鹽脅迫對藥食用菊花種子萌發(fā)特性的影響

閆凱旋，莊東英，陳 鐳，尹明明，赫明濤，李衛(wèi)國，洪立洲*

（1.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 新洋試驗站，江蘇 鹽城 224049；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)信息研究所，江蘇 南京 210000）

菊花（Chrysanthemum）是我國的十大名花之一，在我國文獻(xiàn)記載中已有3000年左右的種植歷史［1］。作為一種藥食同源的典型植物，因其富含豐富的揮發(fā)油類、黃酮類、氨基酸等各種微量化學(xué)成分而被廣泛用于保健和醫(yī)藥領(lǐng)域［2］。我國鹽漬土總面積大，為3600萬余hm2，占全國可利用土地面積的4.88%，在我國華北、西北及沿海地區(qū)均有分布。土壤鹽漬化是非生物脅迫的主要因子之一［3-4］，鹽堿土壤主要成分為NaCl和NaHCO3，具有交換性鈉鹽含量高、理化性質(zhì)惡劣、滲透性差等特點［5-6］。在鹽脅迫條件下，植物的生理特性，如光合作用、滲透調(diào)節(jié)作用、抗氧化酶系統(tǒng)、細(xì)胞膜系統(tǒng)都會發(fā)生相應(yīng)的改變［7-8］，進(jìn)而影響植株的生長發(fā)育。江蘇射陽是我國著名的藥材之鄉(xiāng)，藥食用菊花年種植面積2萬hm2以上，由于地處沿海，大面積鹽堿化土地成為限制當(dāng)?shù)鼐栈óa(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。

藥食用菊花以雜交育種為主，種子萌發(fā)率高更是雜交育種的前提［6］。鄭芳昊等［7］研究了外源激素和溫度對菊花種子的影響，找出了適宜野菊花種子的發(fā)芽條件，結(jié)果顯示：不同激素對野菊花種子萌發(fā)的影響較小，溫度對菊花種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢的影響較大。同樣，楊中義等［6］以地被菊品種俏粉閣、賽牡丹為材料，研究了浸泡預(yù)處理、不同溫度和光照強(qiáng)度對種子萌發(fā)的影響，為菊花種子萌發(fā)條件的設(shè)置提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

當(dāng)前，鹽脅迫對菊花發(fā)育影響的研究多以菊花幼苗為研究對象［8-10］，關(guān)于鹽脅迫條件下菊花種子萌發(fā)的研究尚未見報道，因此，研究鹽脅迫下菊花種子的萌發(fā)特性，對實現(xiàn)鹽堿地區(qū)菊花種子育苗和選育耐鹽菊花品種具有重要意義。本研究以黃香菊為材料，探索了鹽脅迫對菊花種子萌發(fā)特性的影響，為鹽堿地區(qū)菊花選種和育種提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的菊花種子為黃香菊種子，由江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所新洋試驗站提供。

1.2 試驗設(shè)計

配制濃度分別為0、40、80、120、160 mol/L NaCl溶液5份對菊花種子進(jìn)行鹽脅迫處理，以蒸餾水處理為CK。在試驗開始前，先用3% H2O2溶液對菊花種子進(jìn)行殺菌處理30 min，之后用蒸餾水沖洗3遍。將預(yù)處理后的菊花種子均勻鋪在墊有2層濾紙上的12 cm×12 cm×5 cm的方形培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿布置30粒種子，分別加入等量的NaCl溶液（浸濕濾紙），密封后放置于恒溫光照培養(yǎng)箱中，設(shè)置溫度（25±5）℃，光/暗周期16 h/8 h，光照強(qiáng)度7000 lx。以胚根露出種皮2 mm作為種子萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)［9］，每天定時觀察培養(yǎng)皿中菊花種子的發(fā)芽情況，并統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)量。

1.3 指標(biāo)測定

菊花種子培養(yǎng)第5天時統(tǒng)計其發(fā)芽勢力；第12天統(tǒng)計發(fā)芽率，并從每個處理中隨機(jī)取5株正常發(fā)育幼苗，分別測定幼苗的鮮重、根長和苗高。各計算指標(biāo)公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013、Origin 2021軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和作圖，運用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對黃香菊種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

