溫度、NaCl及PEG脅迫對沙生木地膚種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

， ， ， ， ， ， ， ， (.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 呼和浩特 0003；.中國科學(xué)院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心， 呼和浩特 0003)

溫度、NaCl及PEG脅迫對沙生木地膚種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

伊風(fēng)艷1，2，王曉娟2，邱曉1，2，張園園1，2，賽希雅拉1，2，楊鼎1，2，王海明1，孫海蓮1，2，阿拉塔1
(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 呼和浩特 010031；2.中國科學(xué)院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心， 呼和浩特 010031)

以沙生木地膚種子為材料，置于不同變溫，不同NaCl和PEG-6000濃度下進(jìn)行萌發(fā)試驗，探討溫度、鹽脅迫和干旱脅迫對其發(fā)芽率和幼苗生長的影響。結(jié)果表明:沙生木地膚種子萌發(fā)的適宜溫度為25 ℃/15 ℃，發(fā)芽率為(92±3.27)%，但與20 ℃/10 ℃和15 ℃/5 ℃下發(fā)芽率無顯著差異，過高溫或過低溫周期對種子的萌發(fā)和幼苗生長具有抑制作用。低濃度的NaCl溶液(≤0.2 mol/L) 對種子的初始發(fā)芽率和最終發(fā)芽率沒有顯著影響，隨著 NaCl 濃度的增加，種子的發(fā)芽率和幼苗生長高度整體呈下降趨勢，種子的初始發(fā)芽時間逐漸推后，NaCl濃度gt;1.0 mol/L，種子仍能萌發(fā)，但幼苗生長基本停止；PEG脅迫下，沙生木地膚種子表現(xiàn)出較好的抗旱性，滲透勢≥-1.0 MPa下，PEG脅迫對種子的萌發(fā)抑制作用不明顯，滲透勢降低到-1.6 MPa時，發(fā)芽率仍高于40%，萌發(fā)幼苗仍能緩慢生長。

沙生木地膚； 鹽脅迫； 干旱脅迫； 萌發(fā)

木地膚(Kochiaprostrata(L.)Schrad.)是藜科(Chenopodiaceae)旱生牧草，其抗寒、抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄，適應(yīng)性廣，是干旱草原、荒漠草原改良天然草地的重要草種，具有較高的生態(tài)價值，也是干旱地區(qū)的重要飼用植物之一，被烏茲別克斯坦譽(yù)為“沙漠苜?！盵1-3]。目前對木地膚的研究，主要集中于栽培和引種馴化[4]、生態(tài)型[5]、防火帶[6]、飼用價值[7]及種子發(fā)芽率[8]等方面，而對于環(huán)境因子對木地膚種子萌發(fā)與幼苗生長特性的影響，前人也曾研究過，但由于材料取地不同，研究結(jié)果略有差異[9-10]。

種子萌發(fā)是植物生活史中的主要階段，是衡量植物抵抗逆境能力強(qiáng)弱的關(guān)鍵時期[11-12]，也是物種在時間和空間上成功定植的最為關(guān)鍵的階段[13]。種子能否順利萌發(fā)成苗不僅受到基因的調(diào)控，也受外界環(huán)境條件，如水分、溫度、鹽分及土壤化學(xué)物質(zhì)等的綜合影響[14-16]。溫度是種子萌發(fā)的重要生態(tài)因子，它影響種子萌發(fā)時的膜透性、膜結(jié)合蛋白的活力以及水解酶的性質(zhì)等[17]。干旱脅迫和鹽脅迫最嚴(yán)重的時期是種子萌發(fā)及幼苗期，種子在干旱和鹽堿環(huán)境下能否萌發(fā)是植株在干旱和鹽堿脅迫下能夠生長發(fā)育的前提[18]?；诖?，探討種子萌發(fā)及幼苗的生長對種子的有效應(yīng)用具有重要意義。因此，本研究以科爾沁沙地發(fā)現(xiàn)的木地膚新變種-沙生木地膚(Kochiaprostrata(L.) Schrad.var.horxina D.S.Wen)為材料，通過研究其在不同溫度、鹽脅迫(NaCl)、滲透脅迫(PEG-6000)下種子萌發(fā)及幼苗生長狀況，探討旱生植物種子在萌發(fā)期對溫度、鹽及干旱的承受能力，為下一步模擬生態(tài)環(huán)境的脅迫處理提供一定的試驗基礎(chǔ)，同時為沙生木地膚在干旱區(qū)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材 料

沙生木地膚種子于 2014 年 11 月采集于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院綜合試驗示范中心-四子王基地原種圃，經(jīng)過脫粒清選后，選取顆粒飽滿，完全成熟的種子貯藏于4 ℃條件下，于2015年5月進(jìn)行種子萌發(fā)試驗研究。NaCl 和PEG-6000 均為分析純。

