鹽脅迫對蒙古黃芪種子萌發(fā)與幼苗生長的影響

馬彥軍, 倪 強, 楊永義, 盧 瑜, 馬 瑞

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 林學院, 甘肅 蘭州 730070)

鹽堿地是一種廣泛分布的低產(chǎn)土壤，隨著全球環(huán)境的不斷惡化，日益嚴重的土壤鹽堿化威脅著人類賴以生存的土地資源[1-2]。甘肅省鹽堿地總面積為1.41×106hm2，其中鹽堿耕地面積32.25 hm2，鹽堿荒地面積為1.09×106hm2[3]。如何有效利用這些鹽堿化土地已成為一個重要課題和研究方向。鹽堿地改良可以通過合理水土管理和化學改良，但成本高，效果很難持久，不易推廣[4-5]。國內(nèi)外許多研究證明，篩選耐鹽性品種，利用生物治鹽、改鹽是鹽堿地改良和提高鹽堿化土地利用率的一條有效途徑[6-7]。種子萌發(fā)期是植物生活史中對鹽脅迫十分敏感的時期，植物能否在鹽堿環(huán)境中生存，首先取決于它能否發(fā)芽、發(fā)芽率的高低以及發(fā)芽速度的快慢[8-9]。鹽生環(huán)境中，種子萌發(fā)是植物生存和延續(xù)至關重要的階段[10]，是植物適應環(huán)境變化并成功建殖于鹽生環(huán)境中的關鍵前提[11]。殘酷的生存條件導致植物出現(xiàn)不同的成長過程，而種子萌發(fā)和幼苗生長對鹽脅迫的響應是反映其適應環(huán)境的重要生態(tài)機制[12]。

蒙古黃芪(Astragalusmongholicus)為豆科黃芪屬多年生草本植物，又名綿芪、箭黃芪、箭芪，因其根長，形似箭桿，故有箭芪和箭黃芪之稱，產(chǎn)于甘肅定西、山西綿山等地。其干燥根為重要的中藥材[13]。隨著生活和醫(yī)療水平的提高，對黃芪的需求量逐步增加，導致人們對野生資源的過度采挖，野生黃芪資源已瀕臨滅絕，不能滿足人們的需求[14-15]。本試驗擬以甘肅省隴西地區(qū)栽培的蒙古黃芪種子為材料，研究不同種類和濃度的鹽脅迫對其種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，探索蒙古黃芪在種子萌發(fā)和幼苗階段對不同種類鹽脅迫的耐受閾值，以期為蒙古黃芪在甘肅鹽堿土地上的引種、馴化和大面積種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2017年8月在甘肅省隴西縣首陽中藥材科技示范園采集黃芪成熟種子。種子千粒重6.38 g。選取健壯飽滿、無損傷和無蟲害的種子進行試驗。將供試種子用0.1%高錳酸鉀消毒1 h，用無菌水沖洗干凈，浸泡在75 ℃水中，自然冷卻，放置24 h后進行不同鹽脅迫處理。

1.2 試驗方法

2017年10月14日利用發(fā)芽盒進行種子萌發(fā)出苗試驗。將蛭石清洗干凈，用高壓滅菌鍋滅菌，然后在干燥箱烘干，平鋪在發(fā)芽盒內(nèi)，厚3 cm。用等量的不同種類和濃度的鹽溶液將蛭石澆透作為苗床，以蒸餾水處理的蛭石苗床為對照(CK)。將種子均勻的條播在發(fā)芽盒里，覆蛭石0.5 cm左右。每個處理50粒種子，重復3次。在培養(yǎng)室進行發(fā)芽觀測。以肉眼看到種子出土為判斷標準，每24 h記錄一次種子萌發(fā)數(shù)，10月21日種子連續(xù)3 d沒有新的萌發(fā)時結束試驗。種子萌發(fā)試驗結束后從每個處理中取前3 d萌發(fā)的幼苗測定其根長以及苗長。

本試驗用于測試的鹽為NaCl，Na2SO4和NaHCO3，根據(jù)預試驗，設置NaCl和Na2SO4的濃度為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%共8個梯度；NaHCO3濃度為0.1%，0.3%，0.6%，0.9%，1.2%共5個梯度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行計算，差異顯著性分析及繪圖。相關指標的計算公式如下：

萌發(fā)率[16-17](GP)=GN/SN×100%

(1)

式中：GN——種子萌發(fā)總數(shù)；SN——種子總數(shù)。

(2)

