不同鹽分脅迫對(duì)白莖鹽生草種子萌發(fā)的影響

李錦鋒1，鐵云華1，王 文1，2*

(1.云南省種羊繁育推廣中心，云南尋甸 655200;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

白莖鹽生草(Halogeton arachnoideus)為黎科(Chenopodiaceae)鹽生草屬(Halogeton)一年生草本植物，又稱為蛛絲蓬、灰蓬、水蓬、蓬蒿等，分布于甘肅、內(nèi)蒙古、青海、新疆、寧夏等地區(qū)，生于草原、荒漠和半荒漠地帶的鹽堿地、干旱山坡、間歇性河床、沙地邊緣和山前平地，在鹽漬化程度嚴(yán)重的砂質(zhì)土壤上生長(zhǎng)旺盛。白莖鹽生草耐干旱，耐鹽堿，具有聚鹽特性，植株可吸收和積聚多種鹽分，燒灰制成的天然復(fù)合堿，是傳統(tǒng)蘭州牛肉拉面的添加劑［1］。白莖鹽生草可在其他作物生長(zhǎng)不良或不能生長(zhǎng)的干旱鹽堿地上生長(zhǎng)良好，完成生活史，是西北內(nèi)陸地區(qū)鹽堿荒漠植被的優(yōu)勢(shì)種和建群種。植物種子在鹽堿脅迫條件下的萌發(fā)和生長(zhǎng)與植物本身的耐鹽性相關(guān)，同時(shí)也與著生土壤的鹽漬化程度和鹽堿成分有重大關(guān)系，鹽堿地的離子成分在不同地區(qū)和環(huán)境條件下存在較大差異，鹽堿土所含鹽類主要是NaCl、Na2SO4、Na2CO3以及可溶性鈣鹽和鎂鹽，鹽分的種類不同，對(duì)植物的危害也不同［2］。

種子萌發(fā)是種子植物生活史的起點(diǎn)，是對(duì)環(huán)境脅迫最為敏感的時(shí)期。在鹽漬環(huán)境下，種子萌發(fā)首先受到鹽分的脅迫，主要表現(xiàn)為大量可溶性鹽提高了土壤溶液的滲透壓，造成生理干旱以及 Na+、Cl－等鹽分離子的毒害［3－4］。因此，種子能否在鹽漬土上發(fā)芽并形成種苗是其在該環(huán)境下完成生活史過(guò)程中至關(guān)重要的階段。隨著內(nèi)陸地區(qū)鹽堿化程度的不斷加劇，研究植物抗鹽性，了解植物抗鹽生理特點(diǎn)，利用鹽生植物特性來(lái)綜合治理鹽漬土，開發(fā)利用鹽堿地和鹽水資源，已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展及環(huán)境治理亟待解決的問(wèn)題。

目前，利用不同鹽分脅迫對(duì)牧草種子萌發(fā)特性的研究較多［5－8］，但對(duì)白莖鹽生草種子萌發(fā)的耐鹽試驗(yàn)尚未見報(bào)道。白莖鹽生草分布區(qū)域廣泛，植株含鹽量高，鹽分組成復(fù)雜，利用不同鹽分進(jìn)行脅迫發(fā)芽試驗(yàn)具有重要意義。筆者采用不同濃度水平和不同鹽分對(duì)白莖鹽生草種子進(jìn)行脅迫處理，研究鹽脅迫對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽的影響，旨在為白莖鹽生草在鹽堿地種植利用和生態(tài)治理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 白莖鹽生草種子，采自甘肅省蘭州市秦王川干旱荒漠地區(qū)野生白莖鹽生草。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子預(yù)處理。用10%次氯酸鈉消毒10 min，再用30%H2O2消毒后，在飽和CaSO4溶液中浸泡1 h，再?zèng)_洗干凈［9］。

1.2.2 種子培養(yǎng)。用 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液分別配制2 000、4 000、6 000、8 000、10 000、12 000、14 000、16 000 和 18 000 mg/L濃度梯度的NaCl、Na2CO3和Na2SO43種鹽溶液進(jìn)行試驗(yàn)，以 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液作為對(duì)照［9］。

