不同鹽脅迫下羅布麻種子耐鹽性的比較研究

王鵬山，賈 林，張金龍，慈華聰，劉璐瑤，李志明

（1天津泰達綠化集團有限公司，天津300457；2天津泰達鹽堿地綠化研究中心有限公司，天津300457）

0 引言

羅布麻為夾竹桃科羅布麻屬多年生直立草本或半灌木植物，適生環(huán)境廣、分蘗能力強、易形成塊狀連片植物群落，可作為經(jīng)濟植物和綠化植物進行栽培，多生長于鹽堿荒地、沙漠邊緣、濱海灘涂等地[1]。在中國主要分布于西北部的新疆、甘肅、內(nèi)蒙、青海等省及江蘇沿海和山東黃河故道沿岸等地區(qū)，在環(huán)渤海及河北、天津、山東北部等地亦有分布[2]。羅布麻在醫(yī)學、紡織等有較大的經(jīng)濟價值。在醫(yī)藥方面的主要因為其葉內(nèi)的有效成分為黃酮類、酚類等，可增強抗氧化能力，清除過多自由基、減輕機體氧化應激狀態(tài)[3]。有研究顯示黃酮類化合物可以顯著提高人體抗抑郁能力[4]。同時作為一種天然紡織材料，羅布麻的纖維含量高，品質(zhì)好，紡織物產(chǎn)品也有較好的市場應用[5]。

羅布麻除了上述價值外，近年來又因其具有一定的耐鹽性、耐寒性、耐貧瘠、喜光抗風蝕等特點，使其在鹽堿地引種綠化及鹽漬土的生態(tài)恢復具有重要的參考和應用價值。荊瑞英[6]的研究表明，羅布麻在引種地適應性較強，長勢良好，種子繁殖及根莖移栽較易成活，但扦插很難生根。鹽脅迫下羅布麻種子的萌發(fā)多采用培養(yǎng)皿法，方婧雯[7]在研究NaCl對3個不同地區(qū)羅布麻種子的耐鹽性比較中發(fā)現(xiàn)其耐鹽性巴盟羅布麻＞包頭羅布麻＞通遼羅布麻。石秋梅等[8]通過培養(yǎng)皿法對羅布麻和大葉白麻種子耐鹽性試驗時，超過600 mmol/L NaCl可完全抑制羅布麻和大葉白麻種子的萌發(fā)，但解除鹽脅迫復水后，2種羅布麻種子發(fā)芽率及胚根、胚芽生長恢復至對照水平。

進入21世紀以來，中國面臨鹽漬土荒漠化加劇的問題。發(fā)展和引種適生的耐鹽植物逐漸成為改良濱海灘涂鹽堿地及優(yōu)化鹽漬土城市綠化的首選方式。種子在萌發(fā)期間，周圍環(huán)境的影響起到至關重要的作用，其中鹽脅迫是阻礙種子萌發(fā)的重要因素。本文通過對比羅布麻種子在不同濃度NaCl、Na2SO4、NaHCO3鹽脅迫下的萌發(fā)，研究不同鹽分和濃度對羅布麻種子萌發(fā)的影響，分析其耐鹽性差異。闡述羅布麻耐鹽性特點及適生范圍與適生鹽堿土類型，以期為實現(xiàn)濱海鹽漬土裸露地快速綠化及相應植物引種提供理論研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種子于2018年采自山東東營野外，采后室溫通風晾干，放置于密封容器內(nèi)，并于4℃條件下貯藏備用。千粒質(zhì)量為0.51 g，種子凈度為100%。本試驗于2019年6月在天津泰達綠化集團有限公司研究中心水生態(tài)實驗室內(nèi)進行。

