NaCl和Na2CO3脅迫對同德老芒麥種子萌發及幼苗生長的影響

石玉龍， 徐隆華， 竇聲云， 山發華， 李長慧， 王芳萍， 姚步青， 周華坤

(1. 中國科學院西北高原生物研究所青海省寒區恢復生態學重點實驗室， 青海 西寧810008；2. 青海省鐵卜加草原改良試驗站， 青海 共和 813000；3. 中國科學院大學, 北京100049；4. 青海大學農牧學院， 青海 西寧810016)

‘同德’老芒麥為禾本科披堿草屬多年生牧草，具有抗寒、耐旱及耐鹽堿的特性。經青海省牧草良種繁殖場、青海省草原總站、青海省畜牧獸醫科學院草原所共同選育成功后，現已被廣泛運用于人工草地的建設和天然草地的植被恢復中[1]。本文對‘同德’老芒麥在不同濃度的中性鹽(NaCl)和混合鹽(NaCl+ Na2CO3)溶液脅迫下的發芽率、萌發進程及胚的生長情況等生理特征進行研究，以便深入了解‘同德’老芒麥種子萌發的耐鹽堿性，綜合評價該牧草耐鹽堿能力，對合理根據鹽堿土類型選擇性培育和種植優質牧草具有實踐和指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所采用的‘同德’老芒麥種子由青海省同德縣同德牧場提供的2010年種子，試驗種子采收后于室內常溫紙袋袋裝貯藏，測試種子發芽率為75%。

1.2 試驗設計與方法

試驗前將清選好的‘同德’老芒麥種子用0.01%的高錳酸鉀溶液消毒3 min，再用蒸餾水沖洗干凈。將消毒后的種子在蒸餾水中浸泡48 h，每12 h換一次水。將浸泡后的種子放入零下20℃冰箱中進行低溫處理20天以此打破休眠。脅迫處理為不同濃度的鹽(NaCl)和中性混合鹽(NaCl+Na2CO3)，按照表1所示的濃度梯度配制溶液，其中每個處理的氯化鈉和碳酸鈉的混合溶液由其對應的氯化鈉溶液和碳酸鈉溶液等體積混合，蒸餾水處理作為對照(CK)。

表1 不同鹽脅迫組成成分及濃度梯度Table 1 Components and concentration gradient of different salt stress /mmol·L-1

1.3 發芽試驗

將不同濃度處理液10 mL分別加到鋪有3層濾紙的培養皿中，培養皿直徑為11 cm，每個培養皿均勻擺放50粒飽滿的‘同德’老芒麥種子，每處理3次重復。置于25℃恒溫培養箱中，光照時間為12小時，每日稱重并補充因蒸發而散失的水分，以保持溶液濃度的恒定[2]。每日記錄種子發芽的數量，統計至第18天發芽基本結束為止。發芽第7天，記錄胚芽和胚根的長度。

發芽率=(18天內發芽的種子數/供試種子數)×100%

隨機取10個正常生長的幼苗，用直尺分別測量幼苗和根的長度，取平均值作為胚芽和胚根的長度。

1.4 數據處理與統計分析

試驗數據采用SPSS 19.0進行統計分析，Origin 8.5和Excel 2007作圖。每一指標均為3次重復的平均值及標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同濃度梯度的鹽脅迫對‘同德’老芒麥種子發芽率的影響

NaCl溶液濃度為100 mmol·L-1時，發芽率為64%，顯著低于對照(P<0.05)；鹽溶液濃度達到200 mmol·L-1時，發芽率僅為42%，顯著低于對照(P<0.05)；當NaCl溶液濃度達到400 mmol·L-1時，發芽率為0。當混合鹽溶液中鈉離子濃度為15 mmol·L-1時，發芽率為86%,顯著高于對照(P<0.05)，之后發芽率隨溶液濃度的增加而下降，當混合鹽溶液中鈉離子濃度為150 mmol·L-1時，發芽率僅為42%，顯著低于對照(P<0.05)；當混合鹽溶液中鈉離子濃度達到275 mmol·L-1時，發芽率為0。

表2 鹽脅迫下‘同德’老芒麥種子發芽率Table 2 Seed germination rate of Elymus sibiricus‘Tong de’ under salt stress/%