式中：n1——前3 d內(nèi)正常發(fā)芽種子粒數(shù)；N——供試種子數(shù)。

根冠比[16-17](RSR)=根長/苗長

(3)

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

(4)

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對黃芪種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，蒙古黃芪種子在不同濃度的3種鹽脅迫下均能萌發(fā)。當NaCl，Na2SO4和NaHCO3鹽濃度分別為0.2%，0.6%和0.3%時，蒙古黃芪種子萌發(fā)率達最大，分別為61.23%，49.33%和40.13%，比對照(對照萌發(fā)率為39.33%)分別高出21.9%，10.0%和0.8%，超過此濃度后，萌發(fā)率開始下降，當NaCl濃度為0.6%，Na2SO4濃度為0.8%時，蒙古黃芪種子萌發(fā)率仍高于對照(對照萌發(fā)率為39.33%)，但差異不顯著(p<0.05)，這表明適當濃度的鹽溶液處理蒙古黃芪種子，能促進其萌發(fā)。蒙古黃芪種子在NaCl脅迫下的萌發(fā)率低于Na2SO4而高于NaHCO3。蒙古黃芪種子對不同類型鹽的耐受性各異，不同鹽分對蒙古黃芪種子萌發(fā)的抑制程度為Na2SO4

注：不同小寫字母表示不同濃度下在p<0.05水平上差異顯著。下同。

由圖2可看出，不同種類和濃度的鹽脅迫對蒙古黃芪種子的發(fā)芽勢均有影響，在NaCl濃度為0.2%,Na2SO4濃度為0.2%和NaHCO3濃度為0.3%下，發(fā)芽勢分別為55.33%，48.66%和41.67%，分別是對照(28.67%)的1.98,1.70和1.49倍，其余鹽濃度脅迫下，黃芪種子發(fā)芽勢比對照低，但沒有明顯的變化規(guī)律。這表明黃芪種子在低濃度的鹽土中能夠正常發(fā)芽，出苗也相對整齊，在高濃度的鹽土中蒙古黃芪種子雖能萌發(fā)，但出苗不整齊。從發(fā)芽勢來看，蒙古黃芪種子在NaHCO3脅迫下，發(fā)芽勢低，出苗不整齊，蒙古黃芪種子在NaCl，Na2SO4脅迫下發(fā)芽勢較高，出苗較整齊。

圖2 鹽脅迫對蒙古黃芪種子發(fā)芽勢的影響

2.2 鹽脅迫對黃芪種子相對鹽害率的影響

相對鹽害率用來反映種子萌發(fā)期鹽脅迫對種子的傷害程度。由圖3可知，蒙古黃芪種子的相對鹽害率隨著NaCl，NaHCO3濃度的增加呈先下降后上升的趨勢，隨著Na2SO4濃度的增加先增大，濃度達到0.8%之后趨于穩(wěn)定。由圖3可知，在低濃度下(NaCl<0.6%,Na2SO4<0.8%,NaHCO3<0.3%)，蒙古黃芪種子相對鹽害率均為負值，這說明3種鹽在低濃度時均可促進種子萌發(fā)，而高濃度時(相對鹽害率均為正值)則抑制黃芪種子的萌發(fā)。結果分析表明在3種鹽脅迫下，NaHCO3脅迫對蒙古黃芪種子的傷害作用最大，嚴重抑制了種子的萌發(fā)，Na2SO4脅迫對蒙古黃芪種子的傷害作用最小，NaCl脅迫對蒙古黃芪種子的傷害作用介于二者之間。

圖3 鹽脅迫對蒙古黃芪種子相對鹽害率的影響

2.3 鹽脅迫對黃芪幼苗的影響

由圖4(a，b，c，d)可看出，黃芪幼苗的苗長和根長隨著NaCl和Na2SO4濃度的增大而增大，當NaCl和Na2SO4濃度分別在0.4%和0.6%時，黃芪幼苗的苗長(47.40，41.14 mm)和根長(64.54，60.71 mm)達最大，且與對照(苗長37.06 mm、根長40.45 mm)相比差異顯著(p<0.05)，超過此濃度黃芪幼苗的苗長和根長開始減小。但當NaCl和Na2SO4濃度分別在0.6%和1.0%時，黃芪幼苗的苗長、根長仍大于對照，但與對照相比差異不顯著(p<0.05)。

