鹽脅迫對不同區(qū)域野生枸杞種子萌發(fā)的影響

任小燕，柳迪，潘平新，馬彥軍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院，甘肅 蘭州 730070)

在全球范圍內(nèi)，土壤鹽漬化是最嚴重的自然災害之一。我國鹽漬土面積約3 460萬hm2,耕地鹽堿化面積760萬hm2,近1/5耕地發(fā)生鹽堿化,其中原生鹽化型、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的52%、40%和8%[1]。在北方干旱、半干旱地區(qū)，降水不足、淋溶作用弱、地下水蒸發(fā)和蒸騰強烈以及降水會造成土壤中鹽分升高，出現(xiàn)鹽漬化或次生鹽漬化[2]現(xiàn)象。研究表明，種植耐鹽堿植物可以降低土壤鹽漬化對植物生長產(chǎn)生的不利影響[3]。

枸杞(Lyciumbarbarum)為茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)植物，枝細長，葉卵形或卵狀披針形，花淡紫色，漿果紅色，種子腎形黃色，8-10月成熟。其果實有滋肝補腎、生精益氣、治虛安神，祛風明目的功效，對治慢性肝炎、糖尿病、肺結核也有一定療效。此外，枸杞枝葉煮水治棉蚜效果顯著。目前， 關于枸杞的研究主要著重于其藥用價值[4-8]，對其耐鹽性研究較少。本文旨在通過研究不同濃度的兩種鹽(NaCl、NaHCO3)對3個區(qū)域野生枸杞種子萌發(fā)的影響，篩選出耐鹽堿區(qū)域種子，為枸杞在鹽堿地種植提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019年9月在甘肅定西、臨夏、蘭州采集野生枸杞果實，用自封袋標記帶回實驗室，采用水選法清除果皮、果肉及癟種等雜質(zhì)，種子洗凈，自然陰干，置-18℃冰箱備用。試驗于2020年6月5日在甘肅農(nóng)業(yè)大學林學院人工氣候室進行，材料來源見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 基質(zhì)處理 本試驗以蛭石為基質(zhì)，清洗干凈后，用立式高壓滅菌鍋(121℃)滅菌30 min，自然晾干，平鋪于18.4 cm×11.3 cm×5.8 cm發(fā)芽盒，蛭石3 cm厚，備用。

1.2.2 種子處理 取顆粒飽滿、大小基本一致凈種，置于燒杯，溫水浸泡24 h，經(jīng)84消毒液消毒5 min，取出種子用無菌水洗凈，吸水紙吸干水分。

1.2.3 鹽處理 將備好的種子均勻點播于發(fā)芽盒中，每個處理播50粒，重復3次，設置NaCl、NaHCO3濃度分別為50、100、150、200、250、300 mmol/L，以蒸餾水處理為對照(CK)，用等量不同類溶液將發(fā)芽盒澆透，在人工氣候箱(溫度25℃，濕度75%，前2 d暗光，第3 d開始12 h/d光照)進行萌發(fā)觀測，以肉眼看到種子發(fā)芽為標準，每天定時記錄一次發(fā)芽數(shù)，重復中若有一粒種子發(fā)芽即為該處理的起始發(fā)芽時間，連續(xù)3 d累計發(fā)芽數(shù)不再增加時方可認為萌發(fā)試驗結束。

1.3 指標測定

1.3.1 種子大小 隨機抽取不同區(qū)域種子20粒粘貼于坐標紙上，重復3次，用EPSAN EXPRESSION 10000XL型掃描儀掃描，Auto CAD 2007(主菜單插入-光柵圖像參照-左菜單多段線)制圖軟件進行種子縱橫徑(種子最大部位)及面積測定，求均值。

1.3.2 種子千粒重 隨機抽取各區(qū)域凈種1 000粒，天平稱重，重復3次，求均值。

1.3.3 種子吸水特性 稱取各區(qū)域種子0.4 g，室溫浸種，隔2 h取出，吸水紙去除多余水分并稱重[9]，直至浸種24 h，重復3次，求均值并繪制種子吸水速率圖。指標計算參照文獻[10]：

吸水速率(g/h)=種子吸水量/種子吸水時間

式中，種子吸水量為兩次測量的種子質(zhì)量的差值，種子吸水時間為2 h。

1.3.4 種子萌發(fā)指標 各指標計算參照文獻[11]。

起始發(fā)芽時間(d)：以肉眼看到種子發(fā)芽時所經(jīng)歷的時間。

發(fā)芽率(Gp)=n/N×100%；

相對發(fā)芽率(RGp)=處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100%

式中，n為發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子總數(shù)。

發(fā)芽勢(Ge)=n/N×100%；

相對發(fā)芽勢(RGe)=處理發(fā)芽勢/對照發(fā)芽勢×100%；

式中n為發(fā)芽高峰時(12 d)累計發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子總數(shù)。

