模擬鹽脅迫對勿忘草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

孫海博，趙杏鎖，司家屹，陳 璐，楊秀云

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801）

我國干旱半干旱地區(qū)的鹽漬土總面積高達(dá)3.5×107hm2，由土壤鹽漬化造成的土壤鹽化或堿化問題嚴(yán)重，極大地影響了當(dāng)?shù)刂参锏纳婧蜕L[1-3]。目前，土壤鹽堿化問題已經(jīng)成為制約干旱半干旱地區(qū)園林建設(shè)、城市綠化及生態(tài)文明發(fā)展的重要因素[4-5]。隨著城市化的推進(jìn)，發(fā)掘有潛力的植物進(jìn)行城市生態(tài)建設(shè)不僅是完善城市生態(tài)的良好途徑，而且植物作為改良鹽堿土重要的生物措施，對當(dāng)?shù)赝寥赖母纳埔灿兄匾饔肹6]。在城市化建設(shè)過程中，園林草本植物具有特有的綠化和美化功能、養(yǎng)護(hù)管理成本低及栽培簡單等特點(diǎn)，越來越多地被運(yùn)用到干旱半干旱地區(qū)的鹽堿地園林建設(shè)中[7]。園林草本植物已經(jīng)成為城市生態(tài)的重要參與者[8]。而土壤鹽漬化對植物整個生長進(jìn)程都有不同程度的影響，而種子的萌發(fā)期是植物最易受外界環(huán)境影響的階段，對鹽害最為敏感[9-10]。因此，確定種子在鹽堿地區(qū)成活是利用植物區(qū)進(jìn)行園林建設(shè)的前提。

勿忘草（Myosotis silvatica Ehrh.ex Hoffm.）屬紫草科勿忘草屬植物，多年生草本，其植株小巧、秀麗，是典型的秋季花卉植物，花期持續(xù)時間長，并且適應(yīng)性強(qiáng)、栽培養(yǎng)護(hù)管理簡單，有著極大的園林利用價值[11-12]。目前，國內(nèi)對勿忘草的研究多為藥用、形態(tài)解剖及美學(xué)價值，對生理脅迫下種子萌發(fā)特性的研究還未見報道[13-15]。

本試驗(yàn)以勿忘草為研究材料，模擬4種鹽脅迫、5個不同濃度梯度下種子的萌發(fā)狀況，旨在為干旱半干旱地區(qū)勿忘草的栽培和園林應(yīng)用提供基礎(chǔ)的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

勿忘草種子由北京千年大地草業(yè)生態(tài)科技開發(fā)有限公司提供。試驗(yàn)用NaCl，Na2SO4，MgCl2試劑均為分析純，購自白銀昌元化工有限公司。

1.2 方法

本試驗(yàn)采用 NaCl，Na2SO4，MgCl2共 3 種單鹽溶液及NaCl＋Na2SO4（2∶1）復(fù)合鹽溶液，并且每溶液設(shè)置0.3%，0.6%，0.9%，1.2%，1.5%共 5個濃度梯度，進(jìn)行模擬鹽脅迫對勿忘草種子萌發(fā)及幼苗的影響。同時以蒸餾水為對照（CK），共24個處理組。在用KMnO4溶液對勿忘草種子消毒后，用4種鹽溶液的5個濃度分別進(jìn)行浸種處理。處理中保持溫度為25℃，時間為24 h。浸種結(jié)束后，將種子播于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。每處理種子數(shù)為50粒，3次重復(fù)。每天通過稱質(zhì)量對試驗(yàn)中蒸發(fā)的溶液進(jìn)行補(bǔ)充，并觀察記錄發(fā)芽情況，共15 d。

1.3 測定指標(biāo)及方法

利用直尺（20 cm）對隨機(jī)選擇的20組幼苗進(jìn)行胚根長和胚芽長的測量；采用葉面積儀（FS-3080D）對幼苗葉面積進(jìn)行測定。

式中，Cn為對照種子發(fā)芽數(shù)，n為脅迫處理發(fā)芽種子數(shù)，N為固定值50；Gt為不同天數(shù)發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用WPS 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)計算；應(yīng)用SPSS 17.0對差異顯著性和相關(guān)性進(jìn)行分析，設(shè)定顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對種子萌發(fā)的影響

