蒼耳種子萌發對鹽脅迫和不同溫度的響應

馬 杰

(重慶師范大學學報編輯部，重慶 400047)

當前，生物入侵已成為倍受關注的一個重要問題［1－2］，一些入侵生物已導致巨大的經濟損失和生態危害。因此，對于入侵種應足夠重視，以防止其破壞性地爆發而危害當地生物多樣性。

蒼耳，俗稱蒼耳草、刺兒棵、蒼耳子、蒼浪子等，為菊科(Compositae，Asteraceae)蒼耳屬(Xanthium)一年生草本植物，原產于美洲和東亞，廣泛分布于歐洲大部和北美部分地區。蒼耳的果實10－11月成熟，果實表面密生鉤刺及細毛。作為一種入侵植物，它能很好地適應當地的氣候。另外，野外調查發現，刺蒼耳的果實成熟良好，能正常萌發，這為其居群的擴散奠定了基礎。該植物果實較大，主要靠水流、動物和人有意或無意地傳播而擴散。在母株周圍，由于散落的種子較多，所以蒼耳翌年能形成團塊狀的群體，局部郁閉度大。

蒼耳結實量大，對環境的適應能力強，易于散布，各種環境都適宜生長，廣泛分布于我國南北各省，常生長于曠野山坡、旱地邊、鹽堿地及路旁，尤其在荒野路邊、田邊最多，也是部分地區草坪中常見闊葉雜草，目前正逐漸往農田轉移，能給農作物和生態環境造成嚴重危害。

鑒于蒼耳的危害日趨嚴重的狀況，探討其生理生態適應性具有重要的現實意義。本文在不同溫度和NaCl脅迫條件下，研究蒼耳種子的萌發特性及其幼苗抗逆性的變化，為進一步探究其入侵機制及防治提供科學依據［3－10］。

1 材料與方法

1.1 材料

2011年3月，在縉云山采集成熟的蒼耳(X.sibiricum)種子(29.65'N，106.49'E，Alt.，307 m)。采集后的果實置于室溫下晾干，清理后，存放在冰箱(4℃)備用。

1.2 種子萌發

在萌發試驗之前，首先用1%雙氧水(H2O2)溶液對刺蒼耳種子進行消毒，對消毒后的種子置于直徑為90 mm的培養皿中，放于不同的萌發箱中進行萌發檢測。將種子分別置于10、15、20、25、和30℃以及變溫15/25℃(night/day，12 h/d)的培養箱中進行種子萌發試驗。試驗過程中適時加蒸餾水以保持濾紙濕潤。培養皿中墊2層濕潤的濾紙，每個培養皿中放置30粒種子，重復3次。以胚根突破種皮作為種子的萌發標準，每24 h觀察與記錄1次，持續到不再有種子萌發為止(霉爛的種子視為無活力的種子)，萌發持續時間為40 d。

1.3 NaCl溶液處理

由以上試驗得到最佳萌發溫度后，進行鹽脅迫處理試驗。種子消毒后，用不同濃度的NaCl溶液處理。分別測定種子在 0(對照)、10、50、70、100、和150 mmol/L NaCl溶液中的萌發率。每一組包含2×35粒種子(即2個重復，每個培養皿有35粒種子)，置于25℃的培養箱中培養。在試驗過程中，適時添加NaCl溶液并更換濾紙，定時觀察記錄種子的萌發率。種子萌發后形成的幼苗(1～2 cm)被用來測定脯氨酸(proline)和丙二醛(MDA)的含量。

1.4 脯氨酸含量的測定

將NaCl處理后形成的幼苗取出，測定根長，然后放置于－20℃冰箱中保存以備脯氨酸測定之用。根據Bates等(1973)的酸性茚三酮法測定脯氨酸的含量，以μg/g fresh weight(FW)表示。取2 g樣品置于研缽中，加入80%的乙醇共10 mL(放少量石英砂及聚乙烯吡咯烷酮，PVP)研磨至勻漿，于80℃恒溫水浴中抽提20 min。然后3000 r/min離心15 min。取提取液2 mL，再加入2 mL冰醋酸和2 mL茚三酮試劑，混勻后在沸水浴上反應15 min，冷卻后以80%的乙醇為對照，比色測定A515。再從脯氨酸標準曲線上求出樣品液中脯氨酸的含量。脯氨酸含量(μg/g)=(C×VT)/(W ×V1)，其中:C表示由標準曲線上查得的脯氨酸濃度(μg/mL);VT為提取液總體積(mL);V1為提取液的加入量(mL);W為樣品質量(g)。

