6種鈉鹽脅迫對堿蓬種子萌發的影響

楊 傲，李佳怡，陳思琪，李志遠，麻 瑩

(吉林大學植物科學學院，吉林長春 130062)

土壤鹽堿化已成為限制農業發展的重要環境問題，且日趨嚴重[1]。堿蓬(SuaedaglaucaBge.)為藜科植物，是一種高度抗堿的鹽生植物。同時堿蓬具有豐富的營養價值和藥用成分[2]，其種子可榨油食用[3]，是一種優質的蔬菜和油料作物。種植堿蓬可有效地降低土壤含鹽量，改善土壤理化性狀，增加土壤養分含量[4-5]，因此堿蓬成為我國東北地區治理堿化土壤的首選植物之一。種子萌發是植物生長過程中最脆弱的階段，極易受到鹽堿等外界環境脅迫的影響[6]。因此，探索堿蓬種子萌發這一敏感階段對鹽堿脅迫的響應過程極其重要。目前關于堿蓬種子萌發已有一些報道[7-8]，但是以單鹽及混合鹽、堿對堿蓬種子萌發的影響研究鮮見報道。為探究不同鈉鹽對堿蓬種子萌發特性的影響及其對不同鈉鹽的耐受性，該試驗以堿蓬(S.glauca)為材料，依據鹽漬土壤中常見鈉鹽成分，研究4種單鹽(Na2SO4、NaCl、NaHCO3、Na2CO3)以及混合中性鹽(NaCl、Na2SO4)、混合堿性鹽(NaHCO3、Na2CO3)在不同濃度下對堿蓬種子萌發的影響，以探究堿蓬種子萌發對不同鈉鹽脅迫的響應差異，為鹽漬土壤的鹽生植物種群恢復以及開發利用鹽生植物資源奠定重要的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料從吉林省西部堿化草原(44°45′N、123°45′E)采集天然堿蓬種子，挑選籽粒飽滿、大小均一的堿蓬種子。用0.05% KMnO4溶液消毒 5 min，用蒸餾水沖洗 5 次備用[6]。

1.2 試驗方法

1.2.1鈉鹽脅迫設計。處理液采用鹽漬土壤中單鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)、混合中性鹽(NaCl、Na2SO4摩爾比為1∶1)、混合堿性鹽(NaHCO3、Na2CO3摩爾比為1∶1)6種鈉鹽，每種處理液設置5個濃度梯度(0、50、100、150、200 mmol/L)。以上處理液均用蒸餾水配制。以蒸餾水為對照組(CK)，每個處理濃度設有3個生物學重復。4 種單鹽處理液平均pH分別為 NaCl 7.25、Na2SO47.23、NaHCO38.66、Na2CO311.21?；旌现行喳}(NaCl+Na2SO4)和混合堿性鹽(NaHCO3+Na2CO3)處理液平均pH 分別為6.70、11.10。

1.2.2種子萌發試驗。選擇形態一致、大小均一的堿蓬種子，均勻放置在鋪有雙層濾紙的培養皿中(直徑9 cm)，每個培養皿50粒種子，分別加入相應濃度的6種鈉鹽處理液5 mL，每天稱重補充蒸發水分流失，確保鹽濃度恒定。

在25 ℃恒溫培養箱中進行萌發試驗，光照周期為12 h/d，光照強度為3 000 lx。每隔24 h觀察發芽種子個數，并做好記錄，及時補充水分，觀察萌發總天數為9 d。當連續3 d 不再有種子發芽，視為種子萌發期結束。因此，統計前6 d的種子發芽率，種子萌發數達到高峰時(第3天)統計發芽勢。

1.2.3萌發指標計算。從種子放入培養箱開始計算萌發時間，于每日同一時刻記錄種子發芽情況，以胚根有明顯的“露白”視為發芽。統計各組發芽情況，計算最終發芽率(final germination rate，FGR)[6]、發芽指數(germination index，GI)[6]、發芽勢(germination energy，GE)[6]、相對鹽害率(relative salt damage rate，RSDR)[9]、相對發芽率(relative germination rate，RGR)[6]等，并確定耐鹽堿閾值[9]。

FGR=n6/N×100%

(1)

GI=∑(Gt/Dt)

(2)

GE=n3/N×100%

(3)

RSDR=(GR0-處理發芽率)/對照發芽率×100%

(4)

