鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響

(嶺南師范學院生命科學與技術學院 ， 廣東 湛江 524048)

小葉茼蒿(ChrysanthemumcoronariumL.)是菊科一年或兩年生草本植物，又稱菊花菜、蓬蒿菜、皇帝菜，原產于我國及地中海地區；半耐寒性，喜濕冷，不適宜高溫干旱的環境[1-2]。種子萌發是植物整個生命活動中最初重要的環節，比其他生長階段對干旱和鹽等非生物脅迫更加敏感[3]。目前，我國的耕地面積逐漸減少，土壤干旱和鹽堿化面積程度逐漸增加，鹽脅迫和干旱脅迫成為影響種子萌發的主要環境因素。關于干旱脅迫及鹽脅迫對茼蒿種子萌發的相關研究未見報道。本實驗將選用不同濃度PEG-6000(聚乙二醇)和3種鈉鹽分別模擬不同程度的干旱脅迫和鹽脅迫，來分析干旱和鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響，旨在為評價茼蒿種子的抗逆性及茼蒿的栽培管理等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小葉茼蒿種子(黃氏三大菜種行，購于湛江市麻章市場)。試劑為分析純：KNO3、PEG-6000、NaCl、NaHCO3、Na2CO3。

1.2 方 法

用蒸餾水與PEG-6000固體分別配制成5%、10%、15%、20%、25%5個不同濃度的PEG溶液；與NaCl、NaHCO3、Na2CO3固體分別配制成25 mmol·L-1、50 mmol·L-1、75 mmol·L-1、100 mmol·L-1、125 mmol·L-1、150 mmol·L-16個不同濃度的NaCl、NaHCO3、Na2CO3溶液；與KNO3配制成0.8%的KNO3溶液。

本實驗采用培養皿紙上培養法[4]。培養前用0.8%的KNO3溶液浸種24 h。在培養皿中鋪上雙層濾紙作為發芽床，每個培養皿均勻放置25粒種子，分別加入6 mL蒸餾水(對照)以及各濃度PEG溶液，NaCl、NaHCO3、Na2CO3溶液，蓋上培養皿。置于25 ℃恒溫培養箱中培養，每天添加0.85 mL蒸餾水，每隔2 d添加0.85 mL相應的溶液以保持恒定PEG濃度，每個處理重復4次。連續培養觀察9 d，每天記錄每個梯度種子的起始時間、每日發芽數、峰值，種子發芽以胚芽達到種子長度的1/2為準，以連續3 d沒有種子露出胚芽作為該處理實驗結束時間。在這期間，連續5 d記錄每個處理中最先發芽的種子苗期的胚根長和胚芽長(出苗數大于20株的選取20株，小于20株的則測定所有苗)；在發芽的第5天，將培養皿中被測的發芽種子去掉種皮，測定其鮮重；待種子發芽結束后，計算種子發芽勢、發芽率、發芽指數、抗旱指數。

發芽勢(%)=(發芽高峰期內發芽的種子數/供試種子總數)×100%；

發芽率(%)=(發芽種子數/供試種子總數)×100%；

發芽指數=∑(Gt/Dt)，式中：Gt為t時間的每日新增發芽數，Dt為相應的天數；

活力指數=∑(Gt/Dt)×S，式中：S為幼苗平均鮮重；

抗旱指數=處理組萌發指數/對照組萌發指數；

萌發指數=1.00nd2+0.75nd4+0.5nd6+0.25nd8，式中：ndx為第x天的發芽率；

胚根、胚芽的長度和幼苗鮮重。

實驗數據均采用Office 2010軟件和DPS軟件進行分析處理

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響

種子萌發是種子從相對靜止的狀態吸水活化轉變為生理代謝旺盛的生長發育階段，整個過程需要適宜的溫度、水分和充足的空氣。干旱脅迫和鹽脅迫會引起種子滲透勢發生改變，無法正常吸水，從而影響種子萌發過程；這種影響體現在起始發芽時間及規定時間內發芽率。發芽率是指發芽種子數占供試種子總數的百分比，是鑒定種子活力的重要指標之一。

2.1.1鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響

采用不同濃度的NaCl、NaHCO3和Na2CO3溶液模擬鹽脅迫處理小葉茼蒿種子，用蒸餾水處理作為對照。表1顯示，3種鹽脅迫未推遲小葉茼蒿種子發芽的起始時間；在NaHCO3濃度大于125 mmol·L-1(包括125 mmol·L-1，下同)，Na2CO3濃度大于100 mmol·L-1時，種子在實驗規定時間內不發芽。

