溫度與鹽脅迫對鹽生草種子發(fā)芽特性和幼苗生長的影響

姜 黎，彭鉬植，田長彥*

（1.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國科學院大學，北京 100039；3.新疆精河荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，新疆 精河 833300；4.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊 830063）

土壤中的鹽堿是干旱區(qū)植物生長發(fā)育過程中面臨的主要非生物脅迫之一［1，2］。不斷加劇的土壤鹽堿化限制了我國農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)［3，4］。我國鹽堿化土壤面積正不斷增大，一方面歸因于自然過程中不斷的鹽分積累，另一方面則是由于人類過度放牧和農(nóng)田復(fù)墾等活動引起［5-10］，鹽堿草地的修復(fù)和改良是目前亟需解決的生態(tài)課題之一［11］。在此背景下，對優(yōu)勢植物在鹽漬環(huán)境下種子發(fā)芽特性的研究對于鹽堿地的修復(fù)具有重要的意義。

種子發(fā)芽階段是植物最重要和最脆弱的時期，植物能否成功建植很大程度上取決于種子發(fā)芽狀況的好壞［12，13］。光照、溫度、水分以及鹽分等諸多非生物因素影響著種子的發(fā)芽［14-16］，鹽漬化土壤中高于正常土壤的鹽堿含量會對植物種子的發(fā)芽以及植株的生長產(chǎn)生重要的影響。

鹽 生 草［Halogeton glomeratus（Bieb.）C.A.Mey.］為藜科（Chenopodiaceae）鹽生草屬（HalogetonC.A.Mey.）、一年生草本植物，主要生長于西北荒漠地區(qū)，如甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等，其肉質(zhì)化程度高，耐旱、耐鹽性極強，被視為荒漠地區(qū)抗逆先鋒植物［19-21］，然而關(guān)于鹽生草種子發(fā)芽期溫度和鹽分的響應(yīng)卻較少有研究報道。基于此，本研究模擬了不同溫度下鹽脅迫對鹽生草種子發(fā)芽和幼苗生長的影響，通過測定發(fā)芽指標、幼苗芽長和根長來分析鹽生草種子在不同溫度下對鹽脅迫的耐受能力，以期為鹽生草在鹽堿地的種植及生態(tài)治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 鹽生草種子采集

2020年11底月，在新疆哈密七角井農(nóng)田邊采集鹽生草種子。放置陰涼處晾干后，將鹽生草種皮清理干凈，用信封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 模擬溫度與鹽分脅迫發(fā)芽試驗

取2 張濾紙放入直徑長6 cm 培養(yǎng)皿中，設(shè)置0、50、100、200、300、400、600 mmol·L-1NaCl 濃度，再分別置于20 / 5oC、25 / 10oC、30 / 15oC、35 / 20oC 變溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照/黑暗交替（12 h / 12 h）。，發(fā)芽過程中觀察記發(fā)芽情況，當胚根露出種皮即記錄為發(fā)芽，連續(xù)觀察記錄14 d。

1.3 發(fā)芽參數(shù)和芽長測定

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

發(fā)芽速率 = ΣG/t（G 指每天發(fā)芽率，t 為發(fā)芽的總天數(shù)，此值越大表明速度越大）；

發(fā)芽勢 = 前5天累計發(fā)芽種子數(shù) / 供試種子數(shù) ×100%。

芽長和根長采用游標卡尺測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 16.0 軟件分析所有試驗數(shù)據(jù)的平均值和標準誤，并對所有試驗數(shù)據(jù)進行差異顯著分析，采用Ducan 檢驗來比較處理間差異；此外，采用雙因素方差分析法分析不同溫度和鹽濃度對鹽生草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，同時使用線性回歸來建立萌發(fā)率與不同濃度鹽之間的關(guān)系。

2 結(jié)果分析

2.1 鹽分與溫度對鹽生草種子發(fā)芽率的影響

如表1 所示，鹽分濃度和溫度對鹽生草種子發(fā)芽率的影響均為極顯著。與CK 相比，20 / 5℃和35 / 20℃溫度中鹽生草種子發(fā)芽率在50 mmol·L-1鹽分處理下分別下降了13.58% 和29.41%，而在25 / 10℃和30 / 15℃條件下，鹽生草種子發(fā)芽率在50 mmol·L-1鹽分處理下卻略有升高，說明了低溫或高溫（20 / 5℃和35 / 20℃）均顯著降低了鹽生草種子的耐鹽性（圖1）。25 / 10℃和30 / 15℃條件下，即使在200 mmol·L-1NaCl 的高濃度鹽分脅迫下，鹽生草種子發(fā)芽率超過50%，表明在適宜的溫度下鹽生草能夠表現(xiàn)出較高的耐鹽性。

