鹽脅迫對2種基因型波斯菊種子萌發和幼苗生長的影響

杜 艷， 裴 蕾， 高志英， 鄒大方

(1.山西運城農業職業技術學院，山西運城 044000； 2.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽 621010； 3.山西省農業科學院棉花研究所，山西運城 044000)

種子在植物生長的整個生活史中占有重要地位，是植物生活周期中最關鍵的階段之一。相對于植物成年階段，植物種子在萌發時期，其抵抗力弱，對鹽堿、干旱等逆境脅迫極為敏感[1]；而逆境脅迫將導致植物種子萌發率低、成苗率低、幼苗質量差、生物量積累減少，最終影響植株的生理和形態建成[2-4]。隨著全球環境不斷惡化，土壤鹽堿化已成為全球共同面臨的環境問題。據不完全統計，世界鹽漬土面積約9.5億hm2，其中我國約占全球10%[1]。在我國北方，不少地區土壤含鹽堿量較高，這危害了植物的生長和發育[5]。研究表明，植物的基因型不同，其耐鹽性也有較大的差異[6]。

波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)隸屬于菊科(Compositae)秋英屬(Cosmos)，俗稱秋英、大波斯菊、掃帚梅，原產于美洲的墨西哥及巴西等地區[7]。該植物植株高大，葉形、花色豐富，花期較長，且全草可入藥，具有重要的觀賞價值和一定的藥用價值。目前，波斯菊已被廣泛應用于道路、邊坡、小區、公園等城市園林綠化[8]。研究表明，波斯菊幼苗對鹽脅迫較為敏感，低濃度會具有抑制種子萌發、幼苗株高、根長，高濃度則可使作物出現停止生長的趨勢[9]。有關不同基因型波斯菊對鹽脅迫響應方面的研究尚未見報道。本試驗以不同基因型波斯菊種子為試驗材料，研究鹽脅迫對供試材料萌發特性的影響，以期為鹽堿地區的耐鹽性植物品種選擇、植被恢復、土壤改良以及城市園林綠化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以不同基因型的白色波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)、粉色波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)為試材。種子購自于北京花兒朵朵花仙子農業有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子處理 篩選出顆粒飽滿、大小合適的種子；隨機選擇100粒種子，重復3次，分別稱質量，計算供試材料的千粒質量。用濃度為1%的高錳酸鉀溶液對其消毒15 min，用適量的無菌水沖洗3～5遍，確保無高錳酸鉀溶液殘留。用無菌濾紙將殘留的水分吸干，留待備用。

1.2.2 試驗設計 以NaCl模擬鹽脅迫環境，共設置5個濃度水平：0(CK)、15、35、100、180 mmol/L。試驗所用的鹽溶液均以去離子水配制。每個培養皿鋪2層濾紙，每皿放置30粒種子，分別加入6 mL不同濃度的處理液，每個處理重復3次。將培養皿放置于溫度為25 ℃、光照周期為12 h—12 h 的光照培養箱中進行萌發試驗；每間隔24 h，以種子萌發突破種皮為發芽標準，統計種子的萌發情況，并適量補充水分。

1.3 項目測定

發芽試驗結束后，每個處理隨機選取5株幼苗，測其鮮質量、芽長、根長；若萌發數不足于5，則測定該處理所有幼苗的各指標，除以幼苗的數量，再乘以5；并分別采用NBT光化還原法[10]、TBA顯色法[11]測定幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等部分生理指標。計算種子的發芽率、發芽勢、相對發芽率、發芽指數、活力指數等參數，計算公式分別為[2，12]：

發芽率=n/N×100%(n為最終發芽的種子數，N為供試種子數)；

發芽勢=nt/N×100%(nt為前4 d發芽的種子數之和，N為供試種子數)；

相對發芽率=試驗組種子發芽率/對照組種子發芽率×100%；

發芽指數=∑(Gt/Dt)×100%(Gt為第t天發芽的種子數，Dt為相應的發芽天數)；

簡化活力指數=相對發芽率×鮮質量。

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel 2007軟件和SPSS軟件對數據進行統計處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同基因型波斯菊的千粒質量

白色波斯菊3組100粒種子的質量分別為0.625、0.631、0.640 g，平均為0.632 g，千粒質量為6.320 g。粉色波斯菊3組100粒種子的質量分別為0.838、0.835、0.848 g，平均為 0.840 3 g，千粒質量為8.403 g。粉色波斯菊的千粒質量大于白色波斯菊。

