鹽堿脅迫和干旱脅迫對(duì)紫蘇種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響

蘇銀玲，李易蓉，木萬(wàn)福，呂維梧，楊子祥

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所/元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651300）

紫蘇[Perilla frutescens （L.） Britt.]屬唇形科紫蘇屬1年生草本植物，是一種優(yōu)異的出口創(chuàng)匯型蔬菜。紫蘇又名回回蘇、白蘇、蘇葉等，是首批國(guó)家衛(wèi)健委頒布的60種藥食兼用植物之一，其幼苗及嫩葉具有獨(dú)特香味，莖、葉和種子均可入藥。紫蘇種子油中的α-亞麻酸（人體必需脂肪酸）含量高達(dá)65%，因其能夠促進(jìn)大腦發(fā)育和治療心腦血管疾病，國(guó)內(nèi)外研究人員已廣泛開(kāi)展了研究和開(kāi)發(fā)。

種子萌發(fā)是植物整個(gè)生命活動(dòng)中的關(guān)鍵步驟，此時(shí)對(duì)鹽堿和干旱等非生物脅迫非常敏感。紫蘇種子表面蠟質(zhì)層較厚，種皮透水、透氣性差，導(dǎo)致其休眠時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)芽率低。呂桂云等、張華等研究了赤霉素和低溫處理對(duì)紫蘇種子發(fā)芽特性和發(fā)芽率的影響。余啟華研究了紫蘇種子發(fā)芽檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。伴隨我國(guó)可耕用土地面積的不斷減少，土壤干旱和鹽堿化程度及面積逐年增加，干旱脅迫和鹽堿脅迫成為制約種子萌發(fā)的重要因素。本試驗(yàn)使用不同濃度4種鈉鹽、聚乙二醇（PEG）和甘露醇分別模擬不同程度的鹽堿脅迫和干旱脅迫，研究其對(duì)紫蘇種子萌發(fā)的影響，旨在為評(píng)價(jià)紫蘇種子的抗逆性及紫蘇的栽培管理等提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

紫蘇種子（麗江市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)）；PEG、甘露醇、NaCl、NaSO、NaHCO和NaCO試劑均為分析純。

1.3 試驗(yàn)方法

鹽堿脅迫處理，分為3組：中性單鹽，為NaCl溶液；中性混合鹽，為NaCl和NaSO混合溶液（物質(zhì)的量濃度比為1∶2）；堿性混合鹽，為NaCl、NaSO、NaHCO和NaCO混合溶液（物質(zhì)的量濃度比為5∶23∶9∶3）。每組分別設(shè)置0（去離子水為對(duì)照）、25、50、75、100、125、150 mmol/L 7個(gè)濃度梯度。

干旱脅迫處理，分為2組：甘露醇溶液設(shè)置0（去離子水為對(duì)照）、75、150、225、300、375、450 mmol/L 7個(gè)濃度梯度；PEG溶液設(shè)置0（去離子水為對(duì)照）、5%、10%、15%、20%、25%共6個(gè)濃度梯度。

選用大小均勻、顆粒飽滿(mǎn)的紫蘇種子，在0.15%福爾馬林溶液中浸泡消毒5 min后用清水沖洗3次。將消毒后的紫蘇種子放在鋪有2層濾紙的直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)，加入對(duì)應(yīng)濃度的鹽溶液、甘露醇溶液和PEG溶液。每皿平均放置50粒種子，將培養(yǎng)皿放入光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為25 ℃，光照時(shí)間為24 h，每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)稱(chēng)質(zhì)量法添加去離子水，以補(bǔ)充因蒸發(fā)減少的水分。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目及方法

發(fā)芽期間每天記錄種子的發(fā)芽數(shù)，待種子發(fā)芽達(dá)到高峰時(shí)統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，并在第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，計(jì)算其發(fā)芽指數(shù)。在第10天測(cè)量不同處理紫蘇幼苗高度（各重復(fù)隨機(jī)選取10株，共30株），把植株根、莖的分節(jié)點(diǎn)作為起點(diǎn)，測(cè)量芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)。將發(fā)芽種子去掉種皮，測(cè)定其鮮質(zhì)量；計(jì)算種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和抗旱指數(shù)。