圖1 溫度與鹽分對鹽生草種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of temperature and salinity on germination percent of Halogeton glomeratus

表1 鹽生草種子發(fā)芽率、發(fā)芽速率、發(fā)芽勢、芽長和根長雙因素分析結(jié)果Tab.1 Two ANOVA of germination percent， germination rate， germination potential， shoot length and root length in Halogeton glomeratus seeds

2.2 鹽分與溫度對鹽生草種子發(fā)芽速率的影響

如表1所示，鹽分濃度和溫度及其交互作用對鹽生草種子發(fā)芽速率的影響均為極顯著。50 mmol·L-1鹽分處理下，20 / 5℃和35 / 20℃處理下的鹽生草種子發(fā)芽速率與CK 相比分別下降了19.17% 和33.97%（圖2）。在同一濃度的鹽溶液中，25 / 10℃和30 / 15℃處理下鹽生草種子發(fā)芽率均顯著超過20 / 5℃和35 / 20℃處理下鹽生草種子發(fā)芽率，說明適宜的溫度對鹽生草種子發(fā)芽具有顯著的促進作用，溫度過高或過低均不利于鹽生草種子發(fā)芽。

圖2 溫度與鹽分對鹽生草種子發(fā)芽速率的影響Fig.2 Effects of temperature and salinity on germination rate of Halogeton glomeratus

2.3 鹽分與溫度對鹽生草種子發(fā)芽勢的影響

如表1 所示，鹽分濃度和溫度及其交互作用對鹽生草種子發(fā)芽勢的影響均為極顯著。50 mmol·L-1鹽分處理下，與CK 相比，僅有20 / 5℃和35 / 20℃條件下的鹽生草種子發(fā)芽勢顯著下降，分別下降了27.94%和40.96%；相反，25 / 10℃和30 / 15℃處理下的鹽生草種子發(fā)芽勢略有升高，說明了低溫或高溫（20 / 5℃或35 / 20℃）減緩了鹽生草種子的發(fā)芽進程（圖3）。高濃度鹽分脅迫下，鹽生草種子在25 / 10℃和30 / 15℃條件下的發(fā)芽勢均顯著超過20 / 5℃和35 / 20℃條件下，說明適宜的溫度能夠提高鹽生草種子在脅迫環(huán)境下的發(fā)芽活力。

圖4 溫度與鹽分對鹽生草幼苗芽長和根長的影響Fig.4 Effects of temperature and salinity on shoot and root lengths of Halogeton glomeratus young seedlings

2.4 不同溫度下鹽生草發(fā)芽率與鹽分濃度之間的回歸分析

將鹽生草在不同20 / 5℃、25 / 10℃、30 / 15℃和35 / 20℃處理下的發(fā)芽率與鹽溶液濃度之間進行回歸分析，其相關(guān)系數(shù)和回歸方程如表2所示：

表2 不同變溫條件下鹽濃度與發(fā)芽率之間的回歸相關(guān)分析Tab.2 The regression analysis of salinity concentrations with germination percent under different temperature

將鹽生草種子發(fā)芽率為50%、0%時所對應(yīng)的鹽濃度作為鹽生草種子所能耐受的鹽脅迫臨界值、極限值［11］?；貧w分析結(jié)果顯示，30 / 15℃處理下鹽生草種子耐鹽的臨界值、極限值最大，分別為215.0 mmol·L-1和465.0 mmol·L-1，可 推 斷30 / 15℃為鹽生草種子發(fā)芽時最適宜的溫度。

