光照和NaCl脅迫對(duì)3種錦葵科植物種子萌發(fā)的影響

丁 丁， 郭艷超， 左永梅， 鄭麗錦， 韓民利， 吳新海， 劉善資， 高俊全

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所/河北省鹽堿地綠化工程技術(shù)研究中心，河北唐山 063200；2.河北省林業(yè)技術(shù)推廣總站，河北石家莊 050081)

土壤鹽漬化是影響作物生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要因素，開(kāi)發(fā)鹽堿荒地、改善生態(tài)環(huán)境是當(dāng)今生物科學(xué)技術(shù)急需解決的重大課題之一。國(guó)內(nèi)外研究表明，結(jié)合工程改良的生物改良(種植具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值和開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的耐鹽及鹽生植物)措施已經(jīng)表現(xiàn)出很好的發(fā)展前景，在促進(jìn)鹽漬土開(kāi)發(fā)利用、發(fā)展旅游業(yè)以及改善生態(tài)環(huán)境和城市綠化建設(shè)中具有十分重要的意義[1-4]。

目前我國(guó)有各種鹽漬土地約9 913萬(wàn)hm2，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境改良造成了不良的影響[5]。利用鹽生植物和耐鹽植物植樹(shù)造林，是用生物措施改良鹽堿地的重要方法，也是鹽漬地區(qū)生態(tài)重建和城市景觀建設(shè)的主要有效生物技術(shù)模式[6]。

對(duì)于大多數(shù)植物而言，種子萌發(fā)期是植物生活史中最為關(guān)鍵的發(fā)育階段，對(duì)環(huán)境脅迫最為敏感[7]，在鹽漬化地區(qū)，由于蒸發(fā)和土壤毛管水上升，可溶性鹽富集于表層土壤[8]，種子能否在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是植物在鹽漬化地區(qū)生長(zhǎng)發(fā)育的前提，所以常用種子萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)狀況來(lái)評(píng)價(jià)植物的抗逆性[9]，因此，研究鹽脅迫下種子萌發(fā)生理具有重要意義。關(guān)于芙蓉葵和黃秋葵的種子萌發(fā)期的耐鹽性研究還少見(jiàn)報(bào)道，關(guān)于海濱錦葵種子萌發(fā)期的耐鹽性研究已有一些報(bào)道[10-11]。本研究從生理生態(tài)學(xué)的角度初步探討光照、鹽分2個(gè)環(huán)境因素對(duì)3種園林綠化植物種子萌發(fā)特性的影響，研究3種植物在不同脅迫下的種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的特點(diǎn)，以期為鹽堿地區(qū)園林植物資源的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

芙蓉葵(HibiscusmoscheutosL.)：錦葵科多年生草本植物，原產(chǎn)于北美洲，耐寒、耐熱、喜濕，耐鹽堿；花大，花色豐富，花期長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的觀賞性。

海濱錦葵(KosteletzkyavirginicaL.)：錦葵科錦葵屬多年生草本植物，原產(chǎn)于美國(guó)東部，具有一定的耐鹽性，花深粉紅色，花期長(zhǎng)，觀賞價(jià)值高，是一種多用途的優(yōu)良植物。

黃秋葵(HibiscusesculentusL.)：錦葵科一年生草本植物，原產(chǎn)于非洲，喜溫暖和強(qiáng)光，花黃色，花期長(zhǎng)，觀賞價(jià)值高，其幼嫩莢果可以食用，營(yíng)養(yǎng)豐富。

3種植物材料的種子均從河北曹妃甸濱海農(nóng)業(yè)研究所試驗(yàn)基地采集。

1.2 種子形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

試驗(yàn)于2016年3月在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。種子質(zhì)量以1 000粒×3組的平均值作為其千粒質(zhì)量(±標(biāo)準(zhǔn)誤差)，同時(shí)描述種子的形態(tài)特征。通過(guò)稱(chēng)量，3種錦葵科植物種子的千粒質(zhì)量芙蓉葵為(9.700±0.018) g，海濱錦葵為(18.352±0.039) g，黃秋葵為(20.002±0.087) g，不同物種間差異顯著(P<0.05)。試驗(yàn)所用的3種植物種子質(zhì)量差別很大，最小的千粒質(zhì)量不足10 g，最大的為20 g。大小差異也較大，海濱錦葵和黃秋葵種子大小相近，芙蓉葵種子最小。

