干旱和鹽分脅迫對兩種金雞菊種子萌發(fā)特性的影響

劉志杰，孫浩男，牛偉康，張存石，劉冬云

(河北農(nóng)業(yè)大學 園林與旅游學院，河北 保定 071000)

土地鹽漬化和干旱是世界公認的資源和生態(tài)問題，我國鹽堿地與干旱土地主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)，鹽害和缺水不僅制約著植物的生長發(fā)育與產(chǎn)量，也會引起植被結(jié)構(gòu)與功能的時空變化，因此植物對干旱和鹽脅迫的適應(yīng)機制一直是植物逆境適應(yīng)策略研究的熱點[1-3]。

金雞菊屬(CoreopsisL.)多為一、二年生草本植物，花朵艷麗，適應(yīng)性強，既耐旱又耐寒，具有較高的園林應(yīng)用價值，可用于布置花境、打造花海景觀、有固土護坡的作用，再加上應(yīng)用成本低，使其成為高速公路綠化的新模式，可在全國范圍內(nèi)應(yīng)用。當前對金雞菊屬的相關(guān)研究表明，金雞菊屬植物的耐旱、耐鹽堿能力較強，有望在土地治理和園林綠化建設(shè)方面做出貢獻，但目前國內(nèi)相關(guān)的研究較少[4-10]。

沙漠金雞菊(Coreopsisbigelovii)、鬃毛金雞菊(Coreopsisbasalis)在國內(nèi)的認知度較低，尚未得到相關(guān)應(yīng)用，因此，選用這2種植物進行脅迫試驗，為評價2種金雞菊種子的抗逆性和栽培管理提供依據(jù)，同時為干旱地區(qū)和鹽堿地區(qū)選育品質(zhì)優(yōu)良的園林綠化植物提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗開始于2020年11月初，沙漠金雞菊、鬃毛金雞菊種子由課題組引種自美國。

1.2 種子預(yù)處理

去除其他雜質(zhì)后，篩選出飽滿且大小相對一致的種子，用75%濃度的酒精清洗消毒20 s，蒸餾水沖洗至無酒精味后自然晾干備用。將足量定性濾紙用牛皮紙包裹，放入60 ℃烘箱烘干備用，培養(yǎng)皿采用一次性培養(yǎng)皿。

1.3 發(fā)芽試驗

在培養(yǎng)皿內(nèi)鋪好雙層濾紙，均勻放置50粒沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子。脅迫處理時間為當天20:00，分別向培養(yǎng)皿內(nèi)加入4 mL蒸餾水(CK)、5%、10%、15%、20%、25%濃度的PEG-6000溶液，以及4 mL濃度為2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、10 g/L、12 g/L的NaCl溶液，蓋上培養(yǎng)皿并做好標記[11-12]。按照恒重法每天8:00和20:00對水分情況進行觀察并且按照恒重法補充蒸餾水(沙漠金雞菊發(fā)芽時間快，待萌發(fā)以后，每2 h觀察1次)，每次補水約0.4 mL，以保持恒定的溶液濃度。隨后將樣品放入溫度為20 ℃，光照強度為3級，12 h晝夜交替的光照培養(yǎng)箱內(nèi)(試驗開始時為光照情況)。每個處理3次重復。在試驗過程中，如果發(fā)現(xiàn)霉變種子，及時用鑷子挑出霉變種子，并用75%酒精溶液消毒后放回原培養(yǎng)皿中繼續(xù)觀察。當霉變嚴重，可能影響到其他種子時，及時挑出并記錄為未發(fā)芽種子數(shù)。

1.4 觀測指標

由預(yù)試驗可知，鬃毛金雞菊發(fā)芽時間約為3 d，沙漠金雞菊發(fā)芽時間約為9 h，所以對二者的觀察時間的間隔不同。連續(xù)觀察1周，每天記錄各個濃度梯度種子的起始萌發(fā)時間，每天觀察沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊的發(fā)芽數(shù)、峰值、根長，種子發(fā)芽數(shù)以露出胚根2 mm開始計數(shù)。以連續(xù)3 d沒有種子發(fā)芽作為該試驗的結(jié)束時間。在種子發(fā)芽第5天統(tǒng)計發(fā)芽勢。在沙漠金雞菊、鬃毛金雞菊發(fā)芽的第7天，隨機選取10株脫去種皮幼苗，記錄其胚根長度、胚芽長度和鮮重。待發(fā)芽試驗結(jié)束后，計算種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)。

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

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)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為t日每日新增發(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。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)均采用WPS軟件和SPSS軟件進行分析處理。

