不同鹽脅迫對(duì)華蒲公英種子萌發(fā)的影響

張金龍，陳宏亮，王鵬山,，賈 林，劉璐瑤

(1. 天津市鹽堿地生態(tài)綠化工程中心，天津 300451； 2. 天津泰達(dá)綠化集團(tuán)有限公司，天津 300451)

土壤鹽堿化對(duì)糧食生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境安全有著重大影響，是全球面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿地面積約9.55×108hm2，分布在100多個(gè)國家和地區(qū)，占陸地面積的10%左右[1]。我國鹽堿地面積約9.91×107hm2，主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)和沿海地帶[2]。如何科學(xué)治理開發(fā)這些鹽堿地成為重要研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)前，鹽堿地治理措施主要有水利、農(nóng)業(yè)、化學(xué)、生物改良等方法[3]。耐鹽或鹽生植物適應(yīng)鹽漬生境能力較強(qiáng)，利用耐鹽或鹽生植物生物治理鹽堿地被認(rèn)為是一種較經(jīng)濟(jì)有效的方法[4]。

華蒲公英(TaraxacumborealisinenseKitam.)，又名堿地蒲公英，為菊科蒲公英屬多年生草本植物，是一種分布較廣、環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)的鹽生植物[5]。蒲公英屬植物可食部分達(dá)到84%，含有多種營養(yǎng)物質(zhì)和具有保健作用的化學(xué)物質(zhì)，被國家衛(wèi)生部列為藥食同源食品，具有很好的開發(fā)利用價(jià)值和前景[6]。在鹽堿地上種植蒲公英既治理利用了鹽漬土資源，又能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一些學(xué)者對(duì)蒲公英苗期耐鹽性進(jìn)行了探討[7-8]。植物種子萌發(fā)期對(duì)鹽脅迫最為敏感，但有關(guān)蒲公英萌發(fā)期耐鹽性研究報(bào)道甚少。研究采用不同濃度NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫華蒲公英種子萌發(fā)，有助于深入了解華蒲公英種子萌發(fā)期耐鹽能力，也為科學(xué)合理的利用華蒲公英治理鹽堿地提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為野生華蒲公英種子，2018年6月采集于天津?yàn)I海地區(qū)鹽堿荒地(117°68′ E、39°03′ N)。選取勻稱飽滿一致的華蒲公英種子，將種子浸泡于濃度為0.1%的KMnO4溶液消毒10 min，用蒸餾水沖洗5次，保證其被沖洗干凈，再用濾紙吸干水分備用。

1.2 試驗(yàn)方法

采用培養(yǎng)皿法進(jìn)行鹽脅迫種子發(fā)芽試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)NaCl、Na2SO4、NaHCO3三種單鹽溶液處理華蒲公英種子，每種鹽分溶液濃度均分別為0(CK)、0.30%、0.60%、0.90%、1.20%，每種處理重復(fù)3次。將不同濃度的鹽溶液分別加入鋪有兩層濾紙、直徑為9 cm 的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入5 mL，使之充分潤濕濾紙；然后取消毒備用的華蒲公英種子50 粒，均勻放置于培養(yǎng)皿內(nèi)濾紙上；最后將培養(yǎng)皿移入人工光照培養(yǎng)箱(LRH-150)內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為溫度25℃，光照10 h/d，相對(duì)濕度60%～70%。

1.3 測定指標(biāo)與方法

每天觀察記錄種子發(fā)芽情況及發(fā)芽種子數(shù)，以胚芽突破種皮2 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，用Microsoft Excel 2013 軟件分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算發(fā)芽率等指標(biāo)。各指標(biāo)記錄計(jì)算方法和種子萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)方法如下：

發(fā)芽開始時(shí)間：試驗(yàn)開始起到第1粒種子發(fā)芽所需時(shí)間。

發(fā)芽率(Germination rate,GR)：試驗(yàn)結(jié)束時(shí)(第8天)累計(jì)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