表1 鹽脅迫對勿忘草種子萌發(fā)的影響

各鹽脅迫下，種子發(fā)芽率均與對照存在顯著差異（P＜0.05），且在1.5%濃度下種子發(fā)芽率達(dá)到最低（表1）。各濃度處理的NaCl鹽溶液種子發(fā)芽率均比對照顯著降低，MgCl2鹽溶液僅在1.2%，1.5%濃度處理下顯著低于對照；0.3%濃度下，僅NaCl鹽溶液處理的種子發(fā)芽率顯著低于對照，為對照的94.8%；0.6%濃度下，NaCl和Na2SO4鹽脅迫分別顯著低于對照的8.2%，10.4%，復(fù)合鹽溶液無差異性顯著；濃度為1.2%時，各鹽處理下種子發(fā)芽率均顯著低于對照；1.5%濃度下，4種鹽脅迫處理中NaCl鹽溶液發(fā)芽率比對照下降最大，是對照的7.5%，MgCl2，Na2SO4和復(fù)合鹽溶液分別為對照的83.5%，70.9%，62.7%。

各鹽脅迫下，發(fā)芽指數(shù)均比對照顯著降低（P＜0.05）（表1）。NaCl鹽脅迫下，發(fā)芽指數(shù)與濃度呈負(fù)相關(guān)，隨濃度的升高，發(fā)芽指數(shù)顯著降低，且在1.5%濃度下達(dá)到最低，僅為對照的3.3%。0.9%濃度MgCl2鹽脅迫發(fā)芽指數(shù)為對照的84.4%，高于其他濃度處理。Na2SO4鹽脅迫下，0.3%，0.6%和0.9%這3種濃度處理組對發(fā)芽指數(shù)的影響相同，1.2%，1.5%濃度影響相同。復(fù)合鹽脅迫下，發(fā)芽指數(shù)整體隨濃度的升高而降低，1.5%濃度為對照的29.8%，達(dá)到最低。

2.2 鹽脅迫對鹽害指數(shù)的影響

鹽溶液種類及同種鹽溶液濃度梯度不同對勿忘草種子萌發(fā)鹽害指數(shù)的影響不同（表2）。NaCl鹽脅迫下，各濃度鹽害指數(shù)均比對照顯著升高，在1.5%濃度下高于對照92.54百分點(diǎn)，達(dá)到最高；MgCl2鹽處理中，1.2%，1.5%濃度下的鹽害指數(shù)與CK呈顯著性差異，分布高于對照13.47，16.48百分點(diǎn)；Na2SO4及復(fù)合鹽脅迫對鹽害指數(shù)的影響一致，當(dāng)濃度高于0.3%時鹽害指數(shù)顯著高于對照。

表2 鹽脅迫對勿忘草種子鹽害指數(shù)的影響 %

2.3 鹽脅迫對幼苗生長的影響

胚根長對各鹽脅迫的響應(yīng)不同，當(dāng)脅迫濃度高于0.3%時，胚根長均比對照顯著降低（P＜0.05）（表3）；0.3%濃度下，僅MgCl2鹽處理胚根長顯著低于對照；各鹽脅迫濃度為0.6%時，MgCl2鹽脅迫胚根長最低，僅為對照的19.3%，Na2SO4鹽脅迫最高，為對照的56.6%；0.9%，1.2%，1.5%濃度各鹽脅迫處理幼苗胚根長差異性一致。1.5%濃度下，NaCl，MgCl2，Na2SO4及復(fù)合鹽鹽溶液處理幼苗胚根長均達(dá)到最低，分別為對照的2.0%，3.3%，2.9%，3.0%，NaCl鹽減少程度最大。

表3 鹽脅迫對勿忘草幼苗生長的影響

各濃度處理下，MgCl2及復(fù)合鹽脅迫幼苗胚芽長均比對照顯著降低，且隨著濃度的升高胚芽長呈降低趨勢（P＜0.05）（表 3）。0.3%濃度下，NaCl，Na2SO4鹽溶液處理對胚芽長無顯著性影響（P＞0.05）；當(dāng)濃度高于0.3%時，NaCl及Na2SO4鹽均表現(xiàn)出對胚芽長的顯著性抑制，且胚芽長與對照呈顯著負(fù)相關(guān)；1.5%濃度下，各鹽脅迫處理的胚芽長達(dá)到最低，其中，NaCl鹽脅迫下的胚芽長降幅最大，較對照顯著降低了90.7%，MgCl2鹽脅迫降幅最小，比對照少80.4%。