2 結(jié)果分析

2.1 干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子萌發(fā)的影響

干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子發(fā)芽率的影響，見圖1。

圖1 不同濃度PEG處理的種子發(fā)芽率Figure 1 Germination rate of seeds in PEG solition treatments

由圖1可知，隨著PEG-6000溶液濃度的升高，2種金雞菊種子的發(fā)芽率均呈下降趨勢，且2種植物對鹽分脅迫的響應(yīng)略有不同。2種金雞菊的發(fā)芽率在PEG-6000濃度小于15%時均保持在80%以上，在溶液濃度為5%時為最高，且與對照組差異不顯著。隨著溶液濃度的升高，PEG-6000濃度為20%時沙漠金雞菊的發(fā)芽率顯著下降、PEG-6000濃度為25%時鬃毛金雞菊的發(fā)芽率顯著下降，與其他組差異顯著。其中沙漠金雞菊的發(fā)芽率在PEG-6000濃度為25%時僅為10.7%。

干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子發(fā)芽勢的影響，見圖2。

圖2 不同濃度PEG處理的種子發(fā)芽勢Figure 2 Germination potential of seeds in PEG solition treatments

由圖2可知，沙漠金雞菊的發(fā)芽勢要明顯高于鬃毛金雞菊。2種金雞菊的發(fā)芽勢在PEG-6000濃度為5%時達到最大值，與對照組差異不顯著，隨后隨著溶液濃度的升高而呈現(xiàn)下降的趨勢，且與對照組差異顯著，在PEG-6000濃度為25%時，沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊的發(fā)芽勢分別為2.7%和1.3%，2種金雞菊種子的萌發(fā)受到明顯的抑制。

干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子發(fā)芽指數(shù)的影響，見圖3。

圖3 不同濃度PEG處理的種子發(fā)芽指數(shù)Figure 3 Germination index of seeds in PEG solition treatments

由圖3可知，2種金雞菊的發(fā)芽指數(shù)隨溶液濃度升高呈現(xiàn)下降趨勢，沙漠金雞菊的發(fā)芽指數(shù)明顯高于鬃毛金雞菊。沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊的發(fā)芽指數(shù)在PEG-6000濃度為5%時最大，分別為37.5和15.9，與對照組差異不顯著，沙漠金雞菊與更高濃度的處理差異顯著。2種金雞菊在PEG-6000濃度為25%時，出現(xiàn)明顯的降低，分別為2.7、5.1，此時沙漠金雞菊發(fā)芽指數(shù)低于鬃毛金雞菊。

干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子活力指數(shù)的影響，見圖4。

圖4 不同濃度PEG處理的種子活力指數(shù)Figure 4 Vitality index of seeds in PEG solition treatments

由圖4可知，沙漠金雞菊的活力指數(shù)整體大于鬃毛金雞菊。PEG-6000濃度的增大導致2種種子的活力指數(shù)下降。沙漠金雞菊的活力指數(shù)呈現(xiàn)明顯的階梯狀下降趨勢，各處理組均與對照組差異顯著，在溶液濃度達到25%時最低，為0.058。鬃毛金雞菊活力指數(shù)在溶液濃度為5%時最大，為0.181，隨著溶液濃度的增大，其活力指數(shù)逐漸下降，最低為0.024。

干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子萌發(fā)生長指標的影響，見表1。

表1 不同濃度PEG處理的胚根長度、胚芽長度、鮮重Table 1 Radicle length, germ length and fresh weight in different PEG solition treatments

由表1可知，沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊的胚根和胚芽的長度在PEG-6000濃度為10%時最長，胚根長分別為35.1 mm、24.2 mm，胚芽長分別為11.2 mm、5.1 mm，在PEG-6000濃度為20%、25%時，2種金雞菊的胚根長度都與其他組差異顯著。沙漠金雞菊的平均鮮重隨PEG-6000濃度增大而降低，鬃毛金雞菊的平均鮮重也呈下降的趨勢，但在PEG-6000濃度為5%時，鮮重最大，為11.4 mg。2種金雞菊的胚根長度、胚芽長度、鮮重在PEG-6000濃度為25%時都為最低，此時沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊幼苗都出現(xiàn)變黃、萎蔫的現(xiàn)象，無法正常生長。

2.2 鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子萌發(fā)的影響

鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子發(fā)芽率的影響，見圖5。

圖5 不同濃度NaCl處理的種子發(fā)芽率Figure 5 Germination rate of seeds in NaCl solition treatments