期間發(fā)芽率(Period germination rate,PGR)：試驗(yàn)期間第n天(n=1～8)累計(jì)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

相對(duì)發(fā)芽率(Relative germination rate,RGR)= 鹽脅迫處理發(fā)芽率/對(duì)照處理發(fā)芽率×100%。

相對(duì)鹽害率(Relative salt damage,RSD)=(對(duì)照處理發(fā)芽率-鹽脅迫處理發(fā)芽率)/對(duì)照處理發(fā)芽率×100%。

耐鹽性評(píng)價(jià)：采用兩種方法評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性。

方法1，相對(duì)鹽害率指標(biāo)評(píng)價(jià)方法：參照《植物耐鹽性鑒定及評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》，利用不同濃度鹽脅迫處理下種子萌發(fā)相對(duì)鹽害率指標(biāo)(Relative salt damage,RSD)評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性[9]，強(qiáng)適宜鹽分濃度(RSD≤20%)、較強(qiáng)適宜鹽分濃度(20%< RSD≤40%)、中度適宜鹽分濃度(40%80%)。

方法2，耐受鹽分濃度回歸分析方法：建立華蒲公英種子相對(duì)發(fā)芽率與對(duì)應(yīng)鹽脅迫濃度之間的回歸關(guān)系，將相對(duì)發(fā)芽率為75%、50%、25%時(shí)所對(duì)應(yīng)的鹽分濃度作為種子萌發(fā)鹽脅迫的適宜濃度、臨界濃度和極限濃度[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)華蒲公英種子萌發(fā)動(dòng)態(tài)的影響

鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用主要體現(xiàn)在種子發(fā)芽開始時(shí)間的推遲、發(fā)芽所需時(shí)間的延長和發(fā)芽率的降低等方面。由圖1可知，對(duì)照處理(CK)華蒲公英種子在試驗(yàn)第2 d開始發(fā)芽，并且種子萌發(fā)主要發(fā)生在第2 d到第5 d期間，第5 d時(shí)的發(fā)芽率達(dá)到68.00%。NaCl脅迫處理當(dāng)其鹽分濃度增加到0.60%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽開始時(shí)間出現(xiàn)推遲，且與對(duì)照比較推遲1 d，種子萌發(fā)主要發(fā)生在第3 d到第5 d期間，第5 d時(shí)的發(fā)芽率僅有22.67%；當(dāng)NaCl鹽分濃度增加到0.90%時(shí)，種子發(fā)芽開始時(shí)間與對(duì)照比較推遲2 d，且種子萌發(fā)主要發(fā)生在第4 d到第6 d期間，但第6 d時(shí)的發(fā)芽率與對(duì)照比較下降到8.67%。Na2SO4脅迫處理當(dāng)其鹽分濃度增加到0.90%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽開始時(shí)間才出現(xiàn)推遲，且與對(duì)照處理相比推遲1 d，種子萌發(fā)主要發(fā)生在第3 d到第6 d期間，第6 d時(shí)的發(fā)芽率為32.67%。NaHCO3脅迫處理對(duì)華蒲公英種子萌發(fā)影響較大，當(dāng)其鹽分濃度增加到0.60%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽開始時(shí)間與對(duì)照相比推遲1 d，但種子發(fā)芽率下降明顯，第5 d時(shí)的發(fā)芽率僅為11.33%；當(dāng)其鹽分濃度增加到0.90%時(shí)，發(fā)芽開始時(shí)間與對(duì)照比較推遲3 d，且第5 d時(shí)的發(fā)芽率僅有1.33%。綜上分析，NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫處理對(duì)華蒲公英種子萌發(fā)進(jìn)程都有較大的抑制作用，按抑制程度排序?yàn)椋篘aHCO3>NaCl>Na2SO4。

