NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

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(1.國(guó)家林業(yè)局鹽堿地研究中心， 北京 100091； 2.東營(yíng)市林業(yè)科學(xué)研究所， 山東 東營(yíng) 257091；3.東營(yíng)市綠洲生態(tài)科技有限公司， 山東 東營(yíng) 257019)

白榆(Ulmuspumila)系榆科榆屬高大喬木，抗逆性強(qiáng)，景觀(guān)效果好，材性?xún)?yōu)良，是我國(guó)分布范圍最廣和最重要的榆樹(shù)種[1]，也是榆屬植物中耐鹽堿能力突出的種，可用于我國(guó)三北地區(qū)及北部濱海鹽堿地區(qū)的造林綠化[2]。因此，在白榆耐鹽能力評(píng)價(jià)[3]、耐鹽生理特性分析[4]、耐鹽優(yōu)良家系無(wú)性系選育[5-6]等方面已開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作，研究結(jié)果均表明，白榆具有較強(qiáng)的耐鹽性，且在生理生化水平上具有相應(yīng)的耐鹽機(jī)制。

表1 NaCl脅迫對(duì)不同白榆家系種子發(fā)芽時(shí)間的影響

材料發(fā)芽開(kāi)始時(shí)間(d)0mmol/L50mmol/L100mmol/L150mmol/L200mmol/L250mmol/L300mmol/LMZ0011．33a2．00a2．00a3．00b3．33b4．33c6．00dMZ0021．00a1．00a2．00b3．00c3．00c4．00d5．00eMZ0031．00a2．00ab2．00ab3．33cd4．67de5．00e7．33f

注：不同字母表示同指標(biāo)不同NaCl脅迫處理間0.05水平上差異顯著。下同。

表2 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽率的影響

材料發(fā)芽率(%)0mmol/L50mmol/L100mmol/L150mmol/L200mmol/L250mmol/L300mmol/LMZ00163．33b63．33b73．33a60．00b58．33b46．67c43．33cMZ00286．67a78．33b61．67c48．33e53．33de55．00d26．67fMZ00375．00a60．00bc63．33b56．67c46．67d26．67e6．67f

種子的萌發(fā)是植物生活史中的關(guān)鍵一環(huán)，是保證植物生長(zhǎng)發(fā)育的前提條件[7]。鹽堿地植物群落的構(gòu)建首先取決于種子在鹽堿逆境條件下的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)。關(guān)于白榆種子萌發(fā)期耐鹽性方面已進(jìn)行了初步研究，但多是在種和種源水平上進(jìn)行[8]，在不同家系層面上的研究尚未開(kāi)展。由于白榆分布面積廣，受不同自然環(huán)境條件的長(zhǎng)期影響，種內(nèi)分化程度大，性狀變異顯著，因此，在家系水平上對(duì)其種子萌發(fā)期耐鹽性進(jìn)行研究顯得尤為重要。本試驗(yàn)以3個(gè)白榆優(yōu)良家系種子為試驗(yàn)材料，研究了鹽分脅迫對(duì)白榆不同家系種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，研究結(jié)果將揭示不同白榆家系間耐鹽性分化程度，為開(kāi)展白榆耐鹽優(yōu)良家系選育提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)，也將為白榆在鹽堿地區(qū)種子育苗、栽培和推廣應(yīng)用積累科學(xué)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)材料為3個(gè)白榆優(yōu)良家系(MZ 001、MZ 002、MZ 003)的當(dāng)年生種子，千粒重分別為9.31，9.43 g和9.91 g，來(lái)源于河南孟州市林業(yè)科學(xué)研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

選取均勻飽滿(mǎn)無(wú)病蟲(chóng)害的白榆種子，用自來(lái)水沖洗干凈，再用5%的次氯酸鈉溶液浸種消毒10 min后，用無(wú)菌水沖洗干凈備用。以50，100，150，200，250，300 mmol/L NaCl處理白榆種子，以蒸餾水處理為對(duì)照(ck)。每個(gè)家系各取20粒種子播種于直徑為9 cm，鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。水平放置于25 ℃，光照和黑暗交替(光照時(shí)間為16 h，黑暗時(shí)間為8 h)的培養(yǎng)室中培養(yǎng)，發(fā)芽期間，每天用稱(chēng)重法補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，使各培養(yǎng)皿中鹽濃度保持不變。

1.3 種子萌發(fā)特征指標(biāo)測(cè)定

逐日記錄發(fā)芽種子數(shù)(以胚根明顯突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))，連續(xù)觀(guān)察10 d，按以下公式計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)。