Na2SO4及復(fù)合鹽鹽脅迫對幼苗葉面積的影響一致，葉面積與濃度梯度呈顯著負(fù)相關(guān)，隨濃度梯度的升高葉面積減少顯著（P＜0.05）（表3）。NaCl鹽脅迫下，0.3%濃度與對照無顯著性差異。當(dāng)濃度高于0.3%時，均比對照顯著減少；1.5%濃度下葉面積達(dá)到最小，為對照的22.3%；MgCl2鹽脅迫僅1.5%濃度葉面積比對照顯著降低，為對照的49.6%。

3 討論

3.1 鹽脅迫對種子萌發(fā)的影響

種子活力可以用發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)表示，二者是衡量種子萌發(fā)程度的代表性指標(biāo)[16-17]。鹽脅迫過程中，同種種子萌發(fā)的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)受鹽種類及濃度梯度的不同表現(xiàn)也不同。

本試驗(yàn)中，發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)趨勢整體與發(fā)芽率一致。當(dāng)鹽溶液濃度梯度為1.5%時，NaCl鹽溶液種子發(fā)芽率比對照顯著降低了92.5%，降幅分別是MgCl2，Na2SO4及復(fù)合鹽（NaCl＋Na2SO4＝2∶1）鹽溶液處理的5.64倍、3.18倍、1.48倍，達(dá)到最大。并且同濃度下鹽害指數(shù)達(dá)到最大，鹽害指數(shù)是表示種子受鹽害程度的重要指標(biāo)。王東明等[18]將鹽脅迫影響種子萌發(fā)分為3個方面效應(yīng)，即負(fù)效效應(yīng)、增效效應(yīng)和完全抑制效應(yīng)。本試驗(yàn)表明，在1.5%濃度下的NaCl鹽對種子萌發(fā)達(dá)到完全抑制效應(yīng)，并且受鹽害程度大于其他種類鹽處理，所以，在高濃度鹽脅迫下，NaCl鹽對勿忘草種子萌發(fā)的抑制作用最強(qiáng)。1.5%濃度下的鹽害指數(shù)Na2SO4＞MgCl2，二者發(fā)芽率大小卻相反。說明種子萌發(fā)不僅僅受鹽害的影響，還有其他因素影響種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，但具體影響機(jī)制尚不清楚。MgCl2鹽脅迫下，當(dāng)濃度高于0.9%時，發(fā)芽率與對照顯著降低（P＜0.05），這與成鐵龍等[19]對4種耐鹽植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累比較的研究結(jié)果一致，表明了與Na+比較，種子對Mg2+鹽脅迫的耐受范圍更廣。0.3%濃度Na2SO4及復(fù)合鹽種子發(fā)芽率與對照無顯著差異，低濃度鹽沒有表現(xiàn)出對種子活力的抑制作用。這可能是由于低濃度下，因?yàn)榉N子具有一定的耐鹽能力，可以保持細(xì)胞內(nèi)外滲透平衡，所以種子可以正常萌發(fā)。當(dāng)濃度高于0.3%時，Na2SO4及復(fù)合鹽表現(xiàn)出對種子的顯著抑制作用。但試驗(yàn)中，除NaCl鹽外，其余組處理高濃度下種子發(fā)芽率仍高于50.0%。表明勿忘草種子具有較強(qiáng)的耐鹽能力。

3.2 鹽脅迫對幼苗生長的影響

本試驗(yàn)中，NaCl，Na2SO4及復(fù)合鹽對胚根長的影響一致，呈先升后降的趨勢。在0～0.3%濃度下升高，0.3%～1.5%濃度下顯著降低，表現(xiàn)出3種鹽低濃度處理對胚根長有一定的促進(jìn)作用，當(dāng)濃度高于0.3%時有顯著的抑制作用。這與尤佳等[20]在鹽脅迫對鹽生植物黃花補(bǔ)血草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響結(jié)果一致。低濃度下，鹽溶液具有增效效應(yīng)，即低濃度鹽會刺激植株幼苗細(xì)胞吸水進(jìn)程加快，一定程度上刺激幼苗根系的生長[21-24]。MgCl2鹽溶液處理，幼苗胚根長與濃度呈負(fù)相關(guān)，隨濃度的升高而降低?？赡苁且?yàn)镸g2+毒害作用較強(qiáng)，所以各濃度下均表現(xiàn)出對胚根長的抑制作用。