表1 不同濃度鹽脅迫對起始發芽時間的影響

處理濃度/(mmol·L-1)起始發芽時間/dNaClNaHCO3Na2CO3011125111501117511110011—1251——1501——

注：“—”指種子不發芽。

由圖1～圖3可知，對照組與處理組的累計發芽率均隨時間的推移逐漸增大，在第7天達到峰值后趨于穩定；其中，在發芽試驗的第1天，對照組與處理組的發芽率無顯著差異，第2天，對照組與處理組的發芽率差異迅速增大。結合圖4可知，3種鹽對小葉茼蒿種子的萌發過程均有抑制作用，累計發芽率總體隨著鹽溶液濃度的升高呈下降趨勢。當鹽濃度為25～50 mmol·L-1時，種子均有發芽；當鹽濃度為75～100 mmol·L-1時，Na2CO3處理的種子不發芽；當鹽濃度為125～150 mmol·L-1時，NaHCO3和Na2CO3處理的種子均不發芽。說明Na2CO3對小葉茼蒿種子的萌發過程抑制作用最大，NaHCO3次之，NaCl最小。

圖1 不同濃度NaCl鹽脅迫下的累計發芽率

圖2 不同濃度NaHCO3鹽脅迫下的累計發芽率

圖3 不同濃度Na2CO3鹽脅迫下的累計發芽率

2.1.2干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響

從表2可以看出，在本試驗設定的PEG模擬干旱脅迫的范圍內，小葉茼蒿種子的起始發芽時間表現為低濃度PEG(0～15%，下同)脅迫下不影響起始發芽時間，而在高濃度PEG(≥20%，下同)脅迫下，濃度越高推遲發芽時間越長。說明PEG對小葉茼蒿種子的萌發過程有抑制作用。

由圖5可知，隨著發芽天數的增加，對照組和處理組的小葉茼蒿種子累積發芽率均逐漸增大；種子在第1～2天迅速萌發，并在第7天達到峰值。隨著PEG濃度升高，模擬干旱脅迫程度加劇，小葉茼蒿種子的累計發芽率呈下降趨勢，濃度越高，種子發芽率越低。由圖6可知，處理組的發芽率明顯低于對照組(p<0.05)，低濃度PEG處理明顯抑制種子發芽過程，高濃度PEG處理下出現嚴重抑制。

表2 干旱脅迫對起始發芽時間的影響

處理濃度/%起始發芽時間/d0151101151202254

圖4 不同鹽濃度對發芽率的影響

圖5 不同濃度PEG模擬干旱脅迫下的累計發芽率

2.2 鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發特性的影響

發芽勢是影響發芽率的主要因素，也是影響種子品質的重要指標之一。當種子遭受脅迫時，發芽勢受到的影響高于發芽率[5]。發芽指數和活力指數也是衡量種子發芽能力和活力大小的重要指標之一。因此本實驗選用發芽勢、發芽指數、活力指數作為檢驗干旱脅迫和鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發特性影響的指標。

2.2.1鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發特性的影響

植物的發芽速度和發芽整齊度一定程度上受植物種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數的影響。通過表3可知，隨著3種鹽濃度的升高，發芽勢、發芽指數和活力指數總體呈下降趨勢。高濃度處理均對種子的萌發具有嚴重抑制作用，Na2CO3影響最大，NaHCO3次之，NaCl最小。NaHCO3和Na2CO3為堿性鹽，且Na2CO3的堿性大于NaHCO3的，說明小葉茼蒿種子在萌發時對中性鹽的耐受性較強，對堿性鹽較敏感，受影響較大，堿性越大受損越嚴重。

