混合鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子萌發(fā)的影響

張焱梅，趙曉東，馬夢慈，高明霞，柴薇薇，馮玉蘭

（西北民族大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州730030）

中國鹽漬化土壤的分布范圍廣、面積大，一般認為我國各類鹽漬化土的面積約為1 億hm2[1，2]，并且由于灌溉不當?shù)仍颍紊}漬化土壤的面積還在不斷擴大[3]。根據(jù)目前已發(fā)表的文章及有關資料，我國鹽漬土主要集中于西北地區(qū)的甘肅、青海、陜西、寧夏、內蒙古和新疆6 個省（區(qū)），鹽漬土面積占全國鹽漬土面積的 69%[4，5]。

農(nóng)作物的生長受制于土壤鹽堿化，在制約西北農(nóng)業(yè)發(fā)展的環(huán)境問題中，土壤鹽堿化是最主要的因素之一[4]。因此，改良和利用鹽漬土也成為西部大開發(fā)中的重要一環(huán)。鹽漬土對農(nóng)作物的危害主要表現(xiàn)為鹽害及堿害[6]。鹽害主要是由于土壤積累了過多的可溶性鹽，常見可溶性鹽類有碳酸鈉（Na2CO3）、碳酸氫鈉（NaHCO3）、氯化鎂（MgCl2）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鈉（NaCl）、硫酸鎂（MgSO4）。從離子看又以 CO32-、Cl-危害性最大。堿害則主要是由于土壤高度堿化，導致土粒分散度大，干時板結龜裂，濕時泥濘。在大面積的鹽漬土里，有一種特有的生態(tài)系統(tǒng)，就是鹽生植物生態(tài)系統(tǒng)，里面滋生著很多特別的耐鹽堿植物，這些耐鹽堿植物不僅能夠在鹽漬土中生長，并且能夠改善鹽漬土環(huán)境。所以，鹽漬土的改善和利用，在相當大的程度上要依賴于鹽生植物。

鹽地堿蓬（Suaeda salsa）為藜科堿蓬屬的一年生草本植物，一般生于荒漠低處的鹽堿荒地上，是一種典型的鹽堿地指示植物。關于鹽地堿蓬的研究報道目前主要集中于其不同器官或組織的生理生化特征及其對鹽脅迫的反應[7-12]。然而鹽地堿蓬種子對鹽脅迫反應的研究報道主要集中于種子在單堿（NaCO3、NaHCO3）或單鹽（NaCl、NaSO4）脅迫處理條件下的萌發(fā)情況[13-16]。代莉慧等[13]比較內蒙古河套灌區(qū)鹽地堿蓬種子分別在Na2CO3和NaCl 兩種單鹽脅迫下的萌發(fā)情況，表明堿蓬種子萌發(fā)對NaCl 的耐受能力強于NaCO3。李存楨等[14]對鹽地堿蓬種子在不同濃度（0 g/100 ml、0.2 g/100 ml、0.4 g/100 ml、0.6 g/100 ml、1.2 g/100 ml、1.8 g/100 ml、2.8 g/100 ml、3.6 g/100 ml）鹽溶液（土壤溶液、NaSO4及NaCl）中萌發(fā)情況的研究表明：鹽地堿蓬種子的萌發(fā)耐受較高的鹽脅迫，對鹽漬生境的適應性很強；對種子萌發(fā)脅迫作用最明顯的是NaCl，土壤溶液次之，NaSO4的脅迫作用最小；隨著鹽濃度的升高，同種鹽溶液中鹽地堿蓬種子的萌發(fā)率均降低，但當鹽脅迫解除后，鹽地堿蓬種子仍具有較高的萌發(fā)力、萌發(fā)速率和整齊度。趙楠等[15]對堿蓬種子在不同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液處理下的萌發(fā)情況、幼苗情況的研究表明：隨著堿性鹽濃度的升高，堿蓬種子的發(fā)芽指數(shù)、成苗率和幼苗生物量均有不同程度降低，在Na+濃度相同的情況下，Na2CO3對堿蓬種子萌發(fā)及幼苗生長的抑制作用大于NaHCO3。尚未見到鹽地堿蓬種子萌發(fā)響應復合鹽堿脅迫的研究報道。因此，本實驗研究不同pH 及不同濃度混合鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子萌發(fā)的影響，為鹽地堿蓬的栽培提供理論依據(jù)和科學指導。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

鹽地堿蓬種子于2016 年6 月購自山東省東營市，從買到的所有的種子中挑選出成熟飽滿且大小均勻的種子用于萌發(fā)實驗。

1.2 鹽堿脅迫條件的設計

實驗選擇 2 種中性鹽（NaCl、Na2SO4）和兩種堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3）進行混合鹽堿脅迫。將 4 種鹽按照一定的比例混合為 5 個處理組：A、B、C、D、E（見表1），從A 到E 堿性鹽所占的比例依次增大。每個處理組均設置6 個鹽濃度梯度，設定的鹽濃度依次為 50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L、250 mmol/L、300 mmol/L。