試驗(yàn)使用90 mm培養(yǎng)皿，鋪上2層滅菌濾紙，將每個(gè)培養(yǎng)皿等分成3份，分別標(biāo)記為1、2、3作為平行樣，每個(gè)樣均勻擺放50粒種子。

分別加入不同鹽分濃度的溶液10 ml，置于恒溫箱中，黑暗條件下培養(yǎng)21 d。培養(yǎng)期間根據(jù)實(shí)際情況添加Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，以保持發(fā)芽床濕度。

1.2.3 項(xiàng)目測(cè)定。種子萌發(fā)3 d后開始逐日記錄正常萌發(fā)種子數(shù)，7 d后統(tǒng)計(jì)各處理的種子發(fā)芽數(shù)，計(jì)算相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率。

式中，Gt為第 t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的天數(shù)［9］。

1.3 數(shù)據(jù)處理 使用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制。使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析和采用最小顯著差異法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)種子發(fā)芽率的影響 由表1可知，0～6 000 mg/L濃度鹽合對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異不顯著;當(dāng)鹽濃度在8 000 mg/L以上時(shí)，Na2SO4與其他2種鹽分對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異顯著，而NaCl和Na2CO3對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異不顯著。在18 000 mg/L濃度鹽脅迫下，3種鹽分對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響差異顯著。

表1 白莖鹽生草種子在不同鹽分處理下的發(fā)芽率%

白莖鹽生草種子在Na2SO4脅迫下，當(dāng)Na2SO4濃度為2 000～14 000 mg/L時(shí)，相對(duì)發(fā)芽率均高于70%，差異不顯著。當(dāng)Na2SO4濃度為16 000～18 000 mg/L時(shí)相對(duì)發(fā)芽率隨濃度上升而明顯下降，差異顯著。在18 000 mg/L濃度處理?xiàng)l件下，相對(duì)發(fā)芽率為47%，表明白莖鹽生草種子還可承受更大濃度的Na2SO4脅迫。在NaCl脅迫下，鹽分濃度在0～4 000 mg/L條件下相對(duì)發(fā)芽率差異不顯著。4 000 mg/L以上相對(duì)發(fā)芽率明顯下降。在8 000～12 000 mg/L條件下相對(duì)發(fā)芽率為30% ～40%，差異不顯著。當(dāng)鹽濃度在14 000 mg/L以上時(shí)，相對(duì)發(fā)芽率明顯下降，差異顯著。

在Na2CO3脅迫下，0～4 000 mg/L鹽脅迫條件下相對(duì)發(fā)芽率均在90%以上，差異不顯著。當(dāng)Na2SO4濃度在6 000 mg/L以上時(shí)，相對(duì)發(fā)芽率下降明顯，差異顯著。當(dāng)Na2CO3濃度為18 000mg/L時(shí)，相對(duì)發(fā)芽率為5%，表明鹽脅迫對(duì)白莖鹽生草種子萌發(fā)的抑制已接近最大程度。

表2 白莖鹽生草種子在不同鹽分濃度處理下的相對(duì)發(fā)芽率 %

3種鹽脅迫對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽率的影響依次為:Na2CO3＞ NaCl＞Na2SO4。

2.2 鹽分脅迫對(duì)種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響 種子發(fā)芽勢(shì)是判斷種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣、出苗整齊與否的重要指標(biāo)，與幼苗強(qiáng)弱有密切關(guān)系。發(fā)芽勢(shì)高的種子出苗迅速，整齊健壯。在鹽脅迫下，白莖鹽生草種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)隨著鹽濃度的增加顯著下降。