圖6 不同濃度PEG對發芽率的影響

表3 不同濃度各種鹽處理對發芽勢、發芽指數、活力指數的影響

處理濃度/(mmol·L-1)發芽勢/%發芽指數活力指數036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01ab2523±3.00b3.59±0.50b0.095±0.02a5026±3.48ab3.24±0.32b0.064±0.01abNaCl7517±6.61b2.61±0.81bc0.055±0.02b10019±3.42b2.78±0.55b0.053±0.01b12518±2.58b2.76±0.33b0.050±0.01b1504±2.83c0.84±0.47c0.013±0.01c036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a2517±1.63b2.98±0.49b0.047±0.01b5014±3.46b2.46±0.62b0.019±0.00cNaHCO37514±2.58b2.71±0.39b0.007±0.00cd10011±1.00b2.10±0.46b0.000d1250.000c0.000c0.000d1500.000c0.000c0.000d036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a2523±5.74b4.43±1.15a0.038±0.01b5013±1.91c1.92±0.40b0.000cNa2CO3751±1.00d0.25±0.25b0.000c1000.000d0.000b0.000c1250.000d0.000b0.000c1500.000d0.000b0.000c

注：表中數據為平均值±標準誤差，不同字母表示顯著差異，相同字母表示差異不顯著(p<0.05)。下同。

圖8 不同濃度的NaCl對胚根長和胚芽長的影響

圖9 不同濃度的NaHCO3對胚根長和胚芽長的影響

圖10 不同濃度的Na2CO3對胚根長和胚芽長的影響

表4 不同濃度PEG處理對發芽勢、發芽指數、活力指數的影響

處理濃度/%發芽勢/%發芽指數活力指數ck36±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a517±2.52b3.43±0.58b0.056±0.01ab1019±1.91b3.09±0.65b0.037±0.01bc1517±1.00b2.55±0.13bc0.022±0.00d208±1.63c0.98±0.13cd0.003±0.00e250.000d0.10±0.06d0.000e

2.2.2干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發特性的影響

由表4可知，隨PEG質量濃度的增加，小葉茼蒿種子的發芽勢、發芽指數、活力指數均呈現降低趨勢。低濃度PEG處理時，明顯降低了種子的萌發活力；高濃度PEG處理下，種子的萌發活力受到嚴重抑制。說明不同干旱處理對小葉茼蒿種子萌發均有一定的影響，使種子萌發受到抑制，影響發芽能力、發芽速度以及活力水平。

2.3 小葉茼蒿種子的抗旱能力

萌發抗旱指數是檢驗干旱脅迫對種子萌發影響情況的常用指標[6]。圖7表明，隨著PEG溶液濃度增大，小葉茼蒿種子的抗旱指數呈先增加后減少的趨勢。當PEG濃度為15%時，種子的抗旱指數達到最大值；隨著PEG濃度的進一步增大其抗旱指數呈下降趨勢，這表明低濃度 PEG溶液可增強小葉茼蒿種子的萌發抗旱指數，即抗旱能力；而高濃度的PEG溶液會使其抗旱指數降低。

2.4 鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿幼苗生長的影響

植物抗性的衡量標準之一是脅迫環境下植物胚根和胚芽的長度，原因在于種子萌發后胚根和胚芽就開始生長，胚根作為吸收水分的器官，其長度對整個植物幼苗的生長發揮著重要作用，胚芽將發育成幼苗的莖和葉，其長度與幼苗出苗后的強健程度[7]。

圖7 不同濃度PEG處理對萌發抗旱指數的影響

2.4.1鹽脅迫對小葉茼蒿幼苗生長的影響

圖8～圖11分別為3種鹽在不同濃度下小葉茼蒿幼苗的胚根長、胚芽長和鮮重，體現3種鹽對其幼苗生長的影響。結果顯示，當NaCl濃度為150 mmol·L-1時，才開始抑制胚根和胚芽的生長，其他濃度脅迫下促進幼苗生長；當NaHCO3濃度高于50 mmol·L-1時，抑制幼苗胚根、胚芽的生長，鮮重降低；當Na2CO3濃度大于50 mmol·L-1時，小葉茼蒿生長過程中會出現蔫死。說明3種鹽處理對小葉茼蒿幼苗生長影響不同，NaCl主要為促進幼苗生長；NaHCO3和Na2CO3均抑制小葉茼蒿幼苗生長，Na2CO3對幼苗的損害較NaHCO3嚴重。