由圖1可知，在不同濃度的NaCl脅迫下，菊花種子的動態(tài)發(fā)芽率表現(xiàn)為：在試驗開始前5 d，NaCl脅迫均會抑制菊花種子的發(fā)芽率，且NaCl的濃度越高則其發(fā)芽率越低，在NaCl濃度為160 mmol/L時，種子的發(fā)芽率最低。但隨著發(fā)芽時間的延長，NaCl脅迫第5天，80 mmol/L NaCl處理的種子發(fā)芽率最高，不同鹽脅迫濃度處理的發(fā)芽率的大小依次表現(xiàn)為80＞40＞0＞120＞160 mmol/L NaCl處理，直至第11天試驗結(jié)束。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫濃度對菊花種子萌發(fā)高峰期也有重要影響，0 mmol/L NaCl處理在第8天達(dá)到萌發(fā)高峰，萌發(fā)率為51.0%。40、80 mmol/L NaCl處理均在第9天達(dá)到萌發(fā)高峰，萌發(fā)率分別為51.5%、64.3%。120、160 mmol/L NaCl處理分別在第9天、第10天達(dá)到萌發(fā)高峰，萌發(fā)率分別為42.3%、22.3%。這說明一定濃度的鹽脅迫能夠提高菊花種子的萌發(fā)率，但會遲滯菊花種子萌發(fā)高峰的到來。

2.2 鹽脅迫對黃香菊種子發(fā)芽的影響

由表1可以看出，不同濃度NaCl脅迫處理對菊花種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均會產(chǎn)生不同程度的抑制作用，種子的發(fā)芽率隨鹽濃度的升高而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。40 mmol/L NaCl處理下，菊花種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均與CK無顯著差異，說明一定范圍內(nèi)的鹽脅迫對菊花種子萌發(fā)的影響較小。當(dāng)NaCl濃度為160 mmol/L時，黃香菊種子萌發(fā)發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均顯著低于CK，這說明較高濃度的NaCl脅迫對菊花種子萌發(fā)的抑制效果顯著。

表1 鹽脅迫對黃香菊種子萌發(fā)的影響

2.3 鹽脅迫對黃香菊種子相對鹽害率的影響

由圖2可知，隨著鹽濃度的增加，菊花種子的相對鹽害率呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，在40 mmol/L NaCl處理時，其相對鹽害率為 1.5%，與CK無明顯差異；在NaCl濃度為80 mmol/L時，其相對鹽害率最低，僅為-23.8%，與CK差異顯著，說明一定的鹽脅迫能夠促進(jìn)菊花種子的萌發(fā)；NaCl濃度為120 mmol/L時，其相對鹽害率為14%；NaCl濃度達(dá)到160 mmol/L時，其相對鹽害率最高，為58.1%，與CK相比，差異顯著，由此可知，較高濃度的鹽脅迫會顯著影響菊花種子的萌發(fā)狀態(tài)，并嚴(yán)重抑制菊花種子的萌發(fā)。

2.4 鹽脅迫對黃香菊幼苗苗高、根長及鮮重的影響

由圖3可以看出，不同濃度的NaCl脅迫處理抑制了菊花幼苗根莖、苗高的生長和鮮重的增長，且隨著鹽濃度的增大，其抑制效果逐漸增強(qiáng)。≥40 mmol/L NaCl處理的幼苗根長均顯著小于CK，特別是80 mmol/L NaCl脅迫時，對根長的抑制效果驟增，根長較于CK下降了53.8%。除了40 mmol/L NaCl脅迫處理下的幼苗苗高與CK無顯著性差異外，其他鹽脅迫濃度下的苗高與CK相比均顯著降低。菊花幼苗鮮重隨著鹽濃度的增高而逐漸降低，但與CK相比無顯著差異。