2.5 溫度與鹽分對鹽生草幼苗芽長和根長的影響

如表1 所示，鹽脅迫和溫度對鹽生草幼苗芽長和根長的影響是極顯著的。4 組溫度條件下，50 mmol·L-1鹽分處理的鹽生草芽長與CK 相比均略有增加，但當鹽分濃度提高為100 mmol·L-1后，鹽生草芽長均有所下降，溫度從低到高分別下降了41.83%、11.44%、35.21%和22.74%，僅25 / 10℃處理下的鹽生草幼苗下降不顯著。在100 mmol·L-1鹽分處理下，鹽生草幼苗根長均顯著下降，溫度從低到高分別下降了79.44%、43.33%、55.77%和58.02%。相同處理下根長的下降幅度比芽長更為強烈，表明根受到的毒害比芽受到的更嚴重。

3 討論

植物種子的膜透性、膜結(jié)合蛋白的活力以及物質(zhì)能量代謝等多方面都受到環(huán)境溫度的影響，不同植物的種子在發(fā)芽階段對環(huán)境溫度變化的響應(yīng)不同［12，13，22］。本研究采用晝夜交替的變溫條件進行種子發(fā)芽實驗，相比恒溫條件而言，更能真實地反映種子在自然條件下的發(fā)芽狀況［12，17，22］。在30 / 15℃條件下，鹽生草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率和發(fā)芽勢均顯著高于20 / 5℃和35 / 20℃?？梢?，適當?shù)臏囟仁沟名}生草種子發(fā)芽活性提高，相對的低溫或高溫則會抑制鹽生草種子的發(fā)芽，這充分體現(xiàn)出鹽生草對西北干旱荒漠區(qū)氣候特點的適應(yīng)。

環(huán)境溫度、鹽分以及二者的交互作用對荒漠植物種子的發(fā)芽率和發(fā)芽速度存在顯著影響。低溫、高溫及鹽脅迫會抑制種子的發(fā)芽，甚至會使種子徹底死亡［12，17，22］。適宜的溫度及適度的鹽脅迫對許多植物種子的發(fā)芽具有促進作用。本研究中，溫度與鹽分以及二者的交互作用對鹽生草種子的發(fā)芽產(chǎn)生了顯著影響：在鹽脅迫下，鹽生草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率和發(fā)芽勢總體上呈現(xiàn)下降的趨勢，且在高溫處理下，下降幅度進一步增大；但在適宜溫度下，低濃度鹽脅迫條件下，鹽生草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽速率均高于對照組?？梢姡邷嘏c鹽分對種子發(fā)芽產(chǎn)生了雙重脅迫，高溫加劇了鹽分對種子發(fā)芽的抑制作用；而適宜的溫度與適當?shù)柠}脅迫提高了種子活性，促進了鹽生草種子的發(fā)芽，這些現(xiàn)象進一步解釋了鹽生草適應(yīng)能力強且主要分布干旱荒漠區(qū)的原因。在實際應(yīng)用中，如需利用鹽生草進行退化鹽堿草地的恢復(fù)，最宜在溫度較高的春末以及輕度或中度鹽堿化的鹽堿地中播種，將更有利于鹽生草的定植，進而提升鹽堿草地的修復(fù)效果。

種子中貯藏的有機物可以為植物提供從種子轉(zhuǎn)化到幼苗過程中所需的物質(zhì)及能量［22］。因此，植物早期芽長、根長的生長情況可以反映植物幼苗對脅迫耐受的狀況［16，18］。根長更適合作為評價鹽生草耐鹽性的指標。在同一鹽分濃度脅迫處理下，鹽生草幼苗根長的下降程度均顯著高于芽的下降，表明根受到毒害比芽更為嚴重。這可能由于鹽生草作為典型的荒漠植物，其生長發(fā)育過程要生根后長芽，幼苗根長對鹽分變化的響應(yīng)最為敏感。因此，相對于芽長，根長更作為鹽生草萌發(fā)時的抗逆指標。

4 結(jié)論

綜上所述， 溫度與 NaCl 處理及其互作均可顯著影響鹽生草種子的發(fā)芽及早期幼苗的生長。低濃度 NaCl 處理下，低溫是抑制其發(fā)芽的主要原因；當 NaCl 濃度較高時，高溫加劇了鹽分對種子發(fā)芽的傷害作用，在30 / 15℃下，大多數(shù)指標達到最優(yōu)狀態(tài)，表明該溫度為鹽脅迫下鹽生草種子發(fā)芽及早期幼苗生長的最適溫度。