NaCl脅迫對榆樹種子萌發的影響

張航 戰金雨 楊柳 張廷秀 楊成君

摘要：以榆樹種子、榆樹實生苗為試驗材料，設置0、50、150、300 mmol/L 共4個濃度梯度。研究NaCl脅迫對榆樹種子萌發和幼苗生長的影響。結果表明，榆樹種子對50 mmol/L NaCl的鹽脅迫有耐受性，而150 mmol/L NaCl對榆樹種子萌發有顯著抑制作用，300 mmol/L NaCl脅迫對榆樹種子抑制作用加重。榆樹種子的耐鹽適宜范圍、種子耐鹽半致死濃度、種子耐鹽極限濃度分別為110.39、186.50、308.29 mmol/L。

關鍵詞：榆樹;種子萌發;NaCl脅迫

中圖分類號： S718.43;Q945.78 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）09-0127-05

植物生長對鹽分最為敏感的時期是植物種子的萌發過程。鹽脅迫對種子萌發的影響有2種，一種為鹽分過多引起溶液滲透勢降低，造成種子吸水困難，種子萌發受阻;另一種為離子毒害。許多研究發現，鹽脅迫對植物種子萌發的抑制程度常與種子自身耐受能力、鹽類型、鹽濃度、脅迫時間及pH值等因素相關[1-3]。不同植物的種子萌發在鹽脅迫的不同濃度條件下會受到抑制或促進的影響，若在脅迫環境下萌發，證明此種子具有潛在的耐鹽性。

榆樹（Ulmus pumila L.）為榆科榆屬，落葉喬木，別稱家榆、白榆、錢榆[4]。適應性強，材質優良，耐瘠薄、耐旱、耐鹽堿，是一種較好的速生闊葉用材料的樹種，多用于防護林和鹽堿地造林。有研究表明，榆樹種子在低濃度鹽、堿脅迫下萌發正常，但高濃度鹽、堿脅迫能明顯抑制榆樹種子的萌發與生長[5]。周丹丹等發現速生榆樹幼苗的生長量隨鹽濃度增大而抑制效應明顯[6]。

在鹽漬環境下，地球上現存全部植物種類，都有生長抑制現象，但是發生脅迫時不同種子的耐鹽能力強弱和生長比率降低的程度不一致，耐鹽閾值與致死濃度也因為不同種子而存在差異。植物不同階段對逆境的耐受能力也有所區別，種子萌發具有抵抗極端環境條件的代表性。現今對林業上的耐鹽植物的抗逆試驗，多數為不同基因、家系上的耐鹽性選擇與比較。對榆樹耐鹽性的相關研究多是在種、種源水平上進行，集中在鹽脅迫對種子萌發期、幼苗生長的光合特性的影響，以及部分生理指標的變化特征等方面[7-9]，對榆樹種子具體耐鹽能力的研究和多個NaCl濃度下榆樹生理生化指標的綜合研究及耐鹽性綜合評價仍有很大的研究空間。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

榆樹種子為東北林業大學校園內的成熟種子。

1.2 試驗地點與時間

本試驗于2018年5月至2019年6月在東北林業大學森林植物資源學實驗室進行。

1.3 試驗方法

NaCl濃度設置為0、50、150、300 mmol/L。設置 0 mmol/L 濃度作為對照（CK）。試驗材料選取均勻飽滿無病蟲害的榆樹種子，用自來水沖洗干凈，再用5%次氯酸鈉溶液浸種消毒10 min后，用無菌水沖洗干凈備用。采取濾紙發芽法，把種子擺放在鋪有2層濾紙的培養皿中，分別加入相應濃度的處理液10 mL，對照處理需要加入同樣體積的蒸餾水，期間隔天每個培養皿補充10 mL的處理液或蒸餾水。水平放置于25 ℃，光照和黑暗交替（光照時間為 16 h，黑暗時間為8 h）的人工恒溫氣候箱中觀察。每個培養皿30粒種子，每個脅迫處理3個重復，共進行7 d的試驗，每天定時記錄發芽種子數。試驗結束時，每個培養皿隨機選取5粒種子，測量苗長。計算發芽勢和最終的發芽率。以胚根突破種皮 1 mm 作為種子發芽標準。當連續5 d不再有種子發芽時作為種子萌發結束。脅迫初期，種子萌發數達到高峰時統計發芽勢、第7天統計發芽率。

