不同種源黑果枸杞種子萌發對鹽堿脅迫的響應

陳雅昕 鄧嬌嬌 周永斌

摘要：以甘肅、新疆2種不同種源的黑果枸杞（Lycium ruthenicum）種子為材料，將2種中性鹽（NaCl、Na2SO4）按照一定比例混合，保證各鹽溶液pH值均為7.0的條件下，模擬出5個濃度梯度（0、50、100、150、200 mmol/L）鹽脅迫;另將2種中性鹽（NaCl、Na2SO4）和2種堿性鹽（NaHCO3、Na2CO3）分別按照不同比例混合，配制成不同pH值的混合鹽溶液，比較不同鹽堿脅迫處理下不同種源黑果枸杞種子萌發狀況。結果表明，在中性鹽的脅迫下，低濃度的鹽脅迫對黑果枸杞種子萌發具有促進作用，在種子萌發過程中各項萌發參數隨著中性鹽濃度的增加而降低，而高濃度脅迫對種子具有一定的迫害性。在不同pH值的鹽堿脅迫下，2個種源種子萌發的變化趨勢相同并具有顯著差異，各項萌發參數隨著pH值的增大而降低。甘肅種源在鹽、堿脅迫下的發芽參數基本上高于新疆種源，相對鹽害率低于新疆種源，表明甘肅種源種子具有較強的抗逆與抗鹽堿能力。

關鍵詞：黑果枸杞;鹽堿脅迫;發芽率;發芽勢;發芽指數;相對鹽害率

土壤鹽漬化是一個全球性的生態問題，我國鹽漬土分布廣泛，面積較大，類型多樣，嚴重制約農林生產和經濟發展[1-3]。在內陸鹽堿地中，由堿性鹽NaHCO3、Na2CO3造成的土壤鹽漬化比中性鹽NaCl、Na2SO4造成的鹽漬化問題嚴重。黑龍江肇東市的鹽漬土大多屬于蘇打堿化型，少數屬于鹽化型，土壤總含鹽量不高，有碳酸鈉、碳酸氫鈉，且具有較高的pH值，土壤pH值多在8.5以上，重度鹽堿地pH值高達 9.0～10.5。隨著人類活動的加劇和氣候干旱，鹽堿化面積逐年擴大，鹽堿程度逐年加重[4]。目前，鹽堿化土地高效利用已經成為一個重要的研究課題。通過選育抗鹽堿品種來提高植物的抗鹽堿性，從而更好地適應土壤的鹽漬環境，是最為經濟、有效的措施之一[5-6]。

黑果枸杞（Lycium ruthenicum）屬茄科（Solanaceae）枸杞屬多荊棘灌木，球狀漿果，紫黑色，有時頂端稍凹，種子褐色腎形，果實成熟期為7—9月[7]。多分布在干旱鹽堿土荒地及沙漠地帶，適應能力較強，是鹽堿地治理、防風固沙的良好樹種，也是潛在和待開發利用的干旱、半干旱地區植被恢復重建的生態與經濟樹種[8]。目前，國內關于黑果枸杞的研究領域主要集中在生理特性[9]、營養成分分析[10]、色素提取[11-12]、開發利用[13]、治理荒漠化[14]、野生種源的馴化[15]、種子萌發特性[16]、干旱脅迫響應[17-18]等方面。種子萌發成幼苗階段的耐鹽能力在一定程度上反映了植物整體的耐鹽性，對于黑果枸杞種子耐鹽機制方面的研究多集中在中性鹽方面[19-24]，而關于堿性鹽脅迫對黑果枸杞種子萌發影響的研究較少，尤其是在綜合鹽堿脅迫下，不同種源黑果枸杞種子萌發方面的系統研究還罕見報道[25]。

