鹽脅迫對(duì)2種基因型波斯菊種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

杜 艷， 裴 蕾， 高志英， 鄒大方

(1.山西運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000； 2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽 621010； 3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運(yùn)城 044000)

種子在植物生長(zhǎng)的整個(gè)生活史中占有重要地位，是植物生活周期中最關(guān)鍵的階段之一。相對(duì)于植物成年階段，植物種子在萌發(fā)時(shí)期，其抵抗力弱，對(duì)鹽堿、干旱等逆境脅迫極為敏感[1]；而逆境脅迫將導(dǎo)致植物種子萌發(fā)率低、成苗率低、幼苗質(zhì)量差、生物量積累減少，最終影響植株的生理和形態(tài)建成[2-4]。隨著全球環(huán)境不斷惡化，土壤鹽堿化已成為全球共同面臨的環(huán)境問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界鹽漬土面積約9.5億hm2，其中我國(guó)約占全球10%[1]。在我國(guó)北方，不少地區(qū)土壤含鹽堿量較高，這危害了植物的生長(zhǎng)和發(fā)育[5]。研究表明，植物的基因型不同，其耐鹽性也有較大的差異[6]。

波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)隸屬于菊科(Compositae)秋英屬(Cosmos)，俗稱秋英、大波斯菊、掃帚梅，原產(chǎn)于美洲的墨西哥及巴西等地區(qū)[7]。該植物植株高大，葉形、花色豐富，花期較長(zhǎng)，且全草可入藥，具有重要的觀賞價(jià)值和一定的藥用價(jià)值。目前，波斯菊已被廣泛應(yīng)用于道路、邊坡、小區(qū)、公園等城市園林綠化[8]。研究表明，波斯菊幼苗對(duì)鹽脅迫較為敏感，低濃度會(huì)具有抑制種子萌發(fā)、幼苗株高、根長(zhǎng)，高濃度則可使作物出現(xiàn)停止生長(zhǎng)的趨勢(shì)[9]。有關(guān)不同基因型波斯菊對(duì)鹽脅迫響應(yīng)方面的研究尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)以不同基因型波斯菊種子為試驗(yàn)材料，研究鹽脅迫對(duì)供試材料萌發(fā)特性的影響，以期為鹽堿地區(qū)的耐鹽性植物品種選擇、植被恢復(fù)、土壤改良以及城市園林綠化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以不同基因型的白色波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)、粉色波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)為試材。種子購(gòu)自于北京花兒朵朵花仙子農(nóng)業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子處理 篩選出顆粒飽滿、大小合適的種子；隨機(jī)選擇100粒種子，重復(fù)3次，分別稱質(zhì)量，計(jì)算供試材料的千粒質(zhì)量。用濃度為1%的高錳酸鉀溶液對(duì)其消毒15 min，用適量的無菌水沖洗3～5遍，確保無高錳酸鉀溶液殘留。用無菌濾紙將殘留的水分吸干，留待備用。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以NaCl模擬鹽脅迫環(huán)境，共設(shè)置5個(gè)濃度水平：0(CK)、15、35、100、180 mmol/L。試驗(yàn)所用的鹽溶液均以去離子水配制。每個(gè)培養(yǎng)皿鋪2層濾紙，每皿放置30粒種子，分別加入6 mL不同濃度的處理液，每個(gè)處理重復(fù)3次。將培養(yǎng)皿放置于溫度為25 ℃、光照周期為12 h—12 h 的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)；每間隔24 h，以種子萌發(fā)突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)種子的萌發(fā)情況，并適量補(bǔ)充水分。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)處理隨機(jī)選取5株幼苗，測(cè)其鮮質(zhì)量、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)；若萌發(fā)數(shù)不足于5，則測(cè)定該處理所有幼苗的各指標(biāo)，除以幼苗的數(shù)量，再乘以5；并分別采用NBT光化還原法[10]、TBA顯色法[11]測(cè)定幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等部分生理指標(biāo)。計(jì)算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等參數(shù)，計(jì)算公式分別為[2，12]：

發(fā)芽率=n/N×100%(n為最終發(fā)芽的種子數(shù)，N為供試種子數(shù))；

發(fā)芽勢(shì)=nt/N×100%(nt為前4 d發(fā)芽的種子數(shù)之和，N為供試種子數(shù))；

相對(duì)發(fā)芽率=試驗(yàn)組種子發(fā)芽率/對(duì)照組種子發(fā)芽率×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)×100%(Gt為第t天發(fā)芽的種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))；

簡(jiǎn)化活力指數(shù)=相對(duì)發(fā)芽率×鮮質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2007軟件和SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基因型波斯菊的千粒質(zhì)量

白色波斯菊3組100粒種子的質(zhì)量分別為0.625、0.631、0.640 g，平均為0.632 g，千粒質(zhì)量為6.320 g。粉色波斯菊3組100粒種子的質(zhì)量分別為0.838、0.835、0.848 g，平均為 0.840 3 g，千粒質(zhì)量為8.403 g。粉色波斯菊的千粒質(zhì)量大于白色波斯菊。

