NaCl脅迫對四種荒漠植物種子萌發的影響

楊景寧，王彥榮

（草地農業生態系統國家重點實驗室 蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州730020）

我國的干旱地區大多為生態脆弱區，同時又為鹽堿區［1］。探討這些地區的植物種子萌發問題，對其植被的恢復與重建具有至關重要的意義。干旱和鹽分是影響這些地區植物種子萌發的兩大關鍵性因素，本研究側重于探討鹽分這一重要因素。

鹽分對種子萌發的影響一般歸結為滲透效應與離子效應［2，3］，種子耐鹽性的實質是種子萌發過程中對鹽分造成的滲透效應與離子效應的綜合適應，而生態因子（如鹽分類型和溫度等）則通過改變滲透效應與離子效應的大小來影響種子耐鹽性［4］。總體而言，種子萌發是各種生態因子相互作用的產物，但萌發對生態因子的響應程度，因物種和物種生態型的不同而異。

本研究選擇內蒙古阿拉善荒漠區的4種優勢建群植物種：梭梭（Haloxylon ammodendron）、紅砂（Reaumuria soongorica）、駝絨藜（Ceratoides latens）和堿蓬（Suaeda glauca）為材料。在氣候干旱，土地鹽漬化嚴重［5］的阿拉善荒漠，這4種植物廣泛分布，它們是良好的固沙植物，同時也是干旱荒漠區家畜在干旱季節的主要采食對象。

關于這4種植物的萌發生態學研究，已有資料涉及溫度、光照、鹽分和貯藏條件對梭梭種子萌發的影響［6－8］；溫度、光照、干旱和播深對紅砂種子萌發的影響［9，10］；溫度、光照、貯藏和發芽床等因素對駝絨藜種子萌發的影響［11－13］；光照、溫度和鹽分對堿蓬種子萌發的影響［14－16］。

由此可見，有關這4種荒漠植物種子萌發對鹽脅迫響應的綜合比較研究還比較少，而經NaCl浸種預處理后，種子在適宜條件下的萌發研究則鮮見報道。本研究從生理生態學的角度系統比較了4種荒漠植物種子萌發對鹽分脅迫（NaCl）的響應，以及經NaCl浸種預處理后，種子在適宜條件下的萌發表現，以期為促進我國荒漠植物種子的抗逆性研究，為開發利用荒漠植物種質資源和進行植被的恢復與重建提供參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究材料

供試4種荒漠植物梭梭（藜科，灌木）、紅砂（檉柳科，小灌木）、駝絨藜（藜科，半灌木）和堿蓬（藜科，草本）種子于2005年10月下旬采收于內蒙古阿拉善左旗的荒漠草原，每種植物種子均包含至少100株的混合種子，經測定千粒重分別為3.3，1.3，3.9和2.1g。種子風干后，置于－5℃低溫保存。試驗于2006年6月－12月在蘭州大學、農業部牧草與草坪草種子質量監督檢驗測試中心（蘭州）進行。

1.2 研究方法

1.2.1 發芽基本條件 發芽采用培養皿紙上法，參照《國際種子檢驗規程》［17］，文獻報道［9，13，18］和預備試驗，確定25℃為4種供試植物種子的適宜萌發溫度，在培養箱無光照條件下發芽。各處理均為4次重復，每重復50粒種子，發芽期為15d。

1.2.2 NaCl鹽脅迫處理 NaCl溶液濃度梯度設置：0（對照），0.05，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6和1.8mol／L的NaCl溶液共16個處理。各處理培養皿中放入2張用7mL NaCl溶液浸濕的濾紙，擺入種子。每天以稱重法加入蒸餾水以保持溶液的濃度恒定，逐日統計發芽數，計算發芽率和發芽指數，7 d測定幼苗的胚芽（包括胚軸與頂芽）和初生根長度。

1.2.3 NaCl浸種預處理后種子的萌發 在4種荒漠植物種子萌發的鹽度閾值（梭梭：1.8mol／L；紅砂：0.6 mol／L，駝絨藜：0.9mol／L；堿蓬：0.5mol／L）下，浸種1，3，5，8，10，15，20，25，30，35，40，45和50d，至不能萌發為止。然后用不同浸種天數的種子在適宜條件下進行復萌實驗，以未經浸種處理的種子至為對照。

1.3 數據分析方法

所有數據均用Excel統計并制圖。應用SPSS 11.0統計分析軟件對不同處理下的發芽率、發芽指數、初生根長和胚芽長等各項指標進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對4種荒漠植物種子發芽率的影響