2.2 鹽脅迫對不同基因型波斯菊發芽勢、發芽率的影響

從表1可以看出，不同基因型波斯菊對于鹽脅迫的響應程度有差異。粉色波斯菊鹽脅迫表現低劑量刺激效應，即低濃度可刺激粉色波斯菊種子萌發，提高發芽勢。當NaCl濃度為15 mmol/L時，發芽率為76.67%，高于對照組30百分點，與對照相比差異極顯著；發芽勢也高達70.00%，與對照差異極顯著。當NaCl濃度大于35 mmol/L時，種子的萌發率、發芽勢均顯著降低，表明隨著鹽濃度的升高，種子的萌發受到抑制，表現出鹽害現象。白色波斯菊對鹽脅迫極其敏感，低劑量的鹽濃度就對其種子萌發具有明顯的抑制作用。不同鹽脅迫水平下，其萌發率極顯著降低，但發芽勢則在鹽濃度大于35 mmol/L 時顯著降低。總體上隨著NaCl濃度的提升，白色波斯菊種子的發芽率、發芽勢呈下降趨勢。低濃度鹽脅迫有利于促進粉色波斯菊萌發，抑制白色波斯菊萌發，表明低濃度鹽脅迫可以提高粉色波斯菊種子發芽的整齊性，促進幼苗生長。

表1 不同濃度鹽脅迫對不同基因型波斯菊種子發芽的影響

注：同列數據后不同小寫、大寫字母分別表示差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)，表3～表5同。

2.3 鹽脅迫對不同基因型波斯菊相對發芽率、發芽指數的影響

種子發芽率高低提示出種子生命活力的大小，而相對發芽率則可直觀反映出不同脅迫處理下種子的萌發狀況。從表2可以看出，在4個不同鹽濃度脅迫下，粉色波斯菊相對萌發率分別是對照組的164.28%、104.76%、80.95%、61.90%；而白色波斯菊相對發芽率分別為對照的79.25%、73.58%、64.15%、16.98%。粉色波斯菊在鹽濃度為15、35 mmol/L之外，供試波斯菊的萌發均受到鹽脅迫抑制，萌發率低于對照。

發芽指數是判斷種子萌發能力的重要指標，其高低可以綜合反映出種子的萌發情況與生長狀況[13]。從表2可以看出，隨著鹽脅迫濃度的提高，供試材料的發芽指數出現了明顯的變化。當鹽濃度為0～35 mmol/L時，粉色波斯菊的發芽指數較對照組高；而濃度高于100 mmol/L時，供試材料的發芽指數較對照下降幅度接近35%，表明波斯菊種子萌發的種子耐鹽半致死濃度(臨界值)接近于100 mmol/L。不同基因型波斯菊發芽指數差異明顯，表明受到鹽脅迫的程度不同，而重度脅迫則對它們產生明顯影響。

2.4 鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗鮮質量、活力指數的影響

從表3可以看出，輕度鹽脅迫下，粉色波斯菊幼苗鮮質量高于對照，但處理間差異不顯著；當鹽濃度為 180 mmol/L 時，幼苗的鮮質量顯著降低，整體上粉色波斯菊的鮮質量呈現先上升后下降的趨勢。白色波斯菊對鹽脅迫較為敏感，鹽濃度為100 mmol/L時，幼苗的鮮質量就顯著降低。盡管白色波斯菊的鮮質量變化也表現先上升后下降，但白色波斯菊試驗組均低于對照組。表明在不同鹽濃度脅迫下，粉色波斯菊幼苗鮮質量明顯大于白色波斯菊，這可能與二者的遺傳背景有關。

表2 不同濃度鹽脅迫對不同基因型波斯菊種子相對發芽率、發芽指數的影響

簡化活力指數的趨勢也有類似的結果，即隨著鹽濃度的升高而逐漸下降。當鹽濃度≤35 mmol/L時，粉色波斯菊的簡化活力指數大于對照，白色波斯菊則反之；當鹽濃度 ≥180 mmol/L 時，二者的活力指數下降幅度大，粉色波斯菊為3.14，白色波斯菊則為0.91。

