鹽脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

鄭金雙，李曉麗，武婭歌，王文頗

(河北科技師范學院，河北 秦皇島,066600)

土壤鹽堿化是全球性問題，也是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的非生物脅迫因子，對世界范圍內(nèi)的作物生長產(chǎn)生巨大影響。我國華北地區(qū)內(nèi)陸鹽漬土多屬氯化物硫酸鹽土，海濱鹽土區(qū)多屬氧化物鹽土，過渡地帶多屬硫酸鹽氯化物鹽土[1]。種子發(fā)芽是植物生長發(fā)育的起始階段，這一時期的特性決定了鹽堿化地區(qū)植物能否成功建苗，該時期能否順利進行影響植物的整個生長發(fā)育過程。渤海灣鹽漬土土壤鹽分含量主要由Cl-和Na+含量水平?jīng)Q定[2]。鹽脅迫處理對種子發(fā)芽和根長均有不利的影響[3～7]。植物為抵御脅迫環(huán)境會采取保護性措施，如脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累[8～12]。

白薇藥材為蘿藦科植物白薇(CynanchumatratumBge.)或蔓生白薇(CynanchumversicolorBge.)的干燥根際根莖，是臨床常用中藥之一，具有清熱涼血、利尿通淋、解毒療皰之功效[13]。目前，關(guān)于白薇的報道多限于其活性成分的提取與藥理研究[14～17]，關(guān)于白薇栽培方面的研究未見報道。白薇野生資源日漸稀缺，急需對其進行人工栽培與繁育，隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，對白薇抗逆性研究工作勢在必行。筆者采用不同濃度的鹽分對白薇種子萌發(fā)階段進行處理，探究白薇種子萌發(fā)時期適宜的鹽分濃度，為白薇栽培生產(chǎn)與后續(xù)選種工作奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗所用白薇(CynanchumatratumBge.)種子采自秦皇島市青龍滿族自治縣，經(jīng)河北科技師范學院徐興友教授鑒定為蘿藦科白薇的種子。

1.2 方法

1.2.1種子發(fā)芽 選取50粒飽滿、無病蟲害的白薇種子，蒸餾水中浸泡2 h，后置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，分別采用NaCl，Na2CO3，Na2SO4等3種鹽7個不同濃度(n=50，100，150，200，250，300 mmol·L-1)對白薇種子萌發(fā)過程進行耐鹽性處理，每個處理設(shè)置3次重復，以蒸餾水處理作為空白對照(CK)。處理溶液量以上層濾紙濕潤、傾斜時皿底無溶液積聚為宜，置于25 ℃智能光照培養(yǎng)箱內(nèi)進行發(fā)芽試驗，試驗期間若發(fā)現(xiàn)輕微發(fā)霉的種子，需取出用水沖洗后放回原處發(fā)芽。從發(fā)芽之日起，隔天記錄發(fā)芽種子數(shù)量，直至不再有增加為止，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對鹽害率等耐鹽性指標。

1.2.2發(fā)芽指標統(tǒng)計與計算

發(fā)芽率=(第13天統(tǒng)計發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽勢(GE)=(前9 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=ΣGt/Dt，Gt指時間t時的發(fā)芽數(shù)，Dt指相應(yīng)的發(fā)芽時間。

相對發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/CK萌發(fā)種子數(shù))×100%

種子耐鹽適宜范圍=發(fā)芽率達到CK發(fā)芽率75%時相對應(yīng)的鹽液濃度

種子耐鹽半致死濃度=發(fā)芽率達到CK發(fā)芽率的50%的鹽液濃度

種子耐鹽極限濃度=發(fā)芽率達到CK發(fā)芽率的10%的鹽液濃度

相對鹽害率=[(對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率]×100%

1.2.3脅迫相關(guān)生理指標測定 游離脯氨酸的質(zhì)量分數(shù)采用酸性茚三酮比色法測定[18]，單位μg·g-1；可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)采用蒽酮比色法測定[19]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

NaCl濃度為15 mmol·L-1時，白薇種子萌發(fā)發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽率等各項指標均高于CK，但差異不顯著，相對鹽害率為0%(表1)。NaCl濃度≥25 mmol·L-1時，各指標均低于CK，并且隨著NaCl濃度的增加均呈現(xiàn)下降趨勢。當NaCl濃度≥100 mmol·L-1時，白薇種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽率等各項指標與CK間差異極顯著。NaCl濃度為300 mmol·L-1時，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽率均為0%，相對鹽害率為100%。

