混合盐碱胁迫对槭叶草种子萌发的影响

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　　摘 要 为获得槭叶草在吉林省西部盐碱地区栽培的理论和实践依据，研究其种子萌发期间对盐碱胁迫的耐受力和适应力。根据吉林省西部地区的土壤背景值，将NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3按7种不同比例、4种不同浓度模拟出28种混合盐碱条件，对槭叶草种子进行胁迫处理。研究了混合盐碱胁迫对种子发芽率、发芽势、发芽指数、根部形态和过氧化物酶活性的影响。结果表明，随着盐浓度和酸碱度的上升，槭叶草种子的发芽率、发芽势、发芽指数、须根数量、胚根长度和过氧化物酶活性均呈下降趋势，并随着处理浓度的增大，各指标下降的趋势明显。盐碱胁迫对槭叶草种子萌发有抑制作用，种子在中轻度盐碱地区可以正常萌发，在盐浓度高于20 mmol·L-1、pH高于10.20的地区可适当提高播种数量，以创造良好的景观绿化效果。
　　关键词 槭叶草;混合盐碱胁迫;种子萌发
　　中图分类号：S682.3 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.057
　　吉林省西部的松嫩平原是世界三大苏打盐碱地之一，盐碱土主要分布于西部的白城地区。该地区的土壤中盐分组成以Na2CO3、NaHCO3为主，Na+的含量为
　　89.64 mg·kg-1，pH值范围是7.8～9.5[1]。白城地区旱地土壤有强碱性和盐分极高的特性，这一土壤特性严重制约了该地区的植物种类。吉林省西部的绿地基础材料多为多年生植物，约占绿化总量的72.58%，其中以菊科植物为主[2]。为了实现科技创新对接国家战略，聚焦“一带一路”沿线盐碱地治理[3]，增加城市绿地的基础材料，降低长白山区向该地区引种驯化特色观赏植物的难度，如何选取大量适应盐碱地生长的草本绿化植物对于保护和美化盐碱地环境起到十分重要的作用。
　　槭叶草[Mukdenia rossii （Oliv.） Koidz]是虎耳草科槭叶草属植物，在我国主要分布于吉林省长白山一带，属吉林省重点保护野生植物[4];多年生草本植物，早春开花，花色洁白，秋季叶色变红，极具观赏价值，是优良的野生园林地被植物[5]。目前，国内关于槭叶草的研究着重于其药理作用、繁殖技术以及在干旱条件[6]和遮阴条件[7]下的栽培适应性研究，但是对其抗盐碱的能力及生理机制却知之甚少。从目前植物抗盐碱生理学研究现状来看，多以NaCl为研究对象，以Na+代谢、植物抗盐相关基因的分子生物学及盐胁迫的信息传导等为研究方向，而混合盐碱胁迫对其种子萌发的影响的研究未见报道。为此，研究采用不同浓度的两种中性盐NaCl、Na2SO4及两种碱性盐Na2CO3、NaHCO3按不同物质的量比混合，共模拟出28种与天然盐碱生态条件基本一致的复杂盐碱条件[8]，研究复杂盐碱胁迫对槭叶草种子萌发的影响，探讨其种子在萌发阶段对盐碱胁迫的耐受能力和适应能力，并为其在盐碱土壤中的栽培与萌发提供一定的基础数据和理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　试验所用种子为槭叶草种子，采自吉林农业大学园艺学院试验基地。种子净度为95%，千粒质量约0.05 g。
　　1.2 混合盐碱模拟设计
　　根据吉林省西部地区土壤盐度与pH复杂多变的特点以及槭叶草对盐碱的耐受能力，选用NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3这4种盐按不同物质的量比混合，分成7组（A～G）。各组盐分组成及物质的量之比如表1所示。在各组组内设置4个浓度梯度，盐浓度依次是5 mmol·L-1、10 mmol·L-1、15 mmol·L-1和20 mmol·L-1，總计28个处理组合，各处理pH值见表2，以蒸馏水处理作为对照。
　　1.3 萌发试验