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100%。

發(fā)芽勢(shì)(%)=日最高峰時(shí)種子發(fā)芽粒數(shù)/種子總數(shù)×100%。

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)(式中：Gt為第t天的發(fā)芽總數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù))。

1.4 幼苗長(zhǎng)度測(cè)定

種子發(fā)芽10 d后，測(cè)量幼苗長(zhǎng)度(芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)之和)，以其均值做為幼苗長(zhǎng)度的指標(biāo)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel和SPSS 17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和Duncan多重比較等相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽時(shí)間的影響

從表1可以看出，NaCl處理影響了白榆不同家系種子的萌發(fā)進(jìn)程。隨著NaCl濃度增大，不同家系白榆種子萌發(fā)開(kāi)始時(shí)間明顯推遲，從1.00～1.33 d開(kāi)始萌發(fā)，迅速推遲至5.00～7.33 d開(kāi)始萌發(fā)，影響顯著且幅度較大。

2.2 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率反映了種子發(fā)芽的多少。從表2可以看出，隨著NaCl脅迫濃度的增大，家系MZ 001發(fā)芽率呈先升高后降低的趨勢(shì)，且在100 mmol/L NaCl處理下發(fā)芽率達(dá)到最高水平。隨著NaCl脅迫濃度的增大，MZ 002和MZ 003家系發(fā)芽率均呈下降趨勢(shì)。因此可知，NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽率有不同的抑制作用；因家系的不同，而表現(xiàn)不同；家系MZ 002和MZ 003在種子萌發(fā)階段與家系MZ 001相比，對(duì)NaCl脅迫更為敏感。

表3 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽勢(shì)的影響

材料發(fā)芽勢(shì)(%)0mmol/L50mmol/L100mmol/L150mmol/L200mmol/L250mmol/L300mmol/LMZ00130．00a31．67a23．33bc26．67ab20．00c13．33d13．33dMZ00263．33a40．00b21．67cd11．67e16．67de25．00c11．67eMZ00363．33a33．33b13．33c16．67c15．00c10．00cd3．33d

表4 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽指數(shù)的影響

材料發(fā)芽指數(shù)0mmol/L50mmol/L100mmol/L150mmol/L200mmol/L250mmol/L300mmol/LMZ00121．19a19．26b17．91b12．08c8．98d5．53e2．81fMZ00232．57a23．52b14．88c9．15de9．88d8．32e3．68fMZ00329．12a17．84b10．97c7．44d4．27e2．17f0．54g

表5 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)的影響

材料幼苗長(zhǎng)度(cm)0mmol/L50mmol/L100mmol/L150mmol/L200mmol/L250mmol/L300mmol/LMZ00149．33a38．33b21．00c16．33d14．33d9．67e3．33fMZ00248．33b68．00a40．67c23．67d17．67e15．00e4．33fMZ00344．33b57．33a42．00b20．00c16．67c10．33d3．67e

2.3 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽勢(shì)的影響

發(fā)芽勢(shì)反映了種子發(fā)芽的快慢和整齊度。由表3可知，隨著NaCl脅迫濃度的增大，3個(gè)家系發(fā)芽勢(shì)整體均呈逐漸下降的趨勢(shì)。其中家系MZ 001對(duì)照條件下發(fā)芽勢(shì)較低，為30.00%，隨NaCl濃度增加呈逐漸降低的趨勢(shì)，但降低幅度較小。家系MZ 002和MZ 003在對(duì)照條件下，發(fā)芽勢(shì)均較高，為63.33%，隨NaCl濃度增加呈現(xiàn)迅速降低的趨勢(shì)，且降低幅度較大。

2.4 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)能夠反映種子在整個(gè)發(fā)芽期的綜合活力。由表4可知，隨著NaCl脅迫濃度的增大，3個(gè)家系發(fā)芽指數(shù)整體均呈逐漸下降的趨勢(shì)。其中MZ 002在對(duì)照、低NaCl濃度和高NaCl濃度處理下，與家系MZ 001和MZ 003相比，發(fā)芽指數(shù)均較高。

2.5 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)的影響

幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)反映了種子發(fā)芽后NaCl對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響。由表5可知，隨著NaCl脅迫濃度的增大，家系MZ 001幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)呈逐漸降低的趨勢(shì)；家系MZ 002和MZ 003幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)均呈先升高后降低的趨勢(shì)，在50 mmol/L NaCl處理下幼苗長(zhǎng)度達(dá)到最大值；且家系MZ 002和MZ 003與家系MZ 001相比，幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)降低較為緩慢，表明在NaCl脅迫條件下，家系MZ 002和MZ 003幼苗生長(zhǎng)具有更強(qiáng)的抗逆性。