圖12 不同濃度的PEG對胚根長和胚芽長的影響

圖13 不同濃度PEG對鮮重的影響

圖11 不同鹽濃度對幼苗鮮重的影響

2.4.2干旱脅迫對小葉茼蒿幼苗生長的影響

由圖12可知，低濃度PEG處理對小葉茼蒿幼苗胚根生長有促進作用，高濃度處理下為抑制作用；胚根長隨PEG濃度升高先增加后減小。除5%PEG對胚芽生長有促進作用以外，其他濃度處理均抑制胚芽生長；胚芽長度隨處理濃度升高呈降低趨勢。由圖13可知，幼苗鮮重也是隨PEG濃度變化先升高后降低，低濃度處理促進生長，高濃度抑制。胚根、胚芽可表明作物對干旱環境的適應性，一般在干旱情況下，植物會先長出細長的根以更好吸水。本實驗結果說明，不同干旱處理對小葉茼蒿種子均有的影響，適當輕度干旱脅迫有助于鍛煉種子的耐旱性，利于幼苗的生長，但高濃度會對種子造成傷害，抑制其生長發育。

3 討 論

植物能否正常生長及最終產量如何主要取決于種子能否正常萌發、出苗、發育。水分是植物種子萌發階段所必須的物質之一，干旱脅迫和鹽脅迫會由于滲透效應或離子效應影響種子的吸水作用，從而影響發芽特征；通常會引起發芽率降低、種子失去活力、鮮重下降或致死等現象[8]。研究表明，在種子萌發、生長階段進行不同程度的干旱脅迫或鹽脅迫處理，對種子萌發和植株生長有不同的抑制程度[9-12]。

3.1 鹽脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響

鹽是植物生長所需要的土壤中常有的營養元素，但是土壤中含鹽量過高并不益于植物的生長，可通過多種生理效應對植物造成一定的傷害[13-14]。本實驗表明，小葉茼蒿種子對NaCl的耐受性最強，NaHCO3次之，Na2CO3最弱。主要體現在NaCl處理的發芽率等的降低幅度較2種堿性鹽處理的小；低濃度處理提高小葉茼蒿幼苗的鮮重，促進胚根、胚芽的生長；NaHCO3及Na2CO3低濃度時對小葉茼蒿就出現抑制現象甚至致死。本實驗結果與葉景學等[15]，張晶晶等[16]的研究結果一致。原因可能是在堿性鹽脅迫下，種子除了對抗滲透脅迫和離子毒害外，還要對抗pH效應。含有碳酸氫根和碳酸根離子時使環境中pH值升高，導致離子堆積，使根周圍營養供應和離子失衡，破壞根細胞質膜的滲透性，使根喪失選擇吸收離子的功能。

3.2 干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發的影響

在種子發芽的過程中，隨PEG濃度升高，小葉茼蒿種子萌發起始時間推遲，發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數均出現下降。這與尹秀等[17]的研究結果相似。這可能因為水分不足時抑制吸水作用，延長吸水萌發時間，消耗種子內貯存物質，從而導致種子萌發后早期生長所需營養物質不足，活力指數降低。

在低濃度PEG處理下胚根比對照組的長，高濃度處理則較短；芽長和鮮重隨PEG濃度先升高后下降，濃度為5%時均高于對照組；與曹鳳嬌等[18]和高昆等[19]的研究結果不一致。與李濤等[20]的研究結果類似。根長、芽長及鮮重是種子抗旱能力的重要指標，本實驗結果表明，小葉茼蒿種子的抗旱能力在PEG濃度在0～25%范圍內，先升高后降低，在PEG濃度為15%時達到最大值。說明小葉茼蒿種子可能比菘藍種子更能適應干旱環境；在PEG低濃度時可鍛煉小葉茼蒿種子的抗旱性，但高濃度時則會產生迫害。

4 結 論

鹽脅迫和干旱脅迫對小葉茼蒿種子萌發過程具有抑制作用，且隨脅迫程度越高抑制作用越明顯，堿性鹽的抑制作用比中性鹽的更強。在本實驗設計的溶液濃度范圍內，低濃度NaCl、NaHCO3處理促進小葉茼蒿幼苗的生長，高濃度NaCl、NaHCO3及各濃度Na2CO3鹽脅迫處理均對小葉茼蒿幼苗的生長具有抑制作用，且隨脅迫程度越高抑制作用越強。干旱脅迫程度較低時促進幼苗生長，程度較高時則抑制生長。由此可知，小葉茼蒿種子的耐受性不強；其幼苗適宜在低濃度的中性鹽脅迫和干旱脅迫中生長，因此在實際種植過程中種子萌發過程應注意適宜水分的補充。