萌發(fā)抗旱指數(shù)＝處理組萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照組萌發(fā)指數(shù)。式中：Gt為t時(shí)間的每日新增發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)；S為幼苗平均鮮質(zhì)量；ndx為第x天的發(fā)芽率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用WPS軟件和DPS軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫和干旱脅迫對(duì)紫蘇種子萌發(fā)的影響

2.1.1 鹽堿脅迫和干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)時(shí)間的影響

2.1.1.1 鹽堿脅迫對(duì)種子萌發(fā)時(shí)間的影響 由表1可知，紫蘇種子起始發(fā)芽時(shí)間在3種鹽堿脅迫下都有不同程度的推遲；堿性混合鹽的影響變化最大，當(dāng)鹽濃度為25～50 mmol/L時(shí)，發(fā)芽起始時(shí)間未受影響，75～100 mmol/L鹽溶液則推遲了發(fā)芽，鹽濃度達(dá)到125 mmol/L后種子在試驗(yàn)期間未發(fā)芽；中性混合鹽濃度為25 mmol/L時(shí)，對(duì)發(fā)芽起始時(shí)間無(wú)影響，50～150 mmol/L時(shí)推遲了發(fā)芽；中性單鹽所有含鹽處理均推遲了發(fā)芽。

由圖1可知，隨著時(shí)間的推移，對(duì)照組與處理組的累計(jì)發(fā)芽率均逐漸增大，在第5天前后達(dá)到峰值后逐漸穩(wěn)定；其中，在發(fā)芽試驗(yàn)的前2天，對(duì)照組與處理組都很少發(fā)芽，從第3天開(kāi)始，對(duì)照組與處理組的累計(jì)發(fā)芽率差別快速擴(kuò)大。結(jié)合圖2可知，紫蘇種子的萌發(fā)過(guò)程均受到3種鹽的抑制，隨著鹽溶液濃度的升高累計(jì)發(fā)芽率總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)鹽濃度為25～50 mmol/L時(shí)，種子均可發(fā)芽；當(dāng)鹽濃度為75～100 mmol/L時(shí)，堿性混合鹽和中性混合鹽處理的種子發(fā)芽率顯著降低；當(dāng)鹽濃度為125～150 mmol/L時(shí)，所有含鹽處理的種子發(fā)芽率均顯著降低，其中堿性混合鹽對(duì)紫蘇種子的萌發(fā)過(guò)程抑制作用最大，發(fā)芽率隨鹽濃度增加下降幅度最大，中性混合鹽次之，中性單鹽最小。

圖1 不同濃度鹽溶液脅迫下的累計(jì)發(fā)芽率變化

圖2 不同鹽濃度對(duì)發(fā)芽率的影響

2.1.1.2 干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)時(shí)間的影響 從表1還可以看出，在模擬干旱脅迫的濃度范圍內(nèi)，紫蘇種子的起始發(fā)芽時(shí)間在低濃度甘露醇（0～150 mmol/L，下同）作用下未受影響，而在高濃度甘露醇（＞150 mmol/L，下同）和PEG脅迫下，隨著濃度升高發(fā)芽時(shí)間不斷推遲。說(shuō)明甘露醇和PEG對(duì)紫蘇種子的萌發(fā)過(guò)程有抑制作用。

表1 不同濃度鹽脅迫對(duì)種子起始發(fā)芽時(shí)間的影響

由圖3可知，隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，對(duì)照組和處理組的累計(jì)發(fā)芽率均不斷增大；種子在第3～5天迅速萌發(fā)，并在第8天達(dá)到峰值。隨著甘露醇、PEG濃度增大，模擬干旱脅迫程度加重，同一處理時(shí)間紫蘇種子的累計(jì)發(fā)芽率不斷下降，濃度越高發(fā)芽率越低。