由此可見，在NaCl脅迫下，菊花幼苗根長的變化幅度遠(yuǎn)高于苗高和鮮重，說明鹽脅迫處理對菊花幼苗根生長的抑制效果大于對苗高和鮮重的抑制效果。從抑制率變化中可以看出，菊花種子的根長、苗高、鮮重在40～80 mmol/L NaCl脅迫時受抑制的程度變化最快，說明此濃度區(qū)間對種子萌發(fā)抑制的變化率最高。

3 小結(jié)與討論

種子萌發(fā)是種子從相對靜止?fàn)顟B(tài)吸水活化轉(zhuǎn)變?yōu)樯L狀態(tài)的過程，是植物對環(huán)境脅迫響應(yīng)最為關(guān)鍵的敏感時期［11-13］。發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢作為評價種子萌發(fā)的重要指標(biāo)［14］，能反映出種子發(fā)芽的速度、整齊度和幼苗的生長潛力［15］，種子的萌發(fā)速度和幼苗活力也是決定植株能否適應(yīng)鹽堿環(huán)境的重要依據(jù)［16］。

種子萌發(fā)耐鹽的實質(zhì)主要是種子適應(yīng)鹽溶液引起的滲透效應(yīng)與離子效應(yīng)的強(qiáng)弱，從而影響種子耐鹽的過程［17-18］。研究發(fā)現(xiàn)，隨著NaCl濃度的逐漸升高，菊花的發(fā)芽高峰期逐漸推遲，且活力指數(shù)逐漸降低，但菊花的發(fā)芽率隨鹽濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。NaCl濃度為80 mmol/L時的萌發(fā)率最高，為64.3%，相較于CK提高了26.1%，說明一定濃度的鹽脅迫能提高菊花種子的萌發(fā)率，這可能是因為適宜的鹽濃度通過調(diào)節(jié)滲透壓，讓菊花種子緩慢吸收水分而增加了其萌發(fā)率，是菊花幼苗對鹽脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)［14，19］，但隨著鹽濃度的繼續(xù)升高，黃香菊種子的發(fā)芽率開始降低，并顯著低于CK，說明較高濃度的NaCl脅迫對菊花種子萌發(fā)具有明顯的抑制效果，這可能因為高濃度NaCl使培養(yǎng)液中滲透壓遠(yuǎn)高于植物體內(nèi)滲透壓，導(dǎo)致植物對水分的吸收能力減弱甚至外滲透而產(chǎn)生了滲透脅迫［20-21］，還可能與離子毒害作用［22-23］相關(guān)。當(dāng)NaCl濃度達(dá)到160 mmol/L時，其萌發(fā)率僅為22.3%，相較于CK下降了56.3%。

此外，不同濃度NaCl脅迫處理還降低了菊花幼苗的根長、苗高和鮮重，尤其是根長的受抑制效果最明顯，說明種子萌發(fā)期的根比芽對NaCl處理更加敏感［24］，這與陳二影等［25］的研究結(jié)果相似，這可能是因為根部區(qū)域與鹽水直接接觸，高鹽濃度產(chǎn)生的離子毒性使植物的發(fā)育生長、代謝以及離子螯合的吸收［26］受到了嚴(yán)重影響，使根部受鹽脅迫抑制程度明顯高于苗高和鮮重。

本研究表明，在NaCl濃度高于80 mmol/L條件下，黃香菊種子萌發(fā)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)、根長等指標(biāo)均顯著低于CK。適當(dāng)?shù)腘aCl脅迫雖然能提高菊花種子萌發(fā)率，但發(fā)芽進(jìn)程會受到推遲，根部發(fā)育也會受到明顯抑制。因此，藥食用菊花品種黃香菊不能在高于80 mmol/L NaCl的鹽濃度條件下健康萌發(fā)。本研究的結(jié)論為菊花種子育苗和菊花種子萌發(fā)條件的設(shè)置提供了一定的理論參考，但關(guān)于鹽脅迫對菊花種子萌發(fā)影響的機(jī)制以及萌發(fā)后期的幼苗生長情況還需進(jìn)一步研究。