混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子萌發(fā)的影響

奈婕菲 李京京 丁禹同

摘 要 為獲得槭葉草在吉林省西部鹽堿地區(qū)栽培的理論和實(shí)踐依據(jù)，研究其種子萌發(fā)期間對(duì)鹽堿脅迫的耐受力和適應(yīng)力。根據(jù)吉林省西部地區(qū)的土壤背景值，將NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3按7種不同比例、4種不同濃度模擬出28種混合鹽堿條件，對(duì)槭葉草種子進(jìn)行脅迫處理。研究了混合鹽堿脅迫對(duì)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、根部形態(tài)和過(guò)氧化物酶活性的影響。結(jié)果表明，隨著鹽濃度和酸堿度的上升，槭葉草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、須根數(shù)量、胚根長(zhǎng)度和過(guò)氧化物酶活性均呈下降趨勢(shì)，并隨著處理濃度的增大，各指標(biāo)下降的趨勢(shì)明顯。鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子萌發(fā)有抑制作用，種子在中輕度鹽堿地區(qū)可以正常萌發(fā)，在鹽濃度高于20 mmol·L-1、pH高于10.20的地區(qū)可適當(dāng)提高播種數(shù)量，以創(chuàng)造良好的景觀(guān)綠化效果。

關(guān)鍵詞 槭葉草;混合鹽堿脅迫;種子萌發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：S682.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.057

吉林省西部的松嫩平原是世界三大蘇打鹽堿地之一，鹽堿土主要分布于西部的白城地區(qū)。該地區(qū)的土壤中鹽分組成以Na2CO3、NaHCO3為主，Na+的含量為

89.64 mg·kg-1，pH值范圍是7.8～9.5[1]。白城地區(qū)旱地土壤有強(qiáng)堿性和鹽分極高的特性，這一土壤特性嚴(yán)重制約了該地區(qū)的植物種類(lèi)。吉林省西部的綠地基礎(chǔ)材料多為多年生植物，約占綠化總量的72.58%，其中以菊科植物為主[2]。為了實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新對(duì)接國(guó)家戰(zhàn)略，聚焦“一帶一路”沿線(xiàn)鹽堿地治理[3]，增加城市綠地的基礎(chǔ)材料，降低長(zhǎng)白山區(qū)向該地區(qū)引種馴化特色觀(guān)賞植物的難度，如何選取大量適應(yīng)鹽堿地生長(zhǎng)的草本綠化植物對(duì)于保護(hù)和美化鹽堿地環(huán)境起到十分重要的作用。

槭葉草[Mukdenia rossii （Oliv.） Koidz]是虎耳草科槭葉草屬植物，在我國(guó)主要分布于吉林省長(zhǎng)白山一帶，屬吉林省重點(diǎn)保護(hù)野生植物[4];多年生草本植物，早春開(kāi)花，花色潔白，秋季葉色變紅，極具觀(guān)賞價(jià)值，是優(yōu)良的野生園林地被植物[5]。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于槭葉草的研究著重于其藥理作用、繁殖技術(shù)以及在干旱條件[6]和遮陰條件[7]下的栽培適應(yīng)性研究，但是對(duì)其抗鹽堿的能力及生理機(jī)制卻知之甚少。從目前植物抗鹽堿生理學(xué)研究現(xiàn)狀來(lái)看，多以NaCl為研究對(duì)象，以Na+代謝、植物抗鹽相關(guān)基因的分子生物學(xué)及鹽脅迫的信息傳導(dǎo)等為研究方向，而混合鹽堿脅迫對(duì)其種子萌發(fā)的影響的研究未見(jiàn)報(bào)道。為此，研究采用不同濃度的兩種中性鹽NaCl、Na2SO4及兩種堿性鹽Na2CO3、NaHCO3按不同物質(zhì)的量比混合，共模擬出28種與天然鹽堿生態(tài)條件基本一致的復(fù)雜鹽堿條件[8]，研究復(fù)雜鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子萌發(fā)的影響，探討其種子在萌發(fā)階段對(duì)鹽堿脅迫的耐受能力和適應(yīng)能力，并為其在鹽堿土壤中的栽培與萌發(fā)提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用種子為槭葉草種子，采自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院試驗(yàn)基地。種子凈度為95%，千粒質(zhì)量約0.05 g。

1.2 混合鹽堿模擬設(shè)計(jì)

