海水脅迫對3種海南濱海鄉(xiāng)土藤蔓植物種子萌發(fā)及幼苗生理影響研究

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(三亞學院，海南 三亞 572000)

藤蔓植物是指莖部細弱，不能獨立支撐生長，通過依附在其他樹木、墻體等可支撐的物體或匍匐于地面上生長的一類植物，藤蔓植物應用廣泛，既可以用于立體綠化也可以用于地被綠化，在美化環(huán)境、豐富園林景觀、防止水土流失、凈化空氣、吸塵降噪等方面優(yōu)勢明顯，在園林綠化中應用廣泛。隨著海南國際旅游島建設進程的加快，濱海地區(qū)的綠化面積和綠化質量成為海南濱海環(huán)境建設的重點。然而，濱海地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、土質疏松、土壤含鹽量高，給環(huán)境綠化帶來極大困難。更換客土、土壤改良等傳統(tǒng)方式不僅前期花費巨大，后期養(yǎng)護也會持續(xù)消耗大量淡水，且易引發(fā)病蟲害威脅等，造成資源浪費，此類問題在藤蔓植物種植養(yǎng)護過程中廣泛存在。本地鄉(xiāng)土耐鹽植物更適應當?shù)赝寥篮蜕鷳B(tài)環(huán)境，利于降低綠化成本、提升綠化效果以及降低生態(tài)風險，應得到重視和推廣。以往研究證實萌發(fā)期的植物種子處于生長脆弱期，易受到海水脅迫的影響，研究植物種子在海水脅迫環(huán)境下的發(fā)芽情況更利于判斷植株的耐鹽堿性能[1-3]。然而前人研究主要針對經濟作物對鹽堿地環(huán)境的適應能力，針對地被藤蔓植物特別是藤蔓植物種子萌發(fā)期耐海水脅迫能力研究非常缺乏。植物種子發(fā)芽期對外部環(huán)境特別是鹽分脅迫較為敏感，種子萌發(fā)期對鹽分的耐受力是植物耐鹽性的關鍵環(huán)節(jié)，是植株對海岸帶環(huán)境適應能力的重要指標。當前針對適宜海南地區(qū)氣候環(huán)境的藤蔓植物耐鹽性研究相對較少，需要系統(tǒng)研究。因此，在前人研究基礎上，篩選了適宜海南島濱海沙地生長的3種鄉(xiāng)土植物，對其種子在萌發(fā)期耐海水脅迫能力進行系統(tǒng)研究，確定海南鄉(xiāng)土藤蔓植物種子的耐鹽特性與耐鹽機理。

1 材料與方法

1.1 材料選擇

實驗所用馬鞍藤、海刀豆、單葉蔓荊種子均采集自海南省東方市魚鱗洲風景區(qū)海濱沙地，種子收集后置于陰涼干燥處備用。實驗所用海水取自三亞灣海域，pH值為8.47，EC值為33.60 mS/cm；海水主要成分包括：Na+12.12 g/L，Cl-21.17 g/L，K+0.27 g/L，Ca2+0.41 g/L，Mg2+1.51 g/L，SO42-3.34 g/L，HCO3-0.14 g/L。

1.2 實驗設計

1.2.1 海水脅迫對種子萌發(fā)的影響

取飽滿、均勻一致的種子在蒸餾水中浸泡24 h，使種子充分吸水飽脹后，用75%乙醇消毒8 min，放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿放置25粒種子，分別加入不同濃度的海水稀釋液濕潤濾紙，每隔2 d換1次濾紙和海水溶液，每處理設置4個重復。培養(yǎng)皿放于恒溫培養(yǎng)箱，光照時長為12 h/d，溫度為25～28 ℃。

每天觀察記錄種子發(fā)芽數(shù)，以突破種皮的胚軸長度達到種子自身長度的一半為萌發(fā)標志[2]，其中連續(xù)3 d不再有新芽發(fā)出則認為發(fā)芽實驗結束[3]。隨后每個處理隨即挑選3棵幼苗分別測量根長、苗長(發(fā)芽數(shù)不足3個則全部測量)。萌發(fā)結果計算公式如下：

發(fā)芽率(%)=(規(guī)定時間內種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(種子達發(fā)芽最高峰時發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gi/Di×100%(式中：Gi為第i天發(fā)芽數(shù)；Di為天數(shù))；

