鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響

(嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ， 廣東 湛江 524048)

小葉茼蒿(ChrysanthemumcoronariumL.)是菊科一年或兩年生草本植物，又稱菊花菜、蓬蒿菜、皇帝菜，原產(chǎn)于我國及地中海地區(qū)；半耐寒性，喜濕冷，不適宜高溫干旱的環(huán)境[1-2]。種子萌發(fā)是植物整個生命活動中最初重要的環(huán)節(jié)，比其他生長階段對干旱和鹽等非生物脅迫更加敏感[3]。目前，我國的耕地面積逐漸減少，土壤干旱和鹽堿化面積程度逐漸增加，鹽脅迫和干旱脅迫成為影響種子萌發(fā)的主要環(huán)境因素。關(guān)于干旱脅迫及鹽脅迫對茼蒿種子萌發(fā)的相關(guān)研究未見報道。本實驗將選用不同濃度PEG-6000(聚乙二醇)和3種鈉鹽分別模擬不同程度的干旱脅迫和鹽脅迫，來分析干旱和鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響，旨在為評價茼蒿種子的抗逆性及茼蒿的栽培管理等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小葉茼蒿種子(黃氏三大菜種行，購于湛江市麻章市場)。試劑為分析純：KNO3、PEG-6000、NaCl、NaHCO3、Na2CO3。

1.2 方 法

用蒸餾水與PEG-6000固體分別配制成5%、10%、15%、20%、25%5個不同濃度的PEG溶液；與NaCl、NaHCO3、Na2CO3固體分別配制成25 mmol·L-1、50 mmol·L-1、75 mmol·L-1、100 mmol·L-1、125 mmol·L-1、150 mmol·L-16個不同濃度的NaCl、NaHCO3、Na2CO3溶液；與KNO3配制成0.8%的KNO3溶液。

本實驗采用培養(yǎng)皿紙上培養(yǎng)法[4]。培養(yǎng)前用0.8%的KNO3溶液浸種24 h。在培養(yǎng)皿中鋪上雙層濾紙作為發(fā)芽床，每個培養(yǎng)皿均勻放置25粒種子，分別加入6 mL蒸餾水(對照)以及各濃度PEG溶液，NaCl、NaHCO3、Na2CO3溶液，蓋上培養(yǎng)皿。置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每天添加0.85 mL蒸餾水，每隔2 d添加0.85 mL相應(yīng)的溶液以保持恒定PEG濃度，每個處理重復(fù)4次。連續(xù)培養(yǎng)觀察9 d，每天記錄每個梯度種子的起始時間、每日發(fā)芽數(shù)、峰值，種子發(fā)芽以胚芽達到種子長度的1/2為準，以連續(xù)3 d沒有種子露出胚芽作為該處理實驗結(jié)束時間。在這期間，連續(xù)5 d記錄每個處理中最先發(fā)芽的種子苗期的胚根長和胚芽長(出苗數(shù)大于20株的選取20株，小于20株的則測定所有苗)；在發(fā)芽的第5天，將培養(yǎng)皿中被測的發(fā)芽種子去掉種皮，測定其鮮重；待種子發(fā)芽結(jié)束后，計算種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、抗旱指數(shù)。

發(fā)芽勢(%)=(發(fā)芽高峰期內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

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

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為t時間的每日新增發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)；

活力指數(shù)=∑(Gt/Dt)×S，式中：S為幼苗平均鮮重；

抗旱指數(shù)=處理組萌發(fā)指數(shù)/對照組萌發(fā)指數(shù)；

萌發(fā)指數(shù)=1.00nd2+0.75nd4+0.5nd6+0.25nd8，式中：ndx為第x天的發(fā)芽率；

胚根、胚芽的長度和幼苗鮮重。

實驗數(shù)據(jù)均采用Office 2010軟件和DPS軟件進行分析處理

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)是種子從相對靜止的狀態(tài)吸水活化轉(zhuǎn)變?yōu)樯泶x旺盛的生長發(fā)育階段，整個過程需要適宜的溫度、水分和充足的空氣。干旱脅迫和鹽脅迫會引起種子滲透勢發(fā)生改變，無法正常吸水，從而影響種子萌發(fā)過程；這種影響體現(xiàn)在起始發(fā)芽時間及規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽率。發(fā)芽率是指發(fā)芽種子數(shù)占供試種子總數(shù)的百分比，是鑒定種子活力的重要指標之一。