1.5 丙二醛(MDA)含量的測定

將NaCl處理后獲得的幼苗取出，采用TBA法測定MDA的含量［4］，以μmol/g表示。取1 g樣品置于研缽中，加入5%三氯乙酸(TCA)共10 mL，研磨至勻漿，4000 r/min離心10 min。取提取液2 mL，加入0.6%的硫代巴比妥酸(TBA，溶于10%TCA中)溶液2 mL，混合后在沸水浴上反應10 min(自試管內溶液中出現氣泡開始計時)，冷卻后3000 r/min離心15 min。取上清液分別在波長A450、A532和 A600下測定吸光值;以 μmol/g(fresh weight，FW)表示。MD濃度的計算公式為:MDA 濃度 =6.45(A532－A600)－0.56 A450。

2 結果

2.1 溫度處理對刺蒼耳種子萌發的影響

在不同溫度下，蒼耳種子的萌發率存在顯著差異(P＜0.05)。在試驗溫度體系中，隨著溫度的升高，種子的萌發率提高。當萌發溫度為10℃時，發芽率僅為21.1%;而當溫度上升到30℃時，刺蒼耳種子的萌發率變為91.1%;另外變溫(25/15℃)處理后，種子的發芽率為27.8%。試驗結果表明:在試驗的溫度體系中，30℃是最適宜于蒼耳種子萌發的溫度;變溫(15/25℃)對種子萌發無明顯的促進作用(圖1)。

圖1 溫度對刺蒼耳種子萌發率的影響

2.2 氯化鈉對蒼耳種子萌發的影響

蒼耳種子的萌發率顯著地受NaCl溶液的影響。在25℃時，對照組(蒸餾水處理)的萌發率為84.3%，NaCl溶液濃度由0升高到10 mmol/L，種子萌發率由84.3%升高到88.6%。而隨著NaCl溶液濃度的繼續升高，種子萌發率反而下降。當NaCl溶液濃度由10 mmol/L升高到150 mmol/L時，種子萌發率由88.6%降低到22.9%。總體上，隨NaCl溶液濃度的升高種子萌發率降低，與滲透脅迫程度呈負相關(圖2)。

2.3 幼苗脯氨酸含量

隨著NaCl溶液濃度的升高，蒼耳幼苗中脯氨酸的含量明顯增加，均高于對照組(以蒸餾水處理)。對照組中脯氨酸含量為149.5 μg/g，在滲透脅迫下，當NaCl溶液濃度從0增加到70 mM/L時，幼苗脯氨酸含量從 149.5 μg/g增加到 489.3 μg/g。當NaCl溶液濃度繼續升高時，由70 mM/L增加到100 mM/L時，幼苗脯氨酸的含量反而會降低，從489.3 μg/g 降低到295.9 μg/g，但仍然高于對照組(圖3)。

圖2 NaCl脅迫對蒼耳種子的萌發的影響

圖3 NaCl脅迫條件下蒼耳幼苗中脯氨酸的含量

2.4 幼苗丙二醛(MDA)含量

在NaCl脅迫條件下，隨著NaCl溶液濃度的升高，蒼耳幼苗中MDA的含量逐漸增加，均高于對照組(以蒸餾水處理)。當NaCl溶液濃度從0增加到 50 mM/L時，幼苗的 MDA的含量從0.0080 μmol/g增加到 0.0103 μmol/g;當濃度從50增加到70 mM/L時，MDA有含量從0.0103 μmol/g 降低到0.0096 μmol/g;當 NaCl溶液濃度繼續增加，從70增加到150 mM/L時，幼苗中的MDA又隨濃度的增加而增加，從0.0096 μmol/g增加到 0.0132 μmol/g(圖 4)。