1.3 種子萌發(fā)試驗(yàn)條件控制

設(shè)光照條件和黑暗條件2個(gè)處理，光照條件設(shè)為光—暗周期=12 h—12 h，黑暗條件設(shè)為全黑暗。NaCl脅迫處理：設(shè)置0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%共5個(gè)脅迫濃度，以去離子水(NaCl濃度為0%)作為對(duì)照(CK)。采用紙上發(fā)芽法(TP)進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。用去離子水和分析純NaCl配制0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的鹽溶液，對(duì)照(CK)為去離子水(NaCl濃度為0%)。選擇成熟飽滿(mǎn)、大小均勻的種子，用0.1%HgCl2消毒10 min，再用蒸餾水沖洗6次，最后用濾紙吸干表面水分。將3層濾紙放入發(fā)芽盒中，用移液管加入25 mL鹽溶液(或去離子水)使濾紙飽和，作為發(fā)芽床，將種子放入其中，每個(gè)發(fā)芽盒放200粒種子，每個(gè)處理4次重復(fù)。將發(fā)芽盒放入程控人工氣候箱中，培養(yǎng)7 d，溫度為 (25±3) ℃，相對(duì)濕度為75%～80%，定時(shí)補(bǔ)充鹽溶液，使各處理鹽溶液濃度保持不變。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

試驗(yàn)期間每天定時(shí)觀測(cè)并統(tǒng)計(jì)記錄種子的萌發(fā)數(shù)，觀察不同處理對(duì)種子萌發(fā)的影響。第3天觀察發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，稱(chēng)質(zhì)量。種子萌發(fā)以胚根伸出種皮0.2 cm作為發(fā)芽標(biāo)志(種子露白)[12]。第7天，隨機(jī)選擇30粒發(fā)芽種子測(cè)量胚根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)；稱(chēng)量每盒發(fā)芽種子的鮮質(zhì)量，據(jù)以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析下列指標(biāo)：

初始萌發(fā)時(shí)間：即種子開(kāi)始萌發(fā)的時(shí)間，以d計(jì)。

發(fā)芽率=n/N×100%(n指試驗(yàn)結(jié)束時(shí)相應(yīng)的萌發(fā)種子數(shù)，N指供試種子總數(shù))；發(fā)芽勢(shì)=n/N×100%[n為規(guī)定3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)，N為種子總數(shù)(100粒)]；發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gi/Di(Gi指第i天的種子萌發(fā)率，Di指相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間)；活力指數(shù)(VI)=GI×S(S為胚根長(zhǎng))[13]；儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)速率=(胚根干質(zhì)量+胚軸干質(zhì)量)/(胚根干質(zhì)量+胚軸干質(zhì)量+子葉干質(zhì)量)×100%[14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用DPS統(tǒng)計(jì)軟件和Excel分別進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐鹽性綜合評(píng)價(jià)，如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈正相關(guān)，可用公式：Xμ=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈負(fù)相關(guān)，可用公式：Xμ=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，其中μ代表隸屬函數(shù)值，X為某一指標(biāo)的測(cè)定值，Xmax為該指標(biāo)測(cè)定值中的最大值，Xmin為最小值。先求出各指標(biāo)在不同濃度下的隸屬值，再把每一指標(biāo)在不同鹽濃度下的隸屬值累加求平均值，最后將各個(gè)耐鹽指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加求平均值，其值越大，耐鹽性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下光照對(duì)發(fā)芽率的影響

光對(duì)某些種子的萌發(fā)是必不可少的。由表1可以看出，在一定濃度的NaCl脅迫下3種植物種子的萌發(fā)在不同的光照處理下都受到了抑制，隨著NaCl濃度的升高，發(fā)芽率總體呈下降趨勢(shì)。芙蓉葵和海濱錦葵在光照處理下種子的萌發(fā)率比全黑暗中種子的萌發(fā)率高，表明光照提高了種子的發(fā)芽率。而黃秋葵種子在2種光照處理下發(fā)芽率差別不明顯，說(shuō)明光照對(duì)黃秋葵種子發(fā)芽率影響不大。