表3 不同濃度鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗鮮質量和簡化活力指數的影響

2.5 鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗芽長、根長的影響

鹽脅迫對植物種子萌發芽長、根長的影響可以反映植物的早期抗逆性。鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗的芽長、根長都具有明顯抑制作用。隨著鹽濃度的提高，芽長、根長與之呈負相關；而根芽比值大體上呈現上升的趨勢(表4)。在不同鹽脅迫水平下，與對照相比，試驗組的芽長、根長均極顯著變短，不存在低劑量刺激效應的現象。植物為了獲得足夠的養分和水分，尤其是在受到環境脅迫時，根系往往需要向四周延伸。在2個供試材料中，粉色波斯菊根芽比值較白色波斯菊大，表明其根系較為發達，適應性較強。進一步比較2個材料，在相同鹽脅迫水平處理下，粉色波斯菊的芽長、根長較白色波斯菊長。

表4 不同濃度鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗芽長和根長的影響

2.6 鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗生理活性的影響

超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)是植物對逆境脅迫應答的直接反映，SOD活性越高，表明植物的抗性越強；而MDA的含量高低，則反映了植物細胞膜受損程度的大小[14]。從表5可以看出，在鹽脅迫下波斯菊的SOD活性降低。當鹽濃度≥35 mmol/L時粉色波斯菊SOD活性極顯著降低；而白色波斯菊的SOD活性在鹽濃度≥15 mmol/L時就極顯著降低。MDA的含量也隨著鹽濃度的升高而逐漸變大，與對照組相比，試驗組的MDA含量均極顯著升高，表明在鹽脅迫下植株就脅迫產生了應答，高鹽環境直接使得植物細胞膜受到損害，影響植物生長。

3 討論

植物種子在萌發時，逆境脅迫將影響植物種子的萌發率、發芽勢、發芽指數、成苗率、幼苗質量、生物量積累等指標，影響植株的生理和形態建成[2-4]。楊鳳軍等研究發現， 植物的基因型不同，其耐鹽性也有較大的差異[6]。因此，植物種子能夠在鹽堿環境中萌發，并長出幼苗是植物在鹽堿條件下生長發育的前提，也是篩選耐鹽植物的常用方法之一[15-16]。

表5 不同濃度鹽脅迫對不同基因型波斯菊幼苗SOD活性和MDA含量的影響

應。參透效應指鹽分降低了溶液滲透勢使種子吸水下降，從而影響種子發芽；毒性效應指鹽離子對細胞質膜產生毒害，干擾代謝從而影響種子萌發[6]。本試驗結果，低劑量鹽濃度可以刺激粉色波斯菊的種子萌發，提高發芽勢，促進幼苗植株的形態建成，鹽濃度高于100 mmol/L時，種子萌發則受到明顯抑制，與相關研究結果[15，17]相一致。低鹽濃度環境可以調整細胞膜的滲透，刺激細胞中的呼吸酶，促進種子萌發；但高鹽濃度則造成細胞內外滲透壓差值較大，影響自由水在細胞膜內外之間的交換，且離子濃度過高，容易形成鹽害，導致種子萌發受到影響[18]。白色波斯菊對鹽脅迫極為敏感。試驗結果表明，與對照比較，鹽脅迫導致白色波斯菊種子萌發率下降，發芽勢低，成苗率低，幼苗質量差，生物量積累減少。這可能是鹽脅迫導致白色波斯菊細胞膜結構受到破壞，引起α-淀粉酶活性降低，影響種子的萌發與生長[2]。

對不同基因型的波斯菊進行比較，在相同鹽濃度脅迫下，粉色波斯菊的種子萌發率、發芽勢、發芽指數、幼苗鮮質量、耐鹽半數抑制濃度(臨界值)等指標均大于白色波斯菊，而且SOD活性較高，MDA含量較低，鹽害影響的程度小，表明粉色波斯菊的耐鹽性極強，可廣泛用于鹽堿化程度較高區域的綠花和修復。這可能與二者的千粒質量有一定的關系。千粒質量是種子活力的重要指標之一，千粒質量越大，其內部貯藏的營養物質越多，發芽所需的時間較短，發芽率高[19]。但也有研究表明，同一個屬的植物，其千粒質量越小，萌發率越高[20]。這是因為小粒種子的幼苗植株抵抗力弱，容易遇到外界逆境的影響，高萌發率的繁殖機制有利于物種的延續。2種基因型波斯菊對鹽脅迫的響應程度不同，可能與其遺傳背景不同有關，相關機制還有待進一步研究闡明。

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