毒害率為22.8% ～25.2%，差異不顯著;當Na2SO4濃度為16 000～18 000 mg/L，相對鹽害率曲線升勢明顯。在NaCl和Na2CO3脅迫下，當濃度為2 000～4 000 mg/L時相對毒害率低于7%;當Na2CO3濃度為2 000 mg/L時相對毒害率－5.04%，說明其對種子發(fā)芽有一定的促進作用;當濃度在6 000 mg/L以上時，NaCl和Na2CO3的相對毒害率顯著上升，曲線變化趨勢相似。3種鹽分對白莖鹽生草種子的相對毒害率大小為:Na2CO3＞NaCI＞Na2SO4。

3 討論與結(jié)論

不同鹽分脅迫下白莖鹽生草種子發(fā)芽率隨著鹽分濃度的升高而下降。在低濃度的Na2SO4、NaCl和Na2CO3脅迫下，即0～4 000 mg/L濃度處理下，白莖鹽生草種子發(fā)芽率與對照組差異不顯著。在高濃度脅迫下，白莖鹽生草種子發(fā)芽率與對照組差異顯著;當鹽濃度在6 000 mg/L以上時，隨鹽濃度的升高，發(fā)芽率下降，差異顯著。

植物在種子萌發(fā)時期最易遭受逆境脅迫的傷害［13］，萌發(fā)階段是植物生長的關(guān)鍵和敏感階段，鹽脅迫對植物萌發(fā)期的影響首先表現(xiàn)為降低種子發(fā)芽率或影響生物量積累［14］。大量關(guān)于植物耐鹽堿的研究都是在植物的種子萌發(fā)期或幼苗期進行的，植物遭受鹽脅迫主要表現(xiàn)為生長抑制、出苗緩慢或苗期發(fā)育不良。該試驗結(jié)果表明隨著鹽分濃度的升高，白莖鹽生草種子的萌發(fā)時間逐漸延長，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)整體呈下降趨勢。在0～4 000 mg/L鹽脅迫下，白莖鹽生草種子的相對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均差異不顯著;當鹽濃度大于6 000 mg/L時，差異性顯著。在高濃度鹽脅迫下，種子萌發(fā)時間延長，而胚根、胚芽短細。

綜合考慮發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，3種鹽分的脅迫作用變化趨勢相同，0～4 000 mg/L濃度下，3種指標無顯著差異;當鹽濃度大于6 000 mg/L時，下降趨勢明顯，差異顯著。在Na2SO4脅迫下，下降平緩，NaCl居中，Na2CO3下降趨勢最大。因此，對白莖鹽生草種子發(fā)芽率的脅迫作用大小為:Na2CO3＞NaCl＞Na2SO4。Na2SO4和 NaCl呈中性，而Na2CO3呈堿性。據(jù)報道，鈉鹽對植物的毒害作用大于其他鹽類，而鈉鹽中以Na2CO3對植物的毒害最強，NaCl的毒害作用大于Na2SO4，陰離子對植物的毒害作用為，在自然界鹽堿土包括各種鹽化土和堿化土，以Na2SO4和NaCl為主的中性鹽土，酸堿度為中性，土壤結(jié)構(gòu)尚未被破壞，表層土壤含鹽量0.6% ～1.0%時一些耐鹽植物尚可生長;堿土的Na2CO3含量較多，土壤呈強堿性，pH在8.5以上，土壤結(jié)構(gòu)被破壞，下層常為堅硬的柱狀結(jié)構(gòu)，通透性和耕性極差，由于強堿性對植物的毒害和土壤物理性質(zhì)惡化，僅有極個別耐鹽堿植物可在其上萌發(fā)生長［2］。該試驗結(jié)果表明白莖鹽生草不適合在堿土上萌發(fā)生長。

相對毒害率是反映鹽溶液對牧草種子發(fā)芽率影響程度的指標，也稱為鹽害指數(shù)，其數(shù)值越大，表明鹽溶液對種子的傷害作用越大，愈發(fā)不易發(fā)芽和生長［15－16］。該試驗結(jié)果表明Na2CO3對白莖鹽生草的相對鹽害率大于NaCl和Na2SO4，而Na2SO4的相對鹽害率最小，其原因主要是Na2CO3屬于堿性鹽，pH較高，且CO32－對植物的毒害作用強于其他陰離子，NaCl和Na2SO4是中性鹽，對植物的毒害作用相對較弱。鹽生植物對Na2SO4的耐受性很強。劉彥清等用Na2SO4、NaCl、NaHCO3和Na2CO34種鹽對高冰草種子進行脅迫試驗，從發(fā)芽指數(shù)、生長勢、活力指數(shù)和耐鹽指數(shù)來看，對高冰草發(fā)芽過程的影響大小為:Na2SO4﹤ NaCl﹤ NaHCO3﹤ Na2CO3［17］。李博認為不同種類鹽分對植物的危害也不同，鹽分對多數(shù)植物危害程度的大小為:MgCl2＞Na2CO3＞NaHCO3＞NaCl＞MgSO4＞Na2SO4［18］，該試驗結(jié)果與前人研究較為一致。

該試驗結(jié)果表明白莖鹽生草種子萌發(fā)期具有較強的耐鹽性，對Na2SO4和NaCl脅迫的耐受性明顯強于Na2CO3，初步判斷白莖鹽生草對中性鹽的耐受性較堿性鹽強，適合在以中性鹽為主的鹽堿土壤上萌發(fā)生長。

在Na2CO3、NaCl和 Na2SO4脅迫下，3種鹽分濃度在6 000 mg/L以下對白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響不顯著，8 000 mg/L以上，Na2SO4與其他2種鹽分的影響差異顯著，而NaCl和Na2CO3的影響差異不顯著。Na2CO3脅迫對白莖鹽生草種子活力的影響大于NaCl和Na2SO4。白莖鹽生草對中性鹽的耐受性較堿性鹽強，適合在以中性鹽為主的鹽堿土壤上萌發(fā)生長。

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