根據(jù)吉林省西部地區(qū)土壤鹽度與pH復(fù)雜多變的特點(diǎn)以及槭葉草對(duì)鹽堿的耐受能力，選用NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3這4種鹽按不同物質(zhì)的量比混合，分成7組（A～G）。各組鹽分組成及物質(zhì)的量之比如表1所示。在各組組內(nèi)設(shè)置4個(gè)濃度梯度，鹽濃度依次是5 mmol·L-1、10 mmol·L-1、15 mmol·L-1和20 mmol·L-1，總計(jì)28個(gè)處理組合，各處理pH值見(jiàn)表2，以蒸餾水處理作為對(duì)照。

1.3 萌發(fā)試驗(yàn)

選取大小一致，顆粒飽滿(mǎn)的槭葉草種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。任意選取400粒槭葉草種子約0.02 g，共87份，用濾紙包裹并疊成1 cm×2 cm大小的方塊之后，用0.1%高錳酸鉀溶液滅菌10 min，用無(wú)菌水沖洗6～8次，打開(kāi)濾紙包，連同濾紙一同置于已放有一層濾紙的培養(yǎng)皿中待用，然后分別取10 mL各種脅迫鹽堿溶液噴于培養(yǎng)皿中，以濾紙被潤(rùn)濕但無(wú)液體流出為基準(zhǔn)，每一水平設(shè)3次重復(fù)，將上述培養(yǎng)皿放置在（20±3）℃光照培養(yǎng)箱中。每天用稱(chēng)重法補(bǔ)充蒸發(fā)散失的水分與緩沖液，以確保恒定的鹽堿濃度[9]。

1.4 各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)測(cè)定的發(fā)芽指標(biāo)有發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚根長(zhǎng)，從種子放入培養(yǎng)箱的第2 d開(kāi)始觀(guān)察記錄，槭葉草種子的發(fā)芽勢(shì)以第4 d種子的發(fā)芽總數(shù)計(jì)算;發(fā)芽率以第6 d種子的發(fā)芽總數(shù)計(jì)算;當(dāng)胚根出現(xiàn)明顯的露白時(shí)視為發(fā)芽，第6 d進(jìn)行根部形態(tài)觀(guān)察并測(cè)量胚根長(zhǎng)度。各指標(biāo)計(jì)算公式如式1～3。

式3中，Gt指在時(shí)間t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間。

1.5 過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定

過(guò)氧化物酶（POD酶）是植物體內(nèi)普遍存在的活性較高的一種酶，是植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成部分，可以清除超氧化物自由基，使機(jī)體免受過(guò)氧化氫的毒害作用。其活性高低能反映植物受害程度、植物生長(zhǎng)發(fā)育的特性、體內(nèi)代謝狀況以及對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性，與植物的代謝和抗逆性都有密切關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中采用比色法測(cè)定POD酶活性[10]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析和多重比較，多重比較用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子發(fā)芽指標(biāo)的影響

2.1.1 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子發(fā)芽率的影響

由表3可知，對(duì)照組槭葉草種子的發(fā)芽率為92.65%，隨著鹽溶液濃度和酸堿度的上升，槭葉草種子的發(fā)芽率均呈下降趨勢(shì)，這說(shuō)明中性鹽和堿性鹽都會(huì)抑制槭葉草種子的萌發(fā)。在同組中，隨著鹽濃度的增大，槭葉草發(fā)芽率逐漸降低，如A組20 mmol·L-1處理槭葉草發(fā)芽率為71.21%，比對(duì)照下降了21.44%;B組20 mmol·L-1處理槭葉草的發(fā)芽率僅為57.50%，比對(duì)照下降了35.15%;其他處理組不同濃度之間發(fā)芽率在兩個(gè)水平下均達(dá)到了顯著、極顯著差異;在組間，隨著堿性鹽摩爾比的增加，槭葉草發(fā)芽率在逐漸下降，G組

20 mmol·L-1發(fā)芽率僅為43.36%，比A組同一濃度處理降低了27.85%。這些差異說(shuō)明高濃度和高pH值對(duì)槭葉草種子的萌發(fā)影響較大，由此降低了槭葉草種子的發(fā)芽率和整齊度，這與王佺珍等[11]在植物對(duì)鹽堿脅迫的響應(yīng)機(jī)制研究中得出的結(jié)論一致。

