光照和NaCl脅迫對3種錦葵科植物種子萌發的影響

丁 丁， 郭艷超， 左永梅， 鄭麗錦， 韓民利， 吳新海， 劉善資， 高俊全

(1.河北省農林科學院濱海農業研究所/河北省鹽堿地綠化工程技術研究中心，河北唐山 063200；2.河北省林業技術推廣總站，河北石家莊 050081)

土壤鹽漬化是影響作物生產和生態環境的一個重要因素，開發鹽堿荒地、改善生態環境是當今生物科學技術急需解決的重大課題之一。國內外研究表明，結合工程改良的生物改良(種植具有一定經濟價值和開發利用價值的耐鹽及鹽生植物)措施已經表現出很好的發展前景，在促進鹽漬土開發利用、發展旅游業以及改善生態環境和城市綠化建設中具有十分重要的意義[1-4]。

目前我國有各種鹽漬土地約9 913萬hm2，對農業生產和環境改良造成了不良的影響[5]。利用鹽生植物和耐鹽植物植樹造林，是用生物措施改良鹽堿地的重要方法，也是鹽漬地區生態重建和城市景觀建設的主要有效生物技術模式[6]。

對于大多數植物而言，種子萌發期是植物生活史中最為關鍵的發育階段，對環境脅迫最為敏感[7]，在鹽漬化地區，由于蒸發和土壤毛管水上升，可溶性鹽富集于表層土壤[8]，種子能否在鹽脅迫下萌發成苗，是植物在鹽漬化地區生長發育的前提，所以常用種子萌發及幼苗的生長狀況來評價植物的抗逆性[9]，因此，研究鹽脅迫下種子萌發生理具有重要意義。關于芙蓉葵和黃秋葵的種子萌發期的耐鹽性研究還少見報道，關于海濱錦葵種子萌發期的耐鹽性研究已有一些報道[10-11]。本研究從生理生態學的角度初步探討光照、鹽分2個環境因素對3種園林綠化植物種子萌發特性的影響，研究3種植物在不同脅迫下的種子萌發及幼苗生長的特點，以期為鹽堿地區園林植物資源的應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

芙蓉葵(HibiscusmoscheutosL.)：錦葵科多年生草本植物，原產于北美洲，耐寒、耐熱、喜濕，耐鹽堿；花大，花色豐富，花期長，具有很強的觀賞性。

海濱錦葵(KosteletzkyavirginicaL.)：錦葵科錦葵屬多年生草本植物，原產于美國東部，具有一定的耐鹽性，花深粉紅色，花期長，觀賞價值高，是一種多用途的優良植物。

黃秋葵(HibiscusesculentusL.)：錦葵科一年生草本植物，原產于非洲，喜溫暖和強光，花黃色，花期長，觀賞價值高，其幼嫩莢果可以食用，營養豐富。

3種植物材料的種子均從河北曹妃甸濱海農業研究所試驗基地采集。

1.2 種子形態指標測定

試驗于2016年3月在河北省農林科學院濱海農業研究所實驗室進行。種子質量以1 000粒×3組的平均值作為其千粒質量(±標準誤差)，同時描述種子的形態特征。通過稱量，3種錦葵科植物種子的千粒質量芙蓉葵為(9.700±0.018) g，海濱錦葵為(18.352±0.039) g，黃秋葵為(20.002±0.087) g，不同物種間差異顯著(P<0.05)。試驗所用的3種植物種子質量差別很大，最小的千粒質量不足10 g，最大的為20 g。大小差異也較大，海濱錦葵和黃秋葵種子大小相近，芙蓉葵種子最小。

1.3 種子萌發試驗條件控制

設光照條件和黑暗條件2個處理，光照條件設為光—暗周期=12 h—12 h，黑暗條件設為全黑暗。NaCl脅迫處理：設置0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%共5個脅迫濃度，以去離子水(NaCl濃度為0%)作為對照(CK)。采用紙上發芽法(TP)進行種子萌發試驗。用去離子水和分析純NaCl配制0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的鹽溶液，對照(CK)為去離子水(NaCl濃度為0%)。選擇成熟飽滿、大小均勻的種子，用0.1%HgCl2消毒10 min，再用蒸餾水沖洗6次，最后用濾紙吸干表面水分。將3層濾紙放入發芽盒中，用移液管加入25 mL鹽溶液(或去離子水)使濾紙飽和，作為發芽床，將種子放入其中，每個發芽盒放200粒種子，每個處理4次重復。將發芽盒放入程控人工氣候箱中，培養7 d，溫度為 (25±3) ℃，相對濕度為75%～80%，定時補充鹽溶液，使各處理鹽溶液濃度保持不變。

1.4 指標測定及方法

試驗期間每天定時觀測并統計記錄種子的萌發數，觀察不同處理對種子萌發的影響。第3天觀察發芽勢，第7天統計發芽率，稱質量。種子萌發以胚根伸出種皮0.2 cm作為發芽標志(種子露白)[12]。第7天，隨機選擇30粒發芽種子測量胚根長、胚軸長；稱量每盒發芽種子的鮮質量，據以上數據統計分析下列指標：