不同濃度的NaCl對4種荒漠植物種子的發芽率具有抑制作用，且萌發抑制程度一般隨鹽溶液濃度的升高而增加，但不同植物對鹽脅迫的響應程度不同（圖1）。梭梭種子的發芽率在0～0.8mol／L變化不大，之后隨NaCl濃度的增加發芽率呈下降趨勢，但其發芽率始終顯著高于其他3種植物。1mol／L鹽度下，梭梭種子仍有88%的萌發率，而其他3種植物的萌發率已經為零。駝絨藜和堿蓬種子的發芽率隨著NaCl濃度的升高先增加（駝絨藜0～0.3mol／L，堿蓬種子0～0.1mol／L）后降低。當NaCl濃度達到0.4mol／L時，駝絨藜種子的發芽率顯著高于堿蓬和紅砂；當NaCl濃度大于0.4mol／L時，紅砂種子的發芽率開始高于堿蓬，但二者的發芽率沒有顯著性差異。梭梭、紅砂、駝絨藜和堿蓬種子萌發的耐鹽極限值分別為：1.8，0.6，0.9和0.5mol／L，從高到低應依次為：梭梭＞駝絨藜＞紅砂＞堿蓬。

2.2 鹽脅迫對4種荒漠植物種子發芽指數的影響

梭梭種子的發芽指數在0～0.4mol／L變化不大，之后隨NaCl濃度的增加發芽指數呈下降趨勢，但其發芽指數始終顯著高于其他3種植物（圖2）。堿蓬和駝絨藜種子的發芽指數均呈先增加后降低的趨勢。當NaCl濃度小于0.3而大于等于0.1mol／L時，4種荒漠植物種子的發芽指數從高到低的顯著性序列為：梭梭＞堿蓬＞駝絨藜＞紅砂；而駝絨藜與堿蓬種子的發芽指數在NaCl濃度為0.3mol／L時無顯著性差異，和其他3種植物相比，紅砂種子的發芽指數始終最小。

2.3 鹽脅迫對4種荒漠植物初生根生長的影響

不同濃度的NaCl對4種荒漠植物的初生根生長具有不同程度的抑制作用，且抑制程度隨鹽溶液濃度的升高而增加（圖3）。對照條件下，堿蓬的初生根長顯著高于其他3種植物，而紅砂和駝絨藜的初生根長卻沒有顯著性差異，且二者均顯著高于梭梭；當NaCl濃度小于0.2mol／L時，4種荒漠植物的初生根長存在顯著性差異；在0～0.4mol／L范圍內堿蓬的初生根長始終顯著高于其他3種植物，4種荒漠植物的初生根長排序為：堿蓬＞紅砂＞駝絨藜＞梭梭；在NaCl濃度為0.3mol／L時，駝絨藜和紅砂、梭梭和紅砂的初生根長之間沒有顯著性差異；在NaCl濃度為0.4mol／L時，駝絨藜和梭梭的初生根長顯著高于紅砂，而它們二者之間卻沒有顯著性差異。0.9 mol／L的NaCl濃度下，梭梭仍能生長，而其他3種植物的初生根生長已經完全被抑制。

2.4 NaCl浸種預處理后4種荒漠植物種子的萌發

圖1 4種荒漠植物種子在不同濃度NaCl溶液中的發芽率Fig.1 Germination percentage of four desert plant seeds at different concentration of NaCl solution

圖2 4種荒漠植物種子在不同濃度NaCl溶液中的發芽指數Fig.2 Germination index of four desert plant seeds at different concentration of NaCl solution

圖3 4種荒漠植物種子在不同濃度NaCl溶液中的初生根長度Fig.3 Radical length of four desert plant seeds at different concentration of NaCl solution

NaCl浸種預處理后4種荒漠植物種子的萌發結果顯示，4種荒漠植物種子對NaCl脅迫響應不同，解除NaCl脅迫后，紅砂種子的發芽率（第1天）和發芽指數（第1到25天）均呈先增加后降低的趨勢，而其他3種植物種子的發芽率和發芽指數均呈下降趨勢（表1和2）。與對照相比，解除NaCl脅迫后，梭梭種子的發芽率在NaCl浸種前3d，發芽指數在NaCl浸種前5d沒有顯著性差異，之后開始顯著下降；駝絨藜和堿蓬種子的發芽率、發芽指數均在NaCl浸種1d后其就開始顯著下降，且NaCl浸種1至3d，堿蓬種子的發芽率沒有顯著性差異；在NaCl浸種約10d時，解除脅迫后，堿蓬種子的萌發完全被抑制，而此時梭梭種子的復萌率顯著高于紅砂，紅砂種子的復萌率顯著高于駝絨藜，復萌序列為梭梭＞紅砂＞駝絨藜＞堿蓬，之后紅砂的復萌率顯著高于其他植物；梭梭、紅砂、駝絨藜和堿蓬種子完全被抑制萌發的浸種天數分別約為：25，50，20和10d。