1.2 試驗方法

種子前處理：將羅布麻種子浸泡在蒸餾水中8 h，去除漂浮的空癟種子后，用0.1% KMnO4浸泡消毒10 min，沖洗干凈晾干。

鹽脅迫處理：本試驗為NaCl、Na2SO4、NaHCO3的單鹽脅迫試驗，濃度梯度設為0%(CK)、0.3%、0.6%、1.2%、1.8%、3.0%、4.2%，將消毒后的羅布麻種子以培養(yǎng)皿法進行種子萌發(fā)培養(yǎng)，每培養(yǎng)皿中均勻擺放50粒種子，分別加入5 mL上述鹽溶液至濾紙飽和，每組處理重復3次。每日及時補充所蒸發(fā)的水分。恒溫培養(yǎng)箱溫度設定為(25±0.5)℃，8 h光照。

1.3 指標測定與計算方法

每日觀察記錄一次種子萌發(fā)情況。種子的萌發(fā)以胚根突破種皮為準。至第8天發(fā)芽結(jié)束，統(tǒng)計每日累計萌發(fā)個數(shù)，并以此計算相應發(fā)芽率和發(fā)芽勢等，計算公式如(1)～(8)所示[9]。

式中，Gt為在時間t天的萌發(fā)個數(shù)，Dt為相對應的發(fā)芽天數(shù)，G為逐日的萌發(fā)個數(shù)，t為相對應的天數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽脅迫下羅布麻種子萌發(fā)情況比較

2.1.1 不同鹽脅迫下羅布麻發(fā)芽率 從表1中看出與對照相比，羅布麻種子在3種鹽脅迫下發(fā)芽率均有下降。僅在0.6%的Na2SO4脅迫下，羅布麻種子發(fā)芽率略有上升，但差異不顯著。當在低濃度的NaCl(0.3%)，Na2SO4(0.3%～1.2%)，NaHCO3(0.3%～0.6%)處理時，3種鹽分的發(fā)芽率均與對照無顯著差異，說明低濃度鹽脅迫下，羅布麻種子萌發(fā)并未因此受到顯著的負影響，甚至在0.6%的Na2SO4脅迫下發(fā)芽率略有升高，這可能是因為低濃度的Na2SO4具有刺激發(fā)芽的作用。但隨著鹽濃度的繼續(xù)升高，鹽脅迫對種子的萌發(fā)出現(xiàn)顯著的抑制作用。表明羅布麻種子耐鹽脅迫的種類有差異，其開始響應NaCl、Na2SO4、NaHCO3鹽脅迫的濃度分別為0.6%、1.8%、1.2%。

從相對發(fā)芽率的變化比較看出，不同濃度的鹽脅迫對羅布麻種子萌發(fā)的影響也不相同。當鹽濃度在最高的4.2%時，Na2SO4和NaHCO3處理下的相對發(fā)芽率依然可以達到40.6%，14.5%，但在3.0%的NaCl鹽脅迫下，就已沒有1粒種子可以發(fā)芽。羅布麻種子萌發(fā)對NaCl較敏感，其次是NaHCO3，Na2SO4抑制作用最小。

2.1.2 不同鹽脅迫對羅布麻發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響從表1中看出與對照相比，在3種鹽脅迫下羅布麻種子發(fā)芽勢變化趨勢與發(fā)芽率相似，但發(fā)芽勢下降變化更顯著。同樣在0.6%的Na2SO4脅迫下，羅布麻種子發(fā)芽勢略有上升，但差異不顯著。與發(fā)芽率變化趨勢相比較，在NaCl(0.3%)，NaHCO3(0.6%)處理時，發(fā)芽勢與對照相比即出現(xiàn)顯著差異，比發(fā)芽率的相應變化提前出現(xiàn)，說明在此2種鹽分的脅迫下，NaCl和NaHCO3對羅布麻種子的萌發(fā)抑制作用比Na2SO4要早。隨著鹽濃度的上升，發(fā)芽勢降低的幅度也因鹽分種類的不同而異，NaCl、Na2SO4和NaHCO3相對發(fā)芽勢最低值分別出現(xiàn)在1.8%、4.2%，4.2%濃度處理下，其值分別為0%、4.6%、0%。從發(fā)芽指數(shù)上看，種子在鹽脅迫下發(fā)芽指數(shù)一直處于下降趨勢，說明鹽脅迫下羅布麻種子萌發(fā)受到抑制，據(jù)下降幅度可知其抑制作用表現(xiàn)為NaCl＞NaHCO3＞Na2SO4。