初始萌發時間：即種子開始萌發的時間，以d計。

發芽率=n/N×100%(n指試驗結束時相應的萌發種子數，N指供試種子總數)；發芽勢=n/N×100%[n為規定3 d內發芽種子數，N為種子總數(100粒)]；發芽指數(GI)=∑Gi/Di(Gi指第i天的種子萌發率，Di指相應的發芽時間)；活力指數(VI)=GI×S(S為胚根長)[13]；儲藏物質運轉速率=(胚根干質量+胚軸干質量)/(胚根干質量+胚軸干質量+子葉干質量)×100%[14]。

1.5 數據分析

采用DPS統計軟件和Excel分別進行數據分析和作圖。采用隸屬函數法進行耐鹽性綜合評價，如果某一指標與耐鹽性呈正相關，可用公式：Xμ=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；如果某一指標與耐鹽性呈負相關，可用公式：Xμ=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，其中μ代表隸屬函數值，X為某一指標的測定值，Xmax為該指標測定值中的最大值，Xmin為最小值。先求出各指標在不同濃度下的隸屬值，再把每一指標在不同鹽濃度下的隸屬值累加求平均值，最后將各個耐鹽指標的隸屬函數值累加求平均值，其值越大，耐鹽性越強。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下光照對發芽率的影響

光對某些種子的萌發是必不可少的。由表1可以看出，在一定濃度的NaCl脅迫下3種植物種子的萌發在不同的光照處理下都受到了抑制，隨著NaCl濃度的升高，發芽率總體呈下降趨勢。芙蓉葵和海濱錦葵在光照處理下種子的萌發率比全黑暗中種子的萌發率高，表明光照提高了種子的發芽率。而黃秋葵種子在2種光照處理下發芽率差別不明顯，說明光照對黃秋葵種子發芽率影響不大。

3種植物在各濃度鹽脅迫下的發芽能力在不同物種間表現出了差異：芙蓉葵和海濱錦葵種子的發芽率在NaCl濃度為0.2%的條件下高于對照，說明低濃度的鹽脅迫對芙蓉葵和海濱錦葵種子的萌發有促進作用；在≤0.6%鹽濃度下，3種植物種子的發芽率在2種光照處理下均與對照差異不明顯，表明0.6%鹽濃度脅迫對種子萌發影響不大。在NaCl濃度≥0.8%時，3種植物在光照條件下種子發芽率均與對照差異明顯，表明萌發受到了抑制，而且黃秋葵的發芽率>海濱錦葵>芙蓉葵，表明黃秋葵種子在高濃度的鹽脅迫下的耐性最強，其次為海濱錦葵，芙蓉葵最弱。

表1 鹽脅迫下光照對3種植物種子發芽率的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表2、表3同。

2.2 鹽脅迫下光照對種子發芽勢、發芽指數、活力指數的影響

由表2可以看出，芙蓉葵和海濱錦葵在光照處理下種子的發芽勢、發芽指數和活力指數，黃秋葵種子的發芽指數和活力指數均高于全黑暗中的種子，表明光照可促進種子萌發。

NaCl脅迫下3種植物種子的發芽勢、發芽指數和活力指數在不同的光照處理下都受到了抑制，隨著NaCl濃度的升高，整體上呈下降趨勢。3種植物的發芽勢和發芽指數在低鹽濃度下與對照差異不明顯，鹽濃度越高，差異越明顯。當NaCl濃度為0.8%時，黃秋葵的發芽勢和發芽指數最高，海濱錦葵居中，芙蓉葵最低。

2.3 鹽脅迫對3種植物胚根及胚軸長度的影響

種子萌發后，胚根的延伸反映植物定居成苗的特性，胚根生長迅速說明植物適應力強。圖1是鹽脅迫對3種植物胚根及胚軸長度的影響。可以看出3種植物的胚根及胚軸長度整體上隨著鹽脅迫的增加呈現下降的趨勢。

在NaCl濃度為0.2%時，芙蓉葵和海濱錦葵的胚軸長度稍大于對照，芙蓉葵的胚根長度稍大于對照，表明低濃度鹽促進胚根及胚軸的生長。在NaCl濃度為0.2%～0.6%時，海濱錦葵胚根長度呈現先上升后下降的趨勢，芙蓉葵和黃秋葵呈下降趨勢，在NaCl濃度達到0.8%、1.0%時，黃秋葵胚根長度下降趨勢要緩于芙蓉葵和海濱錦葵，說明逐漸適應了高鹽脅迫。在NaCl濃度為0.2%～0.8%時，芙蓉葵的胚軸長度要大于海濱錦葵和黃秋葵，在NaCl濃度>0.8%時，黃秋葵的胚軸生長基本不再下降，芙蓉葵和海濱錦葵呈現下降的趨勢，表明在高濃度鹽脅迫下黃秋葵的耐性最強，其次為海濱錦葵和芙蓉葵。