3種植物在各濃度鹽脅迫下的發(fā)芽能力在不同物種間表現(xiàn)出了差異：芙蓉葵和海濱錦葵種子的發(fā)芽率在NaCl濃度為0.2%的條件下高于對(duì)照，說(shuō)明低濃度的鹽脅迫對(duì)芙蓉葵和海濱錦葵種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用；在≤0.6%鹽濃度下，3種植物種子的發(fā)芽率在2種光照處理下均與對(duì)照差異不明顯，表明0.6%鹽濃度脅迫對(duì)種子萌發(fā)影響不大。在NaCl濃度≥0.8%時(shí)，3種植物在光照條件下種子發(fā)芽率均與對(duì)照差異明顯，表明萌發(fā)受到了抑制，而且黃秋葵的發(fā)芽率>海濱錦葵>芙蓉葵，表明黃秋葵種子在高濃度的鹽脅迫下的耐性最強(qiáng)，其次為海濱錦葵，芙蓉葵最弱。

表1 鹽脅迫下光照對(duì)3種植物種子發(fā)芽率的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。表2、表3同。

2.2 鹽脅迫下光照對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

由表2可以看出，芙蓉葵和海濱錦葵在光照處理下種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，黃秋葵種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于全黑暗中的種子，表明光照可促進(jìn)種子萌發(fā)。

NaCl脅迫下3種植物種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)在不同的光照處理下都受到了抑制，隨著NaCl濃度的升高，整體上呈下降趨勢(shì)。3種植物的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)在低鹽濃度下與對(duì)照差異不明顯，鹽濃度越高，差異越明顯。當(dāng)NaCl濃度為0.8%時(shí)，黃秋葵的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)最高，海濱錦葵居中，芙蓉葵最低。

2.3 鹽脅迫對(duì)3種植物胚根及胚軸長(zhǎng)度的影響

種子萌發(fā)后，胚根的延伸反映植物定居成苗的特性，胚根生長(zhǎng)迅速說(shuō)明植物適應(yīng)力強(qiáng)。圖1是鹽脅迫對(duì)3種植物胚根及胚軸長(zhǎng)度的影響?？梢钥闯?種植物的胚根及胚軸長(zhǎng)度整體上隨著鹽脅迫的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

在NaCl濃度為0.2%時(shí)，芙蓉葵和海濱錦葵的胚軸長(zhǎng)度稍大于對(duì)照，芙蓉葵的胚根長(zhǎng)度稍大于對(duì)照，表明低濃度鹽促進(jìn)胚根及胚軸的生長(zhǎng)。在NaCl濃度為0.2%～0.6%時(shí)，海濱錦葵胚根長(zhǎng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，芙蓉葵和黃秋葵呈下降趨勢(shì)，在NaCl濃度達(dá)到0.8%、1.0%時(shí)，黃秋葵胚根長(zhǎng)度下降趨勢(shì)要緩于芙蓉葵和海濱錦葵，說(shuō)明逐漸適應(yīng)了高鹽脅迫。在NaCl濃度為0.2%～0.8%時(shí)，芙蓉葵的胚軸長(zhǎng)度要大于海濱錦葵和黃秋葵，在NaCl濃度>0.8%時(shí)，黃秋葵的胚軸生長(zhǎng)基本不再下降，芙蓉葵和海濱錦葵呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，表明在高濃度鹽脅迫下黃秋葵的耐性最強(qiáng)，其次為海濱錦葵和芙蓉葵。

2.4 鹽脅迫對(duì)3種植物種子儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的影響

在鹽脅迫下，3種植物種子儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率均受到影響(圖2)。在NaCl濃度為0.2%時(shí)，芙蓉葵和黃秋葵種子儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率稍大于對(duì)照，表明低濃度鹽促進(jìn)種子生長(zhǎng)。在NaCl濃度>0.2%時(shí)，3種植物種子儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率均呈下降趨勢(shì)。在NaCl濃度為0.2%～0.6%時(shí)，芙蓉葵的貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率明顯大于黃秋葵和海濱錦葵，表明它在0.6%鹽濃度內(nèi)的耐鹽性最強(qiáng)。當(dāng)NaCl濃度達(dá)到0.8%、1.0%時(shí)，芙蓉葵的貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率急速下降，而海濱錦葵和黃秋葵下降趨勢(shì)比較緩和，黃秋葵的種子儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率大于海濱錦葵，表明在高濃度鹽脅迫下，黃秋葵的耐鹽性>海濱錦葵>芙蓉葵。

