復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子萌發(fā)的影響

袁 琳，徐鵬飛，宋佳奇，金利妍，候 躍，張藝婕，何 淼

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

目前世界鹽堿地面積占到陸地總面積的四分之一，我國是世界鹽堿地大國之一，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長，人們對鹽堿地的利用日益增多，但是土壤鹽堿化地區(qū)植被稀少，綠化難度極大，如何開發(fā)利用，成為我國乃至全球迫切需要解決的問題。荻類植物屬禾本科多年生C4高大草類植物，具有適應(yīng)能力強(qiáng)、生物質(zhì)產(chǎn)量高、燃燒特性好和再生能力強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著模仿原生自然環(huán)境的野趣景觀受到廣泛的關(guān)注，荻作為野趣景觀的重要組成部分，凈化著人文環(huán)境，使人們重新回到自然恬靜、樸實(shí)無華、與山野共生的意境中去。因而研究其耐鹽堿性，并應(yīng)用在我國北方鹽堿地上將產(chǎn)生十分巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

黃杰等的研究表明灌溉與施氮肥的交互作用對荻生物質(zhì)纖維素含量的影響顯著，在灌溉條件下施氮肥降低了纖維素含量［1］。在合理種植密度的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)灌溉補(bǔ)水和施肥優(yōu)化其生長特性并提高生物質(zhì)產(chǎn)量是荻類植物栽培養(yǎng)護(hù)的重要因素。范希峰等的研究表明荻類植物的野生資源中具有對逆境脅迫較強(qiáng)抗性的優(yōu)良種質(zhì)，為篩選、培育優(yōu)良品種提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［2］。這表現(xiàn)在荻類植物作為中國的鄉(xiāng)土植物，還是重要的能源植物，自然分布北至黑龍江，南至臺灣，集中生長在存在干旱、漬澇、貧瘠、鹽堿、低溫等多種逆境脅迫的土地上。王連敏等的研究證明，因荻類植物具有很強(qiáng)的根系，在防風(fēng)固沙、護(hù)坡護(hù)路、防止水土流失方面具有顯著優(yōu)勢［3］。荻類植物有極強(qiáng)吸收陽光的能力，使反射光降到很低(僅15%左右)，具有散熱慢與調(diào)節(jié)大氣溫度和濕度的作用，從而緩解大氣溫室效應(yīng)，受到世界環(huán)境保護(hù)工作者們的廣泛重視。將荻類植物應(yīng)用到道路綠化中，不僅能護(hù)路護(hù)坡、防止雨水侵蝕，還可以實(shí)現(xiàn)道路美化的雙重效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為兩份，一份荻種子于2012年10月采自黑龍江省哈爾濱市太陽島風(fēng)景區(qū)內(nèi)，用保鮮袋裝好置于4℃種子低溫貯藏柜中貯藏1年，于2014年3月進(jìn)行復(fù)合鹽堿脅迫。一份荻種子于2013年10月采自黑龍江省哈爾濱市太陽島風(fēng)景區(qū)內(nèi)，用保鮮袋裝好置于4℃種子低溫貯藏柜中貯藏5個(gè)月于2014年3月進(jìn)行復(fù)合鹽堿脅迫。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在人工氣候箱中進(jìn)行，溫度為25℃，光周期12 h/d。供試種子采用所配置復(fù)合鹽堿液成分進(jìn)行處理。試驗(yàn)開始前挑選大小均勻、籽粒飽滿、無病蟲害的種子用1%的次氯酸鈉進(jìn)行消毒處理20 min。用蒸餾水沖洗干凈，自然風(fēng)干。用將 5 種中性鹽 NaCl、Na2SO4、MgCl2、KCl、CaCl2和2種堿性鹽NaHCO3、Na2CO3按不同比例混合配成的5個(gè)不同質(zhì)量濃度的混合鹽溶液分別對2個(gè)處理組的種子進(jìn)行脅迫處理，各處理組成分見表1。種子發(fā)芽采用濾紙皿床發(fā)芽試驗(yàn)，在培養(yǎng)皿中進(jìn)行，培養(yǎng)皿中鋪入2層定性濾紙。用移液管移入20 ml處理溶液進(jìn)行浸泡，24 h后傾出多余鹽溶液，保持種子有氧呼吸。每處理50粒種子，3次重復(fù)。以蒸餾水(CK)作對照。發(fā)芽期間，適量補(bǔ)充蒸餾水，保持各處理濃度的相對穩(wěn)定。

1.3 測定項(xiàng)目及方法 荻種子各項(xiàng)目的測定方法參照《種子檢驗(yàn)學(xué)》［4］，從種子置床第1天起開始，以胚根長度為種子長度的1/2時(shí)作為種子萌發(fā)標(biāo)志，每24 h檢查一次，并將萌發(fā)的種子置于穴盤中，連續(xù)5 d沒有種子萌發(fā)為發(fā)芽結(jié)束標(biāo)志，每天定時(shí)記錄各培養(yǎng)皿中發(fā)芽種子數(shù)。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，胚根及胚芽長度用游標(biāo)卡尺測量。