發(fā)芽指數(shù)(Gi)=Σ(Gt/Dt)；

相對發(fā)芽指數(shù)(RGi)=處理發(fā)芽指數(shù)/對照發(fā)芽指數(shù)×100%；

式中Gt為t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)(VI)=發(fā)芽指數(shù)(Gi)×幼苗鮮重(W)；

相對活力指數(shù)(RVI)=處理活力指數(shù)/對照活力指數(shù)×100%；

相對鹽害率(Rsi)=(對照發(fā)芽率-處理發(fā)芽率)/對照發(fā)芽率×100%。

1.4 耐鹽性評價

以相對發(fā)芽率Y為因變量，鹽濃度X為自變量進行回歸分析確定其耐鹽性。指標計算參照文獻[2]：

耐鹽適宜濃度：相對發(fā)芽率≥75%時的鹽溶液濃度

耐鹽半致死濃度：相對發(fā)芽率≥50%時的鹽溶液濃度

耐鹽極限濃度：相對發(fā)芽率≤10%時的鹽溶液濃度

1.5 數(shù)據(jù)處理：

利用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)處理及圖表轉(zhuǎn)化；SPSS 21軟件進行差異顯著性(P<0.05)、相關性及回歸性分析。

2 結果與分析

2.1 枸杞種子形態(tài)、大小及千粒重

3個區(qū)域中，蘭州區(qū)域種子特征的各指標均最大，除種子長與定西區(qū)域差異不顯著(P>0.05)外，其他3項指標皆與2個區(qū)域差異顯著(P<0.05)(表2)。據(jù)此可將蘭州、定西、臨夏區(qū)域種子大小分為大、中、小3類。

表2 種子特征

2.2 枸杞種子吸水特性分析

3個區(qū)域種子吸水速率在浸種2 h時達到最大，此時定西、蘭州、臨夏區(qū)域種子吸水速率分別為0.142 4、0.140 3、0.131 9 g/h，之后隨浸種時間的延長可將種子吸水分為3個階段，0～2 h為快速吸水階段；2～4 h為中速吸水階段；4～24 h吸水基本穩(wěn)定，為飽和吸水階段(圖1)。

圖1 種子吸水速率Fig.1 Water absorption speed

2.3 鹽脅迫對枸杞種子萌發(fā)特性的影響

2.3.1 鹽脅迫對枸杞種子起始發(fā)芽時間的影響 種子起始發(fā)芽時間隨鹽濃度增加而推遲(表3)。其中NaCl處理下，鹽濃度為300 mmol/L時定西與臨夏區(qū)域種子未發(fā)芽。定西區(qū)域種子起始發(fā)芽時間從150 mmol/L開始顯著推遲(P<0.05)，蘭州、臨夏區(qū)域種子起始發(fā)芽時間從200 mmol/L時開始顯著推遲(P<0.05)；NaHCO3處理下，鹽濃度為300 mmol/L時3個區(qū)域的種子皆未發(fā)芽，另外250 mmol/L時定西區(qū)域的種子也未發(fā)芽。定西、臨夏區(qū)域種子起始發(fā)芽時間從150 mmol/L開始顯著推遲(P<0.05)，蘭州區(qū)域種子起始發(fā)芽時間從200 mmol/L時開始顯著推遲(P<0.05)。

表3 鹽脅迫下種子的起始發(fā)芽時間

2.3.2 鹽脅迫對枸杞種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率的影響 各區(qū)域種子發(fā)芽率和相對發(fā)芽率隨鹽濃度升高呈降低趨勢，降低幅度最小的是定西區(qū)域種子(圖2，圖3)。與對照相比，不同濃度NaCl處理下的種子發(fā)芽率均顯著降低(P<0.05)，分別降低了20.00%、37.33%、43.33%、44.66%、54.00%(圖2-A)；相對發(fā)芽率從100 mmol/L濃度時開始顯著降低(P<0.05)，100～250 mmol/L 4個NaCl處理分別降低了55.00%、64.00%、66.00%、80.33%(圖2-B)。在NaHCO3處理下，與對照相比，種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率分別從100、150 mmol/L時開始顯著降低(P<0.05)，發(fā)芽率在100、150、200 mmol/L時分別降低了20.00%、51.33%、63.33%(圖3-A)，相對發(fā)芽率在150、200 mmol/L時分別降低了77.00%、96.33%(圖3-B)。