表1 NaCl脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

NaCl濃度為15，25 mmol·L-1處理時與對照白薇種子均在第5天開始發(fā)芽，而NaCl濃度為50，100，150，200 mmol·L-1發(fā)芽時間均有不同程度的延遲，依次為第6，第7，第9，第13天(圖1)。

2.2 不同濃度Na2SO4脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

試驗結(jié)果表明，Na2SO4濃度≤100 mmol·L-1處理時，白薇種子的發(fā)芽率和相對發(fā)芽率均高于CK，但差異不顯著，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)隨著Na2SO4濃度的增加呈下降趨勢(表2)。當Na2SO4濃度≥200 mmol·L-1時白薇種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽率等指標與CK間差異顯著或極顯著。Na2SO4濃度≤100 mmol·L-1時，各處理相對鹽害率為0%，發(fā)芽時間與CK相同。Na2SO4濃度為150，200，300 mmol·L-1處理時白薇種子的萌發(fā)時間均有不同程度的延遲，依次為第7，第7，第9天，CK為第5天發(fā)芽(圖2)。

圖1 NaCl脅迫下白薇種子發(fā)芽進程

表2 Na2SO4脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

圖2 Na2SO4脅迫下白薇種子發(fā)芽進程

2.3 不同濃度Na2CO3脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

Na2CO3濃度≤25 mmol·L-1時，白薇種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均高于CK，而發(fā)芽指數(shù)和相對發(fā)芽率低于CK，但差異不顯著，此時白薇種子的相對鹽害率為0%(表3)。當Na2CO3濃度≥50 mmol·L-1時白薇種子萌發(fā)各項指標均低于CK，并隨著Na2CO3濃度增加呈現(xiàn)下降趨勢。當Na2CO3濃度為300 mmol·L-1時，白薇種子萌發(fā)各項指標均為0%，相對鹽害率為100%。Na2CO3濃度≥150 mmol·L-1時，白薇種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)各項指標與CK間差異極顯著。

Na2CO3濃度≤100 mmol·L-1時對白薇種子發(fā)芽時間沒有顯著影響，與CK一致，均為第5天發(fā)芽。Na2CO3濃度為150 mmol·L-1時，白薇種子萌發(fā)時間為第7天，200 mmol·L-1時為第10天。Na2CO3濃度為300 mmol·L-1時，白薇種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽率均為0%，相對鹽害率為100%(圖3)。

表3 Na2CO3脅迫對白薇種子萌發(fā)的影響

圖3 Na2CO3脅迫下白薇種子發(fā)芽進程

2.4 白薇種子耐鹽濃度

由3種鹽處理的白薇種子相對發(fā)芽率與對應(yīng)鹽濃度的相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鹽濃度與相對發(fā)芽率呈極顯著負相關(guān)(表4)。白薇種子的耐鹽適宜濃度為39 mmol·L-1NaCl，85 mmol·L-1Na2CO3，217 mmol·L-1Na2SO4；耐鹽半致死濃度為64 mmol·L-1NaCl，131 mmol·L-1Na2CO3，312 mmol·L-1Na2SO4；耐鹽極限濃度為105 mmol·L-1NaCl，206 mmol·L-1Na2CO3，459 mmol·L-1Na2SO4。3種鹽對白薇種子萌發(fā)抑制作用由強到弱依次為：NaCl，Na2CO3，Na2SO4。

表4 白薇種子相對發(fā)芽率與鹽濃度的相關(guān)性分析

注：**相關(guān)性達到極顯著水平，y為相對發(fā)芽率，x為對應(yīng)鹽濃度。

2.5 鹽脅迫對白薇種子生理活性的影響

NaCl處理后，白薇種子內(nèi)游離脯氨酸的質(zhì)量分數(shù)均高于CK(除200 mmol·L-1的處理外)，隨著處理的鹽濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(圖4)。Na2SO4和Na2CO3處理后，白薇種子內(nèi)游離脯氨酸的質(zhì)量分數(shù)均呈現(xiàn)隨著鹽濃度的增加而先上升后下降的變化趨勢。Na2SO4濃度為100 mmol·L-1時，白薇種子內(nèi)游離脯氨酸的質(zhì)量分數(shù)最高。Na2CO3濃度為50 mmol·L-1時，白薇種子內(nèi)游離脯氨酸的質(zhì)量分數(shù)最高。

圖4 鹽脅迫對白薇種子游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)的影響

不同濃度的3種鹽處理白薇種子時，種子內(nèi)可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)均高于CK(圖5)。NaCl濃度為300 mmol·L-1時白薇種子內(nèi)可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)最高。其中NaCl和Na2SO4處理后，白薇種子內(nèi)可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)隨著鹽濃度的增加呈明顯上升趨勢；而不同濃度Na2CO3處理后，各處理間比較發(fā)現(xiàn)白薇種子內(nèi)可溶性糖的質(zhì)量分數(shù)差異不明顯。