2.5 NaCl浸種預處理后4種荒漠植物的初生根生長

解除NaCl脅迫后，除堿蓬的初生根隨著鹽脅迫天數的延長呈降低趨勢外，其他3種荒漠植物的初生根長均隨著鹽脅迫天數的延長呈現出先增加（梭梭和紅砂第1至8天，駝絨藜第1天）后降低的趨勢（表3）。和對照相比，在NaCl浸種1至3d后梭梭的初生根長顯著增加，分別是對照的1.8和1.7倍，在NaCl浸種8至10d時，其初生根和對照沒有顯著性差異，之后呈顯著降低的趨勢；在NaCl浸種第25天后，紅砂的初生根仍能繼續生長，而其他3種植物的初生根已經被完全抑制生長；在NaCl浸種1d時駝絨藜的初生根和對照之間沒有顯著性差異，之后呈顯著下降的趨勢；堿蓬的初生根在NaCl浸種1d時呈下降趨勢，浸種3d時和對照之間沒有顯著性差異。

表1 4種荒漠植物種子經NaCl浸種預處理后的萌發恢復率Table 1 Percentage of germination recovery of four desert plant seeds after presoaking with NaCl solution

3 討論

3.1 鹽脅迫對4種荒漠植物種子萌發的影響

總體來看，不同濃度的NaCl對4種荒漠植物種子萌發均具有一定的抑制作用（圖1和2），許多研究都有類似的報道［14，19，20］。鹽脅迫下，梭梭種子的發芽率和發芽指數始終顯著高于其他3種植物，在1mol／L鹽濃度下，梭梭種子仍有88%的萌發率和10.33的發芽指數，而其他3種植物種子的萌發率和發芽指數已經為零，這表明梭梭種子不但發芽整齊而且耐鹽性很強。當NaCl濃度較低時，駝絨藜種子的發芽率、堿蓬種子的發芽率和發芽指數都有增加的趨勢，說明輕度的NaCl脅迫能促進這兩種植物種子的萌發，并能提高堿蓬種子的發芽速率和整齊度。可能是由于種子從鹽溶液中吸收無機鹽離子，增加了細胞溶液濃度，降低了細胞水勢，從而增加了種子吸水的能力，進而提高了其萌發率。但是，鹽分對梭梭種子的萌發卻沒有促進作用，這與黃振英等［8］的研究一致。紅砂種子在鹽脅迫下表現出獨特的反應機制，發芽指數低、萌發持續而分散，既說明鹽分對紅砂種子的萌發具有一定的抑制作用，又表明紅砂種子可能對鹽分有一定的適應性。

鹽分對4種荒漠植物的初生根生長具有不同程度的抑制作用，抑制程度隨鹽溶液濃度的升高而增加（圖3）。這與王玉祥等［21］、景艷霞和袁慶華［22］對苜蓿的研究一致。0.9mol／L的NaCl濃度下，梭梭的初生根仍能生長，而其他3種植物的初生根的生長已經完全被抑制，說明梭梭幼苗的抗鹽性很強，其對鹽漬生境的適應性較強。在0～0.4mol／L范圍內堿蓬的初生根長始終顯著高于其他3種植物，說明堿蓬能在低鹽環境下較好地生長，這可能也體現了一年生草本植物對生境的特殊適應機制。

表2 4種荒漠植物種子經NaCl浸種預處理后的發芽指數Table 2 Germination index of four desert plant seeds after presoaking with NaCl solution

表3 4種荒漠植物種子經NaCl浸種預處理后的初生根長度Table 3 Radical length of four desert plant seeds after presoaking with NaCl solution