表1 各處理組的鹽分組成及摩爾比

1.3 萌發(fā)實驗

選擇成熟飽滿且大小均勻的種子約3 000 粒，全部浸泡在30%的H2O2溶液中消毒3 min，然后用清水沖洗3 次，將鹽地堿蓬種子表面的H2O2清洗干凈。種子萌發(fā)實驗在直徑9 cm、墊有3 層濾紙的培養(yǎng)皿中進行，選取直徑9 cm 的玻璃培養(yǎng)皿93 個，每個培養(yǎng)皿里面墊3 層濾紙，將培養(yǎng)皿和濾紙全部置于高壓滅菌鍋中滅菌，然后向高壓滅菌后的培養(yǎng)皿中加入3 ml 蒸餾水或各處理相應濃度的混合鹽溶液，一共31 個處理，每個處理設置3 個重復，每重復30 粒種子。將種子均勻地擺放在平皿中，便于觀察及數(shù)據(jù)統(tǒng)計。 將擺放好種子的平皿置于GTOP-1000R 智能光照培養(yǎng)箱內培養(yǎng)，光強5500 lx，光照周期 16/8 h(晝 /夜)，溫度 25℃/20℃(晝 /夜)。每隔1 天更換1 次蒸餾水及相應混合鹽溶液。更換蒸餾水及相應混合鹽溶液時，先將培養(yǎng)皿中剩余的溶液用膠頭滴管吸出，再用移液槍向培養(yǎng)皿中加入3 ml 蒸餾水及相應混合鹽溶液，以確保培養(yǎng)皿中溶液濃度的一致性。將培養(yǎng)皿放入光照培養(yǎng)箱后，每隔24 小時統(tǒng)計1 次堿蓬種子的萌發(fā)數(shù)，種子萌發(fā)以胚根露出種皮2 mm 為標準，連續(xù)統(tǒng)計10 d。10 d 后進行種子的復水實驗，將發(fā)芽的種子去掉，將未萌發(fā)的種子用蒸餾水沖洗3 次，然后在蒸餾水中培養(yǎng)。每隔24 小時統(tǒng)計1 次種子的萌發(fā)數(shù)目，持續(xù)觀察7 d。

1.4 數(shù)據(jù)處理

初始萌發(fā)率、恢復萌發(fā)率及最終萌發(fā)率按照下面的公式進行計算:

式中，a 為在混合鹽溶液中初次萌發(fā)的種子數(shù)，b 為在蒸餾水中復水后恢復萌發(fā)的種子數(shù)，c 為測試種子總數(shù)。

同一個pH 處理中不同濃度混合鹽脅迫之間顯著性差異的檢驗采用單因素顯著性檢驗，置信水平（α）=0.05。混合鹽濃度、pH 以及它們之間的相互作用對種子萌發(fā)的影響程度采用雙因素方差分析來檢驗。初始萌發(fā)率、恢復萌發(fā)率和最終萌發(fā)率在進行單因素顯著性檢驗及雙因素方差分析之前要進行反正弦轉換。以mean±SE 的形式表示初始萌發(fā)率、恢復萌發(fā)率和最終萌發(fā)率（見表2）。

2 結果與分析

2.1 混合鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子初始萌發(fā)率的影響

圖1 為不同pH 值的混合鹽堿脅迫下鹽地堿蓬種子的累積萌發(fā)率。如圖1 所示，由A 到E，隨著堿性鹽比例的逐漸增大，pH 逐漸增大。在A-E 組5 個不同 pH 環(huán)境中（pH=7.16、8.49、9.18、10.19、11.16），累積萌發(fā)曲線呈現(xiàn)相似的趨勢，在同一pH 值下，隨著鹽濃度的增加，各組的萌發(fā)率均下降。結合表2 可以看出，在pH 處于7.16～10.19 的范圍內，混合鹽濃度＞100 mmol/L 時，累積萌發(fā)率明顯下降；當pH為11.16，混合鹽濃度＞50 mmol/L 時，累積萌發(fā)率明顯下降。鹽地堿蓬種子響應不同濃度混合鹽堿脅迫的累積萌發(fā)率見圖2。從圖2 中可以看出，pH 值對堿蓬種子的萌發(fā)率影響較小。當混合鹽濃度=50 mmol/L 時，從 A 組到 E 組 5 個不同的 pH 環(huán)境中累積萌發(fā)率相差不大，沒有明顯的變化規(guī)律。當混合鹽濃度≥100 mmol/L 時，同一混合鹽濃度下，從A組到E 組隨pH 值的增大，累積萌發(fā)率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。當混合鹽濃度=100 mmol/L 時，在pH 為10.19（D 組）時累積萌發(fā)率達到最大；當混合鹽濃度≥150mmol/L 時，在 pH 為 9.18（C 組）時累積萌發(fā)率達到最大。可以得出：在存在一定的鹽脅迫時，提供適當?shù)膲A性環(huán)境可以增加鹽地堿蓬種子的萌發(fā)率。