圖3 不同濃度干旱脅迫下的累計(jì)發(fā)芽率變化

2.1.2 鹽堿脅迫和干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)特性的影響

2.1.2.1 鹽堿脅迫對(duì)種子萌發(fā)特性的影響 植物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)將影響發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度。由表2可知，伴隨3種鹽濃度的增大，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。中性單鹽濃度達(dá)到25 mmol/L后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著降低，達(dá)到125 mmol/L后，發(fā)芽勢(shì)顯著下降。中性混合鹽濃度達(dá)到25 mmol/L后，活力指數(shù)顯著降低，達(dá)到50 mmol/L后，發(fā)芽指數(shù)顯著降低，達(dá)到75 mmol/L后，發(fā)芽勢(shì)顯著下降。堿性混合鹽濃度達(dá)到25 mmol/L后，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著降低。高濃度處理嚴(yán)重抑制種子的萌發(fā)，堿性混合鹽影響最大，中性混合鹽次之，中性單鹽最小，表明紫蘇種子在萌發(fā)過(guò)程中對(duì)中性單鹽的耐受性較強(qiáng)，對(duì)堿性混合鹽較敏感，堿性越大脅迫程度越高。

表2 不同濃度鹽處理對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

2.1.2.2 干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)特性的影響 由表3可知，隨甘露醇、PEG濃度的增大，紫蘇種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均不斷下降。甘露醇濃度達(dá)到75 mmol/L后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著下降，達(dá)到375 mmol/L后，發(fā)芽勢(shì)顯著降低。PEG濃度達(dá)到5%后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著下降，達(dá)到25%后，發(fā)芽勢(shì)顯著降低。低濃度甘露醇、PEG脅迫下，種子的萌發(fā)活力明顯降低；高濃度甘露醇、PEG脅迫下，嚴(yán)重抑制種子的萌發(fā)活力。表明干旱脅迫在不同程度上抑制了紫蘇種子萌發(fā)，并影響發(fā)芽能力、發(fā)芽速度以及活力大小。

萌發(fā)抗旱指數(shù)是檢驗(yàn)干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)影響情況的常用指標(biāo)，隨著甘露醇、P E G溶液濃度升高，紫蘇種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)顯著下降（表3），這說(shuō)明紫蘇種子萌發(fā)情況隨著甘露醇、P E G溶液濃度增加而受到抑制作用增大。

表3 不同干旱脅迫對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

2.2 鹽堿脅迫和干旱脅迫對(duì)紫蘇幼苗的影響

胚根和胚芽在種子萌發(fā)后開(kāi)始生長(zhǎng)，胚根是吸取水分的器官，其長(zhǎng)短在植物幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中起著重要作用，胚芽可發(fā)育成幼苗的莖和葉，其長(zhǎng)短決定了幼苗出苗后的強(qiáng)健程度，因此脅迫環(huán)境下植物胚根和胚芽的長(zhǎng)度可以作為植物抗性的一項(xiàng)衡量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 鹽堿脅迫對(duì)紫蘇幼苗的影響

從表4可以看出，3種鹽均對(duì)紫蘇幼苗有抑制作用，隨著鹽濃度的增加，胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和幼苗鮮質(zhì)量均呈下降趨勢(shì)。鹽濃度達(dá)到25 mmol/L后，胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和鮮質(zhì)量均顯著降低；當(dāng)鹽濃度達(dá)到50 mmol/L后，中性單鹽胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)均不再有顯著變化，中性混合鹽胚根長(zhǎng)不再有顯著變化；堿性混合鹽的損害最為嚴(yán)重，表現(xiàn)在同樣濃度的中性單鹽、中性混合鹽和堿性混合鹽環(huán)境下，堿性混合鹽的胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和鮮質(zhì)量均最低，且鹽濃度達(dá)到75 mmol/L后，幼苗不能正常生長(zhǎng)。

表4 不同鹽濃度對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.2 干旱脅迫對(duì)紫蘇幼苗的影響

由表5可知，甘露醇和PEG對(duì)幼苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和幼苗鮮質(zhì)量均有抑制作用，且隨著處理濃度升高抑制作用加強(qiáng)。當(dāng)甘露醇濃度達(dá)到75 mmol/L后，胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和幼苗鮮質(zhì)量均顯著降低；當(dāng)PEG濃度達(dá)到5%后，胚根長(zhǎng)均顯著降低，達(dá)到10%后，幼苗鮮質(zhì)量顯著降低，達(dá)到15%后，胚芽長(zhǎng)顯著降低。結(jié)果表明，不同干旱處理對(duì)紫蘇種子均造成了傷害，生長(zhǎng)發(fā)育均受到抑制。