表3 白莖鹽生草種子在不同鹽分濃度處理下相對(duì)發(fā)芽勢(shì) %

由表3可知，3種鹽在0～4 000 mg/L濃度處理下，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均高于90%，無(wú)顯著差異;當(dāng)鹽濃度在6 000 mg/L以上時(shí)，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)明顯下降，差異顯著。在Na2SO4脅迫下，0～14 000 mg/L濃度條件下相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均大于50%;當(dāng)Na2SO4濃度為18 000 mg/L時(shí)，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)仍為30%。由此可見，18 000 mg/L及其以下濃度的Na2SO4脅迫對(duì)白莖鹽生草種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的抑制作用較小。在NaCl脅迫下，當(dāng)NaCl濃度在8 000 mg/L以下時(shí)，對(duì)種子發(fā)芽的抑制作用較小;當(dāng)NaCl濃度為10 000～18 000 mg/L時(shí)，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均高于10%，表明仍未受到嚴(yán)重抑制。在Na2CO3脅迫下，當(dāng)Na2SO4濃度高于10 000 mg/L時(shí)，白莖鹽生草種子發(fā)芽勢(shì)均低于10%，表明10 000 mg/L的Na2CO3可對(duì)白莖鹽生草種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.3 發(fā)芽指數(shù) 發(fā)芽指數(shù)表示種子萌發(fā)的速度和田間出苗的一致性，是種子的活力指標(biāo)，發(fā)芽速度對(duì)于植被的建植、迅速占領(lǐng)空間至關(guān)重要。發(fā)芽指數(shù)高，說(shuō)明其種子活力高［12］。由表4可知，隨著鹽濃度的升高，種子的發(fā)芽速度均有所下降，發(fā)芽指數(shù)下降。在Na2SO4脅迫下出苗相對(duì)整齊，在NaCl脅迫下出苗較慢，而在 Na2CO3脅迫下出苗最慢，說(shuō)明Na2CO3脅迫對(duì)白莖鹽生草種子活力的抑制作用大于NaCl和Na2SO4。

表4 白莖鹽生草種子在不同濃度處理下的發(fā)芽指數(shù)

圖1 不同鹽分脅迫下白莖鹽生草種子的相對(duì)鹽害率

2.4 相對(duì)鹽害率 從圖1可以看出，隨著鹽濃度升高，白莖鹽生草種子萌發(fā)機(jī)制受到鹽分離子毒害，種子發(fā)芽率下降，鹽濃度愈高毒害作用愈強(qiáng)。在Na2SO4脅迫下，當(dāng)Na2SO4濃度為2 000～14 000 mg/L時(shí)，相對(duì)毒害率為22.8% ～25.2%，差異不顯著;當(dāng)Na2SO4濃度為16 000～18 000 mg/L，相對(duì)鹽害率曲線升勢(shì)明顯。在NaCl和Na2CO3脅迫下，當(dāng)濃度為2 000～4 000 mg/L時(shí)相對(duì)毒害率低于7%;當(dāng)Na2CO3濃度為2 000 mg/L時(shí)相對(duì)毒害率－5.04%，說(shuō)明其對(duì)種子發(fā)芽有一定的促進(jìn)作用;當(dāng)濃度在6 000 mg/L以上時(shí)，NaCl和Na2CO3的相對(duì)毒害率顯著上升，曲線變化趨勢(shì)相似。3種鹽分對(duì)白莖鹽生草種子的相對(duì)毒害率大小為:Na2CO3＞NaCI＞Na2SO4。

3 討論與結(jié)論

不同鹽分脅迫下白莖鹽生草種子發(fā)芽率隨著鹽分濃度的升高而下降。在低濃度的Na2SO4、NaCl和Na2CO3脅迫下，即0～4 000 mg/L濃度處理下，白莖鹽生草種子發(fā)芽率與對(duì)照組差異不顯著。在高濃度脅迫下，白莖鹽生草種子發(fā)芽率與對(duì)照組差異顯著;當(dāng)鹽濃度在6 000 mg/L以上時(shí)，隨鹽濃度的升高，發(fā)芽率下降，差異顯著。