1.2 方 法

1.2.1 沙生木地膚種子基本性狀

隨機(jī)選取籽粒飽滿的沙生木地膚種子20粒，利用游標(biāo)卡尺測定種子的長度和寬度。利用烘干減重法在(103±2)℃下測定種子含水量。利用萬分之一天平測定種子千粒重。

1.2.2 沙生木地膚種子萌發(fā)特性

取種子在自來水下沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗數(shù)遍，濾紙吸干表面水分。將種子均勻置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每組25 粒(4個重復(fù))進(jìn)行，置于GZX-系列光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗。萌發(fā)標(biāo)志為胚根突破種皮，種子萌發(fā)過程中，每隔24 h 觀測1 次并記錄種子的萌發(fā)情況。

在光周期(晝/夜)=12 h/12 h 條件下，設(shè)置5個變溫梯度，依次為：10 ℃/0 ℃，15 ℃/5 ℃，20 ℃/10 ℃，25 ℃/15 ℃，30 ℃/20 ℃，于蒸餾水中進(jìn)行萌發(fā)試驗；NaCl溶液設(shè)置8個濃度梯度：0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1，1.5，2 mol/L，PEG-6000(聚乙二醇)溶液設(shè)置10個濃度梯度：-0.05，-0.1，-0.2，-0.4，-0.6，-0.8，-1.0，-1.2，-1.6，-2.0 MPa，均以蒸餾水作為對照(ck)，為防止溶液蒸發(fā)，均用 Parafilm 封口膜封口，在溫度周期25 ℃/15 ℃條件下進(jìn)行不同處理萌發(fā)試驗，直到不再有種子萌發(fā)時即視為萌發(fā)結(jié)束。從每個培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取 10 株幼苗(萌發(fā)第8天)用直尺測量幼苗總長度。

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

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗中所有數(shù)據(jù)利用Excel進(jìn)行基本處理，用SAS(One-way ANOVA)分析軟件進(jìn)行單因素顯著性分析，Sigmaplot軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子基本特征

沙生木地膚種子的平均長度為(1.687 5±0.010 4)mm，平均寬度為(1.212 5±0.012 4)mm；種子含水量為(3.82±0.05)%；種子千粒重為(0.864 1±0.003 3)g。

2.2 變溫對沙生木地膚種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

從圖1可以看出，不同的變溫條件下，不同時間內(nèi)沙生木地膚種子發(fā)芽率存在差異。種子的初始發(fā)芽率隨著溫度的升高整體呈現(xiàn)上升趨勢，經(jīng)過24 h后，種子的發(fā)芽率迅速升高(gt;70%)。種子萌發(fā)的適宜溫度周期為25 ℃/15 ℃，發(fā)芽率為(92±3.27)%，但與20 ℃/10 ℃和15 ℃/5 ℃下發(fā)芽率無顯著差異(表1，pgt;0.05)，10 ℃/0 ℃和30 ℃/20 ℃下木地膚種子的萌發(fā)被顯著抑制(plt;0.05)。溫度對幼苗的生長也產(chǎn)生了一定的脅迫作用(圖2)，10 ℃/0 ℃下，幼苗生長狀態(tài)較差，隨著溫度的升高，幼苗生長高度顯著增加，但當(dāng)溫度達(dá)到30 ℃/20 ℃時，幼苗生長高度顯著下降，推測可能沙生木地膚萌發(fā)幼苗耐高溫和低溫能力相對較弱。

表1 沙生木地膚種子在不同溫度、NaCl溶液和PEG溶液中的最終發(fā)芽率

溫度 NaCl PEG 溫周期(℃)初始萌發(fā)時間(d)發(fā)芽率(%)濃度(mol/L)初始萌發(fā)時間(d)發(fā)芽率(%)濃度(MPa)初始萌發(fā)時間(d)發(fā)芽率(%)10/0185±3．83bc0(ck)192±3．27a0(ck)192±3．27a15/5188±3．27ab0．1190±2．31a-0．05190±2．31ab20/10188±3．27ab0．2190±5．16a-0．1189±2．00ab25/15192±3．27a0．4185±2．00b-0．2187±5．16ab30/20182±5．16c0．6182±2．31b-0．4187±8．25ab0．8169±3．83c-0．6186±6．00ab1138±2．31d-0．8186±5．16ab1．5216±3．26e-1．0186±5．03ab285±2．00f-1．2183±2．00b-1．6142±6．93c-2．026±2．31d

注:不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。圖1 不同溫度下沙生木地膚種子的萌發(fā)曲線