對于肇東地區鹽堿混合脅迫是生產上存在的主要問題，中性鹽和堿性鹽脅迫是2種性質完全不同的脅迫，鹽分與堿分之間存在協同促進的效應，故本研究以甘肅省瓜州縣和新疆維吾爾自治區博州市精河縣2種不同種源的黑果枸杞種子為試驗材料，通過對比試驗，分析不同種源黑果枸杞種子對鹽、堿脅迫的適應性，明確其適宜的萌發條件，以期為培育和保護抗鹽堿植物資源提供基礎信息，為優質品種的選育與合理種植提供一定的科學依據，為鹽堿地帶植物種群的重建和植被恢復提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗采用甘肅瓜州縣與新疆精河縣的種子作為試驗材料，其中甘肅種源種子的含水量為5.7%，千粒質量為 0.977 g;新疆種源種子的含水量為4.9%，千粒質量為0.821 g。

甘肅種源采樣地點位于瓜州縣的西部（95°40′22.73″E、40°28′3.78″N），地勢多屬平原，海拔1 100～1 450 m;年均溫8.8 ℃，最高氣溫45.1 ℃，最低氣溫-29.3 ℃，該地屬溫帶大陸性氣候，屬極端干旱區，土壤pH值在7.5～8.0之間，屬輕度堿性土壤。新疆種源樣品采樣地點為新疆維吾爾自治區博州市精河縣北部（82°53′1.02″E、44°36′40.70″N），屬北溫帶干旱荒漠型大陸性氣候，年日照時數達2 700 h左右，無霜期 170 d，極端低溫為-34 ℃，極端高溫為42 ℃，屬干旱荒漠化地區，土壤pH值在7.0～7.5之間，屬于中性微堿性土壤。種子采集后，人工去除果肉、自然風干后備用。

1.2 鹽堿梯度試驗設計

于2016年8月，在沈陽農業大學生態實驗室，根據肇東地區的鹽分組成特點，鹽脅迫配比按一定比例精確提取2種中性鹽（NaCl、Na2SO4）進行混合，設定為5個濃度梯度，分別為25、50、100、150、200 mmol/L，各鹽溶液pH值均為7.0，CK處理組，pH值為6.8，詳細的配比濃度見表1。

堿脅迫配比：選定2種中性鹽NaCl、Na2SO4和2種堿性鹽NaHCO3、Na2CO3，根據預試驗測定模擬配比出濃度為 100 mmol/L 的鹽堿混合液，將各溶液設為7.0、8.0、9.0、10.0 4個pH值梯度，配比中用濃度為1 mmol/L的KOH和HCl準確標定。CK處理的pH值為6.8。pH值使用臺式pH計進行精確測定，詳細的配比濃度見表2。

1.3 試驗方法

1.3.1 種子篩選 種子篩選采用水選法，剔除不飽滿的種子以及雜物，使種子均一。將種子浸沒于 100 mg/L 的赤霉素（GA3）溶液中處理6 h。浸種處理后的種子在超凈臺中用自來水洗滌3～5次，后用雙蒸水洗滌2次，再用0.1% HgCl2溶液消毒處理10～15 min，無菌水洗滌3～5次。

1.3.2 萌發試驗 將2種不同種源黑果枸杞種子放在培養皿內，內鋪1層濾紙。每個處理重復3次，每個重復15粒大小均勻、飽滿一致的種子，每個培養皿加入3 mL處理液，以同樣的溫度（25 ℃）、光照時間（10 h）、光照度（2 000 lx）進行萌發試驗，以肉眼能否看到白色幼根判斷種子是否萌發，每2 d更換1次濾紙，保持濾紙濕潤，不積水，也要避免培養皿中種子出現干枯現象，每隔24 h觀察記錄萌發種子數量、芽長、根長等參數，培養15 d，培養5 d時計算2個種源黑果枸杞種子的發芽勢，在培養15 d時計算發芽率、發芽指數、活力指數和相對鹽害率。

1.4 數據分析

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對不同種源黑果枸杞種子萌發的影響

2.1.1 鹽脅迫對不同種源黑果枸杞種子發芽率和發芽勢的影響 以不同濃度的NaCl和Na2SO4 2種中性鹽溶液處理的甘肅種源與新疆種源黑果枸杞種子的發芽率差異不明顯，并且甘肅種源發芽率均高于新疆種源（圖1）。與對照處理相比較，在25 mmol/L鹽脅迫下黑果枸杞的發芽率均達到最高值，甘肅種源發芽率為78.48%，新疆種源發芽率為 76.43%，其他濃度下均低于對照。研究結果表明，發芽率隨著鹽濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。