植物在種子萌發(fā)時(shí)期最易遭受逆境脅迫的傷害［13］，萌發(fā)階段是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵和敏感階段，鹽脅迫對(duì)植物萌發(fā)期的影響首先表現(xiàn)為降低種子發(fā)芽率或影響生物量積累［14］。大量關(guān)于植物耐鹽堿的研究都是在植物的種子萌發(fā)期或幼苗期進(jìn)行的，植物遭受鹽脅迫主要表現(xiàn)為生長(zhǎng)抑制、出苗緩慢或苗期發(fā)育不良。該試驗(yàn)結(jié)果表明隨著鹽分濃度的升高，白莖鹽生草種子的萌發(fā)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)。在0～4 000 mg/L鹽脅迫下，白莖鹽生草種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均差異不顯著;當(dāng)鹽濃度大于6 000 mg/L時(shí)，差異性顯著。在高濃度鹽脅迫下，種子萌發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，而胚根、胚芽短細(xì)。

綜合考慮發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，3種鹽分的脅迫作用變化趨勢(shì)相同，0～4 000 mg/L濃度下，3種指標(biāo)無(wú)顯著差異;當(dāng)鹽濃度大于6 000 mg/L時(shí)，下降趨勢(shì)明顯，差異顯著。在Na2SO4脅迫下，下降平緩，NaCl居中，Na2CO3下降趨勢(shì)最大。因此，對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率的脅迫作用大小為:Na2CO3＞NaCl＞Na2SO4。Na2SO4和 NaCl呈中性，而Na2CO3呈堿性。據(jù)報(bào)道，鈉鹽對(duì)植物的毒害作用大于其他鹽類，而鈉鹽中以Na2CO3對(duì)植物的毒害最強(qiáng)，NaCl的毒害作用大于Na2SO4，陰離子對(duì)植物的毒害作用為，在自然界鹽堿土包括各種鹽化土和堿化土，以Na2SO4和NaCl為主的中性鹽土，酸堿度為中性，土壤結(jié)構(gòu)尚未被破壞，表層土壤含鹽量0.6% ～1.0%時(shí)一些耐鹽植物尚可生長(zhǎng);堿土的Na2CO3含量較多，土壤呈強(qiáng)堿性，pH在8.5以上，土壤結(jié)構(gòu)被破壞，下層常為堅(jiān)硬的柱狀結(jié)構(gòu)，通透性和耕性極差，由于強(qiáng)堿性對(duì)植物的毒害和土壤物理性質(zhì)惡化，僅有極個(gè)別耐鹽堿植物可在其上萌發(fā)生長(zhǎng)［2］。該試驗(yàn)結(jié)果表明白莖鹽生草不適合在堿土上萌發(fā)生長(zhǎng)。

相對(duì)毒害率是反映鹽溶液對(duì)牧草種子發(fā)芽率影響程度的指標(biāo)，也稱為鹽害指數(shù)，其數(shù)值越大，表明鹽溶液對(duì)種子的傷害作用越大，愈發(fā)不易發(fā)芽和生長(zhǎng)［15－16］。該試驗(yàn)結(jié)果表明Na2CO3對(duì)白莖鹽生草的相對(duì)鹽害率大于NaCl和Na2SO4，而Na2SO4的相對(duì)鹽害率最小，其原因主要是Na2CO3屬于堿性鹽，pH較高，且CO32－對(duì)植物的毒害作用強(qiáng)于其他陰離子，NaCl和Na2SO4是中性鹽，對(duì)植物的毒害作用相對(duì)較弱。鹽生植物對(duì)Na2SO4的耐受性很強(qiáng)。劉彥清等用Na2SO4、NaCl、NaHCO3和Na2CO34種鹽對(duì)高冰草種子進(jìn)行脅迫試驗(yàn)，從發(fā)芽指數(shù)、生長(zhǎng)勢(shì)、活力指數(shù)和耐鹽指數(shù)來(lái)看，對(duì)高冰草發(fā)芽過(guò)程的影響大小為:Na2SO4﹤ NaCl﹤ NaHCO3﹤ Na2CO3［17］。李博認(rèn)為不同種類鹽分對(duì)植物的危害也不同，鹽分對(duì)多數(shù)植物危害程度的大小為:MgCl2＞Na2CO3＞NaHCO3＞NaCl＞MgSO4＞Na2SO4［18］，該試驗(yàn)結(jié)果與前人研究較為一致。