1.4 指標(biāo)計(jì)算方法

1.4.1 種子活力的計(jì)算方法。參照《國際種子檢驗(yàn)規(guī)程》［5］計(jì)算。種子發(fā)芽率的測定以胚根長度為種子長度的1/2時(shí)作為種子萌發(fā)標(biāo)志，每24 h檢查一次，并將萌發(fā)的種子置于穴盤中。連續(xù)5 d沒有種子萌發(fā)為發(fā)芽結(jié)束標(biāo)志。按照公式計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢。

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

發(fā)芽勢(%)=規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

表1 5個(gè)不同質(zhì)量濃度混合鹽溶液成分及pH

1.4.2 種子萌發(fā)耐鹽堿指數(shù)的計(jì)算方法。計(jì)算公式如下:萌發(fā)耐鹽堿指數(shù)=脅迫條件下萌發(fā)指數(shù)/對照萌發(fā)指數(shù)

其中，萌發(fā)指數(shù) =(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8，nd2、nd4、nd6、nd8分別為第 2、4、6、8 天荻種子發(fā)芽率，1.00、0.75、0.50、0.25 分別為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)所賦予的耐鹽堿指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法 應(yīng)用SPSS19.0及Excel2003對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析、Duncan多重比較分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子萌發(fā)的影響

2.1.1 復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的影響。圖1、圖2分別反映了鹽堿脅迫下荻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢的變化趨勢。由圖1與圖2可見，隨著鹽堿復(fù)合溶液濃度增加，荻當(dāng)年采收種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均呈降低的趨勢，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%和0.788%時(shí)，荻種子的發(fā)芽率分別比對照降低了7.2%和10.9%，均低于對照，而當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.576%時(shí)，荻種子的發(fā)芽率比對照降低了32.3%，明顯低于對照;荻當(dāng)年生種子發(fā)芽勢呈波動降低趨勢，復(fù)合鹽堿濃度為0.394%時(shí)，荻種子發(fā)芽勢為33.0%，比對照降低3.0%，無顯著變化，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.788%時(shí)，荻種子發(fā)芽勢為27.0%，顯著低于對照，復(fù)合鹽堿濃度為1.182%和1.576%時(shí)，種子發(fā)芽勢為31.0%和23.3%，低于對照的5.0%和12.7%。隨復(fù)合鹽堿濃度增大，2012年荻種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，復(fù)合鹽堿濃度為0.394%、0.788%和1.182%時(shí)，荻種子的發(fā)芽勢分別比對照降低了13.4%、20.7%、38.7%，顯著低于對照，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.576%時(shí)，比對照降低了68%，極顯著降低。當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.970%時(shí)，2013年采收的種子和2012年的種子均基本不萌發(fā)。

圖1 復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子發(fā)芽率的影響

圖2 復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子發(fā)芽勢的影響

2.1.2 復(fù)合鹽堿脅迫處理對荻種子發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響。圖3、圖4分別反映了復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響。由圖3與圖4可見，隨復(fù)合鹽堿濃度增加，荻2013年生種子活力指數(shù)呈先提高后降低的趨勢，當(dāng)復(fù)合鹽堿脅迫濃度為0.788%時(shí)，種子活力達(dá)最大值，比對照提高17.6%，顯著高于對照，當(dāng)復(fù)合鹽堿脅迫濃度為1.576%時(shí)，種子活力比對照降低30.9%，極顯著低于對照，當(dāng)復(fù)合鹽堿脅迫濃度為1.970%時(shí)，種子基本喪失活力。荻當(dāng)年生種子發(fā)芽指數(shù)呈穩(wěn)定降低趨勢，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%和0.788%時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)基本穩(wěn)定，與對照無明顯變化，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.182%時(shí)，發(fā)芽指數(shù)比對照降低33.2%。隨復(fù)合鹽堿濃度增大，2012年采收的荻種子活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)均呈逐漸降低趨勢，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%、0.788%和1.182%時(shí)，種子活力指數(shù)較對照降低36.3%、53.2%和77.4%，變化明顯，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.576%和1.970%時(shí)，種子活力指數(shù)接近于零;當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%時(shí)，荻種子發(fā)芽指數(shù)低于對照23.3%，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.788%和1.182%時(shí)，荻種子發(fā)芽指數(shù)分別為低于對照35.1%和55.6%，變化極明顯，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度繼續(xù)增大，種子發(fā)芽指數(shù)接近于零。2012年采收的荻種子較2013年生荻種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著降低。

