鹽脅迫對不同區域野生枸杞種子萌發的影響

任小燕，柳迪，潘平新，馬彥軍

(甘肅農業大學林學院，甘肅 蘭州 730070)

在全球范圍內，土壤鹽漬化是最嚴重的自然災害之一。我國鹽漬土面積約3 460萬hm2,耕地鹽堿化面積760萬hm2,近1/5耕地發生鹽堿化,其中原生鹽化型、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的52%、40%和8%[1]。在北方干旱、半干旱地區，降水不足、淋溶作用弱、地下水蒸發和蒸騰強烈以及降水會造成土壤中鹽分升高，出現鹽漬化或次生鹽漬化[2]現象。研究表明，種植耐鹽堿植物可以降低土壤鹽漬化對植物生長產生的不利影響[3]。

枸杞(Lyciumbarbarum)為茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)植物，枝細長，葉卵形或卵狀披針形，花淡紫色，漿果紅色，種子腎形黃色，8-10月成熟。其果實有滋肝補腎、生精益氣、治虛安神，祛風明目的功效，對治慢性肝炎、糖尿病、肺結核也有一定療效。此外，枸杞枝葉煮水治棉蚜效果顯著。目前， 關于枸杞的研究主要著重于其藥用價值[4-8]，對其耐鹽性研究較少。本文旨在通過研究不同濃度的兩種鹽(NaCl、NaHCO3)對3個區域野生枸杞種子萌發的影響，篩選出耐鹽堿區域種子，為枸杞在鹽堿地種植提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019年9月在甘肅定西、臨夏、蘭州采集野生枸杞果實，用自封袋標記帶回實驗室，采用水選法清除果皮、果肉及癟種等雜質，種子洗凈，自然陰干，置-18℃冰箱備用。試驗于2020年6月5日在甘肅農業大學林學院人工氣候室進行，材料來源見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 基質處理 本試驗以蛭石為基質，清洗干凈后，用立式高壓滅菌鍋(121℃)滅菌30 min，自然晾干，平鋪于18.4 cm×11.3 cm×5.8 cm發芽盒，蛭石3 cm厚，備用。

1.2.2 種子處理 取顆粒飽滿、大小基本一致凈種，置于燒杯，溫水浸泡24 h，經84消毒液消毒5 min，取出種子用無菌水洗凈，吸水紙吸干水分。

1.2.3 鹽處理 將備好的種子均勻點播于發芽盒中，每個處理播50粒，重復3次，設置NaCl、NaHCO3濃度分別為50、100、150、200、250、300 mmol/L，以蒸餾水處理為對照(CK)，用等量不同類溶液將發芽盒澆透，在人工氣候箱(溫度25℃，濕度75%，前2 d暗光，第3 d開始12 h/d光照)進行萌發觀測，以肉眼看到種子發芽為標準，每天定時記錄一次發芽數，重復中若有一粒種子發芽即為該處理的起始發芽時間，連續3 d累計發芽數不再增加時方可認為萌發試驗結束。

1.3 指標測定

1.3.1 種子大小 隨機抽取不同區域種子20粒粘貼于坐標紙上，重復3次，用EPSAN EXPRESSION 10000XL型掃描儀掃描，Auto CAD 2007(主菜單插入-光柵圖像參照-左菜單多段線)制圖軟件進行種子縱橫徑(種子最大部位)及面積測定，求均值。

1.3.2 種子千粒重 隨機抽取各區域凈種1 000粒，天平稱重，重復3次，求均值。

1.3.3 種子吸水特性 稱取各區域種子0.4 g，室溫浸種，隔2 h取出，吸水紙去除多余水分并稱重[9]，直至浸種24 h，重復3次，求均值并繪制種子吸水速率圖。指標計算參照文獻[10]：

