四種鈉鹽對(duì)鹽樺種子萌發(fā)特性的影響

吉小敏，雷春英，劉 暢，姜 黎

（1.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊 830063；2.新疆精河荒漠生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，新疆 精河 833300；3.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；4.南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 211111）

鹽樺（Belula halophila）屬樺木科樺木屬植物，主要分布新疆北部地區(qū)，被視為國(guó)家二級(jí)珍稀瀕危植物［1-2］。鹽樺因其獨(dú)特的地理分布和耐鹽特征明顯區(qū)別于樺木科其它植物，具有重要的植物系統(tǒng)學(xué)與區(qū)系地理學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值［3］。鹽樺為我國(guó)特有，具有很多應(yīng)用價(jià)值，可應(yīng)用與園林中培育新品種，不僅增加了城市園林綠地系統(tǒng)的植物物種多樣性，提高生態(tài)效益和觀賞效益，而且對(duì)其遷地保存和普及植物學(xué)知識(shí)，提高人們的環(huán)保意識(shí)等方面，都具有重要意義［4-5］。

當(dāng)前人工培育是合理利用和保護(hù)瀕危植物的有效途徑，同時(shí)發(fā)展鹽樺人工繁育是開展鹽樺植物保育對(duì)策的重要方向。鹽樺繁殖方式主要包括無性繁殖和有性繁殖，其中種子繁殖是一種較經(jīng)濟(jì)、快速的繁殖方式［6-7］鹽樺為新疆特有的瀕危種，僅存于新疆阿勒泰地區(qū)。鹽樺生境主要是以Cl-鹽堿土為主的新疆阿勒泰地區(qū)［8］，而其它類型鹽堿地土壤中是否能生長(zhǎng)，在這些地區(qū)引種與種植鹽樺成功與否？研究表明1年生鹽樺幼苗的耐鹽閾值約為1.8%，是一種抗鹽能力極強(qiáng)的鹽生植物［9］。但有研究表明相對(duì)較低的種子耐鹽閾值（0.2%含鹽量）［7，10］，可能是最終導(dǎo)致其滅絕的重要原因，但尚未有關(guān)研究報(bào)道不同鹽分對(duì)鹽樺種子萌發(fā)的影響?；邴}樺生境條件及前人報(bào)道它對(duì)鹽分的響應(yīng)［11］，假設(shè)鹽樺種子萌過程中會(huì)表現(xiàn)出較高的耐鹽性，但可能會(huì)對(duì)四種鹽響應(yīng)不同。

因此，本研究目的主要分析不同形態(tài)鹽分對(duì)鹽樺種子萌發(fā)的影響，旨在探索鹽生植物種子萌發(fā)過程中對(duì)不同類型鹽脅迫響應(yīng)與適應(yīng)，為干旱鹽堿地區(qū)鹽生植物的種群重建和恢復(fù)及開發(fā)利用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 鹽樺種子采集

2019年7月，在中國(guó)科學(xué)院吐魯番沙漠植物園采集完全成熟的鹽樺種子，并在室溫下晾干后，用手清理干凈，然后將清理干凈的鹽樺種子，分別保存于信封中備用。

1.2 萌發(fā)試驗(yàn)

試驗(yàn)選取氯化鈉（NaCl）、硫酸鈉（Na2SO4）、碳酸氫鈉（NaHCO3）以及碳酸鈉（Na2CO3）四種不同鹽分類型，設(shè)計(jì)5個(gè)濃度（50、100、150、200、300 mM），以蒸餾水為對(duì)照（CK）。2張濾紙放入直徑長(zhǎng)5 cm培養(yǎng)皿中，分別加入上述配比的不同濃度NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液至濾紙飽和，置于25℃/10℃變溫、光照12 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水分。測(cè)定指標(biāo)：萌發(fā)過程中每天觀察記錄1次萌發(fā)情況，種子萌發(fā)以胚根露出種皮為準(zhǔn)，連續(xù)觀察記錄20 d，計(jì)算其萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間。

1.3 萌發(fā)參數(shù)和芽長(zhǎng)測(cè)定

累積萌發(fā)率＝每天統(tǒng)計(jì)萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)率＝所有萌發(fā)種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)指數(shù)＝Σ（Gt/Dt）（Gt指在時(shí)間t日內(nèi)的萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)）；萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間（天）=萌發(fā)率達(dá)到50%的天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤，并對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著，采用Ducan檢驗(yàn)來比較處理間差異。