表2 鹽脅迫下光照對(duì)3種植物發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

2.5 鹽脅迫對(duì)3種植物種子相對(duì)干質(zhì)量含水量的影響

芙蓉葵和黃秋葵的萌發(fā)種子、胚根和胚軸的相對(duì)干質(zhì)量含水量變化基本一致，隨著鹽脅迫的增大，均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，表明低濃度鹽脅迫對(duì)種子、胚根和胚軸的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。由表3可以看出，芙蓉葵在≤0.6%鹽濃度處理下的種子、胚根和胚軸相對(duì)干質(zhì)量含水量均無(wú)顯著差異，表明其種子、胚根和胚軸的生長(zhǎng)對(duì)≤0.6%的鹽脅迫不敏感。而且在這個(gè)濃度范圍內(nèi)芙蓉葵的種子、胚根和胚軸的相對(duì)干質(zhì)量含水量均大于海濱錦葵和黃秋葵。海濱錦葵的種子和胚根相對(duì)干質(zhì)量含水量隨著鹽脅迫的增大在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，胚軸的相對(duì)干質(zhì)量含水量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。從表3還可以看出，在NaCl濃度為1.0%時(shí)，黃秋葵的種子、胚根和胚軸相對(duì)干質(zhì)量含水量均大于芙蓉葵和海濱錦葵，說(shuō)明在高濃度鹽脅迫下，黃秋葵的耐鹽性最強(qiáng)。

表3 鹽脅迫對(duì)3種植物種子相對(duì)干質(zhì)量含水量的影響

2.6 3種錦葵科植物種子耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)

植物的耐鹽機(jī)制受到多因素的影響，不能僅從單一方面去研究抗鹽能力，應(yīng)采用盡可能多的指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)采用目前廣泛應(yīng)用的抗逆性綜合評(píng)定方法和隸屬函數(shù)法，選用發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)、胚軸長(zhǎng)和種子儲(chǔ)藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表4)，對(duì)各個(gè)耐鹽性指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，求取平均值，平均值越大，其耐鹽性越強(qiáng)。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，3種錦葵科植物種子的耐鹽潛力由強(qiáng)到弱依次為黃秋葵>海濱錦葵>芙蓉葵，黃秋葵種子表現(xiàn)出較強(qiáng)抗性，與前述分析結(jié)果基本一致。

3 討論和結(jié)論

早期植物耐鹽性鑒定和品種耐鹽性選擇是建立在種子萌發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的[15]。種子能夠在鹽脅迫條件下萌發(fā)，說(shuō)明種子具有潛在的耐鹽性[16]。目前，在研究種子耐鹽能力大小上所使用的指標(biāo)主要有種子發(fā)芽率、種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)等。本試驗(yàn)在設(shè)置的6個(gè)不同濃度梯度的NaCl溶液脅迫下，以3種園林綠化植物芙蓉葵、海濱錦葵和黃秋葵為材料，研究光照和黑暗條件下3種植物種子的萌發(fā)特性。

表4 3種植物種子耐鹽能力的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響是復(fù)雜的。本研究表明：鹽脅迫下光照對(duì)3種植物種子的萌發(fā)有明顯的促進(jìn)作用。低濃度鹽脅迫對(duì)芙蓉葵種子萌發(fā)有促進(jìn)作用，對(duì)海濱錦葵和黃秋葵種子萌發(fā)影響不大，這與低濃度鹽可促進(jìn)細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)和刺激呼吸酶，從而能促進(jìn)種子萌發(fā)的研究結(jié)果相符[17]。3種園林綠化植物均具有較好的耐鹽性，在0.6%鹽濃度下均能正常萌發(fā)，在高鹽濃度脅迫下，3種植物種子萌發(fā)受到不同程度的抑制，品種間有顯著差異。當(dāng)NaCl脅迫濃度≥0.8%時(shí)，綜合分析發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等指標(biāo)，得出黃秋葵的耐鹽性最強(qiáng)，其次是海濱錦葵和芙蓉葵，表明黃秋葵對(duì)高濃度鹽脅迫的耐受能力有一定適應(yīng)性。3種錦葵科植物均能在輕度鹽漬化生境(0.4%NaCl)中生長(zhǎng)，可作為園林綠化植物在河北鹽堿地區(qū)試栽應(yīng)用，觀察其適應(yīng)性。