圖2 NaCl脅迫下的種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率Fig.2 Effects of NaCl stress on seed germination rate and relative germination rate注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

圖3 NaHCO3脅迫下的種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率Fig.3 Effects of NaHCO3 stress on germination rate and relative germination rate

2.3.3 鹽脅迫對枸杞種子發(fā)芽勢、相對發(fā)芽勢的影響 種子發(fā)芽勢和相對發(fā)芽勢均隨鹽濃度的上升而下降，且鹽濃度越大下降的幅度越大，下降最少的是定西區(qū)域種子(圖4、圖5)。與對照相比， 不同濃度NaCl處理下，發(fā)芽勢分別下降了12.00%、24.66%、25.33%、28.66%、31.33%(圖4-A)，相對發(fā)芽勢分別下降了36.00%、72.33%、76.00%、86.00%、94.33%(圖4-B)；NaHCO3處理下，當鹽濃度為50、100、150、200 mmol/L時，發(fā)芽勢分別下降了0.66%、14.66%、28.00%、32.66%(圖5-A)，相對發(fā)芽勢在50 mmol/L時上升了0.67%，在100、150、200 mmol/L時分別下降了41.33%、83.00%、97.67%(圖5-B)。

圖4 NaCl脅迫下的種子發(fā)芽勢、相對發(fā)芽勢Fig.4 Effects of NaCl stress on seed germination potential and relative germination potential

圖5 NaHCO3脅迫下種子的發(fā)芽勢、相對發(fā)芽勢Fig.5 Effects of NaHCO3 stress on seed germination potential and relative germination potential

2.3.4 鹽脅迫對枸杞種子發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)的影響 隨著鹽濃度增大，種子發(fā)芽指數(shù)和相對發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢，變化大小順序為臨夏>蘭州>定西(圖6、圖7)。與對照相比，在NaCl處理下，3個區(qū)域種子發(fā)芽指數(shù)(圖6-A)、相對發(fā)芽指數(shù)(圖6-B)均從50 mmol/L開始顯著減小(P<0.05)；在NaHCO3處理下，該指數(shù)分別從100、150 mmol/L鹽濃度時開始顯著減小(P<0.05)(圖7-A、7-B)。

圖6 NaCl脅迫下的種子的發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)Fig.6 Effects of NaCl stress on seed germination index and relative germination index

圖7 NaHCO3脅迫下的種子發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)Fig.7 Effects of NaHCO3 stress on seed germination index and relative germination index

2.3.5 鹽脅迫對枸杞種子活力指數(shù)、相對活力指數(shù)的影響 各區(qū)域種子活力指數(shù)、相對活力指數(shù)均在對照時最大(圖8、圖9)。在NaCl處理中，與對照相比，種子活力指數(shù)和相對活力指數(shù)分別從100、150 mmol/L時開始下降顯著(P<0.05)，當鹽濃度為100、150、200、250、300 mmol/L時，定西區(qū)域種子活力指數(shù)分別下降了22.53%、33.87%、35.08%、38.62%，蘭州區(qū)域種子活力指數(shù)分別下降了52.8%、75.91%、99.61%、92.88%、102.77%，臨夏區(qū)域種子活力指數(shù)分別下降了24.93%，30.46%、49.37%、47.84%(圖8-A)。當鹽濃度為150、200、250、300 mmol/L時，定西區(qū)域種子相對活力指數(shù)分別下降了69.67%、75.00%、83.33%，蘭州區(qū)域種子相對活力指數(shù)分別下降了72.33%、93.33%、88.33%、96.00%，臨夏區(qū)域種子相對活力指數(shù)分別下降了54.33%、80.00%、80.00%(圖8-B)；NaHCO3處理中，與對照相比，定西、蘭州、臨夏3個區(qū)域種子活力指數(shù)、相對活力指數(shù)均從150 mmol/L時開始顯著下降(P<0.05)，各區(qū)域種子活力指數(shù)分別下降了38.75%、93.67%、56.62%(圖9-A)，相對活力指數(shù)分別下降了83.33%，86.33%、94.00%(圖9-B)。

圖8 NaCl脅迫下的種子活力指數(shù)、相對活力指數(shù)Fig.8 Effects of NaCl stress on seed vigor index and relative vigor index

圖9 NaHCO3脅迫下的種子活力指數(shù)、相對活力指數(shù)Fig.9 Effects of NaHCO3 stress on seed vigor index and relative vigor index