2.1.1鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響

采用不同濃度的NaCl、NaHCO3和Na2CO3溶液模擬鹽脅迫處理小葉茼蒿種子，用蒸餾水處理作為對照。表1顯示，3種鹽脅迫未推遲小葉茼蒿種子發(fā)芽的起始時間；在NaHCO3濃度大于125 mmol·L-1(包括125 mmol·L-1，下同)，Na2CO3濃度大于100 mmol·L-1時，種子在實驗規(guī)定時間內(nèi)不發(fā)芽。

表1 不同濃度鹽脅迫對起始發(fā)芽時間的影響

處理濃度/(mmol·L-1)起始發(fā)芽時間/dNaClNaHCO3Na2CO3011125111501117511110011—1251——1501——

注：“—”指種子不發(fā)芽。

由圖1～圖3可知，對照組與處理組的累計發(fā)芽率均隨時間的推移逐漸增大，在第7天達到峰值后趨于穩(wěn)定；其中，在發(fā)芽試驗的第1天，對照組與處理組的發(fā)芽率無顯著差異，第2天，對照組與處理組的發(fā)芽率差異迅速增大。結(jié)合圖4可知，3種鹽對小葉茼蒿種子的萌發(fā)過程均有抑制作用，累計發(fā)芽率總體隨著鹽溶液濃度的升高呈下降趨勢。當鹽濃度為25～50 mmol·L-1時，種子均有發(fā)芽；當鹽濃度為75～100 mmol·L-1時，Na2CO3處理的種子不發(fā)芽；當鹽濃度為125～150 mmol·L-1時，NaHCO3和Na2CO3處理的種子均不發(fā)芽。說明Na2CO3對小葉茼蒿種子的萌發(fā)過程抑制作用最大，NaHCO3次之，NaCl最小。

圖1 不同濃度NaCl鹽脅迫下的累計發(fā)芽率

圖2 不同濃度NaHCO3鹽脅迫下的累計發(fā)芽率

圖3 不同濃度Na2CO3鹽脅迫下的累計發(fā)芽率

2.1.2干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響

從表2可以看出，在本試驗設(shè)定的PEG模擬干旱脅迫的范圍內(nèi)，小葉茼蒿種子的起始發(fā)芽時間表現(xiàn)為低濃度PEG(0～15%，下同)脅迫下不影響起始發(fā)芽時間，而在高濃度PEG(≥20%，下同)脅迫下，濃度越高推遲發(fā)芽時間越長。說明PEG對小葉茼蒿種子的萌發(fā)過程有抑制作用。

由圖5可知，隨著發(fā)芽天數(shù)的增加，對照組和處理組的小葉茼蒿種子累積發(fā)芽率均逐漸增大；種子在第1～2天迅速萌發(fā)，并在第7天達到峰值。隨著PEG濃度升高，模擬干旱脅迫程度加劇，小葉茼蒿種子的累計發(fā)芽率呈下降趨勢，濃度越高，種子發(fā)芽率越低。由圖6可知，處理組的發(fā)芽率明顯低于對照組(p<0.05)，低濃度PEG處理明顯抑制種子發(fā)芽過程，高濃度PEG處理下出現(xiàn)嚴重抑制。

表2 干旱脅迫對起始發(fā)芽時間的影響

處理濃度/%起始發(fā)芽時間/d0151101151202254

圖4 不同鹽濃度對發(fā)芽率的影響

圖5 不同濃度PEG模擬干旱脅迫下的累計發(fā)芽率

2.2 鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)特性的影響

發(fā)芽勢是影響發(fā)芽率的主要因素，也是影響種子品質(zhì)的重要指標之一。當種子遭受脅迫時，發(fā)芽勢受到的影響高于發(fā)芽率[5]。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也是衡量種子發(fā)芽能力和活力大小的重要指標之一。因此本實驗選用發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)作為檢驗干旱脅迫和鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)特性影響的指標。

2.2.1鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)特性的影響

植物的發(fā)芽速度和發(fā)芽整齊度一定程度上受植物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響。通過表3可知，隨著3種鹽濃度的升高，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)總體呈下降趨勢。高濃度處理均對種子的萌發(fā)具有嚴重抑制作用，Na2CO3影響最大，NaHCO3次之，NaCl最小。NaHCO3和Na2CO3為堿性鹽，且Na2CO3的堿性大于NaHCO3的，說明小葉茼蒿種子在萌發(fā)時對中性鹽的耐受性較強，對堿性鹽較敏感，受影響較大，堿性越大受損越嚴重。