處理組發(fā)芽率>對照組發(fā)芽率，則：

發(fā)芽抑制率=1-(對照組發(fā)芽率/處理組發(fā)芽率)；

處理組發(fā)芽率<對照組發(fā)芽率，則：

發(fā)芽抑制率=處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率。

1.2.2 海水脅迫對幼苗酶活性的影響

實驗結束后收集各處理幼苗組織測定幼苗酶活。參考趙世杰等[4]的方法，丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸法；過氧化氫酶(CAT)采用紫外光吸收法；過氧化物酶(POD)采用愈創(chuàng)木酚法測定。

2 結果與分析

2.1 海水脅迫對種子發(fā)芽率的影響

圖1顯示，隨著海水濃度提高，海刀豆的發(fā)芽率呈明顯下降趨勢，與對照組的差異明顯。當海水濃度為10%和15%時，海刀豆的發(fā)芽率分別為37%和25%，顯著高于單葉蔓荊的11.67%和7%以及馬鞍藤的8.67%和5.33%(p<0.05)；當海水濃度繼續(xù)升高后海刀豆發(fā)芽率與其他另外2個品種的差異逐漸縮小，表明海刀豆在中等濃度的海水處理下發(fā)芽率較高，在高濃度海水脅迫下發(fā)芽率受到明顯抑制。在1%的海水濃度處理下，單葉蔓荊和馬鞍藤的發(fā)芽率比對照有一定提升，表明低濃度海水處理對這2種藤蔓植物的發(fā)芽率有一定的促進作用，但隨著海水濃度的升高，發(fā)芽率均呈下降趨勢。

2.2 海水脅迫對種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢代表了種子的發(fā)芽整齊度和種子的活力，在不同海水濃度處理下3種藤蔓植物發(fā)芽勢呈顯著差異(p<0.05)，3種植物發(fā)芽勢的高峰均出現(xiàn)在海水濃度為1%時，此濃度下海刀豆種子的發(fā)芽勢比對照提高了13.79%；當海水濃度提高到5%后，海刀豆發(fā)芽勢僅為對照的75%，下降明顯。馬鞍藤也表現(xiàn)出相似的變化趨勢，當海水濃度為1%時，發(fā)芽勢明顯上升，當海水濃度提高到5%時發(fā)芽勢顯著下降。單葉蔓荊在海水濃度為1%時發(fā)芽勢達最高值，隨著海水濃度進一步增加發(fā)芽勢逐漸降低。

圖1 不同海水濃度處理對3種藤蔓植物發(fā)芽率的影響

2.3 海水脅迫對種子發(fā)芽抑制率的影響

由圖3可知，隨著海水濃度的增加，海刀豆和單葉蔓荊的發(fā)芽抑制率逐漸提高，而在海水濃度為5%時海刀豆的發(fā)芽抑制率比1%濃度時明顯上升；單葉蔓荊的發(fā)芽抑制率在海水濃度達到10%后較上一個濃度梯度明顯升高。馬鞍藤的發(fā)芽抑制率在海水濃度為5%時呈下降趨勢，之后隨著濃度上升發(fā)芽抑制率逐步提升。當海水濃度為5%時海刀豆的發(fā)芽抑制率顯著高于其他品種(p<0.05)，在海水濃度為10%和15%時，單葉蔓荊的發(fā)芽抑制率最高，而當海水濃度為20%、25%和1%時，馬鞍藤發(fā)芽抑制率較高。

圖3 不同海水濃度處理對3種藤蔓植物發(fā)芽抑制率的變化

2.4 海水脅迫對種子幼苗酶活性的影響

由圖4可知，3種藤蔓植物隨著處理海水濃的提高CAT活性逐步升高，單葉蔓荊在不同海水濃度處理下CAT活性均顯著高于其他2個品種(p<0.05)。海水濃度為20%時，單葉蔓荊幼苗CAT活性達到最高值，為對照處理的79.35%，當海水濃度進一步提升至25%時，CAT活性又呈明顯下降趨勢；當海水濃度為15%時，馬鞍藤CAT活性達到最高值，隨后逐漸下降；海刀豆隨著海水處理濃度的提高CAT活性逐漸升高。

圖4 不同海水濃度處理對3種藤蔓植物幼苗CAT活性的影響

POD是植物體內活性較強的酶，清除植物體內的活性氧，保護細胞的完整結構，維持植株健康生長。圖5顯示，3種藤蔓植物的POD活性隨著海水濃度的提高均呈先上升后下降的趨勢，整體來看，馬鞍藤的POD活性在不同處理中均顯著高于其他2個品種(p<0.05)，且在海水濃度為10%時達到最高值，較5%濃度處理提高了50.33%，其后隨著海水濃度的繼續(xù)提高，POD活性呈逐漸下降趨勢。而海刀豆和單葉蔓荊在海水濃度為20%時POD活性達到最高，之后呈下降趨勢。結果表明，馬鞍藤POD對海水特別是較低濃度的海水處理表現(xiàn)更加敏感，表現(xiàn)出較強的耐鹽性。