表1 鹽脅迫對羅布麻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2 不同鹽脅迫對羅布麻種子萌發(fā)速度的影響

從圖1中看出，對照組0%(CK)種子起始萌發(fā)時間為第2天，并且第2天的累計發(fā)芽率已達68%。隨著鹽脅迫梯度濃度的上升，起始萌發(fā)時間會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。以NaCl為例，在濃度梯度為0.3%，0.6%的鹽脅迫下，尚可在第2天進行起始萌發(fā)，但第2天的累計發(fā)芽率相較CK均有下降。在1.8%鹽脅迫處理下，起始萌發(fā)時間已滯后至第5天，并且第5天的累計發(fā)芽率僅為2%。綜合3種鹽比較發(fā)現(xiàn)，NaCl對羅布麻種子起始萌發(fā)時間的滯后最明顯，NaHCO3次之，Na2SO4相較最不明顯。

圖1 鹽脅迫下種子累計發(fā)芽率

由圖2可以看出，對照組0%(CK)的平均發(fā)芽時間為2.43天，鹽脅迫下，隨著濃度梯度的上升羅布麻種子的平均發(fā)芽天數(shù)相比對照均有所延長。同時，值得注意的是3種鹽脅迫表現(xiàn)出的曲線，NaCl的曲線最陡峭，可見NaCl對種子萌發(fā)的平均發(fā)芽時間延緩作用也是最大的，說明羅布麻種子對NaCl的鹽脅迫適應時間是最長的。

圖2 鹽脅迫下種子平均發(fā)芽天數(shù)

2.3 羅布麻種子耐鹽性評價

根據(jù)白玉娥等[10]的研究描述，種子的耐鹽適宜濃度，耐鹽半致死濃度，耐鹽極限濃度及相對鹽害率等相應指標，可作為評價種子的耐鹽能力的依據(jù)。以3種不同濃度鹽脅迫為自變量(x)，種子發(fā)芽率為因變量(y)建立線性回歸方程，得出在不同鹽脅迫下羅布麻種子耐鹽適宜濃度（發(fā)芽率為75%）、耐鹽半致死濃度（發(fā)芽率為50%）、耐鹽極限濃度（發(fā)芽率為10%）。表2說明，3種鹽脅迫下羅布麻種子發(fā)芽率和溶液濃度呈顯著負相關，且3種鹽的耐鹽適宜濃度、耐鹽半致死濃度、耐鹽極限濃度最高為Na2SO4，其次為NaHCO3，NaCl最低。羅布麻對Na2SO4的耐鹽極限濃度可達7.81%。

表2 鹽溶液濃度和發(fā)芽率回歸分析

3 結(jié)論與討論

種子耐鹽性是植物耐鹽性早期鑒定和品種選擇的基礎[11]，研究羅布麻種子的耐鹽性，可為濱海鹽漬土土壤改良和綠化植物引種提供前導性研究。已有研究表明，鹽脅迫對植物的影響主要表現(xiàn)在降低種子發(fā)芽率等[12]。即使鹽生植物對鹽漬環(huán)境有較強的適應能力，但在種子萌發(fā)階段，鹽脅迫仍能抑制種子的生長[13-14]。同樣在以鹽脅迫試驗中，研究羅布麻在不同堿性鹽脅迫方面，張秀玲等[15]研究表明高濃度的堿性鹽如Na2CO3可顯著抑制羅布麻種子萌發(fā)，且抑制效果強于中性鹽NaCl和Na2SO4。在研究其他植物方面，倪細爐[16]在研究鹽脅迫對芨芨草葉綠素含量變化時提出與NaCl、Na2SO4相比，NaHCO3對芨芨草傷害最嚴重，芨芨草對Cl-的忍受性比SO42-要強，鹽分類型和濃度等生態(tài)因素直接影響種子的萌發(fā)質(zhì)量，在沒有鹽脅迫的情況下萌發(fā)最好；徐小玉[17]在研究對波斯菊種子耐鹽性時亦有提出SO42-抑制作用強于Cl-。