2 結(jié)果分析

2.1 NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3對(duì)鹽樺種子萌發(fā)特性的影響

鹽樺種子萌發(fā)率和指數(shù)均受到NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的顯著影響（表1）。隨著NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度增加，鹽樺種子萌發(fā)率均顯著降低（圖1A）。在較低濃度NaHCO3和Na2CO3（50 mM），鹽樺種子萌發(fā)率顯著降低，分別降低了21.62%和58.97%，但同樣濃度的NaCl和Na2SO4并未顯著降低萌發(fā)率；在較高濃度NaHCO3和Na2CO3（100 mM），鹽樺種子萌發(fā)率降低程度急劇加強(qiáng)，同樣濃度的Na2SO4顯著降低萌發(fā)率，但同樣濃度的NaCl并未顯著降低萌發(fā)率；試驗(yàn)表明了不同鹽分對(duì)種子萌發(fā)的抑制程度高度順序依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。即使在100 mMNaCl，鹽樺種子萌發(fā)率仍為52%，說明了鹽樺的耐鹽性較低。

圖1 四種鈉鹽對(duì)鹽樺種子萌發(fā)率的影響Fig.1 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on germination percent of B.halophila seeds

表1 四種鈉鹽對(duì)鹽樺種子萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)的影響Tab.1 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on germination percentage and germination index of B.halophila

2.2 萌發(fā)率與鹽濃度之間的回歸分析

為便于研究鹽樺種子萌發(fā)時(shí)的耐NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3程 度，分 別 計(jì) 算 出 在 不 同NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3處理下的萌發(fā)率后，以對(duì)照的萌發(fā)率為基數(shù)，其他濃度下的萌發(fā)率與其相比，然后將萌發(fā)率與NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度之間，分別進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明，NaCl脅迫下的萌發(fā)率，隨NaCl溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與NaCl溶液濃度表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為R2=88%，回歸方程為：y=-0.245 7x+73.928 6（圖2A）；Na2SO4脅迫下的萌發(fā)率，隨Na2SO4溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與Na2SO4溶液濃度表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為R2=90%，回歸方程為：y=0.000 9x2-0.5817x+85.502 4（圖2B）；NaHCO3脅迫下的萌發(fā)率，隨NaHCO3溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與NaHCO3溶液濃度表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為R2=96%，回歸方程為：y=0.000 9x2-0.594 6x+77.714 3（圖2C）；Na2CO3脅迫下的萌發(fā)率，隨Na2CO3溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與Na2CO3溶液濃度表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為R2=94%，回歸方程為：y=0.0024x2-0.848x+75.60（圖2D）。根據(jù)已有文獻(xiàn)，分別以鹽樺種子的發(fā)萌發(fā)為50%、0%時(shí)所對(duì)應(yīng)的NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度，作為種子萌發(fā)時(shí)，鹽濃度的臨界值、極限值，將其代入方程分別計(jì)算。由計(jì)算結(jié)果可知，鹽樺種子對(duì)NaCl在萌發(fā)期的耐鹽臨界值為97.4 mM、極限值為300.9 mM；鹽樺種子對(duì)Na2SO4在萌發(fā)期的耐鹽臨界值為68.2 mM、極限值為226.0 mM；鹽樺種子對(duì)NaHCO3在萌發(fā)期的耐鹽適宜值為50.5 mM、極限值為179.4 mM；鹽樺種子對(duì)Na2CO3在萌發(fā)期的耐鹽臨界值為33.3 mM、極限值為159.7 mM；其結(jié)果均與圖2中的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。不同鹽分對(duì)種子萌發(fā)萌發(fā)期的耐鹽臨界值和臨界值大小表明鹽樺耐鹽高低順序依次為Na2CO3＜NaHCO3＜Na2SO4＜NaCl。

圖2 鹽樺萌發(fā)率與NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度之間的回歸分析Fig.2 Relationship between germination percentages of B.halophila seeds and concentrations of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3

2.3 NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3對(duì)鹽樺種子萌發(fā)時(shí)間的影響

鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間均受到NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的顯著影響（圖3）。伴隨著NaCl濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間增加，即使在50 mM NaCl，鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間增加才達(dá)到顯著水平。伴隨著Na2SO4濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間增加，50 mM Na2SO4使得其萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間顯著增加；伴隨著NaHCO3濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間增加，但100 mM NaHCO3鹽樺種子萌發(fā)率未達(dá)到50%；伴隨著Na2CO3濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間增加，在較低濃度Na2CO3（50 mM），鹽樺萌發(fā)率未達(dá)到50%。試驗(yàn)結(jié)果表明不同鹽分對(duì)種子萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間的抑制程度高低順序依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。