2.1.2 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由表4可以看出，對(duì)照組種子的發(fā)芽勢(shì)為73.01%，發(fā)芽速度較快，整齊度較高;隨著鹽堿溶液濃度的升高和pH值的增大，槭葉草種子的發(fā)芽勢(shì)逐漸降低，發(fā)芽時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。在相同的處理組中，不同鹽溶液濃度下，發(fā)芽勢(shì)差異都達(dá)到了極顯著。同一鹽堿濃度的處理組間，當(dāng)鹽濃度為5 mmol·L-1時(shí)，隨著堿性的增強(qiáng)和鹽堿成分的變化，A組到G組種子的發(fā)芽勢(shì)逐漸從70.63%下降到50.12%，當(dāng)鹽濃度為20 mmol·L-1時(shí)，A組到G組的發(fā)芽勢(shì)也逐漸從58.41%下降到30.36%。以上數(shù)據(jù)可以說(shuō)明，鹽濃度的增加和pH值的增大都會(huì)對(duì)槭葉草種子的萌發(fā)產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用。

2.1.3 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

從表5中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組的發(fā)芽指數(shù)為61.81，在相同的處理組間，槭葉草種子的發(fā)芽指數(shù)隨著鹽濃度的增大而逐漸減小，且同處理組內(nèi)不同濃度間的差異均達(dá)到了顯著、極顯著;G組中鹽濃度從5 mmol·L-1逐漸增加到20 mmol·L-1，發(fā)芽指數(shù)從45.53下降到28.8，下降了16.73;在濃度相同的組間，發(fā)芽指數(shù)逐漸降低，當(dāng)鹽堿濃度為5 mmol·L-1時(shí)，A組到G組發(fā)芽指數(shù)從59.46下降到45.53，下降了13.93;當(dāng)鹽堿濃度達(dá)到20 mmol·L-1時(shí)，A組到G組的發(fā)芽指數(shù)從47.89下降到28.8，下降了19.09。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明槭葉草種子發(fā)芽情況受鹽堿脅迫的影響較大，隨著鹽濃度的上升和pH值的增大，種子逐漸發(fā)生劣變，發(fā)芽指數(shù)也逐漸降低，所受的毒害作用越來(lái)越大。

2.2 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草幼苗根形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2.1 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草幼苗胚根長(zhǎng)的影響

從表6中可以看出，對(duì)照組種子的胚根生長(zhǎng)最快，在每個(gè)處理組內(nèi)，隨著鹽濃度的增大，胚根生長(zhǎng)逐漸變?nèi)?。在A組中，5 mmol·L-1和10 mmol·L-1、10 mmol·L-1和15 mmol·L-1之間的差異不顯著;B組中5 mmol·L-1和10 mmol·L-1之間的差異不顯著;C組中5 mmol·L-1和10 mmol·L-1、10 mmol·L-1和15 mmol·L-1之間差異表現(xiàn)為不顯著，其他處理之間表現(xiàn)為顯著;而組與組之間，同一濃度的A到G隨著pH值的增大，胚根長(zhǎng)度逐漸減小，其中A組至D組的各組隨著鹽濃度的升高，胚根長(zhǎng)度變化較緩和，同組內(nèi)各處理間差異較小，E、F、G組隨著溶液中堿性鹽比例的升高，胚根生長(zhǎng)受到的抑制變化較大。上述結(jié)果表明，在一定的鹽堿濃度范圍內(nèi)，槭葉草種子可以萌發(fā)，但是胚根的生長(zhǎng)受到了明顯的抑制，導(dǎo)致其生長(zhǎng)狀況不良;在鹽堿濃度高的條件下，槭葉草種子的胚根生長(zhǎng)受到的抑制作用十分顯著，甚至出現(xiàn)了不萌發(fā)或無(wú)根苗的現(xiàn)象。

2.2.2 混合鹽堿脅迫對(duì)槭葉草幼苗須根數(shù)量的影響

由圖1可以看出，對(duì)照組的須根數(shù)量最多，隨著鹽溶液濃度的增大和pH的升高，須根數(shù)量急劇減少。這是由于幼苗根系生長(zhǎng)受到了抑制，同時(shí)也是槭葉草根系對(duì)鹽堿脅迫的一種應(yīng)激反應(yīng)，反映了幼苗對(duì)鹽堿脅迫的適應(yīng)程度。