圖5 3種鹽脅迫對白薇種子內(nèi)可溶性糖質(zhì)量分數(shù)的影響

3 討 論

發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)是評價種子萌發(fā)階段的重要指標，反映種子發(fā)芽的速度、整齊度和苗壯潛力。沿海地區(qū)以氯化鹽為主，內(nèi)陸地區(qū)主要是硫酸鹽和碳酸鹽。鹽脅迫成為植物生長發(fā)育過程中的主要逆境因素之一，不僅影響植物的生長發(fā)育，而且對產(chǎn)量造成重要影響。本次研究在實驗室條件下模擬3種不同鹽不同濃度處理對白薇種子萌發(fā)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)種子相對發(fā)芽率與鹽濃度之間呈顯著的負相關(guān)。低濃度鹽處理對白薇種子萌發(fā)具有一定的促進作用，隨著鹽濃度的增加呈現(xiàn)逐漸顯著的抑制作用，這與已有的研究結(jié)果類似[20～23]。3種鹽對白薇種子萌發(fā)的抑制作用不同，抑制作用由強到弱依次為：NaCl，Na2CO3，Na2SO4。鹽脅迫對植物種子萌發(fā)的抑制作用不僅表現(xiàn)在降低種子的萌發(fā)率，而且還推遲了種子的初始萌發(fā)時間，延長了種子的萌發(fā)時間。3種鹽濃度小于150 mmol·L-1時，均在第9天白薇種子發(fā)芽數(shù)量達到最高峰，低濃度鹽脅迫對白薇種子發(fā)芽勢時間沒有明顯影響；但鹽濃度≥150 mmol·L-1時，對白薇種子萌發(fā)時間和發(fā)芽勢均有明顯推遲作用。

鹽脅迫使植物種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和發(fā)芽率明顯降低，且隨著鹽濃度的增加抑制作用增強[24～27]；有些研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫對某些植物種子萌發(fā)特性表現(xiàn)低促高抑效應(yīng)[28，29]，可能與處理鹽濃度的選擇有關(guān)。本次研究中，低濃度鹽處理對白薇種子萌發(fā)時間沒有顯著影響，發(fā)芽相關(guān)指標有不同程度的增加，但高濃度鹽處理使萌發(fā)時間延遲，萌發(fā)相關(guān)指標隨著鹽濃度增加逐漸降低。有研究表明，雪菊種子耐鹽極限濃度為231 mmol·L-1Na2SO4，223 mmol·L-1NaCl[26]；紫花地丁種子的耐鹽極限濃度為324 mmol·L-1Na2SO4，122 mmol·L-1NaCl[12]；二色補血草耐鹽極限濃度為350 mmol·L-1Na2SO4，200 mmol·L-1NaCl[30]。本次研究中，白薇種子耐鹽的極限濃度為459 mmol·L-1Na2SO4，105 mmol·L-1NaCl，比較發(fā)現(xiàn)白薇種子發(fā)芽階段能夠耐受更高濃度的Na2SO4脅迫。前期研究也發(fā)現(xiàn)，白薇對于土壤水分虧缺和鹽堿化的耐受性相對較高，考慮到鹽堿地栽培藥用植物有較高的經(jīng)濟價值，有待進一步研究混合鹽脅迫對白薇種子萌發(fā)的作用。

植物對抗逆境脅迫通常通過調(diào)節(jié)自身一系列生理生化過程來適應(yīng)或抵御。有研究表明，銀柴胡植物能通過調(diào)節(jié)自身生長和保護酶系統(tǒng)、滲透物質(zhì)含量等來抵抗NaCl脅迫的傷害[31，32]。逆境條件下，植物通過合成積累脯氨酸等有機物質(zhì)來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的滲透壓，降低細胞的滲透勢，對植物體內(nèi)的酶和膜結(jié)構(gòu)有保護作用。游離脯氨酸和可溶性糖是植物細胞質(zhì)中兩種有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其主要參與細胞水平上的滲透調(diào)節(jié)作用，鹽堿脅迫易導致植物體內(nèi)脯氨酸和可溶性糖含量的積累[33～36]。研究發(fā)現(xiàn)，煙草與銀柴胡體內(nèi)的游離脯氨酸對鹽逆境脅迫下的調(diào)節(jié)作用較明顯[31,37]；鹽脅迫下羅布麻種子內(nèi)脯氨酸含量呈先增大后減小的趨勢[38]，與本研究中白薇種子特性相近。

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