干旱和混合鹽堿脅迫對賽菊芋種子萌發(fā)的影響

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(東北林業(yè)大學園林學院， 黑龍江 哈爾濱 150000)

賽菊芋(Heliopsishelianthoides)是菊科賽菊芋屬植物，原產北美安大略州至佛羅里達州、密蘇里州和田納西州[1]。世界栽培有12種，我國引入栽培的有賽菊芋(H.helianthoidesSweet)1種[1]。其花色鮮艷亮麗，花形大而美麗，且具有一定程度的抗蟲性，短期內可達到較好的觀賞效果，具有良好的園林綠化價值[2]。

干旱和鹽堿土壤是限制園林綠化中植物多樣性的重要因素。據(jù)統(tǒng)計，我國有52.5%的地區(qū)為干旱及半干旱地區(qū)[3]。我國鹽堿土總面積達9 913萬hm2[4]。干旱和鹽堿脅迫影響植物的整個生長發(fā)育時期，使植物發(fā)育遲緩，從而抑制植物的生長[5]。這極大地限制了許多植物在園林綠化中的應用。因此，提高觀賞植物的抗性以及選擇出抗逆性強的園林觀賞植物成為當務之急。目前，干旱脅迫對于向日葵[6]、牡丹[7]、彩葉草[8]、玉簪[9]以及鹽堿脅迫對于繡線菊[10]、芍藥[11]等園林綠化植物的研究已經(jīng)有不少報道。但關于賽菊芋抗旱性和抗鹽堿性的研究還比較少。目前國內外對賽菊芋的研究主要集中在育種方法以及栽培管理上[1]。

本實驗用不同濃度的PEG溶液和不同鹽濃度及pH值的混合鹽堿溶液處理賽菊芋種子，研究干旱脅迫和鹽堿脅迫對賽菊芋種子萌發(fā)的影響，探究賽菊芋種子的耐旱性和耐鹽堿性，為賽菊芋在園林綠化中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

賽菊芋種子采摘于東北林業(yè)大學園林學院苗圃。采摘凈種后放在干燥陰涼處保存。篩選出飽滿且大小相對一致的種子作為試驗材料。

1.2 方 法

采用Michel等[12]的方法配置滲透勢為5%、10%、15%、20%、25%的PEG溶液(聚乙二醇，分子量6 000)。配置不同鹽濃度和pH值的混合鹽堿溶液，將Na2CO3、NaHCO3、NaCl、Na2SO4按相應配比進行混合，按照堿性鹽比例逐漸增大的順序分為A、B、C、D、E共5組，從A組到E組pH均值分別為6、7、8、9、10。每組內設25，50，100 mmol/L共3個濃度梯度，共模擬出15種不同鹽濃度和pH值的混合鹽堿組合(表1)。

表1 各處理組鹽溶液的濃度及pH值

鹽濃度(mmol/L)pH值67891025A1B1C1D1E150A2B2C2D2E2100A3B3C3D3E3

取60粒賽菊芋種子用75%的酒精消毒30 s，再用蒸餾水沖洗2次后均勻放置在墊有無菌脫脂棉和2層濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中。分別向培養(yǎng)皿中加入10 mL蒸餾水(ck)以及相應滲透勢的PEG-6000溶液和相應濃度的混合鹽堿溶液。之后放入濕度為65%，溫度(24±1)℃的恒溫培養(yǎng)箱中連續(xù)暗培養(yǎng)。

1.3 測定指標與方法

從處理當天開始，每天定時統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)，記錄種子的發(fā)芽情況。參照GB/T 18247. 4-2000國家標準，第3天統(tǒng)計發(fā)芽勢。第10天進行生長指標的測定(胚根長度、胚芽長度、鮮重)，以及計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

發(fā)芽率(%)=正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

相對發(fā)芽率(%)=處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100%；

發(fā)芽勢(%)=發(fā)芽初期(3 d)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=Gt/Dt(式中：Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相對應的種子發(fā)芽天數(shù))；

相對發(fā)芽指數(shù)=處理發(fā)芽指數(shù)/對照發(fā)芽指數(shù)；

活力指數(shù)(VI)= (Gt/Dt)×S(式中：S為第10天芽的平均長度)；

相對活力指數(shù)=處理活力指數(shù)/對照活力指數(shù)[4]。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計后采用WPS表格和Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對賽菊芋種子萌發(fā)特性的影響

用不同濃度的PEG溶液處理賽菊芋種子，用蒸餾水處理為對照。結果顯示：5%和10%的PEG溶液處理的賽菊芋種子，發(fā)芽率與對照組相同(圖1)，但發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)都高于對照組，胚根長度也長于對照組(圖2、圖3和圖4)。干旱濃度為15%時，賽菊芋種子的發(fā)芽勢從PEG濃度為5%時的36.67%下降到1.6%；發(fā)芽指數(shù)從峰值14.38下降到1.95，活力指數(shù)從PEG溶液濃度為10%時的43.14下降到5.85。隨著PEG溶液濃度的增大，種子的萌發(fā)過程逐漸受到抑制，賽菊芋種子的各項指標都低于對照組； PEG溶液濃度≥20%之后，雖有個別種子出現(xiàn)露白，但均沒有長出胚根和胚芽(圖5)。當干旱溶液濃度達到25%時，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均降為0，種子吸水量最少，重量與PEG溶液處理前幾乎沒有變化(圖6)，種子全部死亡。