2.6 白榆不同家系幼苗生長(zhǎng)耐鹽閾值

以不同濃度NaCl脅迫下幼苗的相對(duì)長(zhǎng)度生長(zhǎng)量作為因變量(y，%)，以NaCl濃度作為自變量(x，mmol/L)建立回歸方程，以相對(duì)長(zhǎng)度生長(zhǎng)量達(dá)對(duì)照50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的NaCl濃度作為衡量不同家系的耐鹽臨界濃度(C50)，詳見(jiàn)表6。結(jié)果表明，若以C50作為衡量白榆不同家系耐鹽性強(qiáng)弱的指標(biāo)，則白榆3個(gè)家系的耐鹽性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篗Z 002>MZ 003>MZ 001，耐鹽閾值范圍為105.87～188.75 mmol/L。

表6 不同白榆家系幼苗的生長(zhǎng)臨界NaCl濃度

材料NaCl濃度(x)-幼苗相對(duì)生長(zhǎng)量(y)回歸方程C50(mmol/L)MZ001 y=0．0009x2-0．5589x+99．083 R2=0．9702105．87MZ002 y=-6E-05x2-0．367x+121．41 R2=0．8217188．75MZ003 y=-0．0MZ002x2-0．3373x+118．8 R2=0．861183．92

3 結(jié)論與討論

3.1 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系種子萌發(fā)特性的影響

隨NaCl脅迫濃度的增加，白榆不同家系種子開(kāi)始萌發(fā)時(shí)間逐漸推遲；MZ 002和MZ 003的發(fā)芽率呈逐漸下降趨勢(shì)，MZ 001種子發(fā)芽率呈先上升后下降的趨勢(shì)；3個(gè)不同家系種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均呈逐漸下降的趨勢(shì)。100 mmol/L NaCl濃度處理時(shí)，白榆不同家系間種子發(fā)芽率變化均不是很大，說(shuō)明白榆種子萌發(fā)時(shí)能夠忍受一定鹽濃度，具有一定的耐鹽性，只有鹽處理達(dá)到一定濃度，才會(huì)對(duì)白榆種子萌發(fā)造成嚴(yán)重影響。

3.2 NaCl脅迫對(duì)白榆不同家系幼苗生長(zhǎng)特性的影響

隨NaCl脅迫濃度的增加，家系MZ 001幼苗長(zhǎng)度生長(zhǎng)呈逐漸降低的趨勢(shì)，這與劉炳響等[8]的研究結(jié)果相一致；家系MZ 002和MZ 003呈先增加(50 mmol/L NaCl)后降低的趨勢(shì)，這與孫景寬等[9]的研究相一致；而在同一個(gè)種內(nèi)出現(xiàn)鹽脅迫下生長(zhǎng)趨勢(shì)不一致的現(xiàn)象，在其它研究中也有報(bào)道[10]。白榆不同家系幼苗在NaCl脅迫條件下表現(xiàn)出生長(zhǎng)趨勢(shì)的不一致，表明白榆不同家系間幼苗耐鹽性具有較大的遺傳變異，這也說(shuō)明白榆不同家系間具有較大的耐鹽良種選育潛力。

3.3 白榆不同家系耐鹽性

在植物的整個(gè)生活史中不同階段對(duì)逆境的忍耐能力不同，種子階段具有最強(qiáng)的抵抗極端環(huán)境條件的能力，而萌發(fā)后的幼苗抵抗極端環(huán)境條件的能力最弱[11]。因此，萌發(fā)的種子不一定出苗，即便出苗也不一定能夠成活，這也解釋了為什么濱海鹽堿地有很多白榆資源分布，每年大量種子散落，但林下極少有白榆幼苗成活；所以，對(duì)白榆這類(lèi)結(jié)實(shí)量很大的樹(shù)種來(lái)說(shuō)，不應(yīng)單純以發(fā)芽率等種子萌發(fā)時(shí)的指標(biāo)作為耐鹽性評(píng)價(jià)的依據(jù)，更應(yīng)關(guān)注其萌發(fā)后在鹽脅迫條件下的生長(zhǎng)狀況，從而對(duì)其耐鹽性做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

基于以上原因，本研究最終以白榆種子萌發(fā)后在NaCl脅迫下的生長(zhǎng)情況為主要依據(jù)，計(jì)算了不同家系的耐鹽閾值，在105.87～188.75 mmol/L之間，表明白榆不同家系間耐鹽性遺傳差異較大。因此，在白榆不同家系間開(kāi)展耐鹽選育工作顯得尤為重要。

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