吸水速率(g/h)=種子吸水量/種子吸水時間

式中，種子吸水量為兩次測量的種子質量的差值，種子吸水時間為2 h。

1.3.4 種子萌發指標 各指標計算參照文獻[11]。

起始發芽時間(d)：以肉眼看到種子發芽時所經歷的時間。

發芽率(Gp)=n/N×100%；

相對發芽率(RGp)=處理發芽率/對照發芽率×100%

式中，n為發芽種子數，N為供試種子總數。

發芽勢(Ge)=n/N×100%；

相對發芽勢(RGe)=處理發芽勢/對照發芽勢×100%；

式中n為發芽高峰時(12 d)累計發芽種子數，N為供試種子總數。

發芽指數(Gi)=Σ(Gt/Dt)；

相對發芽指數(RGi)=處理發芽指數/對照發芽指數×100%；

式中Gt為t天的發芽數，Dt為發芽天數。

活力指數(VI)=發芽指數(Gi)×幼苗鮮重(W)；

相對活力指數(RVI)=處理活力指數/對照活力指數×100%；

相對鹽害率(Rsi)=(對照發芽率-處理發芽率)/對照發芽率×100%。

1.4 耐鹽性評價

以相對發芽率Y為因變量，鹽濃度X為自變量進行回歸分析確定其耐鹽性。指標計算參照文獻[2]：

耐鹽適宜濃度：相對發芽率≥75%時的鹽溶液濃度

耐鹽半致死濃度：相對發芽率≥50%時的鹽溶液濃度

耐鹽極限濃度：相對發芽率≤10%時的鹽溶液濃度

1.5 數據處理：

利用Microsoft Excel進行數據處理及圖表轉化；SPSS 21軟件進行差異顯著性(P<0.05)、相關性及回歸性分析。

2 結果與分析

2.1 枸杞種子形態、大小及千粒重

3個區域中，蘭州區域種子特征的各指標均最大，除種子長與定西區域差異不顯著(P>0.05)外，其他3項指標皆與2個區域差異顯著(P<0.05)(表2)。據此可將蘭州、定西、臨夏區域種子大小分為大、中、小3類。

表2 種子特征

2.2 枸杞種子吸水特性分析

3個區域種子吸水速率在浸種2 h時達到最大，此時定西、蘭州、臨夏區域種子吸水速率分別為0.142 4、0.140 3、0.131 9 g/h，之后隨浸種時間的延長可將種子吸水分為3個階段，0～2 h為快速吸水階段；2～4 h為中速吸水階段；4～24 h吸水基本穩定，為飽和吸水階段(圖1)。

圖1 種子吸水速率Fig.1 Water absorption speed

2.3 鹽脅迫對枸杞種子萌發特性的影響

2.3.1 鹽脅迫對枸杞種子起始發芽時間的影響 種子起始發芽時間隨鹽濃度增加而推遲(表3)。其中NaCl處理下，鹽濃度為300 mmol/L時定西與臨夏區域種子未發芽。定西區域種子起始發芽時間從150 mmol/L開始顯著推遲(P<0.05)，蘭州、臨夏區域種子起始發芽時間從200 mmol/L時開始顯著推遲(P<0.05)；NaHCO3處理下，鹽濃度為300 mmol/L時3個區域的種子皆未發芽，另外250 mmol/L時定西區域的種子也未發芽。定西、臨夏區域種子起始發芽時間從150 mmol/L開始顯著推遲(P<0.05)，蘭州區域種子起始發芽時間從200 mmol/L時開始顯著推遲(P<0.05)。

表3 鹽脅迫下種子的起始發芽時間

2.3.2 鹽脅迫對枸杞種子發芽率、相對發芽率的影響 各區域種子發芽率和相對發芽率隨鹽濃度升高呈降低趨勢，降低幅度最小的是定西區域種子(圖2，圖3)。與對照相比，不同濃度NaCl處理下的種子發芽率均顯著降低(P<0.05)，分別降低了20.00%、37.33%、43.33%、44.66%、54.00%(圖2-A)；相對發芽率從100 mmol/L濃度時開始顯著降低(P<0.05)，100～250 mmol/L 4個NaCl處理分別降低了55.00%、64.00%、66.00%、80.33%(圖2-B)。在NaHCO3處理下，與對照相比，種子發芽率、相對發芽率分別從100、150 mmol/L時開始顯著降低(P<0.05)，發芽率在100、150、200 mmol/L時分別降低了20.00%、51.33%、63.33%(圖3-A)，相對發芽率在150、200 mmol/L時分別降低了77.00%、96.33%(圖3-B)。

圖2 NaCl脅迫下的種子發芽率、相對發芽率Fig.2 Effects of NaCl stress on seed germination rate and relative germination rate注：圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