圖5 不同海水濃度處理對3種藤蔓植物幼苗POD活性的影響

通常情況下，植物在鹽害等逆境環(huán)境條件下，細胞膜脂過氧化加劇，細胞膜受傷害，MDA含量升高，而且受傷害程度越大，MDA含量越高。因此，MDA常作為指示植物細胞受傷害程度的主要指標之一。圖6顯示，隨著海水處理濃度的提升，3種藤蔓植物MDA活性均逐步上升，當海水濃度達到25%時，3種藤蔓植物MDA活性均達到最高值。其中，單葉蔓荊的MDA活性均顯著高于其他2個品種(p<0.05)。

圖6 不同海水濃度處理對3種藤蔓植物幼苗MDA活性的影響

3 結論與討論

整體看，不同海水處理水平下海刀豆的發(fā)芽率均高于其他2種植物，但隨著海水濃度的逐漸提升呈下降趨勢，結合發(fā)芽抑制率的指標可知，海水濃度對海刀豆的萌發(fā)有抑制作用，且隨著海水濃度的提高抑制率也逐步提升。而馬鞍藤種子在海水濃度為1%時比5%時發(fā)芽抑制率更明顯，表明5%的海水濃度處理反而比1%海水處理更利于促進種子萌發(fā)，表現(xiàn)出對馬鞍藤種子的耐鹽潛力。1%的海水濃度處理下，3種藤蔓植物的發(fā)芽勢均達到最高值，表明低濃度海水處理對提升種子發(fā)芽的整齊度與活力有一定幫助。曹曉曉等認為,低濃度鹽脅迫對單葉蔓荊的發(fā)芽率影響不大，但較高鹽濃度會明顯降低其發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)[5]，與本研究結果一致。

CAT、POD屬于植物保護酶，能有效清除植物體內的活性氧基團，當鹽害發(fā)生時，CAT、POD等保護酶活性提高，降低鹽害等逆境對植物組織膜系統(tǒng)的傷害。在鹽害脅迫下不同品種植物的POD活性敏感度有明顯區(qū)別[6]，CAT活性與細胞膜透性相關，在鹽害程度較低時呈上升趨勢，而隨著鹽害程度加重，超過植物適應范圍則呈下降趨勢[7]。當存在逆境脅迫時，植株體內代謝紊亂，過氧化氫濃度提升刺激CAT含量升高，實現(xiàn)植株自我保護。本實驗中單葉蔓荊CAT活性最高，在海水濃度為20%時達到最高峰。而海刀豆隨海水濃度提高CAT活性逐漸增高，且未出現(xiàn)下降，表明其具備耐受更高濃度海水脅迫的能力。

本實驗POD活性隨海水處理濃度的提高逐步上升，其中，馬鞍藤幼苗的POD活性對海水脅迫反應最為敏感，當海水濃度為10%時，達到最高值，之后隨著鹽濃度提高活性逐步降低；海刀豆和單葉蔓荊在海水濃度為20%時，POD活性達到最高，當海水濃度進一步提高到25%時，呈現(xiàn)不同程度的降低。

研究表明，隨著鹽害程度的加深，植物MDA含量均呈上升趨勢。王秀玲等在對甜高粱耐鹽性的研究中認為，在鹽害處理下，MDA提升幅度越小其受傷害程度越低，耐鹽性越強[7]。在不同海水濃度處理下，海刀豆MDA含量增加值低于其他2種植物，顯示了更強的抗鹽能力；而單葉蔓荊的MDA含量最高，升高幅度最顯著。其中，單葉蔓荊CAT值在海水濃度為20%呈現(xiàn)顯著下降，POD值也低于其他2個品種，而MDA值在海水脅迫環(huán)境下顯著高于其他2個品種，說明單葉蔓荊萌發(fā)期對較高濃度海水的抵抗能力低于其他2個品種。而海刀豆隨著海水濃度增加3個生理指標逐步升高，且發(fā)芽率在不同處理水平下均高于其他2種植物，整體表現(xiàn)出較強的耐海鹽能力。

本研究所選取的海刀豆、單葉蔓荊、馬鞍藤均為耐鹽性較強的植物品種，對鹽堿或海水侵蝕有較強的抵抗能力，較適宜濱海地區(qū)種植[5,9-10]。但是，研究中也發(fā)現(xiàn)，在種子萌發(fā)期仍然需要無鹽或海水濃度較低的環(huán)境，在植物育苗時應考慮育苗床土壤的鹽分含量，以免影響種子早期萌發(fā)。