圖3 復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子活力指數(shù)的影響

圖4 復(fù)合鹽堿脅迫對荻種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2 復(fù)合鹽堿脅迫處理對荻種子耐鹽堿指數(shù)的影響 圖5反映了復(fù)合鹽堿脅迫下荻種子耐鹽堿指數(shù)的變化。由圖5可見，復(fù)合鹽堿濃度增加會使荻耐鹽堿指數(shù)波動下降，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%和0.788%，荻種子耐鹽堿指數(shù)較對照略有提高，但其與對照差異并不顯著，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.182%和1.576%，荻耐鹽堿指數(shù)顯著降低，且較對照差異顯著。與2013年生種子不同，2012年的荻種子，耐鹽堿指數(shù)隨復(fù)合鹽堿濃度增大而逐漸降低，且耐鹽堿指數(shù)均低于對應(yīng)復(fù)合鹽堿脅迫下的當(dāng)年生種子耐鹽堿指數(shù)，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%、0.788%和 1.182%，荻種子耐鹽堿指數(shù)分別為0.822、0.543 和0.341，較對照差異顯著。無論 2013 年生荻種子還是2012年的荻種子，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度達(dá)1.970%，種子的耐鹽堿指數(shù)接近于零，基本喪失對鹽堿脅迫的抵御能力。

圖5 復(fù)合鹽堿脅迫下荻種子耐鹽堿指數(shù)

3 小結(jié)

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿脅迫下，2012年生荻種子和2013年生荻種子抗性及各項(xiàng)生理指標(biāo)會發(fā)生顯著變化。2012年生種子較2013年生種子抗性顯著下降，且兩個(gè)處理組變化趨勢并不相同。

復(fù)合鹽堿脅迫對荻2013采收種子的萌發(fā)情況、種子抗旱指數(shù)以及種子各種萌發(fā)狀況均有抑制作用。綜合分析當(dāng)年采收荻種子在不同濃度鹽堿脅迫下各指標(biāo)的反應(yīng)情況可以看出，除當(dāng)年采收荻種子的發(fā)芽率隨復(fù)合鹽堿脅迫濃度增大而降低，發(fā)芽勢波動下降外，當(dāng)年生種子發(fā)芽指數(shù)、種子活力、耐鹽堿指數(shù)均呈現(xiàn)隨復(fù)合鹽堿濃度增大而先增大后降低的變化趨勢，即呈現(xiàn)低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的趨勢，且除發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)外各指標(biāo)在脅迫濃度為0.394%和0.788%時(shí)，高于對照，綜合各指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.394%和0.788%時(shí)，當(dāng)年生荻種子各指標(biāo)基本高于對照，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.182%時(shí)，各指標(biāo)基本維持在對照水平，而當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為1.576%時(shí)，各指標(biāo)顯著下降，顯著低于對照。由此可見，當(dāng)復(fù)合鹽堿濃度為0.788%時(shí)，當(dāng)年采收荻種子可正常發(fā)育，而0.394%左右的鹽堿脅迫為當(dāng)年采收荻的最適濃度且0.394%的鹽堿脅迫能夠提高荻當(dāng)年采收種子對鹽堿脅迫的適應(yīng)能力。當(dāng)復(fù)合鹽堿脅迫濃度達(dá)1.970%時(shí)，當(dāng)年生荻種子萌發(fā)各指標(biāo)均處于非常低的水平，說明1.970%的復(fù)合鹽堿濃度已超過當(dāng)年生荻種子萌發(fā)的耐受范圍。

復(fù)合鹽堿脅迫對荻經(jīng)一年貯藏2012年采收種子的萌發(fā)狀況和種子的耐鹽堿指數(shù)均有抑制作用。綜合各指標(biāo)綜合分析，經(jīng)一年貯藏的荻種子的各指標(biāo)隨復(fù)合鹽堿濃度增大而逐漸降低，2012年采收荻種子能耐受0.394%左右的鹽堿脅迫，當(dāng)濃度達(dá)0.788%以上，經(jīng)一年貯藏的荻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著低于對照，當(dāng)濃度增大為1.576%時(shí)，種子各指標(biāo)極顯著低于對照，種子活力基本喪失，說明經(jīng)一年貯藏的荻種子，不能耐受1.576%的鹽堿脅迫。

由此推斷鹽堿脅迫下荻2013年采收種子和2012年采收種子各相關(guān)指標(biāo)呈現(xiàn)不同的變化趨勢的原因可能是荻在貯藏過程中發(fā)生了某些物理或化學(xué)生物理化性質(zhì)變化。種子的耐鹽堿性受溫度、水分等多種因素制約，并且種子的萌發(fā)要經(jīng)歷一系列生物理化反應(yīng)。因此，導(dǎo)致鹽堿脅迫下當(dāng)年采收種子和經(jīng)一年貯藏種子發(fā)生如此變化的原因有待于進(jìn)一步研究。

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