RGR=處理組發芽率/GR0×100%

(5)

式中，n6為第6天發芽數；N為供試種子數；Gt為第t天的發芽數；Dt為相應的發芽試驗天數；n3為第3天發芽數(第3天為種子萌發高峰期)；N為供試種子數；GR0為對照發芽率。

耐鹽堿閾值確定[9]：將處理6 d的相對發芽率作為因變量(y)，處理組不同鹽濃度梯度作為自變量(x)，建立回歸方程。以相對發芽率下降50%時所對應的處理組鹽濃度作為堿蓬種子的耐鹽堿閾值。

1.3 數據處理采用Excel 2020進行數據整理和表格繪制，采用SPSS 20.0軟件對數據進行差異顯著性分析(P<0.05)；多重比較采用LSD法，數據用平均值±標準誤表示。

2 結果與分析

2.1 鹽、堿脅迫對堿蓬種子相關萌發指標的影響從表1～2可以看出，隨著鈉鹽濃度的升高，發芽率、發芽勢、發芽指數均呈現下降趨勢，堿性鈉鹽脅迫比中性鈉鹽脅迫下降幅度更大。發芽率是對種子萌發抗鹽性檢驗的主要指標之一，發芽指數是種子萌發的快慢與出苗情況的表現[10]。

表1 中性鈉鹽脅迫對堿蓬種子萌發的影響

在中性鹽脅迫下，鹽濃度較低(50 mmol/L)時，種子發芽率由高到低依次是Na2SO4>NaCl>NaCl+Na2SO4，當鹽濃度大于100 mmol/L，經NaCl+Na2SO4混合鹽脅迫處理的種子發芽率、發芽指數大于NaCl脅迫。鹽濃度大于100 mmol/L時，中性鹽混合(NaCl+Na2SO4)可以緩解NaCl對種子萌發的抑制。從整體上看，經NaCl處理的種子發芽率低于經Na2SO4處理?？梢奛aCl對種子萌發的抑制大于Na2SO4處理。值得注意的是，經200 mmol/L Na2SO4處理堿蓬的發芽率和發芽指數降為0，這可能由于高濃度的Na2SO4大量結晶，造成種子吸水困難，種子無法萌發。

在堿性鹽脅迫下，50 mmol/L鹽濃度時堿蓬種子的發芽率和發芽指數由高到低依次是NaHCO3>Na2CO3>NaHCO3+Na2CO3。當鹽濃度大于100 mmol/L，種子發芽率和發芽指數從高到低為NaHCO3>NaHCO3+Na2CO3>Na2CO3。100 mmol/L Na2CO3的發芽率和發芽指數接近0。鹽濃度大于100 mmol/L時，Na2CO3對于堿蓬種子抑制作用最大，而NaHCO3抑制最小，二者混合堿脅迫介于中間。這主要與堿性鹽的 pH 有關。

發芽勢是鑒別種子發芽整齊度的主要指標[10]。發芽勢越高，種子發芽越整齊。在中性鹽脅迫中，經Na2SO4處理的種子發芽勢最低，經NaCl處理的發芽勢最高，二者混合鹽介于中間。當鹽濃度<200 mmol/L時雖然Na2SO4對種子萌發的抑制作用小于NaCl，但Na2SO4更影響種子發芽的整齊度。這可能與Na2SO4易結晶，其影響種子吸脹有關，其具體原因有待進一步研究。

相對鹽害率反映鹽堿脅迫對種子的傷害程度[9]。從表1～2可以看出，隨著鹽濃度的增加，6種類型鈉鹽處理的種子相對鹽害率均隨著鹽濃度的增加而升高，各種鈉鹽的相對鹽害率從高到低是Na2CO3>NaHCO3+Na2CO3>NaHCO3>NaCl>Na2SO4>NaCl+Na2SO4。無論單鹽還是混合鹽，堿性鹽的鹽害程度大于中性鹽。堿性鹽脅迫的pH為8.66～11.21，中性鹽脅迫的pH為6.70～7.25，可見，堿性鹽的高pH對種子的鹽害程度更大，破壞性更強。

表2 堿性鈉鹽脅迫對堿蓬種子萌發的影響

2.2 堿蓬種子耐鹽堿性評價為便于研究堿蓬種子萌發時的耐鹽、堿程度，分別測得堿蓬種子在不同處理下的相對發芽率，然后將相對發芽率(y)與相應的鹽處理濃度(x)建立回歸方程。由表3可知，堿蓬種子相對發芽率與處理鹽濃度均表現出極顯著相關(P<0.01，R2>0.9)。各種鈉鹽的耐鹽閾值從低到高依次是Na2CO3+NaHCO3