圖1 鹽脅迫對(duì)華蒲公英種子萌發(fā)動(dòng)態(tài)影響Fig. 1 Dynamics of seed germination under salt stress

2.2 鹽脅迫對(duì)華蒲公英種子發(fā)芽率的影響

在不同濃度NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫下華蒲公英種子發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率見圖2。對(duì)照條件下野生華蒲公英種子發(fā)芽率最高，為72.67%，鹽脅迫條件下野生華蒲公英種子發(fā)芽率都低于對(duì)照，且發(fā)芽率隨鹽分濃度的增加而明顯降低。三種鹽分脅迫處理對(duì)華蒲公英種子發(fā)芽率影響存在明顯差異。Na2SO4脅迫處理對(duì)華蒲公英種子發(fā)芽率影響最小，其脅迫濃度為0.30%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽率為68.67%，相對(duì)發(fā)芽率為94.50%，非常接近對(duì)照處理；其脅迫濃度增加到0.90%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽率為36.00%，相對(duì)發(fā)芽率為49.54%，約為對(duì)照處理的一半。NaCl脅迫處理對(duì)華蒲公英種子發(fā)芽率影響較大，華蒲公英種子在其濃度為0.30%條件下的發(fā)芽率為57.33%，相對(duì)發(fā)芽率為78.90%，低于對(duì)照和同濃度Na2SO4處理；NaCl濃度增加到0.90%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽率為9.30%，相對(duì)發(fā)芽率為12.84%，明顯低于對(duì)照和同濃度Na2SO4處理。NaHCO3對(duì)華蒲公英種子發(fā)芽率影響最明顯，其鹽分濃度為0.30%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽率為31.33%，相對(duì)發(fā)芽率為43.12%，明顯低于對(duì)照和其它2種鹽分處理；其鹽分濃度增加到0.60%時(shí)，華蒲公英種子發(fā)芽率下降到13.33%，相對(duì)發(fā)芽率僅有18.35%；其鹽分濃度增加到0.90%時(shí)，華蒲公英種子幾乎不發(fā)芽，相對(duì)發(fā)芽率僅有2.75%。

2.3 華蒲公英種子的耐鹽性

RSD反映了種子萌發(fā)期鹽脅迫對(duì)種子的傷害程度，可根據(jù)不同鹽分濃度脅迫下的種子萌發(fā)相對(duì)鹽害率指標(biāo)評(píng)價(jià)種子萌芽期的耐鹽性[9]。由表1可知，NaCl鹽分濃度為0.30%、0.60%時(shí)，華蒲公英種子萌發(fā)相對(duì)鹽害率分別為21.11%和62.43%，相應(yīng)靠近強(qiáng)適宜鹽分濃度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下限值(RSD≤20%)與中度適宜鹽分濃度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下限值(40%80%)范圍內(nèi)，這表明華蒲公英種子萌發(fā)相對(duì)能耐受濃度不超過0.30% NaHCO3脅迫。

種子相對(duì)發(fā)芽率與鹽分濃度關(guān)系緊密，可根據(jù)耐受鹽分濃度回歸分析方法評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期耐鹽性[10]。建立華蒲公英種子相對(duì)發(fā)芽率與對(duì)應(yīng)濃度之間的回歸關(guān)系，評(píng)價(jià)華蒲公英種子萌發(fā)耐鹽特性。由表2可知，華蒲公英種子相對(duì)發(fā)芽率與鹽分種類和濃度密切相關(guān)，種子萌發(fā)對(duì)NaCl鹽脅迫的耐受適宜濃度、臨界濃度、極限濃度分別為0.27%、0.52%和0.77%；對(duì)Na2SO4鹽脅迫的耐受適宜濃度、臨界濃度、極限濃度分別為0.48%、0.83%和1.19%；對(duì)NaHCO3鹽脅迫的耐受適宜濃度、臨界濃度、極限濃度分別為0.13%、0.36%和0.60%。