選在培養5 d時統計黑果枸杞種子的發芽勢，由圖2可知，以不同濃度的NaCl和Na2SO4 2種中性鹽溶液處理的甘肅種源黑果枸杞的發芽勢均高于新疆種源。在濃度為50、150 mmol/L 時差異顯著，鹽濃度為25 mmol/L，2種源種子發芽勢最高，甘肅種源為31.22%，新疆種源為 28.94%。隨著鹽濃度梯度的升高，發芽勢逐漸減低。當鹽濃度為 100 mmol/L 時2個種源發芽勢存在極顯著差異，其中甘肅種源為18.21%，新疆種源為15.24%，極顯著低于甘肅種源。當鹽濃度為25、200 mmol/L時，2種源發芽勢沒有顯著差異，甘肅種源發芽勢均高于新疆種源。

2.1.2 鹽脅迫對不同種源黑果枸杞種子發芽指數和活力指數的影響 發芽指數不僅反映種子累計發芽率，同時還可以體現種子萌發速率和發芽整齊程度。發芽指數越高，表明植物種子萌發速度越快，萌發越整齊[26]。在培養15 d時匯總計算種子發芽指數，發現在種子萌發過程中甘肅種源發芽指數均比新疆種源高，其萌發過程中累計發芽數量較多。活力指數是種子的發芽速率與生長量的綜合體現，是反映種子活力差異的一個直觀指標，活力指數越高表明種子活力越強[27]，各濃度下甘肅種源的種子活力指數均高于新疆種源。當鹽濃度低于25 mmol/L時，發芽指數和活力指數均高于對照。由圖3可知，在25、100 mmol/L的鹽脅迫下2個種源發芽指數存在顯著差異，濃度為25 mmol/L時，2個種源的發芽指數達到最高值，甘肅種源為11.21，新疆種源為9.02，顯著低于甘肅種源。由圖4可見，對照處理的甘肅種源種子的活力指數顯著高于新疆種源，2個種源的活力指數存在顯著差異，當鹽濃度為25 mmol/L時，2個種源的活力指數最高，甘肅種源為26.94，新疆種源為22.18。

2.1.3 鹽脅迫對不同種源黑果枸杞種子鹽害率的影響 不同濃度鹽溶液處理后種子遭受的鹽害率如圖5所示，可以看出，中性鹽處理的黑果枸杞種子，隨著鹽溶液濃度的增加其鹽害率呈弱“V”字形增大，在鹽濃度為200 mmol/L時甘肅種源相對鹽害率高達82.83%，新疆種源相對鹽害率更高，為86.55%，總體上甘肅種源相對鹽害率均低于新疆種源。

2.2 堿脅迫對不同種源黑果枸杞種子萌發的影響

黑果枸杞種子能夠在鹽堿脅迫下萌發出苗，是植株在鹽堿條件下生長的前提[28]。由于鹽堿脅迫主要導致種子吸水膨脹，改變了植物細胞中水和離子的熱力學平衡，從而成為降低種子發芽率、限制植物生長的重要環境因素，pH值越大，這種滲透脅迫就越嚴重[29]。

根據15 d的記錄觀察，對在濃度為100 mmol/L不同pH值的堿脅迫下2個種源的萌發情況進行了對比分析。結果顯示，總體上看，不同種源黑果枸杞的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數隨pH值增大呈下降趨勢。由圖6可知，不同種源的發芽率無顯著差異，當pH值為7.0時甘肅種源發芽率為46.17%，新疆種源發芽率為42.45%;之后隨著pH值的增大，發芽率下降。在不同pH值的堿脅迫下甘肅種源發芽勢明顯高于新疆種源（圖7）。在不同pH值的堿脅迫下2個種源發芽指數的變化趨勢相同，pH值為7.0時，存在顯著差異，甘肅種源的發芽指數為5.64，新疆種源的發芽指數為4.12，甘肅種源顯著高于新疆種源（圖8）。在不同pH值的鹽堿脅迫下2個種源活力指數的變化趨勢相同，在pH值為7.0、8.0時2個種源存在顯著差異，甘肅種源活力指數顯著高于新疆種源（圖9）。