圖2 不同溫度下沙生木地膚幼苗的生長狀況

2.3 鹽脅迫對沙生木地膚種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

從圖3可以看出，NaCl溶液濃度≤0.2 mol/L，初始發(fā)芽率仍較高(gt;70%)，隨著 NaCl 濃度的增加，種子的初始發(fā)芽率整體呈下降趨勢，當(dāng)NaCl 溶液濃度≥0.4 mol/L，初始發(fā)芽率顯著降低，但隨著萌發(fā)時間的延長，累積發(fā)芽率呈現(xiàn)上升趨勢，但相對比較緩慢，NaCl 溶液濃度gt;1 mol/L，種子的初始萌發(fā)時間被延后，可見高鹽濃度延遲了種子的萌發(fā)時間。NaCl 溶液濃度≤0.2 mol/L時，與ck相比，種子最終發(fā)芽率無顯著差異(表1，pgt;0.05)，隨著NaCl 溶液濃度的增加，木地膚種子的累積發(fā)芽率顯著下降，NaCl 溶液濃度達(dá)到2.0 mol/L時，種子仍能夠萌發(fā)(5±2.00)%，但種子的初始萌發(fā)時間顯著延長(表1)。同時，與ck相比，NaCl濃度除0.1 mol/L外，其他濃度下幼苗的生長均被顯著抑制(圖4，plt;0.05)，當(dāng)NaCl濃度gt;1.0 mol/L，部分未萌發(fā)種子吸水膨脹成黑色的水球，即使種子萌發(fā)，萌發(fā)幼苗也逐漸變成褐色或黑褐色，進(jìn)而死亡。

圖3 不同濃度NaCl溶液下沙生木地膚種子的萌發(fā)曲線

2.4 PEG對木地膚種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

PEG 模擬干旱脅迫對沙生木地膚種子萌發(fā)及幼苗生長均具有顯著影響。隨著滲透勢的降低，沙生木地膚種子初始發(fā)芽率也呈現(xiàn)下降趨勢(圖5)。滲透勢≥-1.0 MPa，其最終發(fā)芽率與對照(92±3.27)%相比無顯著差異(pgt;0.05，表1) ，滲透勢降低到-1.2 MPa 以下時，種子萌發(fā)顯著被抑制，種子初始發(fā)芽率才顯著降低，可見沙生木地膚種子在較低滲透勢下仍然能夠萌發(fā)。PEG脅迫對沙生木地膚幼苗的生長也產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)滲透勢為-0.05 MPa時，幼苗生長狀態(tài)與對照無顯著差異(pgt;0.05，表1)，隨著滲透勢的降低，幼苗生長也被顯著抑制(plt;0.05)，當(dāng)滲透勢降低到-2.0 MPa 時，僅有個別種子萌發(fā)，且萌發(fā)幼苗生長緩慢，因此，較低滲透勢下沙生木地膚幼苗基本不能正常生長。

圖4 不同濃度NaCl溶液下沙生木地膚幼苗的生長狀況

圖5 不同濃度PEG溶液下沙生木地膚種子的萌發(fā)曲線

圖6 不同濃度PEG溶液下沙生木地膚幼苗的生長狀況

3 討 論

對于種子萌發(fā)來說，溫度是影響其萌發(fā)的關(guān)鍵因素，適宜的溫度能夠提高種子萌發(fā)率及幼苗生長[19-21]。不同物種的萌發(fā)對溫度的需求不同。如駝絨藜屬牧草種子[22]，白沙蒿[23]種子的適宜萌發(fā)溫度為25 ℃，梭梭[24]、木堿蓬[25]等植物種子卻是在低溫下有高的萌發(fā)率，而海韭菜[26]等在高溫下種子的萌發(fā)率較高。本試驗中，沙生木地膚種子在10 ℃/0 ℃～30 ℃/20 ℃溫差范圍內(nèi)均可萌發(fā)，且萌發(fā)率均達(dá)到70%以上，說明沙生木地膚種子萌發(fā)具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，可以在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下萌發(fā)。沙生木地膚種子最適宜萌發(fā)溫度為15～25 ℃之間，這與郭紅超等[9]的研究結(jié)果一致，但溫度過低和過高對種子萌發(fā)率仍具有一定的影響，并且幼苗生長受到顯著的抑制。