表1 鹽脅迫下華蒲公英種子萌發(fā)相對(duì)鹽害率Table 1 Relative salt damage rate of seed germination under salt stress

表2 華蒲公英種子相對(duì)發(fā)芽率與鹽分濃度回歸分析結(jié)果Table 2 Regression analysis results of relative germination rate and salt concentrations

3 討論與結(jié)論

鹽分影響植物種子萌發(fā)，其影響效果與鹽分的種類、濃度及植物的耐鹽性相關(guān)[11]。本研究探討了不同濃度NaCl、Na2SO4NaHCO3對(duì)野生鹽生植物華蒲公英種子萌發(fā)的影響，并評(píng)價(jià)了華蒲公英種子萌發(fā)耐受不同鹽脅迫的能力。

鹽脅迫條件下隨著鹽分濃度的增加，華蒲公英種子萌發(fā)開始時(shí)間出現(xiàn)推遲，這與袁飛敏等的研究結(jié)論一致[12]。較高濃度的鹽分增加了溶液的滲透勢，使種子吸水困難，是種子萌發(fā)出現(xiàn)延遲的主要原因，這種現(xiàn)象也是植物適應(yīng)鹽堿等不利環(huán)境的一種特性[13]。不同濃度NaCl、Na2SO4、NaHCO3脅迫條件下，華蒲公英種子發(fā)芽率都低于對(duì)照處理。有些研究認(rèn)為較低的鹽分濃度對(duì)種子萌發(fā)無影響或促進(jìn)種子萌發(fā)，隨著鹽溶液濃度的升高，種子萌發(fā)逐漸受到抑制[14-15]，這可能與不同植物品種對(duì)鹽分敏感性不同有關(guān)，也可能與本研究采用的鹽脅迫起始濃度較高有關(guān)。相同鹽分濃度脅迫下，Na2SO4處理華蒲公英種子發(fā)芽率都最高，NaHCO3處理種子發(fā)芽率都最低，NaCl處理種子發(fā)芽率居中，三種鹽分對(duì)華蒲公英種子萌發(fā)抑制作用由強(qiáng)到弱排序?yàn)镹aHCO3>NaCl>Na2SO4，這與劉彥清等、陸嘉惠等的研究結(jié)論一致[16-17]。但有些研究認(rèn)為Na2SO4對(duì)種子萌發(fā)抑制作用強(qiáng)于NaCl[18-19]。分析發(fā)現(xiàn)這可能與這些研究中鹽溶液濃度單位采用物質(zhì)的量濃度單位(摩爾濃度單位)有關(guān)，相同物質(zhì)的量濃度下Na2SO4鹽溶液質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于NaCl鹽溶液質(zhì)量溶度，對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用相應(yīng)可能高于NaCl；另外，這也可能與不同植物或不同品種對(duì)不同鹽分類型的生理反應(yīng)不盡相同有關(guān)。

應(yīng)用相對(duì)鹽害率指標(biāo)評(píng)價(jià)法與耐受鹽分濃度回歸分析方法評(píng)價(jià)了華蒲公英種子萌發(fā)耐鹽特性，兩種方法得出的華蒲公英種子對(duì)NaCl、Na2SO4和NaHCO3脅迫的耐受能力結(jié)果基本一致。耐受鹽分濃度回歸分析法能夠較準(zhǔn)確地確定華蒲公英種子萌發(fā)對(duì)三種鹽分的耐受鹽分濃度值，而相對(duì)鹽害率指標(biāo)評(píng)價(jià)法只能得出大致耐受鹽分濃度范圍。根據(jù)耐受鹽分濃度回歸分析法確定的華蒲公英種子萌發(fā)對(duì)NaCl、Na2SO4和NaHCO3鹽脅迫的耐受適宜濃度分別為0.27%、0.48%和0.13%，耐受臨界濃度分別為0.52%、0.83%和0.36%，耐受極限濃度分別為0.77%、1.19%和0.60%。