圖3 NaHCO3脅迫下的種子發芽率、相對發芽率Fig.3 Effects of NaHCO3 stress on germination rate and relative germination rate

2.3.3 鹽脅迫對枸杞種子發芽勢、相對發芽勢的影響 種子發芽勢和相對發芽勢均隨鹽濃度的上升而下降，且鹽濃度越大下降的幅度越大，下降最少的是定西區域種子(圖4、圖5)。與對照相比， 不同濃度NaCl處理下，發芽勢分別下降了12.00%、24.66%、25.33%、28.66%、31.33%(圖4-A)，相對發芽勢分別下降了36.00%、72.33%、76.00%、86.00%、94.33%(圖4-B)；NaHCO3處理下，當鹽濃度為50、100、150、200 mmol/L時，發芽勢分別下降了0.66%、14.66%、28.00%、32.66%(圖5-A)，相對發芽勢在50 mmol/L時上升了0.67%，在100、150、200 mmol/L時分別下降了41.33%、83.00%、97.67%(圖5-B)。

圖4 NaCl脅迫下的種子發芽勢、相對發芽勢Fig.4 Effects of NaCl stress on seed germination potential and relative germination potential

圖5 NaHCO3脅迫下種子的發芽勢、相對發芽勢Fig.5 Effects of NaHCO3 stress on seed germination potential and relative germination potential

2.3.4 鹽脅迫對枸杞種子發芽指數、相對發芽指數的影響 隨著鹽濃度增大，種子發芽指數和相對發芽指數呈現減小的趨勢，變化大小順序為臨夏>蘭州>定西(圖6、圖7)。與對照相比，在NaCl處理下，3個區域種子發芽指數(圖6-A)、相對發芽指數(圖6-B)均從50 mmol/L開始顯著減小(P<0.05)；在NaHCO3處理下，該指數分別從100、150 mmol/L鹽濃度時開始顯著減小(P<0.05)(圖7-A、7-B)。

圖6 NaCl脅迫下的種子的發芽指數、相對發芽指數Fig.6 Effects of NaCl stress on seed germination index and relative germination index

圖7 NaHCO3脅迫下的種子發芽指數、相對發芽指數Fig.7 Effects of NaHCO3 stress on seed germination index and relative germination index

2.3.5 鹽脅迫對枸杞種子活力指數、相對活力指數的影響 各區域種子活力指數、相對活力指數均在對照時最大(圖8、圖9)。在NaCl處理中，與對照相比，種子活力指數和相對活力指數分別從100、150 mmol/L時開始下降顯著(P<0.05)，當鹽濃度為100、150、200、250、300 mmol/L時，定西區域種子活力指數分別下降了22.53%、33.87%、35.08%、38.62%，蘭州區域種子活力指數分別下降了52.8%、75.91%、99.61%、92.88%、102.77%，臨夏區域種子活力指數分別下降了24.93%，30.46%、49.37%、47.84%(圖8-A)。當鹽濃度為150、200、250、300 mmol/L時，定西區域種子相對活力指數分別下降了69.67%、75.00%、83.33%，蘭州區域種子相對活力指數分別下降了72.33%、93.33%、88.33%、96.00%，臨夏區域種子相對活力指數分別下降了54.33%、80.00%、80.00%(圖8-B)；NaHCO3處理中，與對照相比，定西、蘭州、臨夏3個區域種子活力指數、相對活力指數均從150 mmol/L時開始顯著下降(P<0.05)，各區域種子活力指數分別下降了38.75%、93.67%、56.62%(圖9-A)，相對活力指數分別下降了83.33%，86.33%、94.00%(圖9-B)。

圖8 NaCl脅迫下的種子活力指數、相對活力指數Fig.8 Effects of NaCl stress on seed vigor index and relative vigor index

圖9 NaHCO3脅迫下的種子活力指數、相對活力指數Fig.9 Effects of NaHCO3 stress on seed vigor index and relative vigor index

2.3.6 鹽脅迫對枸杞相對鹽害率的影響 各區域種子的相對鹽害率隨鹽脅迫的加劇逐漸增大，受影響最小的是定西區域種子(圖10)。與對照相比，不同濃度NaCl處理下分別增大了39.33%、55.00%、64.33%、66.33%、80.33%(圖10-A)；NaHCO3處理下分別增大6.33%、27.33%、77.00%、96.33%(圖10-B)。