種子在鹽堿脅迫下是否能夠萌發(fā)被認(rèn)為是植物能否在鹽生環(huán)境下生存的關(guān)鍵。種子能夠在鹽脅迫條件下萌發(fā)，說明種子具有潛在的耐鹽性[27]。有研究表明，土壤表層含鹽量超過 0.6%時會抑制大多數(shù)植物的生長，種子萌發(fā)和幼苗階段是植物對鹽脅迫最敏感的時期，主要表現(xiàn)在抑制種子萌發(fā)和幼苗生長[11,28-29]。本試驗中，低濃度的NaCl鹽溶液(≤0.2 mol/L)對沙生木地膚種子的萌發(fā)抑制作用影響不大，發(fā)芽率能夠達(dá)到90%，表明它具有較強(qiáng)的耐鹽性，超過0.2 mol/L的濃度后初始發(fā)芽率和累計發(fā)芽率均顯著下降(plt;0.05)，這與郭紅超等[9]的研究結(jié)果類似，但本研究中低濃度的NaCl并未促進(jìn)種子的萌發(fā)。隨著濃度的增加，NaCl濃度達(dá)到1 mol/L時，種子的發(fā)芽率仍能夠達(dá)到38%，說明其耐鹽性較強(qiáng)，適宜的范圍較寬。但與新疆的木地膚相比，耐鹽性表現(xiàn)較差，新疆木地膚種子在2.0 mol/L NaCl溶液下發(fā)芽率仍為34%，而本研究中，當(dāng)NaCl濃度達(dá)到2.0 mol/L時，種子基本不能萌發(fā)，且一些種子逐漸水漬化而腐爛，有研究認(rèn)為可能是因為分布于不同地域的同一物種的不同生態(tài)型的種子在萌發(fā)期間適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境條件的策略[9,30]。

在荒漠化環(huán)境地區(qū)，干旱是限制植物生長和分布的主要因素。沙生木地膚作為旱生牧草，研究其在干旱脅迫下種子的萌發(fā)具有重要意義。有研究表明，在干旱地區(qū)種子能否萌發(fā)出苗是植物存活的關(guān)鍵[31]。本研究中，沙生木地膚種子在不同PEG濃度處理下的萌發(fā)動態(tài)大致相同，但脅迫處理對種子萌發(fā)具有一定的延緩作用，這與白藜[32]，灰綠藜[33]等的研究結(jié)果類似。沙生木地膚種子在滲透勢為-1.0 MPa下的最終萌發(fā)率與ck無顯著差異，滲透勢達(dá)到-1.6 MPa時，萌發(fā)率仍高于40%，萌發(fā)幼苗仍能緩慢生長，這表明沙生木地膚種子具有較強(qiáng)的抗旱性。

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(本欄目責(zé)任編輯：周介雄)

Effect of Temperature,NaCl and PEG Stress on Germination and Seedling Growth ofKochiaprostrata(L.) Schrad.var.horxina D.S.Wen

YIFengyan1，2,WANGXiaojuan1，2,QIUXiao1，2,ZHANGYuanyuan1，2,SAIxiyala1，2,YANGDing1，2,WANGHaiming1,SUNHailian1，2,ALata1
(1.Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences,Hohhot 010031，China;2.Inner Mongolia Prataculture Research Center,Chinese Academy of Sciences,Hohhot 010031,China)

In this research，Kochiaprostrata(L.) Schrad. var.horxina D.S.Wen was selected to study the effect on germination rate and seedling growth of different temperature，NaCl and PEG. The main results were as follows: The suitable temperature for germination ofKochiaprostrata(L.) Schrad. var.horxina D.S.Wen seed was 25 ℃/15 ℃，the germination percentage was (92±3.27)%，and no significantly differences for germination with the 20 ℃/10 ℃ and 15 ℃/5 ℃，low temperature and high temperature inhibited seed germination and seedling growth.Low concentration of NaCl (≤0.2 mol/L) had no effect for the germination and seedling growth,seed germination rate and seedling growth exhibits a downtrend and delayed initial germination time with the NaCl concentration increased,and the seedling did not grow in the concentration of NaCl was greater than 1.0 mol/L.Kochiaprostrata(L.) Schrad.var.horxina D.S.Wen exhibits a more drought resistance under PEG stress,the seed germination and seedling growth had no significantly inhibited when the osmotic stress greater than or equal -1.0 MPa,the germination rate was still higher than 40% in the osmotic potential reduced to -1.6 MPa,in the same times, seedling still could grow.

Kochiaprostrata(L.) Schrad.var.horxina D.S.Wen; salt stress； drought stress；germination

2016-04-10

青年基金“不同保存條件下華北駝絨藜種子老化機(jī)制及分子機(jī)理研究”(編號：2015 QNJJM 06)。

伊風(fēng)艷(1984—)，女，博士，助理研究員，研究方向：牧草遺傳育種與飼草料加工；E-mail：yifengyanonly88@126.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.11.046

S 548

A

1001-4705(2016)11-0046-05