表2 不同脅迫處理下鹽地堿蓬種子的萌發(fā)率

2.2 混合鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子恢復萌發(fā)率和最終萌發(fā)率的影響

鹽地堿蓬種子在混合鹽堿脅迫環(huán)境中處理10 d后，去掉發(fā)芽的種子，將未萌發(fā)的種子轉移至蒸餾水中復水并觀察其萌發(fā)情況。從A 組到B 組可以看出（見表2），隨著鹽濃度的增加，鹽地堿蓬種子的恢復萌發(fā)率呈現(xiàn)出增加的趨勢，最高恢復萌發(fā)率達到80%以上；而且表現(xiàn)出種子的恢復萌發(fā)率與鹽堿脅迫濃度呈正相關的趨勢。而從C 組到E 組可以看出（見表2），隨著鹽濃度的增加，鹽地堿蓬種子的恢復萌發(fā)率呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。當pH 值≥9.18（C 組）、混合鹽濃度≥250 mmol/L 時，最終萌發(fā)率變化顯著，最終萌發(fā)率下降明顯。結果表明：一定程度的高鹽和高pH 環(huán)境不僅抑制了鹽地堿蓬種子的萌發(fā)，而且破壞了種子的活力。

2.3 鹽度、pH 與它們的相互作用對鹽地堿蓬種子萌發(fā)率的影響

如表 3 所示，混合鹽濃度（F=124.333，P＜0.01）及 pH 值（F=5.846，P＜0.01）顯著影響了堿蓬種子的初始萌發(fā)率，但二者相互作用（F=1.249，P＞0.05）對其初始萌發(fā)率的影響不顯著。雙因素方差分析結果表明：混合鹽濃度（F=124.333，P＜0.01）是影響鹽地堿蓬種子萌發(fā)率的決定性主導因素，pH 值（F=5.846，P＜0.01）的影響次之。

表3 混合鹽濃度、pH 與其相互作用對鹽地堿蓬種子萌發(fā)率的影響雙因素方差分析

2.4 混合鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子萌發(fā)表型的影響

從圖3 中可以看出，在同一pH 脅迫條件下，從A 組到E 組隨著混合鹽濃度的增高，鹽地堿蓬種子萌發(fā)的幼苗逐漸變小，并且幼苗的根也越來越短，越來越黑。

3 討論

隨著全球土壤鹽堿化日益加重，鹽堿土的改良利用已經(jīng)成為刻不容緩的工作。人們經(jīng)過長期實踐后，認識到鹽堿土的改良和利用在很大程度上要依賴于鹽生植物[17]。在鹽生植物中，鹽地堿蓬廣泛分布于我國西部地區(qū)，并且具有較強的抗鹽能力和積累大量鹽分的特點，能顯著降低土壤鹽分[18]。

本研究表明：鹽地堿蓬種子的萌發(fā)率在同一pH值的條件下，隨混合鹽濃度的增高而下降，這與古麗內爾·亞森等[19]對灰綠藜的研究結果一致。本研究表明：在同一混合鹽濃度條件下，隨pH 值的增大，累積萌發(fā)率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。當混合鹽濃度=100 mmol/L 時，在pH 為10.19 時累積萌發(fā)率達到最大；當混合鹽濃度≥150 mmol/L 時，在pH 為9.18 時累積萌發(fā)率達到最大，這與喬永旭等[20]對鹽地堿蓬種子萌發(fā)情況的研究相似：適當?shù)卦龈遬H值能提高鹽地堿蓬種子的萌發(fā)率，當pH 值9 時堿蓬種子的萌發(fā)率略高于pH 值為6、7、8 時堿蓬種子的萌芽率。本研究表明：一定程度的高鹽和高pH 環(huán)境不僅抑制了鹽地堿蓬種子的萌發(fā)，而且破壞了種子的活力，這符合一般植物的生長規(guī)律，為探究鹽地堿蓬的最適種植范圍提供了參考。本研究表明：在混合鹽堿脅迫鹽地堿蓬種子萌發(fā)的因素中，混合鹽濃度是決定性的主導因素，pH 值的影響次之。

總之，混合鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子的萌發(fā)影響表現(xiàn)為在同一混合鹽濃度條件下隨著pH 升高而抑制的作用，在同一pH 值條件下隨著混合鹽濃度的升高而呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；而鹽地堿蓬種子萌發(fā)生長的表型則受到混合鹽堿脅迫的明顯抑制。