不同鹽脅迫對牽牛花種子萌發(fā)及幼苗生理特征影響

衛(wèi)紅萍，王靜

1.陽泉師范高等專科學(xué)校，山西 陽泉 045000；2.運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000

0 引言

牽牛花(Pharbitisnil(L.)Choisy)為旋花科牽牛屬植物[1]，是夏季常見的蔓性草花.它的生命力特別頑強(qiáng)，能在炎熱和高溫的環(huán)境下生長，但是不能忍受寒冷的氣候條件，怕霜凍.牽牛花適合在肥沃疏松的土壤中種植，它能抵抗水、濕度和干旱的脅迫，也能在鹽堿的土壤中存活.由于牽牛花具有頑強(qiáng)的生命力，所以其開花時間較長，通常在5月～7月，它經(jīng)常被用來美化庭院墻壁和花壇布置，而作為草花品種之一的矮牽牛花，則是花壇、綠地及自然式配植的首選草花種類.主要是因?yàn)樗ǘ浯箢伾r艷、品種繁多、生命力頑強(qiáng)、管理方便、花期較長和耐高溫等特點(diǎn)，它適合搭配多種花卉、擺出多種圖案及鑲邊，在美化環(huán)境中起到重要的作用.

鹽脅迫在植物幼苗早期起著至關(guān)重要的作用.鹽脅迫也能顯著抑制鹽生植物種子的萌發(fā)，主要表現(xiàn)在降低種子的發(fā)芽率、延緩種子的初始發(fā)芽時間、延長種子的發(fā)芽時間等方面[2].目前有關(guān)不同鹽脅迫對牽牛花種子萌發(fā)及幼苗生理特征影響的研究較少，也尚未有人系統(tǒng)的研究過不同鹽脅迫對牽牛花整個生長周期的影響.本文將通過探討不同鹽種類(NaCl和Na2SO4)濃度對牽牛花的耐鹽機(jī)理，為牽牛花的生產(chǎn)推廣提供理論依據(jù)，對牽牛花的合理栽植具有重要的意義.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

牽牛花種子購自北京金地永豐農(nóng)業(yè)科技有限公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鹽脅迫對牽牛花種子萌發(fā)指標(biāo)的測定 測定種子萌發(fā)指標(biāo)時采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，首先挑選大小一致、顆粒飽滿、無病蟲害的種子，然后將種子浸泡在濃度為0.3 %的高錳酸鉀溶液中消毒處理30 min后，用蒸餾水沖洗數(shù)次，干燥后放置于培養(yǎng)皿中，將不同濃度(0 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L)的中性鹽(NaCl和Na2SO4)共設(shè)5個濃度處理，每次處理25粒種子，種子發(fā)芽的溫度為25 ℃.接下來每天觀察并記錄種子的發(fā)芽數(shù)，及時更換濾紙，每天輪流在雙層濾紙下滴數(shù)滴溶液，主要用來補(bǔ)充被種子吸收的水分，可以維持溶液濃度，每個處理重復(fù)3次.種子萌發(fā)后第8天，分別從每個重復(fù)中取5株幼苗，測量胚根長和胚芽長，并計算根芽比.

1.2.2 鹽脅迫對牽牛花幼苗生理指標(biāo)的測定 將實(shí)驗(yàn)材料選擇為長勢一致的二葉一心期的牽牛花幼苗，并播種于含有蛭石和珍珠巖組成的混合基質(zhì)的塑料花盆中，4周后，待幼苗長出真葉后分別用不同濃度的NaCl、Na2SO4溶液進(jìn)行處理.為了減少鹽沖擊的影響，采用每天逐步遞增的方式進(jìn)行處理，在達(dá)到終濃度后，需每隔4天～5天倒入足量的最終濃度鹽溶液，以便洗滌盆中殘留的鹽分，保證基質(zhì)鹽濃度可以在最小的范圍內(nèi)波動.

1.2.3 葉綠素含量的測定 采用分光光度法[3].

1.2.4 相對電導(dǎo)率的測定 參照MaribelL[4]的方法.