注:同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level

2.2 鹽脅迫對‘同德’老芒麥種子萌發進程的影響

鹽脅迫不僅影響種子的發芽率，還影響種子的萌發進程。由圖1a可知，在10～50 mmol·L-1的NaCl溶液處理下，種子在第4天開始萌發，而100～200 mmol·L-1的NaCl溶液處理下，種子從第6天開始萌發。由圖1b可知，0～80 mmol·L-1的NaCl+Na2CO3溶液處理下，種子在第6天開始萌發，溶液濃度達到150 mmol·L-1時，種子在第8天才開始萌發。

圖1 不同濃度NaCl(a)以及NaCl+Na2CO3(b)脅迫下‘同德’老芒麥種子的萌發進程
Fig.1 Seed germination of Elymus sibiricus‘Tong de’ under NaCl stress(a) and NaCl+Na2CO3stress(b)

2.3 鹽脅迫對‘同德’老芒麥種子胚芽和胚根的影響

由圖2a可知，50 mmol·L-1以上的NaCl脅迫對胚根和胚芽生長具有顯著的抑制作用(P<0.05)。由圖2b可知，隨混合鹽濃度的升高，胚根和胚芽的長度與對照相比都顯著降低(P<0.05)。

圖2 不同濃度梯度的NaCl(a)和NaCl+Na2CO3(b)脅迫下‘同德’老芒麥種子的胚長度
Fig.2 Length of radicle and plumule under different concentration gradient of (a) NaCl stress and (b) NaCl+Na2CO3stress

3 討論與結論

3.1 單鹽和混鹽脅迫對發芽率和萌發進程的影響

單鹽或混鹽脅迫均會對牧草種子的萌發和生長發育產生影響，低濃度鹽脅迫可以促進種子發芽，高濃度混鹽脅迫會抑制種子萌發[3]。本試驗中‘同德’老芒麥種子的發芽率在NaCl濃度為100 mmol·L-1時顯著低于對照，且種子開始萌發的時間比低濃度的鹽脅迫延遲兩天，這種結果可能與高濃度鹽降低了細胞膜滲透調節能力有關，也可能是因為Na+對呼吸酶有一定的抑制作用[4-5]。混合鹽低濃度(15 mmol·L-1)脅迫下發芽率顯著高于對照，高濃度(150 mmol·L-1)時顯著低于對照且種子開始萌發的時間比低濃度混鹽脅迫延遲兩天，說明低濃度混鹽脅迫可以促進‘同德’老芒麥種子萌發速率，而高濃度則抑制種子萌發，Na2CO3為堿性鹽，鹽脅迫和堿脅迫同時存在時，兩者會對種子的萌發產生共同影響，且有互助作用，這與韓萌[6]利用混合鹽堿脅迫對7種禾草種子萌發的研究結果一致。

鹽堿脅迫影響植物種子萌發分為以下3種情況：第一阻止種子萌發，但不使種子喪失活力，第二延遲但不阻止種子萌發[7]，第三鹽溶液濃度高到一定程度或脅迫持續一定時間使得種子永久性失去活力[8]。本試驗中當NaCl濃度達到400 mmol·L-1以及混合鹽溶液Na+濃度達到275 mmol·L-1時，種子沒有萌發，屬于第三種情況。

3.2 單鹽和混鹽脅迫對胚生長的影響

同一植物的不同生育期，對鹽分的敏感性不同，種子發芽率適合發芽期的耐鹽指標[8]，胚根和胚芽的相對長度可以反映鹽脅迫對幼苗生長的影響程度[9]。一般來說，鹽通過以下3 種途徑影響植物生長：①滲透脅迫而引起水分虧損；②離子毒害；③主要營養元素吸收不平衡。鹽脅迫本質上是造成植物幼苗水分缺失，從而導致水分脅迫，耐鹽性強的植物在高濃度鹽脅迫下，能夠維持較高的含水量[7]。本試驗中鹽脅迫影響胚生長的途徑主要是滲透脅迫導致植物水分缺失，從而導致水分脅迫。胚根是植物吸收水分的主要器官，是最易受到鹽影響的部位。黃立華等研究表明，堿性鹽Na2CO3和NaHCO3比中性鹽NaCl等對高冰草(Thinopyrumponticum)種子萌發和幼苗生長危害更大，且對胚根的抑制作用大于胚芽[10]。本研究發現，隨著單鹽或混鹽溶液濃度的升高，胚根的生長均呈下降趨勢，因此可以用胚根對鹽的耐受能力判斷種子萌發對鹽的抗性強弱。