1.4 測定方法

統計種子發芽后的數量，測量統計種子發芽后的苗長，計算不同貯藏條件下的種子發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數。發芽特性的計算公式如下：

發芽勢=種子萌發初期的高峰發芽數/供試種子數×100%;

相對發芽勢=處理發芽勢/對照發芽勢×100%;

發芽率=種子最終發芽數/供試種子數×100%;

相對發芽率=處理發芽率/對照發芽率×100%;

平均發芽時間=∑（Gt×t）/∑Gt;

發芽指數（Gi）=∑（Gt/Dt）;

活力指數（Vi）=S×∑（Gt/Dt）;

苗長=種子發芽后胚根長+下胚軸長;

式中：Gt表示在時間t時的種子發芽數;Dt表示相應的發芽時間（以天數計）;S表示幼苗的生長勢（以苗長表示）。計算各處理的榆樹種子發芽指數，用每天的累計種子發芽數除以種子在培養皿中萌發放置的時間（以天數計），待種子發芽結束后，將每天計算得到的數值相加，即為該種子的發芽指數。數據分析主要通過SPSS 19.0計算完成，采用Anove方法比較均值差異，采用Duncans新復極差法進行多重比較，利用GraphPad Prism 5進行數據處理及繪圖。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對榆樹種子萌發的影響

2.1.1 不同濃度NaCl對榆樹種子發芽特性的影響 從統計計算的榆樹種子的發芽指數（圖1）和活力指數（圖2）來看，隨著NaCl溶液濃度的增加，榆樹種子的發芽指數和活力指數呈下降趨勢，根據統計分析后的結果，各處理濃度下榆樹種子的發芽指數均差異顯著。如圖1所示，50 mmol/L NaCl濃度的榆樹種子發芽指數最高，較CK顯著上升31.56%。NaCl濃度達到150 mmol/L時榆樹種子發芽指數顯著降低，較50 mmol/L NaCl下降了60.66%，下降為CK的51.76%。300 mmol/L NaCl溶液處理下的榆樹種子，發芽指數較150 mmol/L急劇下降了92.3%，值僅為CK的3.99%。發芽指數可以較為敏感地反映試驗時期的種子萌發情況。試驗結果表明，雖然中度、重度鹽脅迫會抑制榆樹種子的發芽指數，但在適當的輕度鹽脅迫條件下，發芽指數有所升高，表明榆樹種子有顯著的耐鹽性。如圖2所示，隨著NaCl溶液濃度的升高，榆樹種子的活力指數呈下降趨勢。CK的榆樹種子活力指數最高，均值為38.03。50 mmol/L NaCl濃度的榆樹種子活力指數較CK略下降了1.85%，可達CK的98.15%，且與CK無明顯差異。NaCl濃度達到 150 mmol/L時，榆樹種子活力指數急劇降低，較 50 mmol/L 顯著下降92.15%，下降為CK的7.70%，較CK、50 mmol/L差異顯著。隨著NaCl溶液濃度的上升，榆樹種子的活力指數繼續下降，300 mmol/L 較150 mmol/L的活力指數下降了98.86%，值僅為CK的0.09%，且較150 mmol/L NaCl濃度差異不顯著。試驗結果表明，50 mmol/L NaCl濃度的種子活力指數較CK雖略下降，但此濃度對榆樹種子的萌發影響不顯著，證明榆樹種子可耐50 mmol/L NaCl濃度的鹽脅迫。而隨著NaCl溶液濃度的上升，150、300 mmol/L NaCl濃度處理下的種子活力指數均顯著受到抑制。

