種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下枸杞種子萌發(fā)的影響

詹振楠,王文娟

(寧夏葡萄酒與防沙治沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750001)

目前，世界上約有20%的灌溉土壤受到鹽漬化的影響[1]，嚴(yán)重威脅著土地利用率和作物產(chǎn)量[2]。我國鹽漬土面積約占全國可利用土地面積的4.97%[3]，主要分布在內(nèi)陸干旱、半干旱和濱海地區(qū)。而且，隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化以及人們不合理的開發(fā)利用，土壤鹽漬化程度不斷加深和擴(kuò)大[4]。因此，全面了解植物的耐鹽機(jī)制、開發(fā)利用鹽生植物資源對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)有著重要意義。枸杞(Lyciumbarbarum)為茄科枸杞屬中唯一一屬鹽生植物[5]，具有極高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，是一種集經(jīng)濟(jì)價(jià)值、改良鹽漬化土壤于一體的優(yōu)良植物。隨著人們對(duì)枸杞藥用價(jià)值的開發(fā)，枸杞的需求量劇增，栽培面積也逐年擴(kuò)大。但因耕地面積有限，不可避免地出現(xiàn)了枸杞種植與農(nóng)作物爭(zhēng)地現(xiàn)象。因此，如何提高枸杞的抗鹽能力是使其能夠利用鹽漬化土壤首先應(yīng)解決的關(guān)鍵性問題。近年來，對(duì)枸杞耐鹽性研究已有大量報(bào)道，毛桂蓮等研究表明，堿性鹽脅迫能夠改變枸杞葉片的功能性狀，促使枸杞光合速率下降，從而影響干物質(zhì)積累及株高的生長(zhǎng)[6]；劉陽陽等[7]研究表明，外源施加檸檬酸可幫助枸杞緩解鹽堿脅迫，提高耐受能力；鄒彩云[8]研究表明在NaCl脅迫處理下，寧夏枸杞LbPAL基因表達(dá)量對(duì)枸杞耐鹽性具有顯著相關(guān)性。以上研究都是集中在鹽脅迫對(duì)枸杞生理生態(tài)特性的影響以及枸杞耐鹽的生理生化機(jī)制等方面，并未涉及種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下枸杞種子萌發(fā)的影響。

種子引發(fā)是基于種子萌發(fā)生物學(xué)機(jī)制提出的促進(jìn)萌發(fā)率、提高幼苗抗性、改善作物營養(yǎng)狀況的一種種子處理方法[9]。早期學(xué)者對(duì)種子引發(fā)的相關(guān)研究主要集中于糧食作物、多年生草本和牧草植物的報(bào)道，普遍認(rèn)為引發(fā)種子能提高種子活力、強(qiáng)其苗期的耐鹽能力[10]。關(guān)于引發(fā)處理對(duì)NaCl脅迫下枸杞種子耐鹽性的影響，國內(nèi)外還未見報(bào)道。為此，本文研究種子引發(fā)對(duì) NaCl 脅迫下枸杞種子發(fā)芽特性的影響，探索提高枸杞耐鹽性的方法與措施，以期為種子引發(fā)技術(shù)在鹽漬化土地枸杞生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用抗旱性、適應(yīng)性強(qiáng)的“寧杞1號(hào)”，枸杞種子由寧夏中寧縣國家枸杞良種基地提供。

1.2 引發(fā)處理

隨機(jī)挑選均勻飽滿的種子，用100 mmol·L-1NaCl溶液，在25 ℃條件下引發(fā)枸杞種子36 h后，用蒸餾水沖洗4～5次后在室溫下晾干待用，以未進(jìn)行引發(fā)處理的種子作為對(duì)照。

1.3 鹽脅迫設(shè)計(jì)及萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

采用中性鹽NaCl，根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)置6個(gè)鹽濃度(20 mmol·L-1、40 mmol·L-1、60 mmol·L-1、80 mmol·L-1、100 mmol·L-1和120 mmol·L-1)，以蒸餾水為對(duì)照，分別對(duì)引發(fā)和未引發(fā)枸杞種子進(jìn)行脅迫處理。

在引發(fā)與未引發(fā)種子中，各選取50粒種子放置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑90 mm)中，加入10 mL不同濃度鹽溶液，之后用封口膜密封，防止水分蒸發(fā)，每處理重復(fù)3次。每天同一時(shí)間觀察種子發(fā)芽情況并記錄發(fā)芽種子數(shù)。種子在(25±1)℃恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，種子萌發(fā)14 d(連續(xù)3 d沒有新萌發(fā)的種子，發(fā)芽視為結(jié)束)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0和Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和單因素方差分析(One-way ANOVA)，在置信水平95%(P<0.05)用最小差異顯著法(LSD)檢驗(yàn)各處理的組間差異顯著性。采用Origin作圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按以下公式計(jì)算：