各鹽脅迫下，勿忘草幼苗胚芽長均表現(xiàn)出與胚根長不同的趨勢。0.3%濃度下，NaCl及Na2SO4與對照無顯著差異，而MgCl2和復(fù)合鹽比對照顯著降低。在低濃度下，MgCl2和復(fù)合鹽對幼苗胚芽長的生長具有顯著的抑制作用（P＜0.05）。這可能是受滲透效應(yīng)或離子作用的影響，即0.3%濃度下，NaCl及Na2SO4鹽溶液中的滲透壓與幼苗細(xì)胞內(nèi)的一致，所以，幼苗可以正常生長。而Mg2+毒害作用大于Na+，所以，同濃度下MgCl2鹽幼苗胚芽長減少顯著。相同濃度下的復(fù)合鹽中離子含量多，高濃度離子抑制了幼苗胚芽長的生長，這是因?yàn)楦邼舛入x子下種子細(xì)胞外水勢降低，使細(xì)胞吸水困難，甚至失水發(fā)生質(zhì)壁分離，從而細(xì)胞無法進(jìn)行正常代謝活動。

MgCl2鹽脅迫下，0～1.2%濃度下幼苗葉面積與對照間無顯著性差異，1.5%濃度顯著降低（P＜0.05）。這與MgCl2鹽處理中種子發(fā)芽率趨勢總體表現(xiàn)一致，表明幼苗葉面積對Mg2+的耐受范圍廣。復(fù)合鹽鹽脅迫下，葉面積隨濃度的升高呈先升后降的趨勢，但僅1.5%濃度顯著小于對照。0～1.2%濃度復(fù)合鹽對幼苗葉面積的生長具有顯著促進(jìn)作用。這與復(fù)合鹽對胚根長、胚芽長的影響不一致。何芳蘭等[25]研究認(rèn)為，逆境中植株幼苗胚根比胚芽受脅迫更敏感。王海寧等[26]在就干旱對羊茅屬植物種子的萌發(fā)時發(fā)現(xiàn)，逆境條件下植株的莖先受到影響，其次是根系，最后是葉。

本試驗(yàn)就鹽脅迫對幼苗胚根、胚芽及葉面積的具體影響機(jī)制并沒有做出一定研究。所以，對復(fù)合鹽0～1.2%濃度葉面積比對照顯著增大無具體解釋（P＜0.05）。NaCl及Na2SO4鹽脅迫葉面積變化趨勢一致，隨著濃度的升高而降低。這與盧艷敏等[27]在對不同鹽脅迫對白三葉種子萌發(fā)及幼苗生長的影響中的結(jié)果一致。在試驗(yàn)中通過觀察可知，不同鹽脅迫下種子幼苗各形態(tài)指標(biāo)并沒有出現(xiàn)腐爛、萎蔫及黃化等現(xiàn)象，表明勿忘草種子具有一定的抗鹽性。

4 結(jié)論

除NaCl鹽脅迫外，其他鹽處理組在最高梯度鹽脅迫下種子發(fā)芽率均達(dá)到50.0%以上，勿忘草種子萌發(fā)對鹽脅迫表現(xiàn)出了積極的響應(yīng)。低濃度鹽脅迫對種子萌發(fā)影響較小，并在一定程度上表現(xiàn)出促進(jìn)作用。因鹽溶液種類和濃度不同，鹽脅迫對幼苗胚根長、胚芽長及葉面積的影響不同。其中，僅0.3%～1.2%濃度復(fù)合鹽脅迫組處理不同于其他組，表現(xiàn)了對葉面積的積極影響。但試驗(yàn)中幼苗可以進(jìn)行正常的生長發(fā)育，表現(xiàn)出一定的耐鹽能力。

綜上所述，勿忘草種子及幼苗在鹽脅迫中，均表現(xiàn)出對鹽脅迫積極的響應(yīng)，這對勿忘草在干旱半干旱鹽堿地區(qū)的育種及園林應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。