2.1.2 不同濃度NaCl對榆樹種子發芽勢、發芽率的影響 如圖3所示，隨著NaCl溶液濃度的上升，榆樹種子發芽勢呈明顯下降趨勢，且各處理間發芽勢均差異顯著。CK的榆樹種子發芽勢最高，為77.78%。50 mmol/L NaCl濃度的榆樹種子發芽勢較CK顯著下降32.22%，NaCl濃度達到150 mmol/L時，榆樹種子發芽勢顯著降低，較50 mmol/L下降了14.44%。300 mmol/L NaCl溶液處理下的榆樹種子，發芽勢較150 mmol/L急劇下降了25.56百分點。其中50、150、300 mmol/L與CK的相對發芽勢為58.57%、40.00%、7.14%。試驗結果表明，在各處理的萌發高峰期，發芽勢對比明顯，不同濃度的NaCl溶液對榆樹種子萌發初期的抑制效果明顯。其中300 mmol/L NaCl脅迫對榆樹種子的萌發抑制作用最突出。如圖4所示，隨著NaCl溶液濃度的上升，榆樹種子發芽率呈先上升后下降趨勢。50 mmol/L NaCl處理的榆樹種子發芽率最高，為85.55%，較CK略上升了2.6%，且較CK差異不顯著。NaCl濃度達到150 mmol/L時，榆樹種子發芽率顯著降低，較50 mmol/L NaCl處理下降了30.38%。300 mmol/L NaCl溶液處理下的榆樹種子，發芽率較150 mmol/L急劇下降了90.91%。其中50、150、300 mmol/L與CK的相對發芽率為103.32%、72.07%、6.44%。發芽率是種子利用價值高低的重要指標。試驗結果表明，50 mmol/L NaCl濃度處理對榆樹種子的萌發結果數量有一定的促進作用。而隨著NaCl濃度上升，150、300 mmol/L NaCl處理對于榆樹種子萌發有明顯的抑制作用，且 300 mmol/L 的抑制作用最大。

2.1.3 不同濃度NaCl對榆樹種子苗長的影響 如圖5所示，隨著NaCl溶液濃度的上升，榆樹種子苗長呈明顯的下降趨勢，且各處理間苗長均差異顯著。CK的榆樹種子苗長最長，為4.55 cm。50 mmol/L NaCl濃度的榆樹種子苗長較CK顯著下降25.62%，達CK的74.38%。NaCl濃度達到 150 mmol/L 時，榆樹種子的苗長急劇下降，苗長較50 mmol/L顯著下降了79.92%，僅為CK的14.93%。隨著NaCl溶液濃度的上升，300 mmol/L NaCl溶液處理下的榆樹種子，苗長較150 mmol/L顯著下降85.29%，值僅為CK的2.2%。試驗結果表明，隨著NaCl濃度的升高，苗長生長受限，鹽脅迫會抑制榆樹幼苗的正常生長。

2.1.4 不同濃度NaCl對榆樹種子平均發芽時間的影響 如圖6所示，隨著NaCl溶液濃度的上升，榆樹種子的平均發芽時間呈先下降后上升的趨勢，且各處理間均差異顯著。300 mmol/L NaCl處理的榆樹種子平均發芽時間最長，為5 d。50 mmol/L NaCl濃度的榆樹種子平均發芽時間較CK顯著減少 0.61 d，達CK的80.37%。NaCl濃度達到 150 mmol/L 時，榆樹種子平均發芽時間延長，較 50 mmol/L 延長了1.84 d，上升為CK的140.08%。隨著NaCl溶液濃度的上升，榆樹種子的平均發芽時間繼續延長，300 mmol/L NaCl溶液處理下的榆樹種子，平均發芽時間較150 mmol/L增加0.68 d，值達到了CK的162.01%。平均發芽時間反映了種子萌發的平均速度。試驗結果表明，50 mmol/L NaCl濃度處理對于榆樹種子的萌發速度有顯著的促進作用，而隨著NaCl溶液濃度的上升，150、300 mmol/L NaCl溶液處理會顯著延長榆樹種子的平均發芽時間。

2.2 各指標與NaCl溶液濃度的回歸分析

如表1所示，根據各指標與NaCl濃度的回歸分析，得出各指標的回歸方程及榆樹種子的耐鹽適宜范圍、種子耐鹽半致死濃度、種子耐鹽極限濃度。結果表明，相關系數最高的是發芽率，根據其回歸方程得出榆樹種子耐鹽適宜范圍（適宜值）、種子耐鹽半致死濃度（臨界值）、種子耐鹽極限濃度（極限值）分別為110.39、186.50、308.29 mmol/L。