圖4 鹽脅迫對蒙古黃芪幼苗的影響

黃芪幼苗的苗長和根長隨著NaHCO3濃度的增大而增大，當NaHCO3濃度分別在0.6%和0.3%時，黃芪幼苗的苗長(47.00 mm)和根長(59.15 mm)達最大，且與對照(苗長37.06 mm，根長40.45 mm)相比差異顯著(p<0.05)，超過此濃度黃芪幼苗的苗長和根長開始減小，雖然黃芪幼苗的根長、苗長仍大于對照，但與對照間差異不顯著(p<0.05)。這表明不同類型的鹽和不同濃度的鹽對黃芪幼苗的影響不同，總的來講，在低濃度時鹽脅迫能促進黃芪幼苗的生長，當鹽溶液濃度過高則抑制黃芪幼苗的生長。

圖4(e，f)可看出在NaCl，Na2SO4和NaHCO3不同濃度處理下，黃芪根莖比隨著鹽濃度的增大而增大，當鹽濃度分別達到0.6%，0.8%和0.3%時，根莖比達到最大值，分別為1.658，1.709，1.291，且與對照(1.07)相比差異顯著(p<0.05)，超過此濃度，根長開始下降，但均大于1，這說明不同濃度鹽脅迫對黃芪幼苗的影響莖大于根。結果分析表明在3種鹽脅迫下，蒙古黃芪幼苗生長都受到抑制，NaHCO3抑制作用最強，Na2SO4在抑制作用最弱，NaCl抑制作用介于二者之間。

3 討論與結論

種子階段是植物生命周期中最能忍受不利環(huán)境因素的階段，幼苗期是其最脆弱的時期[18]。植物種子在萌發(fā)期對逆境的適應能力是決定該種群分布及延續(xù)的關鍵因素[19]。本研究中，黃芪種子對NaCl，Na2SO4和NaHCO3共3種單鹽脅迫的響應基本一致，表現(xiàn)為高鹽濃度下，種子的萌發(fā)率、相對鹽害率、發(fā)芽勢、根長、苗高均受到抑制，但在較低鹽濃度下，有促進萌發(fā)的作用，這與膜莢黃芪種子萌發(fā)特性[20]一致。從種子萌發(fā)率、相對鹽害率、發(fā)芽勢、根長、苗高等指標來看，蒙古黃芪種子萌發(fā)時對Na2SO4(濃度為0.8%)耐受性最強，對NaHCO3(濃度為0.3%)耐受性最小，對NaCl(濃度為0.6%)耐受性介于二者之間。這表明高濃度的Na+對種子萌發(fā)和幼苗的生長具有抑制作用外，堿性鹽的高pH值也會對種子萌發(fā)和幼苗生長造成危害，堿性鹽對蒙古黃芪種子萌發(fā)和幼苗的生長危害大于中性鹽，這與其他植物研究結果一致[21-23]。

苗高是植物地上生長性狀的外在表現(xiàn)，根長是植物地下生長性狀的外在表現(xiàn)[24]，這些指標能夠從不同的角度反映出蒙古黃芪幼苗在不同鹽處理下的生長狀況。本研究表明，低濃度鹽脅迫條件下能促進蒙古黃芪種子的萌發(fā)和幼苗的生長，表現(xiàn)為萌發(fā)率、根長及莖長均大于對照，且差異顯著(p<0.05)。但高濃度鹽脅迫則抑制蒙古黃芪種子的萌發(fā)和幼苗生長，其萌發(fā)率、根長、莖長值均降低。

由于植物種類的不同，不同器官對鹽脅迫的反應及鹽脅迫對植物不同部位的影響差異較大[25]。相關研究表明，鹽分對植物地上部的抑制作用較地下部明顯[26]。但也有研究得出相反的結論，認為在根系相對比較幼嫩時地下部分對鹽分更敏感[27]。本研究得出的結果與前者更相近。在不同濃度鹽脅迫下黃芪的根冠比均大于1，可以看出鹽脅迫對地上部分的影響更明顯，這表明黃芪幼苗在不良環(huán)境條件下生長時將更多的能量分配到根部，促進根的生長，這有利于其在惡劣環(huán)境中定植生存。這可能是由于鹽濃度增大，根系周圍水勢降低，根系對水分的吸收受到抑制無法很好吸收水分，蒙古黃芪通過增加相對根長(根長/莖長)來吸收水分。

綜合鹽脅迫對蒙古黃芪種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢、相對鹽害率以及幼苗根長、莖長以及根莖比可知，蒙古黃芪在NaCl<0.6%,Na2SO4<0.8%和NaHCO3<0.3%的鹽脅迫下種子和幼苗能夠正常萌發(fā)和生長；3種鹽對蒙古黃芪種子萌發(fā)和幼苗生長影響程度為：Na2SO4