NaCl脅迫對5種菊科植物種子萌發的影響

董飛，王燁楠，朱嬌，馬蕾，齊宇，王成鵬，溫超，張冀華，呂曉惠

（1.山東省農業科學院休閑農業研究所/農業部華東都市農業重點實驗室，山東 濟南 250100；2.濟南市麒麟花卉有限公司，山東 濟南 250100）

黃河三角洲主要分布在山東省東營市和濱州市，面積高達5 700 km2［1.2］，而且正在以每年1 300～2 000 hm2的速度遞增［3-5］。該區域是我國鹽堿地集中分布區，鹽土占50%以上，鹽分以NaCl、KCl為主［6-8］。該類土壤含鹽量高、養分低、土壤結構差［3］，嚴重制約了黃河三角洲地區的生態健康和農業可持續發展［6］。

鹽脅迫是一種普遍存在的非生物脅迫，極大地限制了植物的生長和發育［9］。鹽分主要通過滲透效應和離子毒害抑制種子萌發［10］。滲透效應是土壤鹽溶液離子濃度高，導致土壤水勢降低，種子吸水困難甚至脫水，從而限制了一些分解酶的合成，最終導致萌發反應減弱甚至停滯［10，11］。離子毒害主要指鹽溶液中某些金屬離子或鹽離子本身會破壞細胞中的色素-蛋白質-脂類復合體，并降解葉綠素和其他色素，抑制植物的光合速率［10，12，13］。種子萌發過程中，細胞膜系統需要進行修復重建，而鹽脅迫下膜的修復受阻，引起大量有毒離子進入，導致有毒物質積累，進而引發膜損傷、降低膜系統穩定性、破壞其選擇透過性，使代謝途徑發生改變、正常生理代謝過程受到干擾，最終導致種子失活死亡［12］。

種子萌發階段對鹽脅迫最為敏感，是決定植物能否在鹽堿土壤中生長發育的最關鍵時期，具有重要的生物學和生產實踐意義［14-16］。在發芽過程中，植物對鹽脅迫的反應不同，有些植物在初始發芽階段需要少量鹽分刺激才能發芽。但是，對于絕大多數植物而言，鹽脅迫會抑制其萌發，延緩發芽進程［9，17，18］。本研究以5種菊科草花為試材，研究鹽脅迫對其種子萌發的影響，篩選適應鹽環境生長的草花，以期為黃河三角洲地區園林綠化植物的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料共5種，分別為松果菊（Echinacea purpurea（Linn.）Moench）、金盞菊（Calendula officinalis L.）、地被菊（Chrysanthemum morifolium Ramat.）、波斯菊（Cosmos bipinnata Cav.）、向日葵（Helianthus annuus L.），均購自山東壽禾種業有限公司。

1.2 試驗方法

本研究以5種菊科草花種子為試材。設置NaCl濃度分別為0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。挑選大小一致且飽滿的種子，用0.1%HgCl2消毒，用無菌水漂洗數次直至無殘留HgCl2后，在培養皿底部墊2張濾紙，每個培養皿均勻放置30粒種子，加入適量不同濃度的鹽溶液，每個處理重復3次，以蒸餾水處理作為對照。于25℃恒溫光照培養箱中培養，每天記錄發芽情況。

1.3 測定項目與方法

試驗期間每天調查記錄種子發芽數，種子發芽以胚根達到種子長度的一半為準。參照《國際種子檢驗規程》［19］統計發芽率、發芽勢、胚根長、胚芽長、發芽指數、活力指數等指標。

發芽率（%）=發芽種子數/供試種子數×100；

發芽勢（%）=發芽達到高峰期時發芽種子數/供試種子數×100；

發芽指數（GI）=∑（Gt/Dt）；

活力指數（VI）=GI×S。

式中，Gt表示t天的發芽種子數，Dt表示至t天的發芽天數，S為平均根長。

試驗結束后，從每個培養皿中隨機選取10株幼苗，用刻度尺測量其胚芽長、胚根長［20］。

1.4 數據統計分析

采用模糊數學隸屬函數法對5種菊科草花種子鹽脅迫的耐受性進行綜合評價。隸屬函數值計算公式：X（μ）=（x-xmin）/（xmax-xmin）；如果某一指標與抗性呈負相關，則通過反隸屬函數計算隸屬函數值：X（v）=1-（x-xmin）/（xmaxxmin）。其中：x為指標測定值，xmin、xmax為所有參試材料某一指標的最小值和最大值。最后，再將每份材料各個指標的隸屬函數值累加求平均值［21］。