2.2 鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的影響

從表1可以看出，不同基因型波斯菊對(duì)于鹽脅迫的響應(yīng)程度有差異。粉色波斯菊鹽脅迫表現(xiàn)低劑量刺激效應(yīng)，即低濃度可刺激粉色波斯菊種子萌發(fā)，提高發(fā)芽勢(shì)。當(dāng)NaCl濃度為15 mmol/L時(shí)，發(fā)芽率為76.67%，高于對(duì)照組30百分點(diǎn)，與對(duì)照相比差異極顯著；發(fā)芽勢(shì)也高達(dá)70.00%，與對(duì)照差異極顯著。當(dāng)NaCl濃度大于35 mmol/L時(shí)，種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)均顯著降低，表明隨著鹽濃度的升高，種子的萌發(fā)受到抑制，表現(xiàn)出鹽害現(xiàn)象。白色波斯菊對(duì)鹽脅迫極其敏感，低劑量的鹽濃度就對(duì)其種子萌發(fā)具有明顯的抑制作用。不同鹽脅迫水平下，其萌發(fā)率極顯著降低，但發(fā)芽勢(shì)則在鹽濃度大于35 mmol/L 時(shí)顯著降低。總體上隨著NaCl濃度的提升，白色波斯菊種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)呈下降趨勢(shì)。低濃度鹽脅迫有利于促進(jìn)粉色波斯菊萌發(fā)，抑制白色波斯菊萌發(fā)，表明低濃度鹽脅迫可以提高粉色波斯菊種子發(fā)芽的整齊性，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。

表1 不同濃度鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊種子發(fā)芽的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫、大寫字母分別表示差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)，表3～表5同。

2.3 鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響

種子發(fā)芽率高低提示出種子生命活力的大小，而相對(duì)發(fā)芽率則可直觀反映出不同脅迫處理下種子的萌發(fā)狀況。從表2可以看出，在4個(gè)不同鹽濃度脅迫下，粉色波斯菊相對(duì)萌發(fā)率分別是對(duì)照組的164.28%、104.76%、80.95%、61.90%；而白色波斯菊相對(duì)發(fā)芽率分別為對(duì)照的79.25%、73.58%、64.15%、16.98%。粉色波斯菊在鹽濃度為15、35 mmol/L之外，供試波斯菊的萌發(fā)均受到鹽脅迫抑制，萌發(fā)率低于對(duì)照。

發(fā)芽指數(shù)是判斷種子萌發(fā)能力的重要指標(biāo)，其高低可以綜合反映出種子的萌發(fā)情況與生長(zhǎng)狀況[13]。從表2可以看出，隨著鹽脅迫濃度的提高，供試材料的發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)了明顯的變化。當(dāng)鹽濃度為0～35 mmol/L時(shí)，粉色波斯菊的發(fā)芽指數(shù)較對(duì)照組高；而濃度高于100 mmol/L時(shí)，供試材料的發(fā)芽指數(shù)較對(duì)照下降幅度接近35%，表明波斯菊種子萌發(fā)的種子耐鹽半致死濃度(臨界值)接近于100 mmol/L。不同基因型波斯菊發(fā)芽指數(shù)差異明顯，表明受到鹽脅迫的程度不同，而重度脅迫則對(duì)它們產(chǎn)生明顯影響。

2.4 鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗鮮質(zhì)量、活力指數(shù)的影響

從表3可以看出，輕度鹽脅迫下，粉色波斯菊幼苗鮮質(zhì)量高于對(duì)照，但處理間差異不顯著；當(dāng)鹽濃度為 180 mmol/L 時(shí)，幼苗的鮮質(zhì)量顯著降低，整體上粉色波斯菊的鮮質(zhì)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。白色波斯菊對(duì)鹽脅迫較為敏感，鹽濃度為100 mmol/L時(shí)，幼苗的鮮質(zhì)量就顯著降低。盡管白色波斯菊的鮮質(zhì)量變化也表現(xiàn)先上升后下降，但白色波斯菊試驗(yàn)組均低于對(duì)照組。表明在不同鹽濃度脅迫下，粉色波斯菊幼苗鮮質(zhì)量明顯大于白色波斯菊，這可能與二者的遺傳背景有關(guān)。

表2 不同濃度鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊種子相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響

簡(jiǎn)化活力指數(shù)的趨勢(shì)也有類似的結(jié)果，即隨著鹽濃度的升高而逐漸下降。當(dāng)鹽濃度≤35 mmol/L時(shí)，粉色波斯菊的簡(jiǎn)化活力指數(shù)大于對(duì)照，白色波斯菊則反之；當(dāng)鹽濃度 ≥180 mmol/L 時(shí)，二者的活力指數(shù)下降幅度大，粉色波斯菊為3.14，白色波斯菊則為0.91。

表3 不同濃度鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗鮮質(zhì)量和簡(jiǎn)化活力指數(shù)的影響