1.2.5 可溶性蛋白含量的測定 采用考馬斯亮藍(lán)染色法[5].

1.2.6 CAT活力的測定 參考路明等[6]的方法.

1.2.7 POD活性的測定 參考李合生[7]的方法.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽種類及濃度對牽牛花種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

2.1.1 不同濃度NaCl溶液對牽牛花種子萌發(fā)的影響 圖1是不同濃度NaCl溶液對牽牛花種子萌發(fā)率的影響曲線.從圖中可以看出，隨著NaCl濃度的增加，牽牛花種子萌發(fā)率整體呈下降趨勢，≤150 mmol/L NaCl溶液萌發(fā)率曲線變化趨勢相似.第4 d時，牽牛花種子0 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L下累計萌發(fā)率分別為68.0 %、60.0 %、52.0 %、48.0 %、36.0 %，可見NaCl濃度≥150 mmol/L時，種子累計萌發(fā)率明顯減小.低NaCl濃度(≤150 mmol/L)對牽牛花種子萌發(fā)率影響不大，可以推測出高鹽濃度延緩了種子的萌發(fā)時間.牽牛花種子萌發(fā)率對低濃度NaCl溶液表現(xiàn)的不敏感，其主要原因推測是牽牛花對滲透脅迫具有較高的抵抗能力，低濃度下的滲透脅迫不足以影響牽牛花種子吸水萌發(fā)，而離子傷害的效應(yīng)尚未體現(xiàn)，所以萌發(fā)率與CK差異甚微.2.1.2 不同濃度Na2SO4溶液對牽牛花種子萌發(fā)的影響 圖2是不同濃度Na2SO4溶液對牽牛花種子萌發(fā)率的影響曲線.牽牛花種子的萌發(fā)率隨著Na2SO4濃度的增加，整體呈下降趨勢.在第4 d時牽牛花種子0 mmol/L、50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L和200 mmol/L Na2SO4濃度下的累計萌發(fā)率分別為68.0 %、64.0 %、36.0 %、24.0 %和0 %，牽牛花種子在濃度≥200 mmol/L Na2SO4溶液中，種子未萌發(fā)，說明高濃度的Na2SO4溶液同樣延遲了種子的萌發(fā)時間.與在NaCl溶液中不同的是，牽牛花種子在Na2SO4溶液中，脅迫第1d時各濃度便表現(xiàn)出明顯低于CK的萌發(fā)率，說明在脅迫剛開始時，牽牛花種子萌發(fā)率對Na2SO4溶液更為敏感.當(dāng)萌發(fā)結(jié)束的時候，牽牛花種子在200 mmol/L Na2SO4溶液中的萌發(fā)率為零，但是在相同摩爾濃度下，NaCl溶液的萌發(fā)率為40.0 %，說明200 mmol/L Na2SO4溶液對牽牛花種子萌發(fā)率的影響較大.2.1.3 不同鹽種類對牽牛花種子萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)的影響 如圖3所示，牽牛花種子的萌發(fā)指數(shù)與鹽濃度之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，牽牛花種子的萌發(fā)指數(shù)在中性鹽中隨著鹽濃度的增加逐漸降低，在小于50 mmol/L濃度的Na2SO4溶液中，牽牛花種子萌發(fā)指數(shù)曲線變化平緩，隨后迅速下降，在NaCl溶液中隨著濃度的增加則逐漸降低.

圖1 不同濃度NaCl溶液對牽牛花種子萌發(fā)的影響Fig.1 EffectsofdifferentconcentrationsofNaClsolutiononthegerminationofmorninggloryseeds圖2 不同濃度Na2SO4溶液對牽牛花種子萌發(fā)的影響Fig.2 EffectsofdifferentconcentrationsofNa2SO4onthegerminationofmorninggloryseeds

活力指數(shù)是體現(xiàn)種子萌發(fā)整齊度和幼芽健壯度的指標(biāo)[8].圖4呈現(xiàn)出不同鹽種類對牽牛花種子活力指數(shù)的影響曲線.中性鹽(NaCl和Na2SO4)在低濃度時表現(xiàn)出先緩慢后迅速降低的變化趨勢，200 mmol/L NaCl溶液下種子萌發(fā)率為17.39 %，但是種子的活力指數(shù)卻只有3.48，這說明此濃度下牽牛花種子雖然能保證一定萌發(fā)數(shù)量，但是萌發(fā)的質(zhì)量卻已經(jīng)大大降低，幼芽生長受到了抑制，在此濃度下，幼芽胚軸與CK相比，粗且短.