2.3.6 鹽脅迫對枸杞相對鹽害率的影響 各區(qū)域種子的相對鹽害率隨鹽脅迫的加劇逐漸增大，受影響最小的是定西區(qū)域種子(圖10)。與對照相比，不同濃度NaCl處理下分別增大了39.33%、55.00%、64.33%、66.33%、80.33%(圖10-A)；NaHCO3處理下分別增大6.33%、27.33%、77.00%、96.33%(圖10-B)。

圖10 兩種鹽脅迫下的種子相對鹽害率Fig.10 Effects of two salt stresses on the relative salt damage rate of seeds

2.4 耐鹽性評價

3個區(qū)域種子對鹽的耐受性大小為定西>蘭州>臨夏，兩種鹽的傷害程度NaHCO3>NaCl(表4、表5)。

表4 NaCl脅迫下種子萌發(fā)階段耐鹽性分析

表5 NaHCO3脅迫下種子萌發(fā)階段耐鹽性分析

3 討論

3.1 枸杞種子形態(tài)、大小及千粒重

大粒種子可以貯藏更多的物質(zhì)，能為種子萌發(fā)提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)和能量，保證幼苗能夠有充足的資源，最大可能用于生長，盡量爭奪和占據(jù)空間，在種間競爭中處于優(yōu)勢[12]。本研究所采集3個區(qū)域枸杞種子中，蘭州種子長、寬、面積、千粒重最大。各區(qū)域間種子形態(tài)、大小、千粒重有所差異，這可能跟種子遺傳特性與生長環(huán)境有關。

3.2 枸杞種子吸水特性分析

種子萌發(fā)的第一步是吸水，種子吸水吸脹后不僅可以軟化種皮，增強透性使供氧充足，而且水分也是營養(yǎng)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)移的必要前提[13]。本研究發(fā)現(xiàn)枸杞種子飽和吸水階段從浸種4 h開始，這與張沛[9]的研究結果基本一致，前人研究的黑果枸杞吸水性飽和階段從浸種8 h開始，原因可能與種子種皮的硬度有關。不同區(qū)域間種子吸水有所不同，這可能與種子的形態(tài)學特征及自身遺傳特性有關[9]。

3.3 鹽脅迫對枸杞種子萌發(fā)特性的影響

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[14]。種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是衡量和評價種子發(fā)芽水平的常用指標[15]，發(fā)芽率是衡量種子質(zhì)量好壞的重要指標，可以顯示種子胚的活性[16]，發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)反映了種子的發(fā)芽快慢和整齊程度[17]，種子活力是評價植物耐鹽性的重要指標之一[18]。本研究顯示，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與劉克彪等[19-21]的研究一致，相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)與任永霞[2]的研究一致，即隨鹽濃度的升高呈降低趨勢。但在NaCl處理下，起始發(fā)芽時間與張濤[14]的研究不一致，前人認為種子的起始發(fā)芽時間不受鹽脅迫的影響，而本試驗得出鹽脅迫會使種子的起始發(fā)芽時間推遲；在NaHCO3處理下發(fā)芽率與楊志江[20]的結果相似，差異在于前人的研究中低濃度(5～10 mmol/L)的鹽脅迫使種子發(fā)芽率上升之后便隨著NaHCO3濃度增大開始下降。

3.4 耐鹽性評價

植物最重要的繁殖器官是種子，因此植物種子在萌發(fā)階段的耐鹽狀況可以反映該物種的耐鹽性[11]。為進一步證明3個區(qū)域的耐鹽性，通過相對發(fā)芽率與鹽濃度進行回歸分析，得知定西區(qū)域的耐鹽適宜濃度、半致死濃度、極限濃度最高，NaCl濃度分別為45.98、129.04、261.93 mmol/L；NaHCO3濃度分別為68.44、116.06、192.25 mmol/L，此結果與萌發(fā)指標的反映相吻合，表明該區(qū)域更耐鹽。雖然各區(qū)域在NaCl處理下的耐鹽適宜濃度低于NaHCO3處理，但耐鹽半致死及極限濃度高于NaHCO3，說明NaCl對3個區(qū)域的脅迫作用較弱。

4 結論

1) 蘭州區(qū)域種子縱橫徑、面積及千粒重最大，臨夏區(qū)域種子各指標最小；

2) 定西區(qū)域種子吸水率、吸水速率均最高，同時期內(nèi)臨夏源種子吸水最低；

3) 不同區(qū)域的種子對鹽的耐受度為NaCl>NaHCO3。

4) 通過兩種鹽對不同區(qū)域枸杞種子萌發(fā)進行脅迫，以及回歸分析表明定西區(qū)域種子在本試驗的3個區(qū)域中耐鹽堿性最強。