利用Microsoft Excel 2013和SPSS 21.0軟件進行數據統計與整理。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl處理對種子發芽率的影響

未經NaCl脅迫時，地被菊的發芽率最高；當NaCl濃度為0.2%時，向日葵的發芽率最高；當NaCl濃度為0.4%～0.8%時，波斯菊的發芽率最高；當NaCl濃度為1.0%～1.2%時，地被菊的發芽率最高；當NaCl濃度為1.4%時，向日葵的發芽率最高（表1）。隨著NaCl濃度的增高，松果菊、金盞菊、地被菊的發芽率整體呈下降趨勢，波斯菊、向日葵則先上升后下降，均在0.2%NaCl處理時最高。當NaCl濃度≥0.8%時，松果菊發芽率與對照差異顯著或極顯著；除0.2%NaCl處理外，其他濃度處理金盞菊的發芽率與對照差異極顯著，當NaCl濃度達到1.2%時其發芽率為零；當NaCl濃度≥0.6%時，向日葵的發芽率顯著或極顯著低于對照；當NaCl濃度達到1.0%時，5種菊科種子發芽率均顯著或極顯著低于對照。

表1 不同濃度NaCl處理對種子發芽率的影響 （%）

2.2 不同濃度NaCl處理對種子發芽勢的影響

當NaCl濃度為0～0.2%時，松果菊的發芽勢最高；當NaCl濃度為0.4%～1.2%時，波斯菊的發芽勢最高；當NaCl濃度為1.4%時，向日葵的發芽勢最高（表2）。隨著NaCl濃度增高，松果菊、金盞菊、地被菊、波斯菊發芽勢整體呈下降趨勢，向日葵則先上升后下降，0.2%NaCl處理時最高。當NaCl濃度為0.8%～1.4%，松果菊和波斯菊發芽勢與對照差異極顯著；除0.2%處理外，金盞菊發芽勢與對照均差異極顯著，且NaCl濃度為1.0%～1.4%時其發芽勢為零；當NaCl濃度分別達到0.8%和1.0%時，地被菊和向日葵的發芽勢顯著低于對照。

表2 不同濃度NaCl處理對種子發芽勢的影響 （%）

2.3 不同濃度NaCl處理對種子發芽指數的影響

未經NaCl脅迫時，地被菊發芽指數最高；當NaCl濃度為0.2%時，向日葵發芽指數最高；當NaCl濃度為0.4%～1.2%時，波斯菊發芽指數最高；當NaCl濃度為1.4%時，向日葵發芽指數最高（表3）。隨著NaCl濃度的增高，松果菊、金盞菊、地被菊發芽指數整體呈下降趨勢，波斯菊和向日葵則先上升后下降，均為0.2%NaCl處理時最高。當NaCl濃度分別達到0.8%和1.0%時，松果菊和波斯菊種子發芽指數極顯著低于對照；當NaCl濃度≥0.4%時金盞菊、地被菊與對照差異極顯著，向日葵顯著或極顯著低于對照。

表3 不同濃度NaCl處理對種子發芽指數的影響

2.4 不同濃度NaCl處理對種子活力指數的影響

向日葵種子的活力指數在NaCl脅迫的整個過程中都是最高的（表4）。隨著NaCl濃度的增高，松果菊、金盞菊、地被菊種子活力指數整體呈下降趨勢，波斯菊和向日葵則先上升后下降，0.2%NaCl處理時最高。在脅迫期間，松果菊種子活力指數與對照相比均有極顯著差異；當NaCl濃度≥0.4%時，金盞菊和地被菊的種子活力指數與對照差異極顯著；在0.8%～1.4%NaCl脅迫下，波斯菊種子的活力指數極顯著低于對照；當NaCl濃度≥0.6%時，向日葵種子的活力指數極顯著低于對照。

表4 不同濃度NaCl處理對種子活力指數的影響

2.5 不同濃度NaCl處理對種子胚芽長的影響

向日葵種子的胚芽長在NaCl脅迫整個過程中都是最長的（表5）。隨著NaCl濃度的增高，松果菊、金盞菊、地被菊、向日葵胚芽長整體呈下降趨勢，波斯菊則先上升后下降，0.2%NaCl處理的最高。當NaCl濃度≥0.6%時，松果菊胚芽長與對照差異極顯著；NaCl濃度≥0.8%時，金盞菊和向日葵的胚芽長分別與對照差異極顯著；當NaCl濃度≥1.0%時，地被菊的胚芽長與對照存在顯著或極顯著差異；當NaCl濃度≥0.4%時，波斯菊的胚芽長顯著或極顯著低于對照。