由圖5可知，2種金雞菊對照組的發(fā)芽率均為最高，發(fā)芽率分別為90%、88%。2種金雞菊的發(fā)芽率在NaCl濃度為2～8 g/L時出現(xiàn)先上升再下降的情況，發(fā)芽率在80%左右。當NaCl濃度≥10 g/L時，2種金雞菊的發(fā)芽率均明顯降低，與較低濃度組別差異顯著。當NaCl濃度為12 g/L時，沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊的的發(fā)芽率達到最低，分別為25.3%、10.0%。

鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子發(fā)芽勢的影響，見圖6。

圖6 不同濃度NaCl處理的種子發(fā)芽勢Figure 6 Germination potential of seeds in NaCl solition treatments

由圖6可知，2種金雞菊對照組的發(fā)芽勢均為最高，沙漠金雞菊為84%，鬃毛金雞菊為64%。當NaCl濃度≥2 g/L時，沙漠金雞菊的發(fā)芽勢出現(xiàn)先上升再下降的單峰波動情況，峰值為76.3%，此時NaCl濃度為6 g/L。當NaCl濃度為12 g/L時，2種金雞菊的發(fā)芽勢均明顯降低，分別為24.0%、4.7%。

鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子發(fā)芽指數(shù)的影響，見圖7。

圖7 不同濃度NaCl處理的種子發(fā)芽指數(shù)Figure 7 Germination index of seeds in NaCl solition treatments

由圖7可知，2種金雞菊的發(fā)芽指數(shù)隨NaCl濃度升高而降低，沙漠金雞菊對照組的發(fā)芽指數(shù)與其他組差異顯著，當NaCl濃度為12 g/L時，沙漠金雞菊的發(fā)芽指數(shù)最低，為8.3。當NaCl濃度≤6 g/L時，鬃毛金雞菊的發(fā)芽指數(shù)與對照組差異不顯著，隨溶液濃度的升高，其發(fā)芽指數(shù)開始降低，最終為1.7。

鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子活力指數(shù)的影響，見圖8。

圖8 不同濃度NaCl處理的種子活力指數(shù)Figure 8 Vitality index of seeds in NaCl solition treatments

由圖8可知，2種金雞菊對照組的發(fā)芽活力最高，均與其他組差異顯著。沙漠金雞菊的活力指數(shù)隨NaCl濃度升高而降低，各處理間差異顯著，當NaCl濃度為12 g/L時最低，為0.007。鬃毛金雞菊各處理組中，溶液濃度為4 g/L時最高，為0.122，在溶液濃度為12 g/L時最低，為0.005。

鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子萌發(fā)生長指標的影響，見表2。

表2 不同濃度NaCl處理的胚根長度、胚芽長度、鮮重Table 2 Radicle length, germ length and fresh weight in different NaCl solition treatments

由表2可知，2種金雞菊對照組的各項指標均明顯高于其他各組，差異顯著，并且隨著NaCl濃度的升高，各項指標整體呈現(xiàn)下降的趨勢。沙漠金雞菊胚根長度在NaCl濃度為8 g/L時與6 g/L相比差異顯著，下降了7.1 mm，而其胚根長度和鮮重差異不顯著，當NaCl濃度≥10 g/L，沙漠金雞菊的胚芽長度和鮮重與其他組差異顯著，此時沙漠金雞菊的生長狀態(tài)受阻嚴重。鬃毛金雞菊胚根長度、胚芽長度和鮮重隨著NaCl濃度的升高均呈下降趨勢，在NaCl濃度≥10 g/L時，3種指標均與其他組別差異顯著。

3 討論

3.1 干旱脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子萌發(fā)的影響

干旱脅迫和鹽脅迫對植物的危害是多方面的，包括滲透脅迫、離子毒害和細胞內(nèi)離子平衡的破壞等，使植物光合速率下降、生長受抑制、衰老加速。脅迫的危害程度可以通過種子萌發(fā)情況表現(xiàn)出來，如發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等指標[13-15]。本試驗發(fā)現(xiàn)，沙漠金雞菊的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)整體上明顯大于鬃毛金雞菊。2種金雞菊的各項指標整體上隨PEG-6000濃度的升高而降低，這與張濤、劉克彪對小葉茼蒿和羅布麻的研究結(jié)果一致[16-17]。沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊對PEG-6000模擬的干旱脅迫具有較強的適應(yīng)性，2種金雞菊均能耐受0%～15%濃度PEG-6000溶液的脅迫，此濃度區(qū)間內(nèi)金雞菊生長受到一定影響，但成苗情況差異不大。而在PEG-6000濃度超過20%時，2種金雞菊的各項生長指標均明顯下降。對照組的沙漠金雞菊種子活力指數(shù)遠高于其他組，而其發(fā)芽指數(shù)在PEG-6000濃度為5%時最高，為37.5，而PEG-6000濃度為10%時，幼苗的鮮重、胚根長度、胚芽長度均為最高值，可在一定程度上說明，適宜沙漠金雞菊種子萌發(fā)和幼苗生長的水分含量不一樣。試驗表明，2種金雞菊都能適應(yīng)一定程度的缺水環(huán)境，這對干旱地區(qū)的園林建設(shè)、綠化發(fā)展工作具有積極意義。