圖10 兩種鹽脅迫下的種子相對鹽害率Fig.10 Effects of two salt stresses on the relative salt damage rate of seeds

2.4 耐鹽性評價

3個區域種子對鹽的耐受性大小為定西>蘭州>臨夏，兩種鹽的傷害程度NaHCO3>NaCl(表4、表5)。

表4 NaCl脅迫下種子萌發階段耐鹽性分析

表5 NaHCO3脅迫下種子萌發階段耐鹽性分析

3 討論

3.1 枸杞種子形態、大小及千粒重

大粒種子可以貯藏更多的物質，能為種子萌發提供充足的營養物質和能量，保證幼苗能夠有充足的資源，最大可能用于生長，盡量爭奪和占據空間，在種間競爭中處于優勢[12]。本研究所采集3個區域枸杞種子中，蘭州種子長、寬、面積、千粒重最大。各區域間種子形態、大小、千粒重有所差異，這可能跟種子遺傳特性與生長環境有關。

3.2 枸杞種子吸水特性分析

種子萌發的第一步是吸水，種子吸水吸脹后不僅可以軟化種皮，增強透性使供氧充足，而且水分也是營養物質分解轉移的必要前提[13]。本研究發現枸杞種子飽和吸水階段從浸種4 h開始，這與張沛[9]的研究結果基本一致，前人研究的黑果枸杞吸水性飽和階段從浸種8 h開始，原因可能與種子種皮的硬度有關。不同區域間種子吸水有所不同，這可能與種子的形態學特征及自身遺傳特性有關[9]。

3.3 鹽脅迫對枸杞種子萌發特性的影響

種子萌發是種子從相對靜止的狀態吸水活化轉變為生理代謝旺盛的生長發育階段，整個過程需要適宜的溫度、水分和充足的空氣，干旱和鹽脅迫會引起種子滲透勢發生改變，無法正常吸水，從而影響種子萌發過程[14]。種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數是衡量和評價種子發芽水平的常用指標[15]，發芽率是衡量種子質量好壞的重要指標，可以顯示種子胚的活性[16]，發芽勢和發芽指數反映了種子的發芽快慢和整齊程度[17]，種子活力是評價植物耐鹽性的重要指標之一[18]。本研究顯示，種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數與劉克彪等[19-21]的研究一致，相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數、相對活力指數與任永霞[2]的研究一致，即隨鹽濃度的升高呈降低趨勢。但在NaCl處理下，起始發芽時間與張濤[14]的研究不一致，前人認為種子的起始發芽時間不受鹽脅迫的影響，而本試驗得出鹽脅迫會使種子的起始發芽時間推遲；在NaHCO3處理下發芽率與楊志江[20]的結果相似，差異在于前人的研究中低濃度(5～10 mmol/L)的鹽脅迫使種子發芽率上升之后便隨著NaHCO3濃度增大開始下降。

3.4 耐鹽性評價

植物最重要的繁殖器官是種子，因此植物種子在萌發階段的耐鹽狀況可以反映該物種的耐鹽性[11]。為進一步證明3個區域的耐鹽性，通過相對發芽率與鹽濃度進行回歸分析，得知定西區域的耐鹽適宜濃度、半致死濃度、極限濃度最高，NaCl濃度分別為45.98、129.04、261.93 mmol/L；NaHCO3濃度分別為68.44、116.06、192.25 mmol/L，此結果與萌發指標的反映相吻合，表明該區域更耐鹽。雖然各區域在NaCl處理下的耐鹽適宜濃度低于NaHCO3處理，但耐鹽半致死及極限濃度高于NaHCO3，說明NaCl對3個區域的脅迫作用較弱。

4 結論

1) 蘭州區域種子縱橫徑、面積及千粒重最大，臨夏區域種子各指標最小；

2) 定西區域種子吸水率、吸水速率均最高，同時期內臨夏源種子吸水最低；

3) 不同區域的種子對鹽的耐受度為NaCl>NaHCO3。

4) 通過兩種鹽對不同區域枸杞種子萌發進行脅迫，以及回歸分析表明定西區域種子在本試驗的3個區域中耐鹽堿性最強。