2.5 鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的影響

鹽脅迫對(duì)植物種子萌發(fā)芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的影響可以反映植物的早期抗逆性。鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)都具有明顯抑制作用。隨著鹽濃度的提高，芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)與之呈負(fù)相關(guān)；而根芽比值大體上呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)(表4)。在不同鹽脅迫水平下，與對(duì)照相比，試驗(yàn)組的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)均極顯著變短，不存在低劑量刺激效應(yīng)的現(xiàn)象。植物為了獲得足夠的養(yǎng)分和水分，尤其是在受到環(huán)境脅迫時(shí)，根系往往需要向四周延伸。在2個(gè)供試材料中，粉色波斯菊根芽比值較白色波斯菊大，表明其根系較為發(fā)達(dá)，適應(yīng)性較強(qiáng)。進(jìn)一步比較2個(gè)材料，在相同鹽脅迫水平處理下，粉色波斯菊的芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)較白色波斯菊長(zhǎng)。

表4 不同濃度鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響

2.6 鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗生理活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)是植物對(duì)逆境脅迫應(yīng)答的直接反映，SOD活性越高，表明植物的抗性越強(qiáng)；而MDA的含量高低，則反映了植物細(xì)胞膜受損程度的大小[14]。從表5可以看出，在鹽脅迫下波斯菊的SOD活性降低。當(dāng)鹽濃度≥35 mmol/L時(shí)粉色波斯菊SOD活性極顯著降低；而白色波斯菊的SOD活性在鹽濃度≥15 mmol/L時(shí)就極顯著降低。MDA的含量也隨著鹽濃度的升高而逐漸變大，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組的MDA含量均極顯著升高，表明在鹽脅迫下植株就脅迫產(chǎn)生了應(yīng)答，高鹽環(huán)境直接使得植物細(xì)胞膜受到損害，影響植物生長(zhǎng)。

3 討論

植物種子在萌發(fā)時(shí)，逆境脅迫將影響植物種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、成苗率、幼苗質(zhì)量、生物量積累等指標(biāo)，影響植株的生理和形態(tài)建成[2-4]。楊鳳軍等研究發(fā)現(xiàn)， 植物的基因型不同，其耐鹽性也有較大的差異[6]。因此，植物種子能夠在鹽堿環(huán)境中萌發(fā)，并長(zhǎng)出幼苗是植物在鹽堿條件下生長(zhǎng)發(fā)育的前提，也是篩選耐鹽植物的常用方法之一[15-16]。

表5 不同濃度鹽脅迫對(duì)不同基因型波斯菊幼苗SOD活性和MDA含量的影響

應(yīng)。參透效應(yīng)指鹽分降低了溶液滲透勢(shì)使種子吸水下降，從而影響種子發(fā)芽；毒性效應(yīng)指鹽離子對(duì)細(xì)胞質(zhì)膜產(chǎn)生毒害，干擾代謝從而影響種子萌發(fā)[6]。本試驗(yàn)結(jié)果，低劑量鹽濃度可以刺激粉色波斯菊的種子萌發(fā)，提高發(fā)芽勢(shì)，促進(jìn)幼苗植株的形態(tài)建成，鹽濃度高于100 mmol/L時(shí)，種子萌發(fā)則受到明顯抑制，與相關(guān)研究結(jié)果[15，17]相一致。低鹽濃度環(huán)境可以調(diào)整細(xì)胞膜的滲透，刺激細(xì)胞中的呼吸酶，促進(jìn)種子萌發(fā)；但高鹽濃度則造成細(xì)胞內(nèi)外滲透壓差值較大，影響自由水在細(xì)胞膜內(nèi)外之間的交換，且離子濃度過高，容易形成鹽害，導(dǎo)致種子萌發(fā)受到影響[18]。白色波斯菊對(duì)鹽脅迫極為敏感。試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照比較，鹽脅迫導(dǎo)致白色波斯菊種子萌發(fā)率下降，發(fā)芽勢(shì)低，成苗率低，幼苗質(zhì)量差，生物量積累減少。這可能是鹽脅迫導(dǎo)致白色波斯菊細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞，引起α-淀粉酶活性降低，影響種子的萌發(fā)與生長(zhǎng)[2]。

對(duì)不同基因型的波斯菊進(jìn)行比較，在相同鹽濃度脅迫下，粉色波斯菊的種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼苗鮮質(zhì)量、耐鹽半數(shù)抑制濃度(臨界值)等指標(biāo)均大于白色波斯菊，而且SOD活性較高，MDA含量較低，鹽害影響的程度小，表明粉色波斯菊的耐鹽性極強(qiáng)，可廣泛用于鹽堿化程度較高區(qū)域的綠花和修復(fù)。這可能與二者的千粒質(zhì)量有一定的關(guān)系。千粒質(zhì)量是種子活力的重要指標(biāo)之一，千粒質(zhì)量越大，其內(nèi)部貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)越多，發(fā)芽所需的時(shí)間較短，發(fā)芽率高[19]。但也有研究表明，同一個(gè)屬的植物，其千粒質(zhì)量越小，萌發(fā)率越高[20]。這是因?yàn)樾×７N子的幼苗植株抵抗力弱，容易遇到外界逆境的影響，高萌發(fā)率的繁殖機(jī)制有利于物種的延續(xù)。2種基因型波斯菊對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)程度不同，可能與其遺傳背景不同有關(guān)，相關(guān)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究闡明。

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