3 討論

種子萌發特性是植物生活史中的一個重要特征，對于植物種的生存具有重要意義。環境因素及其種子本身的狀態對種子萌發的影響是植物生活史中的一個重要特征。

圖4 NaCl脅迫條件下蒼耳幼苗中丙二醛(MDA)的含量

溫度對刺蒼耳種子萌發有顯著的影響，是影響蒼耳種子萌發的重要因素之一。在萌發過程中，種子內部進行著一系列的生理生化反應，其中包括一些重要的酶促反應，而酶促反應受制于外界環境的溫度。在本試驗中，隨著溫度的升高，種子的萌發率提高。在種子萌發過程中，在放置2 d后，種子則開始萌發，沒表現出休眠的特性。萌發溫度為10℃時，發芽率僅為21.1%，且胚芽長勢緩慢，說明溫度太低不利于蒼耳種子的萌發;當溫度上升到30℃時，蒼耳種子的萌發率變為91.1%;而變溫條件下，蒼耳種子萌發率為27.8%。通過分析所試驗的幾個不同溫度的萌發率，發現30℃最適宜刺蒼耳種子的萌發，且變溫處理對種子萌發沒有明顯促進作用。

鹽分對非鹽生植物最普通和最顯著的效應就是阻止生長。鹽分對植物生長的抑制機理是一個相當復雜的問題。不同鹽類和同一鹽類不同鹽濃度、不同植物和同一植物不同器官和不同發育階段、以及暴露于鹽漬條件下時間的長短都可以產生不同的結果，鹽分的抑制機理也不相同。本研究表明，NaCl脅迫對蒼耳種子發芽率有一定的影響。低濃度的 NaCl對刺蒼耳種子的萌發影響較不明顯，而高濃度鹽分則對種子萌發有顯著的抑制作用，甚至導致完全不萌發。而在種子萌發過程中，NaCl脅迫對蒼耳種子萌發各項生理指標均有不同程度的影響。其中，NaCl脅迫對刺蒼耳種子萌發過程中芽和根的生長有明顯的抑制作用，這可能是NaCl脅迫導致外界培養溶液的水勢降低，細胞吸水困難，使得蒼耳的組織細胞出現生理性缺水。植物組織中脯氨酸含量在一定程度上反映了植株體內的水分情況，因而可以作為植物缺水情況的參考性生理指標。在高等植物處于脅迫因子的作用下時，脯氨酸是最常產生的滲透調節劑之一［10］。在不同的脅迫條件下，植物體內游離的脯氨酸含量的增加量是不同的。從本試驗的結果來看，NaCl脅迫對蒼耳幼苗脯氨酸含量變化有顯著影響。低濃度的 NaCl培養液處理的刺蒼耳幼苗的脯氨酸含量逐漸升高，脯氨酸含量提高也可能是蒼耳幼苗對 NaCl脅迫環境的一種適應性生理效應。高濃度的 NaC1培養液處理的蒼耳幼苗的脯氨酸含量則隨著NaCl濃度的升高而逐漸降低，這可能是由于NaCl脅迫使植物體內蛋白質的合成受到破壞，從而脯氨酸含量反而降低。鹽脅迫產生鹽害時，植物代謝失調，引起蛋白質合成下降或脯氨酸氧化受阻，從而積累較多的游離脯氨酸，因此，可以認為長期大量的游離脯氨酸的積累不僅是適應鹽脅迫的策略，也是發生鹽害(鹽毒性)的表現。這與其他報道的研究結果相似［3，8］。

氯化鈉(NaCl)脅迫對植物危害的一個重要方面是對膜結構和組成的影響。NaCl脅迫下對鹽敏感的植物膜系統先遭到破壞。而細胞膜是生物體細胞器與環境間的一個屏障，對保持生物體的正常生理生化過程的穩定性具有十分重要的作用，所以植物細胞膜透性的變化是公認的植物抗性生理指標之一。植物組織中MDA含量可反映細胞膜受傷程度的大小。在鹽脅迫下，細胞膜發生膜脂過氧化，MDA是膜脂過氧化作用的最終產物，因此，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。結果表明，隨著脅迫時間的增加，NaCl處理后的蒼耳幼苗的MDA含量逐漸升高，這說明其細胞膜已受到一定程度的損傷，這可能是 NaCl在細胞中積累而導致高濃度的鹽分對膜表面的磷脂發生氧化。

綜上所述，溫度和NaCl溶液處理均會顯著影響蒼耳種子的萌發，較高溫度有利于種子萌發，并且NaCl脅迫對蒼耳種子的萌發有抑制作用，對幼苗的生長也有顯著的影響。此外，蒼耳種子耐鹽性較強，對生境有較強的適應能力。這些結果為進一步研究蒼耳的入侵機理和入侵后對本地種的影響和防治奠定了基礎，為進一步減少和防止蒼耳的擴散具有現實意義。

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