3 討論

近年來，全國的土壤鹽漬化面積日益增大，選擇合適的速生抗性樹種是改善土壤問題的重要方法。植物對鹽分最敏感的時期是種子萌發時期，是品種耐鹽性選擇、早期植物耐鹽性鑒定的重要時期。在鹽脅迫下植物種子在吸收土壤水分的同時也吸收水分中的鹽離子，從而使種子內水勢下降，影響種子萌發，鹽分過高可導致離子毒害和滲透脅迫。目前，在研究種子耐鹽能力強弱上所用的指標主要有種子發芽勢、發芽率、發芽指數及活力指數等。

本試驗通過各項發芽指標，得出結論，隨著鹽濃度的上升，發芽勢、苗長、活力指數呈明顯下降趨勢，發芽率、發芽指數呈先上升后下降的趨勢，而平均發芽時間則呈先下降后上升的趨勢。試驗結果表明，榆樹種子在50 mmol/L NaCl處理下，發芽率、發芽指數均較CK有所上升，且發芽指數較CK顯著上升。而發芽勢、苗長、平均發芽時間較CK均顯著下降。證明50 mmol/L NaCl對榆樹種子整體的萌發數量、萌發速度雖有顯著的促進作用，但對榆樹種子萌發初期苗長也有顯著的抑制作用。種子活力是種子發芽和出苗率、幼苗生長的潛勢、植株抗逆能力和生產潛力的總和，是衡量種子品質的重要指標，此濃度下榆樹種子的活力指標較CK下降，但無明顯差異。因此，榆樹種子對50 mmol/L NaCl的鹽脅迫有耐受性。隨著NaCl濃度的上升，榆樹種子在150、300 mmol/L NaCl處理下種子的發芽勢、發芽率、發芽指數、苗長均呈顯著下降趨勢，而平均發芽時間呈顯著上升趨勢。表明150、300 mmol/L NaCl脅迫對榆樹種子的整個萌發過程均有顯著的抑制作用，而 300 mmol/L NaCl濃度的鹽脅迫對于榆樹種子的抑制作用更嚴重。

在鹽脅迫下不同植物的耐鹽性有所區別，丁丁等研究發現錦葵科植物能在輕度鹽漬化生境（0.4% NaCl）中生長[10]。劉志洋等發現桔梗在鹽濃度為50 mmol/L時促進萌發，當鹽濃度達到 250 mmol/L 時，桔梗種子不萌發[11]。周平等發現，白梭梭種子在0.1 mmol/L NaCl溶液中種子萌發率較高，在0.9 mmol/L NaCl溶液中仍有種子萌發[12]，說明低濃度的鹽溶液不抑制種子萌發。相似的結果還出現在Cakile maritima[13]、Salicornia rubra[14]等物種中。劉慶華等發現番茄的耐鹽適宜濃度在60 mmol/L以下，150 mmol/L視為致死濃度[15]。根據前人的試驗結論得出，榆樹種子的耐鹽性大于錦葵科植物、白梭梭、番茄、桔梗種子。

4 結論

目前鹽脅迫多關注于農業產品，而對于改善土壤鹽堿化，林業耐鹽耐旱的抗性樹種的研究才是需要解決的迫切問題。鹽脅迫阻止種子萌發有3個主要原因：（1）滲透脅迫引起生理缺水，從而影響種子的萌發，胚根的生長也受到抑制。（2）細胞質膜遭到破壞。（3）離子的毒害。本試驗研究了CK、50、150、300 mmol/L NaCl溶液處理下的榆樹種子在鹽脅迫下的萌發特性，榆樹種子對 50 mmol/L NaCl的鹽脅迫有耐受性，而150 mmol/L NaCl處理對榆樹種子萌發有顯著的抑制作用，300 mmol/L NaCl脅迫加重抑制。根據各指標與鹽濃度回歸分析，得出各指標的回歸方程及榆樹種子的耐鹽閾值在110.39～186.50 mmol/L。這與朱建峰等的試驗結論[16]相符。為了解不同濃度NaCl脅迫對榆樹種子萌發的影響，對榆樹種子的耐鹽能力做出評價，并為榆樹種子的播種條件、鹽堿地抗性樹種的選擇提供指導意見，但其他濃度以及不同脅迫時間后種子萌發與種子特性需要進一步研究。

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