2.4 鹽脅迫對3種植物種子儲藏物質運轉效率的影響

在鹽脅迫下，3種植物種子儲藏物質運轉效率均受到影響(圖2)。在NaCl濃度為0.2%時，芙蓉葵和黃秋葵種子儲藏物質運轉效率稍大于對照，表明低濃度鹽促進種子生長。在NaCl濃度>0.2%時，3種植物種子儲藏物質運轉效率均呈下降趨勢。在NaCl濃度為0.2%～0.6%時，芙蓉葵的貯藏物質運轉效率明顯大于黃秋葵和海濱錦葵，表明它在0.6%鹽濃度內的耐鹽性最強。當NaCl濃度達到0.8%、1.0%時，芙蓉葵的貯藏物質運轉效率急速下降，而海濱錦葵和黃秋葵下降趨勢比較緩和，黃秋葵的種子儲藏物質運轉效率大于海濱錦葵，表明在高濃度鹽脅迫下，黃秋葵的耐鹽性>海濱錦葵>芙蓉葵。

表2 鹽脅迫下光照對3種植物發芽勢、發芽指數和活力指數的影響

2.5 鹽脅迫對3種植物種子相對干質量含水量的影響

芙蓉葵和黃秋葵的萌發種子、胚根和胚軸的相對干質量含水量變化基本一致，隨著鹽脅迫的增大，均呈現先上升后下降的趨勢，表明低濃度鹽脅迫對種子、胚根和胚軸的生長有促進作用。由表3可以看出，芙蓉葵在≤0.6%鹽濃度處理下的種子、胚根和胚軸相對干質量含水量均無顯著差異，表明其種子、胚根和胚軸的生長對≤0.6%的鹽脅迫不敏感。而且在這個濃度范圍內芙蓉葵的種子、胚根和胚軸的相對干質量含水量均大于海濱錦葵和黃秋葵。海濱錦葵的種子和胚根相對干質量含水量隨著鹽脅迫的增大在一定范圍內呈現下降的趨勢，胚軸的相對干質量含水量呈現先上升后下降的趨勢。從表3還可以看出，在NaCl濃度為1.0%時，黃秋葵的種子、胚根和胚軸相對干質量含水量均大于芙蓉葵和海濱錦葵，說明在高濃度鹽脅迫下，黃秋葵的耐鹽性最強。

表3 鹽脅迫對3種植物種子相對干質量含水量的影響

2.6 3種錦葵科植物種子耐鹽性的綜合評價

植物的耐鹽機制受到多因素的影響，不能僅從單一方面去研究抗鹽能力，應采用盡可能多的指標來綜合評價。本試驗采用目前廣泛應用的抗逆性綜合評定方法和隸屬函數法，選用發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、胚根長、胚軸長和種子儲藏物質運轉效率7項指標進行綜合評價(表4)，對各個耐鹽性指標的隸屬函數值進行累加，求取平均值，平均值越大，其耐鹽性越強。綜合評價結果表明，3種錦葵科植物種子的耐鹽潛力由強到弱依次為黃秋葵>海濱錦葵>芙蓉葵，黃秋葵種子表現出較強抗性，與前述分析結果基本一致。

3 討論和結論

早期植物耐鹽性鑒定和品種耐鹽性選擇是建立在種子萌發的基礎上進行的[15]。種子能夠在鹽脅迫條件下萌發，說明種子具有潛在的耐鹽性[16]。目前，在研究種子耐鹽能力大小上所使用的指標主要有種子發芽率、種子發芽勢、發芽指數及活力指數等。本試驗在設置的6個不同濃度梯度的NaCl溶液脅迫下，以3種園林綠化植物芙蓉葵、海濱錦葵和黃秋葵為材料，研究光照和黑暗條件下3種植物種子的萌發特性。

表4 3種植物種子耐鹽能力的綜合評價結果

鹽脅迫對種子萌發的影響是復雜的。本研究表明：鹽脅迫下光照對3種植物種子的萌發有明顯的促進作用。低濃度鹽脅迫對芙蓉葵種子萌發有促進作用，對海濱錦葵和黃秋葵種子萌發影響不大，這與低濃度鹽可促進細胞膜的滲透調節和刺激呼吸酶，從而能促進種子萌發的研究結果相符[17]。3種園林綠化植物均具有較好的耐鹽性，在0.6%鹽濃度下均能正常萌發，在高鹽濃度脅迫下，3種植物種子萌發受到不同程度的抑制，品種間有顯著差異。當NaCl脅迫濃度≥0.8%時，綜合分析發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數等指標，得出黃秋葵的耐鹽性最強，其次是海濱錦葵和芙蓉葵，表明黃秋葵對高濃度鹽脅迫的耐受能力有一定適應性。3種錦葵科植物均能在輕度鹽漬化生境(0.4%NaCl)中生長，可作為園林綠化植物在河北鹽堿地區試栽應用，觀察其適應性。