本試驗結(jié)果表明，在3種鹽脅迫下，羅布麻種子的萌發(fā)受到抑制，具體表現(xiàn)為隨著鹽脅迫梯度的升高，羅布麻種子發(fā)芽率有所下降。低濃度梯度鹽脅迫對羅布麻種子萌發(fā)的抑制相對不明顯，但高濃度梯度鹽脅迫下羅布麻種子萌發(fā)的抑制效果明顯。原因可能在于種子在吸脹過程中細胞膜遭到破壞，透性增大，溶質(zhì)外流，造成種子死亡萌發(fā)中止。不同鹽分之間比較發(fā)現(xiàn)，羅布麻種子萌發(fā)對NaCl較敏感，其次是NaHCO3，Na2SO4抑制作用最小。相同鹽分處理下，這與倪細爐對芨芨草和徐小玉對波斯菊種子萌發(fā)耐鹽性研究的結(jié)果相反，推測可能是不同植物對不同鹽分的適應能力的差異造成的。在脅迫過程中出現(xiàn)了在0.6%的Na2SO4處理下，羅布麻種子發(fā)芽率略有上升的現(xiàn)象，這與荊瑞英[6]和劉克彪[18]研究類似，但不同于兩人的研究，本試驗中僅發(fā)現(xiàn)在0.6%濃度下具有刺激作用，是否在其他濃度下有影響，需待進一步試驗。

種子萌發(fā)是植物生活周期中的關鍵環(huán)節(jié)，種子萌發(fā)速度能夠在一定程度上反應植物對新環(huán)境的適應程度[19]。從研究結(jié)果來看，隨著鹽脅迫梯度濃度的上升，起始萌發(fā)時間會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。NaCl對羅布麻種子起始萌發(fā)的滯后最明顯，NaHCO3次之，Na2SO4相較最不明顯。萌發(fā)過程中，對照組的平均發(fā)芽時間為2.43天，3種下脅迫下，隨著濃度的上升羅布麻種子的平均發(fā)芽天數(shù)比對照均有所延長，并且發(fā)現(xiàn)NaCl對種子的萌發(fā)延緩作用是最大的，也說明羅布麻種子對Cl-的鹽脅迫適應時間是最長的。

不同鹽分鹽脅迫對羅布麻種子萌發(fā)比較中發(fā)現(xiàn)，羅布麻種子對3種鹽的耐鹽性表現(xiàn)也不相同。響應NaCl、Na2SO4、NaHCO3鹽脅迫下種子開始響應鹽脅迫反應的濃度分別為0.6%、1.8%、1.2%，同樣說明NaCl對種子的刺激作用高于其他2種鹽。耐鹽性比較顯示，3種鹽的耐鹽適宜濃度、耐鹽半致死濃度、耐鹽極限濃度最高為Na2SO4，其次為NaHCO3，NaCl最低?？梢?，不同的離子濃度以及不同的離子形態(tài)對羅布麻種子萌發(fā)的反應也不相同，羅布麻對Na2SO4的耐鹽極限濃度可達7.81%，相較于Na+～Cl-型鹽堿土，羅布麻在Na+～SO42-型鹽堿土更適合生長，可在相應的裸露地內(nèi)快速進行萌發(fā)，且保持相對較高的發(fā)芽率，實現(xiàn)裸露地內(nèi)的植物覆蓋。

鹽脅迫抑制種子萌發(fā)是一個復雜過程，本試驗只研究3種Na+單鹽脅迫下羅布麻種子的萌發(fā)，仍需要進行復鹽或其他鹽分離子如K+等對羅布麻種子萌發(fā)或其他不同發(fā)育階段耐鹽性的進一步探討。