1)萌發(fā)率GP (%) = GN / SN×100；

2)發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt) 式中，GN為種子萌發(fā)總數(shù)，SN為供試種子總數(shù)，Gt為當(dāng)日的萌發(fā)數(shù)(個(gè))，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)(d)；

3)發(fā)芽勢(shì)GE (%) = 4d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/ SN×100；

4)相對(duì)鹽害率Rd=(CK發(fā)芽率—鹽堿溶液處理的發(fā)芽率)/CK發(fā)芽率×100；

5)發(fā)芽速度( germination speed)=∑G /t × 100%

2 結(jié)果與分析

2.1 種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下種子發(fā)芽速度的影響

由圖1可知，隨著鹽處理濃度的增加，寧杞1號(hào)種子的發(fā)芽速度呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)(P<0.05)，與對(duì)照相比，引發(fā)與未引發(fā)處理最大降幅分別為86.19%和88.92%。同一鹽濃度處理下，種子引發(fā)均不同程度地提高了種子的發(fā)芽速度，引發(fā)處理種子發(fā)芽速度分別比其未引發(fā)處理提高7.19%(CK)、7.89%(20 mmol·L-1)、7.48%(40 mmol·L-1)、13.03%(60 mmol·L-1)、15.26%(80 mmol·L-1)、23.04%(100 mmol·L-1)和25.51%(120 mmol·L-1)。以上結(jié)果表明，隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加，種子引發(fā)對(duì)寧杞1號(hào)種子發(fā)芽速度促進(jìn)作用效果愈明顯。

圖1 種子引發(fā)對(duì)不同濃度鹽脅迫下寧杞1號(hào)種子發(fā)芽速度的影響Fig.1 Effects of seed priming on seed germination speed of NingQi No.1 under different salt stress

2.2 種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

不同鹽濃度處理未引發(fā)與引發(fā)枸杞種子的萌發(fā)進(jìn)程如圖2所示。無論種子是否引發(fā)，同一時(shí)間的種子萌發(fā)數(shù)量隨著NaCl溶液濃度升高逐漸降低，種子達(dá)到最大萌發(fā)率所用時(shí)間逐漸延長(zhǎng)；在較低的 NaCl 鹽脅迫下(≤40 mmol·L-1) 種子能在較短時(shí)間快速達(dá)到較高的萌發(fā)率；而高于100 mmol·L-1的 NaCl 鹽溶液中種子萌發(fā)進(jìn)程緩慢，萌發(fā)數(shù)量也遠(yuǎn)低于其他NaCl 濃度，未引發(fā)組與引發(fā)組分別在第11天和第10天達(dá)到萌發(fā)高峰，之后萌發(fā)種子數(shù)量減少，但后期萌發(fā)數(shù)量保持在比較穩(wěn)定的水平，表明 NaCl 脅迫影響種子萌發(fā)進(jìn)程。

同一濃度鹽脅迫下，未引發(fā)組比引發(fā)組種子的萌發(fā)進(jìn)程遲緩。在種子萌發(fā)初期(前5 d)未引發(fā)組的萌發(fā)進(jìn)程明顯低于引發(fā)組，其萌發(fā)行為除了萌發(fā)高峰推遲1d～2 d外，萌發(fā)數(shù)量與引發(fā)處理組不存在明顯差異，表現(xiàn)出了相似的萌發(fā)進(jìn)程曲線。

圖2 不同鹽濃度處理未引發(fā)與引發(fā)枸杞種子的萌發(fā)進(jìn)程Fig.2 Effects of seed priming on germination progress of Lycium barbarum seeds under different salt stress

2.3 種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下種子各萌發(fā)參數(shù)的影響

由表1可知，隨鹽脅迫程度的加強(qiáng)，各處理組種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)，說明鹽脅迫對(duì)其發(fā)芽率的抑制作用較明顯。對(duì)于寧杞1號(hào)種子而言，在相同鹽濃度脅迫下，以濃度為100 mmol·L-1NaCl溶液的種子引發(fā)過程在一定程度上提高了種子的萌發(fā)率，但沒有表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。隨著NaCl脅迫濃度的升高，引發(fā)和未引發(fā)種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，當(dāng)鹽濃度≥100 mmol·L-1時(shí)；種子的發(fā)芽勢(shì)幾乎為零。在相同濃度的鹽脅迫下，引發(fā)種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)與未引發(fā)種子相比均有顯著性提高，CK組引發(fā)種子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)比未引發(fā)種子分別提高了26.24%和14.41%，并且鹽濃度越大效果越明顯，表明引發(fā)種子耐鹽性優(yōu)于未引發(fā)種子。由表1還可看出，種子的各個(gè)萌發(fā)參數(shù)中，引發(fā)處理種子的發(fā)芽勢(shì)提高幅度最大，說明引發(fā)處理可以提高枸杞子種子萌發(fā)的整齊度，有利于出苗后幼苗的長(zhǎng)勢(shì)一致。