圖3 四種鈉鹽對(duì)鹽樺萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間的影響Fig.3 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on Time of 50%germination in B.halophila seeds

3 討論

關(guān)于瀕危植物鹽樺研究報(bào)道并不多，且主要集中 報(bào)道 鹽 堿環(huán) 境中 鹽 樺的 繁殖 學(xué)［2，12-13］、生理 生態(tài)［9，14-15］和分子生物學(xué)［16，17-18］研究。然而最先報(bào)道了有關(guān)鹽樺對(duì)不同類型鈉鹽的種子萌發(fā)響應(yīng)，結(jié)果表明四種鈉鹽均顯著地抑制了鹽樺種子萌發(fā)，且鹽樺種子萌發(fā)過程中對(duì)這四種鈉鹽并未表現(xiàn)出超強(qiáng)的耐性；堿性鈉鹽毒害能力強(qiáng)于中性鈉鹽毒害能力，特別對(duì)Na2CO3；鹽樺幼苗僅在低濃度（50mM）NaCl或Na2SO4可正常生長(zhǎng)。

植物種子萌發(fā)耐鹽的實(shí)質(zhì)主要是種子萌發(fā)過程中適應(yīng)鹽溶液引起的滲透效應(yīng)與離子效應(yīng)的強(qiáng)弱，從而種子耐鹽性受到影響［19］。結(jié)果表明鹽樺種子萌發(fā)時(shí)對(duì)NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的臨界值分別為97.4、68.2、50.5、33.3 mM，其極限值分布為300.9、226.0、179.4、159.7 mM，相對(duì)于堿性鹽，鹽樺種子萌發(fā)過程中對(duì)中性鹽表現(xiàn)出超強(qiáng)的耐性，且根據(jù)鹽分對(duì)種子萌發(fā)的抑制程度高低順序依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。研究結(jié)果表明鹽樺在萌發(fā)過程中對(duì)不同形態(tài)鹽分表現(xiàn)顯著的差異，特別耐受中性鈉鹽，也說明了堿性鹽對(duì)鹽樺的毒害性強(qiáng)于中性鹽，相似研究結(jié)果表明如鹽爪爪（Kalidium folia?tum）［20］、剛毛檉柳（Tamarix hispida）［21］和野榆錢菠菜（Atriplex aucheri）［22］對(duì)不同類型鈉鹽毒害的響應(yīng)不同。

中性鹽（NaCl和Na2SO4），或堿性鹽（NaHCO3和Na2CO3），鹽樺在萌發(fā)過程中對(duì)四種鹽均未表現(xiàn)出超強(qiáng)的耐性，然而鹽樺種子萌發(fā)對(duì)不同鈉鹽脅迫的響應(yīng)不同，且種子萌發(fā)受到不同鈉鹽的抑制程度高低順序，依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。在植物的生活史中，種子階段是對(duì)極端環(huán)境耐受性最高的時(shí)期，同時(shí)也是植物生命周期的關(guān)鍵時(shí)期。相對(duì)較低鹽分，鹽樺在萌發(fā)過程中并未表現(xiàn)出高耐NaCl，即使在較低的100 mM NaCl處理下鹽樺種子萌發(fā)率顯著下降。植物對(duì)各種非生物脅迫耐性的差異主要源于對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果。而有關(guān)鹽樺生境的文獻(xiàn)報(bào)道不多，其生境為鹽沼澤，該植物的生境特征土壤含鹽度極高［1，23］。本研究表明相同濃度的4種鈉鹽對(duì)鹽樺種子萌發(fā)的毒害不同，Na2CO3脅迫對(duì)鹽樺種子萌發(fā)的危害最大，NaHCO3脅迫對(duì)鹽樺種子萌發(fā)的危害次之，NaCl脅迫對(duì)鹽樺種子萌發(fā)的危害最小。

綜上所述，鹽樺種子萌發(fā)時(shí)對(duì)鈉鹽呈并未現(xiàn)出較強(qiáng)的耐性，即使NaCl，但鹽樺對(duì)四種鹽脅迫響應(yīng)呈現(xiàn)出顯著的差異；鹽樺種子可較高濃度（50 mM NaCl或Na2SO4）鹽堿地上正常發(fā)芽。因此，瀕危植物鹽樺適宜在含鹽量較輕的鹽堿地上遷地保育與繁殖。