表5 不同濃度NaCl處理對種子胚芽長的影響 （cm）

2.6 不同濃度NaCl處理對種子胚根長的影響

向日葵種子的胚根長在NaCl脅迫整個過程中都是最長的（表6）。隨著NaCl濃度增高，松果菊、金盞菊、地被菊的胚根長整體呈下降趨勢，波斯菊和向日葵則先上升后下降，0.2%NaCl處理時最高。NaCl濃度≥0.4%時，松果菊、地被菊胚根長分別與對照差異極顯著；NaCl濃度≥0.6%時，金盞菊胚根長與對照差異顯著或極顯著；NaCl濃度≥0.8%時，波斯菊和向日葵胚根長極顯著低于對照。

表6 不同濃度NaCl處理對種子胚根長的影響 （cm）

2.7 隸屬函數法綜合評價種子的抗鹽性

隸屬函數值反映了植物種子的耐鹽程度，值越大，鹽脅迫造成的影響越小，種子的耐鹽性越強［19］。結果（表7）表明，5種菊科植物耐鹽性依次為向日葵＞地被菊＞波斯菊＞松果菊＞金盞菊。

表7 5種菊科植物種子耐鹽能力的隸屬函數法綜合評定

3 討論與結論

發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等是檢驗種子質量的重要指標，植物耐鹽能力決定了鹽環境下植物的生長狀況［9］。本試驗中5種菊科植物種子對NaCl脅迫的反應不同。向日葵、波斯菊種子隨NaCl脅迫濃度的增高，發芽率、發芽指數、活力指數表現出先高后低趨勢，且均在0.2%NaCl處理時最高，說明低濃度NaCl可以在一定程度上促進其種子的萌發，這與前人有關錦葵［22］、矮雪輪［22］、番茄［23］、燕麥［24］、莧菜［9］、黑果枸杞［25］、黃芪［26］的研究結果一致。低濃度鹽對種子萌發有促進作用，一方面可能由于種子從鹽溶液中吸收無機鹽離子，增加了細胞液濃度，降低了細胞水勢，從而增強了種子的吸水能力，提高了發芽率［9，27］；另一方面可能由于微量的Na+對呼吸酶有一定的激活作用［22，28］。松果菊、金盞菊、地被菊種子隨NaCl濃度的升高，發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數均呈下降趨勢，表明NaCl造成的滲透脅迫和離子毒害抑制了種子的萌發，與徐寧偉［9］、賈文慶［29］、李珍［30］等的研究結果一致。

幼苗的根系是否完整是其成苗的關鍵，也是決定其能否適應環境的關鍵。種子萌發后胚芽和胚根的生長是種子由萌發期向苗期過渡的重要階段，直接關系到幼苗后期的生長發育及其對環境的耐受性［17，31，32］。徐曼［17］研究表明，低濃度鹽溶液對長穗偃麥草胚芽、胚根的生長影響不大，高濃度鹽溶液會明顯抑制其生長；梅燚［33］和張利霞［34］等在蘿卜和夏枯草上的研究也有類似結果。本研究中，波斯菊胚芽、胚根及向日葵胚根的生長表現出“低促高抑”的現象，而地被菊、金盞菊、松果菊的胚芽、胚根隨NaCl濃度的升高均呈下降趨勢。

植物的耐鹽性是由多種因素共同作用的，多種復雜因素構成一個綜合性狀，利用隸屬函數法求出耐鹽性綜合評價值，可以簡單準確地對不同類型草花耐鹽性進行綜合評價，避免了單一指標的片面性［22，35］。本研究利用該方法對5種菊科植物種子的耐鹽性進行了綜合評價，表現為向日葵＞地被菊＞波斯菊＞松果菊＞金盞菊。

輕鹽堿地含鹽量在0.3%以下，中度鹽堿地含鹽量在0.3%～0.6%，重鹽堿地含鹽量超過0.6%。本研究中當NaCl濃度為0.6%～0.8%時，松果菊、地被菊、波斯菊的發芽率均能達到50%以上，這些草花可為黃河三角洲地區生態健康及園林綠化植物的選擇提供參考。