圖3 不同鹽種類對牽牛花種子萌發(fā)指數(shù)的影響Fig.3 Effectsofdifferentsaltspeciesongerminationindexofmorninggloryseeds圖4 不同鹽種類對牽牛花種子活力指數(shù)的影響Fig.4 Effectsofdifferentsaltspeciesonvigorindexofmorninggloryseeds

2.1.4 不同鹽種類脅迫對牽牛花幼苗生長的影響 通過對胚根長、胚芽長的測量和對根芽比的計算，我們發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的增加，牽牛花幼苗芽長、根長和根芽比逐漸降低，當(dāng)Na2SO4溶液濃度達(dá)到200 mmol/L時幼苗不能生長，而在相同鹽濃度下，NaCl脅迫對幼苗的生長影響較小.

2.2 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗生理生化指標(biāo)的影響

2.2.1 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗葉綠素含量的影響 從圖5中可以看出，NaCl脅迫下牽牛花幼苗葉綠素含量隨NaCl濃度的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢.當(dāng)處理鹽濃度在50 mmol/L時葉綠素的含量是最高的，說明低鹽濃度可以促進(jìn)葉綠素的合成，增強(qiáng)光合作用.但是隨著鹽濃度的增加，各處理的葉綠素含量迅速減少，當(dāng)鹽濃度超過了牽牛花幼苗所能夠承受的范圍時，其體內(nèi)的葉綠素就會遭到破壞分解，遭受的鹽害程度與外界鹽濃度成正比.2.2.2 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗相對電導(dǎo)率變化的影響 從圖6中可以看出，不同鹽種類及濃度處理下相對電導(dǎo)率隨脅迫強(qiáng)度的增加呈遞增趨勢，Na2SO4溶液的變化顯著且相對電導(dǎo)率值較大，這說明Na2SO4溶液中的自由電荷濃度大，牽牛花細(xì)胞膜透性増大，外滲物增多，電導(dǎo)率也隨之升高.在實(shí)驗(yàn)過程中可以觀察到，Na2SO4溶液在150 mmol/L濃度的處理下部分幼苗葉片開始萎蔫并脫落.2.2.3 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗可溶性蛋白含量的影響 研究表明，當(dāng)植物受到一些脅迫后，其體內(nèi)會發(fā)生相應(yīng)的生理生化反應(yīng)，誘導(dǎo)一些有關(guān)基因表達(dá)，同時也關(guān)閉一些基因[9]，導(dǎo)致植物組織中蛋白質(zhì)發(fā)生改變.在不同濃度鹽脅迫下牽牛花幼苗的可溶性蛋白含量變化如圖7所示，牽牛花幼苗的可溶性蛋白含量隨著鹽濃度的增加，總體呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，在NaCl溶液中CK和50 mmol/L濃度處理下無顯著差異.當(dāng)在100 mmol/L濃度處理下，可溶性蛋白含量急劇增加，隨后急劇下降，表明在高濃度的鹽脅迫條件下，植物的滲透調(diào)節(jié)能力被減弱，可溶性蛋白含量降低.

圖5 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗葉綠素含量的影響Fig.5 Effectsofdifferentsalttypesandconcentrationsonchlorophyllcontentofmorninggloryseedlings圖6 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗相對電導(dǎo)率變化的影響Fig.6 Effectsofdifferentsalttypesandconcentrationsonrelativeconductivityofmorninggloryseedlings

2.2.4 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗保護(hù)酶活性的影響 過氧化物酶(POD)是植物對膜脂過氧化酶促防御系統(tǒng)的重要保護(hù)酶之一[10].如圖8所示，不同鹽脅迫下牽牛花幼苗POD活性均隨濃度的增加呈現(xiàn)上升的趨勢，在Na2SO4溶液濃度為150 mmol/L時達(dá)到高峰值，從圖中可以看出中低濃度的脅迫對牽牛花葉片的影響不顯著，然而隨著脅迫濃度的增加，牽牛花幼苗葉片中的POD活性呈上升趨勢，表明高濃度的脅迫處理會使?fàn)颗；ㄓ酌缛~片細(xì)胞膜功能受損.