該試驗(yàn)結(jié)果表明白莖鹽生草種子萌發(fā)期具有較強(qiáng)的耐鹽性，對(duì)Na2SO4和NaCl脅迫的耐受性明顯強(qiáng)于Na2CO3，初步判斷白莖鹽生草對(duì)中性鹽的耐受性較堿性鹽強(qiáng)，適合在以中性鹽為主的鹽堿土壤上萌發(fā)生長(zhǎng)。

在Na2CO3、NaCl和 Na2SO4脅迫下，3種鹽分濃度在6 000 mg/L以下對(duì)白莖鹽生草種子發(fā)芽率的影響不顯著，8 000 mg/L以上，Na2SO4與其他2種鹽分的影響差異顯著，而NaCl和Na2CO3的影響差異不顯著。Na2CO3脅迫對(duì)白莖鹽生草種子活力的影響大于NaCl和Na2SO4。白莖鹽生草對(duì)中性鹽的耐受性較堿性鹽強(qiáng)，適合在以中性鹽為主的鹽堿土壤上萌發(fā)生長(zhǎng)。

［1］王文，張德罡.白莖鹽生草對(duì)鹽堿土壤的改良效果［J］.草業(yè)科學(xué)，2011，28(6):902 －904.

［2］曲仲湘，吳玉樹，王煥校，等.植物生態(tài)學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2006:10－11.

［3］ASISH K P.Relationship between the effects of salinity on leaf area and fruit yield of six muskmelons cultivars［J］.Hortic Sci，2004，32:642 －647.

［4］張琴，周萍萍，朱松，等.KCl脅迫對(duì)黑麥種子萌發(fā)特性的影響［J］.種子，2012，31(8):81 －92.

［5］李昀，沈禹穎，閻順國(guó).NaCl脅迫下5種牧草種子萌發(fā)的比較研究［J］.草業(yè)科學(xué)，1997，14(2):50 －53.

［6］許恒剛.禾本科牧草發(fā)芽期和苗期耐鹽性的初步研究［J］.中國(guó)草地，1988(4):53－55.

［7］李孔晨，皇甫江云，盧欣石.一年生黑麥草萌發(fā)期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)［J］.草地學(xué)報(bào)，2010，18(3):388 －398.

［8］KENNETH B M.salinity tolerance mechanisms of six C4turfgrasses［J］.Hortic Sci，1994，119(4):779 －784.

［9］楊持.生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)［M］.北京:高等教育出版社，2005:4－6.

［10］賈亞雄，劉榮堂，袁慶華.披堿草野生種質(zhì)材料芽期耐鹽性研究［J］.草原與草坪，2007，121(2):47 －52.

［11］胡生榮，高永，武飛.等.鹽脅迫對(duì)兩種無(wú)芒雀麥種子萌發(fā)的影響［J］.植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，31(3):513 －520

［12］李海燕，丁雪梅，周嬋，等.鹽脅迫對(duì)三種鹽生禾草種子萌發(fā)及其胚生長(zhǎng)的影響［J］.草地學(xué)報(bào)，2004，12(1):45－50.

［13］于曉丹，杜菲，張?zhí)N薇.鹽脅迫對(duì)柳枝稷種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響［J］.草地學(xué)報(bào)，2010，18(6):810 －814.

［14］張秀玲，李瑞利，石福臣.鹽脅迫對(duì)羅布麻種子萌發(fā)的影響［J］.南開大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，40(4):13 －18.

［15］馬琳，李紅麗，董智，等.不同濃度NaCl鹽處理對(duì)4種牧草種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(2):125 －130.

［16］林偉，李璟，蔡仕珍，等.幾種鈉鹽對(duì)孔雀草萌發(fā)期脅迫效應(yīng)的比較［J］.種子，2013，32(5):96 －99.

［17］劉彥清，董寬虎，王奇麗，等.不同鹽分脅迫對(duì)高冰草種子發(fā)芽的影響［J］.草原與草坪，2007，121(2):18 －21.

［18］李博，楊持，林鵬.生態(tài)學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2005:14 －15.