表5 不同干旱脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響

3 討論

種子能否正常萌發(fā)、出苗、發(fā)育取決了植物正常生長(zhǎng)與否及最終產(chǎn)量大小。水分作為植物種子萌發(fā)時(shí)期所必須的物質(zhì)，鹽堿脅迫和干旱脅迫因?yàn)闈B透或離子效應(yīng)影響種子的吸水作用，從而影響種子發(fā)芽，最終導(dǎo)致發(fā)芽率下降、種子失活、幼苗鮮質(zhì)量降低或致死等現(xiàn)象。

鹽分是土壤中常有的營(yíng)養(yǎng)元素，但是過(guò)高的含鹽量會(huì)通過(guò)多個(gè)生理反應(yīng)對(duì)植物造成傷害，阻礙植物的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紫蘇種子對(duì)中性單鹽的耐受性最強(qiáng)，中性混合鹽次之，堿性混合鹽最弱。主要體現(xiàn)在中性單鹽處理的種子發(fā)芽率等的降低程度較中性混合鹽和堿性混合鹽處理的小；中性混合鹽及堿性混合鹽低濃度時(shí)抑制紫蘇種子萌發(fā)甚至致死，這與葉景學(xué)等、張晶晶等、左嬋等的研究結(jié)果一致。可能原因是在堿性鹽脅迫下，種子不僅要抵制滲透脅迫和離子毒害，還要抵制pH值效應(yīng)。碳酸氫根和碳酸根離子導(dǎo)致環(huán)境中pH值增大，促使離子堆積，引發(fā)根際營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和離子失衡，阻礙根細(xì)胞質(zhì)膜的滲透，使根失去選擇吸收離子的能力。

在種子發(fā)芽過(guò)程中，隨甘露醇和PEG濃度增大，紫蘇種子起始萌發(fā)時(shí)間推遲，并降低了發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。這大概是由于水分缺乏抑制了吸水作用，增加了吸水萌發(fā)時(shí)間，損耗了種子內(nèi)貯存物質(zhì)，最終導(dǎo)致種子萌發(fā)后早期生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，活力指數(shù)降低。

4 結(jié)論

紫蘇種子萌發(fā)過(guò)程受鹽堿脅迫和干旱脅迫抑制，且隨脅迫程度增加而抑制作用增強(qiáng)，堿性混合鹽的抑制作用比中性混合鹽更明顯。本試驗(yàn)中，紫蘇種子起始發(fā)芽時(shí)間在3種鹽堿脅迫和2種干旱脅迫下均有不同程度的推遲；當(dāng)堿性混合鹽濃度達(dá)到125 mmol/L后，種子在試驗(yàn)期間未發(fā)芽。種子萌發(fā)過(guò)程均受到3種鹽的抑制，隨著鹽溶液濃度的升高，累計(jì)發(fā)芽率總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)鹽濃度為125～150 mmol/L時(shí)，中性混合鹽和堿性混合鹽處理的種子發(fā)芽率均顯著降低；當(dāng)中性單鹽濃度達(dá)到25 mmol/L后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著降低；當(dāng)中性混合鹽濃度達(dá)到50 mmol/L后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著降低；當(dāng)堿性混合鹽濃度達(dá)到25 mmol/L后，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著降低。當(dāng)甘露醇濃度達(dá)到75 mmol/L后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著下降；當(dāng)PEG濃度達(dá)到5%后，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著下降。

3種鹽脅迫和2種干旱脅迫處理均對(duì)紫蘇幼苗有抑制作用，隨著處理濃度的升高其抑制作用加強(qiáng)，胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和幼苗鮮質(zhì)量均呈下降趨勢(shì)。

低濃度中性單鹽和中性混合鹽對(duì)紫蘇種子及幼苗生長(zhǎng)的抑制作用較小，高濃度中性單鹽、中性混合鹽和低濃度堿性混合鹽的抑制作用較大，說(shuō)明紫蘇種子及幼苗對(duì)鹽堿和干旱的耐受性不高。因此，在大田操作中，要選擇適宜的地塊進(jìn)行種植，且在種子萌發(fā)時(shí)要注意及時(shí)補(bǔ)充水分。