圖6 不同濃度PEG對發(fā)芽率的影響

表3 不同濃度各種鹽處理對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

處理濃度/(mmol·L-1)發(fā)芽勢/%發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01ab2523±3.00b3.59±0.50b0.095±0.02a5026±3.48ab3.24±0.32b0.064±0.01abNaCl7517±6.61b2.61±0.81bc0.055±0.02b10019±3.42b2.78±0.55b0.053±0.01b12518±2.58b2.76±0.33b0.050±0.01b1504±2.83c0.84±0.47c0.013±0.01c036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a2517±1.63b2.98±0.49b0.047±0.01b5014±3.46b2.46±0.62b0.019±0.00cNaHCO37514±2.58b2.71±0.39b0.007±0.00cd10011±1.00b2.10±0.46b0.000d1250.000c0.000c0.000d1500.000c0.000c0.000d036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a2523±5.74b4.43±1.15a0.038±0.01b5013±1.91c1.92±0.40b0.000cNa2CO3751±1.00d0.25±0.25b0.000c1000.000d0.000b0.000c1250.000d0.000b0.000c1500.000d0.000b0.000c

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤差，不同字母表示顯著差異，相同字母表示差異不顯著(p<0.05)。下同。

圖8 不同濃度的NaCl對胚根長和胚芽長的影響

圖9 不同濃度的NaHCO3對胚根長和胚芽長的影響

圖10 不同濃度的Na2CO3對胚根長和胚芽長的影響

表4 不同濃度PEG處理對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

處理濃度/%發(fā)芽勢/%發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)ck36±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a517±2.52b3.43±0.58b0.056±0.01ab1019±1.91b3.09±0.65b0.037±0.01bc1517±1.00b2.55±0.13bc0.022±0.00d208±1.63c0.98±0.13cd0.003±0.00e250.000d0.10±0.06d0.000e

2.2.2干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)特性的影響

由表4可知，隨PEG質(zhì)量濃度的增加，小葉茼蒿種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈現(xiàn)降低趨勢。低濃度PEG處理時，明顯降低了種子的萌發(fā)活力；高濃度PEG處理下，種子的萌發(fā)活力受到嚴重抑制。說明不同干旱處理對小葉茼蒿種子萌發(fā)均有一定的影響，使種子萌發(fā)受到抑制，影響發(fā)芽能力、發(fā)芽速度以及活力水平。

2.3 小葉茼蒿種子的抗旱能力

萌發(fā)抗旱指數(shù)是檢驗干旱脅迫對種子萌發(fā)影響情況的常用指標[6]。圖7表明，隨著PEG溶液濃度增大，小葉茼蒿種子的抗旱指數(shù)呈先增加后減少的趨勢。當PEG濃度為15%時，種子的抗旱指數(shù)達到最大值；隨著PEG濃度的進一步增大其抗旱指數(shù)呈下降趨勢，這表明低濃度 PEG溶液可增強小葉茼蒿種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)，即抗旱能力；而高濃度的PEG溶液會使其抗旱指數(shù)降低。

2.4 鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿幼苗生長的影響

植物抗性的衡量標準之一是脅迫環(huán)境下植物胚根和胚芽的長度，原因在于種子萌發(fā)后胚根和胚芽就開始生長，胚根作為吸收水分的器官，其長度對整個植物幼苗的生長發(fā)揮著重要作用，胚芽將發(fā)育成幼苗的莖和葉，其長度與幼苗出苗后的強健程度[7]。

圖7 不同濃度PEG處理對萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

2.4.1鹽脅迫對小葉茼蒿幼苗生長的影響

圖8～圖11分別為3種鹽在不同濃度下小葉茼蒿幼苗的胚根長、胚芽長和鮮重，體現(xiàn)3種鹽對其幼苗生長的影響。結(jié)果顯示，當NaCl濃度為150 mmol·L-1時，才開始抑制胚根和胚芽的生長，其他濃度脅迫下促進幼苗生長；當NaHCO3濃度高于50 mmol·L-1時，抑制幼苗胚根、胚芽的生長，鮮重降低；當Na2CO3濃度大于50 mmol·L-1時，小葉茼蒿生長過程中會出現(xiàn)蔫死。說明3種鹽處理對小葉茼蒿幼苗生長影響不同，NaCl主要為促進幼苗生長；NaHCO3和Na2CO3均抑制小葉茼蒿幼苗生長，Na2CO3對幼苗的損害較NaHCO3嚴重。

圖12 不同濃度的PEG對胚根長和胚芽長的影響

圖13 不同濃度PEG對鮮重的影響

圖11 不同鹽濃度對幼苗鮮重的影響

2.4.2干旱脅迫對小葉茼蒿幼苗生長的影響

由圖12可知，低濃度PEG處理對小葉茼蒿幼苗胚根生長有促進作用，高濃度處理下為抑制作用；胚根長隨PEG濃度升高先增加后減小。除5%PEG對胚芽生長有促進作用以外，其他濃度處理均抑制胚芽生長；胚芽長度隨處理濃度升高呈降低趨勢。由圖13可知，幼苗鮮重也是隨PEG濃度變化先升高后降低，低濃度處理促進生長，高濃度抑制。胚根、胚芽可表明作物對干旱環(huán)境的適應(yīng)性，一般在干旱情況下，植物會先長出細長的根以更好吸水。本實驗結(jié)果說明，不同干旱處理對小葉茼蒿種子均有的影響，適當輕度干旱脅迫有助于鍛煉種子的耐旱性，利于幼苗的生長，但高濃度會對種子造成傷害，抑制其生長發(fā)育。