2.3 堿脅迫對不同種源黑果枸杞種子鹽害率的影響

不同pH值的鹽堿溶液處理后種子遭受的鹽害率如圖10所示。CK處理的相對鹽害率均為0。隨著pH值的增大，鹽害率明顯增大。在不同pH值的鹽堿溶液脅迫下，2個種源之間表現為無顯著差異，當pH值為7.0時，甘肅種源相對鹽害率為31.18%，新疆種源為36.18%;在pH值為8.0時，甘肅種源相對鹽害率為54.54%，新疆種源為57.57%;當pH值為9.0時，甘肅種源相對鹽害率為66.31%，新疆種源為 67.65%;當pH值為10.0時，甘肅種源相對鹽害率為78.79%，新疆種源為82.73%，新疆種源的相對鹽害率均顯著高于甘肅種源。

3 結論與討論

黑果枸杞是鹽生植物，適當的鹽濃度可以促其種子萌發。鹽脅迫是影響種子萌發和幼苗生長的重要環境因子之一，種子萌發對鹽分的響應反映了植物適應逆境的生態機制[30]。本研究中，中性鹽溶液處理濃度在25 mmol/L時，2個種源種子發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數均高于對照處理，而相對鹽害率低于對照處理，說明在此濃度時黑果枸杞的發芽率和生長量最高，低濃度鹽脅迫對黑果枸杞種子萌發具有促進作用。當鹽溶液的濃度高于25 mmol/L時，種子萌發率、發芽勢、發芽指數及活力指數均隨鹽濃度遞增而下降，當鹽濃度

達到200 mmol/L時種子基本失去萌發性能，根系與芽基本呈黃褐色。此時，新疆種源相對鹽害率高達86.55%，甘肅種源為82.83%，大部分種子均受到鹽害影響無法正常萌發。在不同濃度的鹽脅迫下，甘肅種源種子萌發各項參數均高于新疆種源。

在不同pH值的堿脅迫下，2個種源種子萌發參數均隨pH值增加而降低，并且隨萌發時間的延長，迫害程度加劇，pH值為 7.0時，與對照相比，處理后各萌發參數明顯下降，但在種子的萌發過程中根和芽能夠正常生長;當pH值大于8.0時，各萌發參數的下降趨勢較明顯，萌發情況及芽生長均受到明顯抑制;在pH值9.0～10.0時，黑果枸杞萌發受到了嚴重抑制，有萌發跡象但出現嚴重褐化現象，種子基本不再生長。在不同pH值的堿脅迫下，甘肅種源的各項發芽參數均高于新疆種源。

黑果枸杞適宜生長在堿性鹽環境中，中性鹽和堿性鹽的區別在于前者主要是由Na+引起的，后者除主要由Na+作用外又增加了高pH值的作用，即鹽堿脅迫有協同作用。本研究表明，甘肅種源在鹽、堿脅迫下的發芽參數均高于新疆種源，相對鹽害率低于新疆種源，表明甘肅種源種子具有較強的抗逆與較強的抗鹽堿能力。黑果枸杞種子萌發整體表現為在低濃度的鹽脅迫有促進作用，高濃度的鹽脅迫有抑制作用。在中性鹽的脅迫下，黑果枸杞種子都表現為低濃度的鹽脅迫下其發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等指標明顯高于對照，相對鹽害率低于對照。從而說明黑果枸杞的萌發需要一定的鹽脅迫，也從側面說明了黑果枸杞屬于鹽生植物的特性，低濃度的鹽脅迫可以促進其萌發。這與宋雪梅等對紅砂種子萌發對鹽脅迫的研究結果[31]，以及王恩軍等對中性鹽和堿性鹽脅迫對黑果枸杞種子萌發及幼苗生長的影響的研究結果[25]相一致。隨著鹽濃度的增加，種子發芽率、發芽勢、發芽指數與活力指數均有明顯的下降趨勢，鹽濃度越大，下降越明顯，這與劉克彪等的研究結果[22，32]一致。

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