表3 堿蓬種子對6種鈉鹽的耐鹽閾值

3 結論與討論

種子萌發期是植物對鹽堿脅迫最敏感的時期[6]。鹽脅迫抑制種子萌發的主要原因有滲透脅迫、細胞質膜遭到破壞、鈉離子毒害等[11]。該研究發現，堿蓬種子發芽率、發芽勢、發芽指數均隨著鈉鹽濃度的升高而下降，而其相對鹽害率隨之升高。這可能是由于處理液中大量的 Na+對種子產生離子毒害，抑制其代謝相關酶活性，使其細胞內的代謝紊亂，最終抑制種子萌發[12]。還有可能是處理液中較高的離子濃度增加種子滲透勢，導致其細胞質壁分離，嚴重影響種子的吸脹作用。

不同鈉鹽對堿蓬種子萌發的抑制情況存在較大差異，結果發現，堿性鈉鹽(NaHCO3、Na2CO3、NaHCO3 +Na2CO3)對種子的萌發抑制高于中性鈉鹽(NaCl、Na2SO4、NaCl+Na2SO4)，而且堿性鈉鹽的相對鹽害也明顯高于中性鈉鹽?？梢姡瑝A性鈉鹽對種子萌發抑制作用遠大于中性鈉鹽。在堿性鈉脅迫中，混合堿(NaHCO3+Na2CO3，pH 11.10)對堿蓬種子萌發產生的影響介于單純NaHCO3和Na2CO3之間，NaHCO3(pH 8.66)抑制作用最小，Na2CO3(pH 11.21)的抑制作用最強?？梢?，萌發抑制作用可能與脅迫鹽相應的pH有關。因此可以認為，除高濃度Na+對種子萌發有抑制作用外，堿脅迫的高pH也對萌發產生抑制作用，且高 pH 脅迫對堿蓬種子萌發的抑制作用大于 Na+離子毒害的效應。這與李玉梅等[6]闡述的觀點一致。高pH可能使種子的細胞結構破壞、細胞的生理代謝紊亂，打破細胞內離子平衡，進而影響種子萌發[12]。可以說，高 pH 脅迫對種子萌發的破壞力更大。

比較相同濃度的4種單鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)的抑制作用發現，Na2CO3對種子萌發的抑制作用最強，而Na2SO4對種子的抑制作用最弱，NaHCO3和NaCl 介于二者之間。相同鹽濃度的NaCl 對堿蓬種子萌發的抑制大于 Na2SO4，這與白小明等[13]的研究結果一致。這可能是由于 NaCl的分子量 比 Na2SO4小，前者更容易滲入種子，使種子對Na+的吸收率更高[13]，離子毒害更強。因此，NaCl處理對種子萌發抑制作用更大。而李玉梅等[6]和吉小敏等[14]分別發現在肥皂草種子、鹽樺種子萌發中Na2SO4比NaCl的抑制作用更大，與該試驗結果正好相反。而混合鹽(NaCl+Na2SO4)對堿蓬種子萌發的影響介于單鹽NaCl和單鹽Na2SO4之間，此結果與李玉梅等[6]和于兆友等[15]有關肥皂草和皂莢種子萌發的報道均不同。以上情況說明，種子萌發在鹽堿脅迫下受到的抑制程度除與鹽堿濃度有關外，還與種子自身的耐鹽能力有關[6]。不同植物種子的萌發對各種鈉鹽的耐鹽響應表現各異[9]。該試驗混合鹽(NaCl+Na2SO4)對種子萌發的抑制小于NaCl，可能是因為Na+與Cl-、SO42-相互耦聯而降低了Na+的毒害作用，相同鹽濃度的混合鹽緩解了Na+對種子萌發的抑制。

綜上所述，堿蓬種子萌發階段對6種鈉鹽具有一定的耐受性，但是其對不同鈉鹽的耐受性明顯不同。從6種鈉鹽的相對鹽害率來看，堿蓬種子萌發期對6種鈉鹽的耐受性排序為Na2SO4+NaCl>Na2SO4>NaCl>NaHCO3>NaHCO3+Na2CO3>Na2CO3。