3 討 論

植物能否正常生長及最終產(chǎn)量如何主要取決于種子能否正常萌發(fā)、出苗、發(fā)育。水分是植物種子萌發(fā)階段所必須的物質(zhì)之一，干旱脅迫和鹽脅迫會由于滲透效應(yīng)或離子效應(yīng)影響種子的吸水作用，從而影響發(fā)芽特征；通常會引起發(fā)芽率降低、種子失去活力、鮮重下降或致死等現(xiàn)象[8]。研究表明，在種子萌發(fā)、生長階段進行不同程度的干旱脅迫或鹽脅迫處理，對種子萌發(fā)和植株生長有不同的抑制程度[9-12]。

3.1 鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響

鹽是植物生長所需要的土壤中常有的營養(yǎng)元素，但是土壤中含鹽量過高并不益于植物的生長，可通過多種生理效應(yīng)對植物造成一定的傷害[13-14]。本實驗表明，小葉茼蒿種子對NaCl的耐受性最強，NaHCO3次之，Na2CO3最弱。主要體現(xiàn)在NaCl處理的發(fā)芽率等的降低幅度較2種堿性鹽處理的小；低濃度處理提高小葉茼蒿幼苗的鮮重，促進胚根、胚芽的生長；NaHCO3及Na2CO3低濃度時對小葉茼蒿就出現(xiàn)抑制現(xiàn)象甚至致死。本實驗結(jié)果與葉景學(xué)等[15]，張晶晶等[16]的研究結(jié)果一致。原因可能是在堿性鹽脅迫下，種子除了對抗?jié)B透脅迫和離子毒害外，還要對抗pH效應(yīng)。含有碳酸氫根和碳酸根離子時使環(huán)境中pH值升高，導(dǎo)致離子堆積，使根周圍營養(yǎng)供應(yīng)和離子失衡，破壞根細胞質(zhì)膜的滲透性，使根喪失選擇吸收離子的功能。

3.2 干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)的影響

在種子發(fā)芽的過程中，隨PEG濃度升高，小葉茼蒿種子萌發(fā)起始時間推遲，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均出現(xiàn)下降。這與尹秀等[17]的研究結(jié)果相似。這可能因為水分不足時抑制吸水作用，延長吸水萌發(fā)時間，消耗種子內(nèi)貯存物質(zhì)，從而導(dǎo)致種子萌發(fā)后早期生長所需營養(yǎng)物質(zhì)不足，活力指數(shù)降低。

在低濃度PEG處理下胚根比對照組的長，高濃度處理則較短；芽長和鮮重隨PEG濃度先升高后下降，濃度為5%時均高于對照組；與曹鳳嬌等[18]和高昆等[19]的研究結(jié)果不一致。與李濤等[20]的研究結(jié)果類似。根長、芽長及鮮重是種子抗旱能力的重要指標，本實驗結(jié)果表明，小葉茼蒿種子的抗旱能力在PEG濃度在0～25%范圍內(nèi)，先升高后降低，在PEG濃度為15%時達到最大值。說明小葉茼蒿種子可能比菘藍種子更能適應(yīng)干旱環(huán)境；在PEG低濃度時可鍛煉小葉茼蒿種子的抗旱性，但高濃度時則會產(chǎn)生迫害。

4 結(jié) 論

鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發(fā)過程具有抑制作用，且隨脅迫程度越高抑制作用越明顯，堿性鹽的抑制作用比中性鹽的更強。在本實驗設(shè)計的溶液濃度范圍內(nèi)，低濃度NaCl、NaHCO3處理促進小葉茼蒿幼苗的生長，高濃度NaCl、NaHCO3及各濃度Na2CO3鹽脅迫處理均對小葉茼蒿幼苗的生長具有抑制作用，且隨脅迫程度越高抑制作用越強。干旱脅迫程度較低時促進幼苗生長，程度較高時則抑制生長。由此可知，小葉茼蒿種子的耐受性不強；其幼苗適宜在低濃度的中性鹽脅迫和干旱脅迫中生長，因此在實際種植過程中種子萌發(fā)過程應(yīng)注意適宜水分的補充。