圖1 干旱脅迫下賽菊芋種子發(fā)芽率的變化

圖2 干旱脅迫下賽菊芋種子發(fā)芽勢的變化

圖3 干旱脅迫下賽菊芋種子發(fā)芽指數(shù)的變化

圖4 干旱脅迫下賽菊芋種子活力指數(shù)的變化

圖5 干旱脅迫下賽菊芋種子胚根、胚芽平均長度的變化

圖6 干旱脅迫下賽菊芋種子鮮重重量的變化

圖7 混合鹽堿脅迫下賽菊芋種子發(fā)芽率的變化

2.2 鹽堿脅迫對賽菊芋種子萌發(fā)特性的影響

用不同的混合鹽堿溶液處理賽菊芋種子，用蒸餾水處理為對照。結果顯示：鹽濃度為25 mmol/L時，A 1組和B 1組的發(fā)芽率與ck組相同。鹽濃度為100 mmol/L時，A 3組和B 3組發(fā)芽率也與ck組相同，其他組皆低于ck組。說明在一定的pH值范圍內，鹽脅迫對賽菊芋種子的萌發(fā)抑制不大，但隨著pH值的升高，發(fā)芽率明顯下降。說明賽菊芋種子的耐鹽性比耐堿性更強一些(圖7)。在同一pH值范圍內，不同濃度的鹽溶液中胚根的長度為25 mmol/L>100 mmol/L>50 mmol/L。25 mmol/L實驗組的種子胚根的平均長度高于對照組。說明低濃度的鹽堿溶液可以促進胚根生長。但同一濃度的鹽溶液中，隨著pH值的增大，胚根長度基本呈下降趨勢。所有鹽堿溶液實驗組中胚芽的平均長度均為3 mm左右，與ck組相同。說明混合鹽堿脅迫幾乎不影響胚芽的發(fā)育(圖10)。種子發(fā)芽指數(shù)與種子活力指數(shù)是衡量種子活力大小的2個主要指標，經(jīng)不同濃度的鹽堿溶液處理過的種子，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均低于對照組(圖8、圖9)。

圖8 鹽堿脅迫下賽菊芋種子發(fā)芽指數(shù)的變化

圖9 混合鹽堿脅迫下賽菊芋種子活力指數(shù)的變化

圖10 混合鹽堿脅迫下賽菊芋種子胚根、胚芽平均長度的變化

3 討論和結論

PEG是一種可以降低水勢的高分子滲透調節(jié)劑或水分脅迫劑，添加在栽培基質中能夠模擬干旱的土壤環(huán)境，從而探究干旱土壤對植物生長的影響[13]。本研究采用了5種不同滲透勢的PEG溶液對賽菊芋種子進行了處理。結果顯示，低滲透勢PEG溶液可以在一定程度上促進賽菊芋種子的萌發(fā)，輕度干旱有利于賽菊芋種子的萌發(fā)和生長。這與其他一些菊科植物，如蒲公英[14]、向日葵[6]以及野菊[15]的研究結果一致。隨著PEG溶液濃度的增大，賽菊芋種子的各項指標呈下降趨勢，種子的萌發(fā)受到抑制。這與張鳳銀等[16]對宿根天人菊種子的研究結果“輕度干旱有利于種子的萌發(fā)，中度或重度干旱不利于種子的萌發(fā)生長”相似。

種子在鹽堿脅迫下是否能夠萌發(fā)被認為是植物能否在鹽堿環(huán)境下生存的關鍵[17]。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[18]。本研究采用了15種混合鹽堿溶液對賽菊芋種子進行了處理。從結果看出，鹽脅迫會抑制賽菊芋的種子萌發(fā)，但不會對種子脅迫致死。這可能是因為種子在鹽溶液脅迫時會在其細胞內積累滲透保護物質以降低細胞的滲透勢來保護細胞[19]。經(jīng)混合鹽堿溶液處理過的種子，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指標和種子活力指數(shù)、胚根長度等各項指標均低于對照組。這可能是因為高濃度的混合鹽堿溶液損壞了質膜的選擇透性使其喪失特有的功能，細胞內外水勢差也變小，導致種子吸水困難[20]。賽菊芋種子可以承受中性鹽一定程度的高濃度脅迫。但是在同一鹽濃度范圍內，經(jīng)不同pH值的溶液處理過的種子，各項指標均低于對照組。因為高濃度堿可以造成種子內部結構的分解和破壞，從而導致細胞死亡[21]。賽菊芋種子的耐鹽性比耐堿性的耐受力更強一些。這與裴毅等[18]的研究結果一致。

因此，賽菊芋在實踐播種生產時，可以進行輕微的干旱脅迫來促進賽菊芋種子的萌發(fā)。并且賽菊芋可以在半干旱地區(qū)進行播種培育并一定程度上粗放管理。但是賽菊芋種子對于鹽堿土耐受性不強，在實際種植過程中應做好土壤鹽堿性的把控。