3.2 鹽分脅迫對沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊種子萌發(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，但過高濃度的土壤鹽分抑制植物的生長，通過多種生理效應(yīng)對植物造成一定的傷害[18]。2種金雞菊對照組的發(fā)芽率和發(fā)芽勢均高于試驗組，說明鹽分脅迫對2種金雞菊的發(fā)芽和種子活力具有較大影響。2種金雞菊的發(fā)芽率在NaCl濃度為2～8 g/L時表現(xiàn)出上下波動的情況，但發(fā)芽率都在80%左右，說明在這個濃度區(qū)間內(nèi)，鹽濃度對2種金雞菊的萌發(fā)影響較小，而當NaCl濃度為8 g/L的時候，2種金雞菊的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、各幼苗生長指標明顯降低，且幼苗出現(xiàn)明顯變黃、萎蔫的情況，表明2種金雞菊種子的萌發(fā)和幼苗的生長無法耐受高于8 g/L的NaCl脅迫。試驗數(shù)據(jù)顯示，種子胚根長度變化明顯大于莖長和鮮重的變化，這證明鹽分脅迫對金雞菊幼根生長的影響要大于對幼苗苗高的影響，表明幼根對鹽分脅迫更加敏感，可能與根直接接觸鹽溶液，從鹽溶液吸收養(yǎng)分有關(guān)，這與劉卓等人對苜蓿種子萌發(fā)耐鹽性的研究結(jié)果相同[19]。

2種金雞菊能在2～6 g/L的NaCl脅迫下生長，遠高于小葉茼蒿(150 mmol/L)、夏枯草(250 mmol/L)等植物的承受范圍，體現(xiàn)了2種金雞菊較強的耐鹽分脅迫能力[1，16]。

植物能否正常生長、創(chuàng)造價值取決于種子能否正常萌發(fā)和生長。土壤水分和含鹽量制約了大多數(shù)植物的生長。植物對脅迫的響應(yīng)通常會表現(xiàn)在發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、胚根長度、胚芽長度、幼苗鮮重等方面[14]。通過研究發(fā)現(xiàn)，沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊對PEG-6000模擬的干旱脅迫和NaCl模擬的鹽分脅迫均產(chǎn)生了較強的適應(yīng)性。2種脅迫對2種金雞菊種子起始萌發(fā)時間的影響較小，其中，沙漠金雞菊發(fā)芽時間約為9 h，其發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)偏高，很可能是由于發(fā)芽時間短觀測不及時而導致的。本試驗采用12 h光暗交替的方式模擬自然條件，目的是使試驗數(shù)據(jù)盡可能直接應(yīng)用于實際生產(chǎn)活動，不足的地方是未選用土壤基質(zhì)進行試驗。

4 結(jié)論

由本研究發(fā)現(xiàn)，在試驗設(shè)計的濃度范圍內(nèi)，較低濃度的脅迫對種子的萌發(fā)和幼苗的生長影響不明顯，而隨著脅迫程度的加強，金雞菊的生長受到明顯的抑制，直至不能存活。沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊能夠耐受20%濃度的PEG-6000脅迫和6 g/L NaCl溶液脅迫。PEG-6000濃度為5%時鬃毛金雞菊的發(fā)芽率最高，為92.7%。當PEG-6000濃度為25%時，沙漠金雞菊的發(fā)芽率為10.7%，鬃毛金雞菊為50.0%，但此濃度下，2種金雞菊均無法正常生長。2種金雞菊的各項指標整體隨著NaCl濃度的升高而降低，但在NaCl濃度為6 g/L時，鬃毛金雞菊的發(fā)芽率為84.0%、發(fā)芽勢為76.3%，僅次于對照組。NaCl濃度為12 g/L時，沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊的發(fā)芽率為25.3%、10.0%，此時幼苗均無法正常生長。

綜上所述，沙漠金雞菊和鬃毛金雞菊對干旱脅迫和鹽分脅迫有較強的適應(yīng)能力，并且這2種金雞菊具有發(fā)芽快、發(fā)芽整齊、生活力強等特點，可達到快速成景的效果，具有很好的園林應(yīng)用前景。