表1種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下枸杞種子各萌發(fā)參數(shù)的影響

Tab.1 Effect of seed priming on different germination parameters of Lycium barbarum under salt stress

每一組中不同的字母表示在0.05水平上差異顯著。

3 討論

種子萌發(fā)行為是植物在特定生境定殖建群的重要時(shí)期。枸杞種子在鹽脅迫條件下的萌發(fā)特性是確定枸杞能否在鹽漬化土壤種植的關(guān)鍵。研究表明，多數(shù)植物種子在萌發(fā)過程中對(duì)鹽分十分敏感，鹽脅迫能抑制種子萌發(fā)。劉克彪等以不同鹽分脅迫黑果枸杞種子萌發(fā)，發(fā)現(xiàn)不同的鈉鹽處理均會(huì)影響黑果枸杞種子的萌發(fā)過程[11]。本研究亦發(fā)現(xiàn)引發(fā)組和未引發(fā)組在鹽脅迫作用下的發(fā)芽率均低于對(duì)照組，且隨著鹽濃度的增加，枸杞種子的發(fā)芽率降低，未出現(xiàn)類似鹽生植物如堿蓬[12]，中低濃度NaCl促進(jìn)種子萌發(fā)的現(xiàn)象，這可能是隨Na+的增多，外界溶液滲透勢(shì)升高，阻礙了枸杞種子的吸水萌發(fā)，也可能因?yàn)閱嘻}離子毒害作用使細(xì)胞膜受損從而抑制種子萌發(fā)。相關(guān)研究表明，引發(fā)種子能提高作物的種子活力，在低溫、干旱或鹽漬等條件下能加速發(fā)芽并增強(qiáng)其苗期的耐鹽能力[13～15]本研究證實(shí)種子引發(fā)提高了枸杞種子的萌發(fā)進(jìn)程，但不影響種子最終的萌發(fā)數(shù)量。

作為植物重要的繁殖體，種子萌發(fā)率的高低、萌發(fā)速度的快慢和出苗整齊度與幼苗后期的生長(zhǎng)密切相關(guān)。因此，植物種子耐鹽性是耐鹽植物篩選與早期鑒定的重要依據(jù)。本研究發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比，受NaCl脅迫的枸杞種子各萌發(fā)參數(shù)(發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽速度、發(fā)芽指數(shù)等)均有不同程度的下降，說明鹽脅迫對(duì)枸杞種子的萌發(fā)具有一定的抑制作用，這與前人研究的結(jié)果一致[16]-[17]。種子引發(fā)可以提高種子對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力,提高出苗的速度和整齊度[18]。本研究在相同鹽脅迫條件下，利用100 mmol·L-1NaCl引發(fā)寧杞1號(hào)種子，其發(fā)芽速度、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均高于未引發(fā)種子，且引發(fā)組發(fā)芽速度和發(fā)芽指數(shù)與未引發(fā)組間呈顯著性差異；中低鹽濃度(≤60 mmol·L-1)脅迫下，引發(fā)組與未引發(fā)組亦呈顯著性差異，說明100 mmol·L-1NaCl引發(fā)能提高枸杞種子在鹽脅迫下的萌發(fā)質(zhì)量、種子活力和發(fā)芽的整齊度，可能是因鹽溶液改變了種子細(xì)胞壁的滲透勢(shì)使其水分喪失而萌發(fā)受抑，而通過外界的引發(fā)干擾等可以增加種子的酶活性并改變其滲透調(diào)節(jié)從而增加其抗逆性，這一定程度上為枸杞苗期耐鹽奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

鹽脅迫對(duì)枸杞種子萌發(fā)過程有顯著影響，會(huì)減緩種子的萌發(fā)速度，延遲種子發(fā)芽時(shí)間，且使枸杞種子各萌發(fā)參數(shù)(發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽速度、發(fā)芽指數(shù)等)均有不同程度的下降；種子引發(fā)過程可以不同程度地促進(jìn)鹽脅迫處理下枸杞種子萌發(fā)，一定程度地縮短種子萌發(fā)進(jìn)程，提高種子的萌發(fā)整齊度，但對(duì)最終萌發(fā)率的影響不顯著。