圖7 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.7 Effectsofdifferentsalttypesandconcentrationsonsolubleproteincontentinmorninggloryseedlings圖8 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗POD活性的影響Fig.8 EffectsofdifferentsalttypesandconcentrationsonPODactivityofmorninggloryseedlings

過氧化氫酶(CAT)具有在逆境條件下保護(hù)植物、延緩衰老的作用[11].如圖9所示，不同鹽種類及濃度下CAT活性變化隨濃度的增加總體呈上升的趨勢，過氧化氫酶(CAT)可以將超氧化物歧化酶等產(chǎn)生的H2O2轉(zhuǎn)化成H2O,是清除活性氧的關(guān)鍵.由圖9可以看出，中低濃度的鹽脅迫處理對牽牛花幼苗葉片CAT活性的影響并不顯著，當(dāng)濃度小于100 mmol/L的中低濃度時，各處理組合與對照相比差異不顯著，當(dāng)脅迫濃度大于100 mmol/L時CAT的活性隨著處理濃度的增加表現(xiàn)出顯著上升的趨勢，說明高濃度的脅迫會對其造成一定的傷害.

圖9 不同鹽種類及濃度對牽牛花幼苗CAT活性的影響Fig.9 Effects of different salt types and concentrations on CAT activity of morning glory seedlings

3 結(jié)果與討論

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鹽脅迫延遲了牽牛花種子的發(fā)芽時間，減少了種子累計發(fā)芽率.在低濃度鹽處理中，鹽分對牽牛花的萌發(fā)指數(shù)有增加的效應(yīng)，萌發(fā)指數(shù)隨鹽濃度的增加而迅速增加，然后急劇下降.牽牛花種子活力指數(shù)在低濃度鹽溶液中表現(xiàn)出先緩慢增加后迅速降低的變化趨勢.不同鹽濃度處理下相對電導(dǎo)率隨脅迫濃度的增加呈遞增趨勢；POD活性、葉綠素含量和可溶性蛋白含量均隨鹽濃度的增加呈先升后降的趨勢；CAT活性隨著脅迫濃度的增加呈上升趨勢.

低濃度的鹽溶液促進(jìn)種子萌發(fā)在一定程度上是Na+刺激作用的結(jié)果.低濃度的鹽脅迫對牽牛花種子各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)的影響不顯著，但當(dāng)脅迫濃度增加到150 mmol/L以上時，隨著脅迫濃度的增大牽牛花種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈降低的趨勢.當(dāng)Na2SO4溶液為200 mmol/L時已完全抑制了牽牛花種子的各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)均已下降為零，說明150 mmo/L以上的鹽脅迫使?fàn)颗；ǚN子的發(fā)芽能力、發(fā)芽數(shù)量降低，表現(xiàn)為岀苗不整齊、長勢也不整齊.牽牛花種子能夠耐受150 mmol/L以下的鹽分脅迫，說明了在一定程度的鹽漬化土壤中牽牛花種子能夠發(fā)芽生長.

總之，植物種子在不受任何鹽脅迫時萌發(fā)率是最高的.低濃度鹽促進(jìn)了牽牛花幼苗的生長，而高濃度鹽則抑制了牽牛花幼苗的生長.通過這次實(shí)驗(yàn)可以看出，對于植物來說，它的耐鹽性并不是由單一原因?qū)е碌模绊懫淠望}性的因素有很多，即使是相同種類的植物，由于所處生長環(huán)境的差異，其耐鹽性也會有所不同.尤其在植物的萌發(fā)期和幼苗期階段對鹽脅迫是特別敏感的.