2.3 混合鹽堿脅迫對(duì)POD酶活性的影響

由表7可以看出，處理組的POD酶活性最大，為12.14。除了A組中5 mmol·L-1和10 mmol·L-1，E組10 mmol·L-1和15 mmol·L-1之間差異不顯著之外，其他各處理組內(nèi)都表現(xiàn)為差異顯著，A組5 mmol·L-1鹽溶液處理的酶活性比對(duì)照組降低了2.73 U·g-1，G組20 mmol·L-1鹽溶液處理的酶活性比對(duì)照組降低了9.65 U·g-1，說(shuō)明槭葉草幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中受到了不同程度鹽堿脅迫的傷害，且隨著鹽溶液濃度的升高和pH值的增大越來(lái)越強(qiáng)烈。

在不同的鹽溶液和鹽堿混合溶液中，槭葉草幼苗的POD酶活性大小不一樣，說(shuō)明鹽脅迫和堿脅迫的反應(yīng)機(jī)制不一樣。在A、B兩組鹽脅迫處理中，POD酶活性表現(xiàn)出先增大后減小的變化，而其他堿脅迫各處理組內(nèi)，隨著鹽溶液濃度的增大，酶活性不斷降低，這與孟祥浩等[12]在小麥根系活力的研究中得出的結(jié)論一致，這種變化趨勢(shì)可能與POD酶在逆境的初期表達(dá)及植物的瞬時(shí)反應(yīng)相關(guān)。在A、B兩個(gè)處理組中，酶活性隨鹽溶液濃度的變化較為緩慢，D、E、F、G四個(gè)處理組在5～10 mmol·L-1變化幅度趨于緩和，在10～20 mmol·L-1變化幅度較大，有逐漸遞減的趨勢(shì)，C、D、E、F、G五組鹽堿混合溶液在

5～15 mmol·L-1酶活性下降的幅度較大，隨后出現(xiàn)逐漸緩和的趨勢(shì)。以上結(jié)果表明，低濃度的中性鹽溶液對(duì)槭葉草幼苗的代謝抑制程度較低，隨著鹽溶液濃度的增大而逐漸遞增;槭葉草幼苗對(duì)低濃度的堿性溶液比較敏感，但隨著濃度的增大，這種抑制作用趨于平緩，酶活性逐漸降低，甚至失活，說(shuō)明鹽堿混合脅迫對(duì)植物幼苗酶活性的影響可能是由于高pH及其與其他離子脅迫的交互作用導(dǎo)致的，這與李辛等[13]在霧冰藜幼苗對(duì)鹽堿混合脅迫的研究結(jié)論一致。

3 討論與結(jié)論

在所模擬的覆蓋了鹽濃度5～20 mmol·L-1、pH為6.00～11.03的28種混合鹽堿脅迫下，槭葉草的各項(xiàng)萌發(fā)參數(shù)在對(duì)照組（0 mmol·L-1）下最高，且均隨鹽濃度及pH值的升高而下降。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、根形態(tài)指標(biāo)和POD酶活性等大致都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這與楊春武等[14]對(duì)星星草種子萌發(fā)的研究結(jié)論一致。各處理組與對(duì)照之間存在顯著差異（P<0.05）或極顯著差異

（P<0.01），鹽度、酸堿度及二者之間的交互作用對(duì)種子萌發(fā)均有顯著抑制作用（P<0.05）;槭葉草種子的萌發(fā)受到了不同程度的影響，并且隨著鹽堿溶液濃度的上升和pH值的增大，各指標(biāo)下降得越來(lái)越明顯，低鹽溶液濃度和低pH值對(duì)槭葉草種子萌發(fā)的影響較小，說(shuō)明槭葉草對(duì)低程度的鹽堿脅迫有一定的耐受能力;隨著溶液堿性的增強(qiáng)和鹽度的增大，各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯的下降趨勢(shì)，而高鹽度和高pH值脅迫抑制了槭葉草種子的萌發(fā)，使其發(fā)芽延遲甚至不發(fā)芽。因此，在一定的鹽堿濃度和pH值的范圍內(nèi)，槭葉草可以正常萌發(fā)，當(dāng)槭葉草播種在單一鹽濃度高于20 mmol·L-1、pH高于10.20的地區(qū)可適當(dāng)提高播種數(shù)量，以創(chuàng)造良好的景觀(guān)綠化效果。此項(xiàng)研究可用來(lái)指導(dǎo)園林綠化生產(chǎn)，為槭葉草在吉林省西部地區(qū)的鹽堿地治理[15]和綠化提供一定的參考價(jià)值和理論依據(jù)。

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（責(zé)任編輯：劉昀）