藜科荒漠植物的種子（如梭梭）在低鹽溶液中的萌發率和在無鹽條件下的情況差別不太大（圖1），這和Katembe等［23］報道的結果一致。隨著鹽溶液濃度的升高，萌發過程逐漸受抑制［8，19，24］，但是各種鹽生植物對鹽度的耐受閾限不同，相同鹽濃度下的萌發率也不同［25，26］，紅海蓬子（Salicorniarubra）［27］和鹽生草（Halogeton glomeratus）［28］的種子在1 000mmol／L NaCl溶液中仍能萌發，而鹽爪爪和鹽穗木種子分別在540和749mmol／L的鹽濃度下就停止了萌發。本研究中梭梭、紅砂、駝絨藜和堿蓬種子萌發的耐鹽極限值分別為1.8，0.6，0.9和0.5mol／L，表明梭梭種子發芽耐鹽性最強，其次為駝絨藜，而堿蓬的耐鹽性最弱。

鹽脅迫下，植物種子的萌發生長與滲透脅迫和離子毒害有關，而這兩個因素與種子萌發的生理學特征密切相關［19，25，29－31］。曾幼玲等［20］研究認為鹽生植物中起主要抑制作用的是滲透脅迫而不是離子毒害，而張萬鈞等［30］認為影響鹽生植物種子萌發的因素不僅僅是滲透脅迫，NaCl可能對在種子萌發中起關鍵作用的一些酶的活動有抑制作用。另外，植物在種子萌發期的耐鹽性表現與發育階段不同，可能是耐高鹽植物在種子階段進入了由滲透脅迫引起的休眠狀態，在一定程度上避免了高鹽的毒害甚至致死作用，當有一定量的雨水時，土壤鹽度降低，促使一些植物種子迅速吸水、萌發、生長，從而完成生活史［32－36］。植物種子萌發是一個極為復雜的生理過程，耐鹽能力的大小是多種代謝的綜合表現［37］。鹽害機理是當今研究的熱點，本實驗只對4種荒漠植物種子萌發和初生生長階段的鹽害機理進行了初步探討，但鹽分對植物不同生長發育階段或不同生理過程的影響，有待于進一步探討研究。

3.2 NaCl浸種預處理后4種荒漠植物種子的萌發

在高鹽環境下，種子能否保持活力及幼苗能否繼續生長是植物存活的關鍵［19］，當脅迫條件減輕時，大多數鹽生植物顯示出明顯的復萌狀態，表明它們可能比正常生長的植物更耐鹽［38］。隨著浸種天數的延長，紅砂種子的發芽率和發芽指數呈現出先增加后降低的趨勢，而其他3種植物種子的發芽率和發芽指數均呈下降趨勢（表1和2），說明短時間的NaCl浸種對紅砂種子的萌發有一定的促進作用，可顯著提高紅砂種子的發芽速度和整齊度，但浸種時間越長，種子受鹽脅迫的影響越大。NaCl浸種25d時，解除浸種脅迫后的紅砂種子仍有49%萌發率，而其他3種植物種子的萌發已經完全被抑制，說明紅砂種子對鹽分有特殊的適應機制。這些結果同時表明，鹽浸種后堿蓬等藜科植物種子受到傷害較大，萌發恢復力弱，而檉柳科紅砂的種子受到的傷害較小，萌發恢復力也較強。

梭梭、紅砂和駝絨藜的初生根長均隨著浸種天數的增加呈現出先增加后降低的趨勢（表3），說明短時間的NaCl浸種預處理對這3種植物的初生根生長有一定的促進作用，尤其是梭梭，NaCl浸種1到3d后其初生根長勢良好。與此相反，NaCl浸種抑制了堿蓬的初生根生長。NaCl浸種25d后，紅砂的初生根仍能生長，其他3種植物的初生根生長已經被完全抑制，說明鹽溶液浸種有益于紅砂幼苗的生長，這可能是紅砂長期適應自然環境的結果。這些結果同時說明，NaCl浸種處理后草本植物堿蓬的初生根生長始終受到抑制，但卻在一定程度上促進了其他3種灌木植物梭梭、紅砂和駝絨藜的初生根生長。長時間來看，NaCl浸種預處理還是對4種荒漠植物的初生根生長具有抑制作用。

種子恢復后的活力是決定能否建植成功的因素之一，鹽浸種后，種子可以恢復萌發，但其初生根和胚芽有無較強的生命力也很重要。本研究結果表明，梭梭、紅砂和駝絨藜種子經短時間高濃度的鹽溶液浸種預處理后，其初生根生長較好，這種對鹽分的適應性說明其適于鹽堿環境的生存，這對于荒漠地區植被的恢復與重建具有重要意義。

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