　　选取大小一致，颗粒饱满的槭叶草种子进行萌发试验。任意选取400粒槭叶草种子约0.02 g，共87份，用滤纸包裹并叠成1 cm×2 cm大小的方块之后，用0.1%高锰酸钾溶液灭菌10 min，用无菌水冲洗6～8次，打开滤纸包，连同滤纸一同置于已放有一层滤纸的培养皿中待用，然后分别取10 mL各种胁迫盐碱溶液喷于培养皿中，以滤纸被润湿但无液体流出为基准，每一水平设3次重复，将上述培养皿放置在（20±3）℃光照培养箱中。每天用称重法补充蒸发散失的水分与缓冲液，以确保恒定的盐碱浓度[9]。
　　1.4 各项形态指标的测定
　　实验测定的发芽指标有发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长，从种子放入培养箱的第2 d开始观察记录，槭叶草种子的发芽势以第4 d种子的发芽总数计算;发芽率以第6 d种子的发芽总数计算;当胚根出现明显的露白时视为发芽，第6 d进行根部形态观察并测量胚根长度。各指标计算公式如式1～3。
　　式3中，Gt指在时间t日内的发芽数，Dt为相应的发芽时间。
　　1.5 过氧化物酶活性的测定
　　过氧化物酶（POD酶）是植物体内普遍存在的活性较高的一种酶，是植物体内抗氧化酶系统的重要组成部分，可以清除超氧化物自由基，使机体免受过氧化氢的毒害作用。其活性高低能反映植物受害程度、植物生长发育的特性、体内代谢状况以及对外界环境的适应性，与植物的代谢和抗逆性都有密切关系。实验中采用比色法测定POD酶活性[10]。
　　1.6 数据处理
　　试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0软件进行分析和多重比较，多重比较用LSD法。
　　2 结果与分析
　　2.1 混合盐碱胁迫对槭叶草种子发芽指标的影响
　　2.1.1 混合盐碱胁迫对槭叶草种子发芽率的影响
　　由表3可知，对照组槭叶草种子的发芽率为92.65%，随着盐溶液浓度和酸碱度的上升，槭叶草种子的发芽率均呈下降趋势，这说明中性盐和碱性盐都会抑制槭叶草种子的萌发。在同组中，随着盐浓度的增大，槭叶草发芽率逐渐降低，如A组20 mmol·L-1处理槭叶草发芽率为71.21%，比对照下降了21.44%;B组20 mmol·L-1处理槭叶草的发芽率仅为57.50%，比对照下降了35.15%;其他处理组不同浓度之间发芽率在两个水平下均达到了显著、极显著差异;在组间，随着碱性盐摩尔比的增加，槭叶草发芽率在逐渐下降，G组 　　20 mmol·L-1发芽率仅为43.36%，比A组同一浓度处理降低了27.85%。这些差异说明高浓度和高pH值对槭叶草种子的萌发影响较大，由此降低了槭叶草种子的发芽率和整齐度，这与王佺珍等[11]在植物对盐碱胁迫的响应机制研究中得出的结论一致。
　　2.1.2 混合盐碱胁迫对槭叶草种子发芽势的影响
　　由表4可以看出，对照组种子的发芽势为73.01%，发芽速度较快，整齐度较高;随着盐碱溶液浓度的升高和pH值的增大，槭叶草种子的发芽势逐渐降低，发芽时间逐渐延长。在相同的处理组中，不同盐溶液浓度下，发芽势差异都达到了极显著。同一盐碱浓度的处理组间，当盐浓度为5 mmol·L-1时，随着碱性的增强和盐碱成分的变化，A组到G组种子的发芽势逐渐从70.63%下降到50.12%，当盐浓度为20 mmol·L-1时，A组到G组的发芽势也逐渐从58.41%下降到30.36%。以上数据可以说明，盐浓度的增加和pH值的增大都会对槭叶草种子的萌发产生较强的抑制作用。
　　2.1.3 混合盐碱胁迫对槭叶草种子发芽指数的影响
　　从表5中可以发现，对照组的发芽指数为61.81，在相同的处理组间，槭叶草种子的发芽指数随着盐浓度的增大而逐渐减小，且同处理组内不同浓度间的差异均达到了显著、极显著;G组中盐浓度从5 mmol·L-1逐渐增加到20 mmol·L-1，发芽指数从45.53下降到28.8，下降了16.73;在浓度相同的组间，发芽指数逐渐降低，当盐碱浓度为5 mmol·L-1时，A组到G组发芽指数从59.46下降到45.53，下降了13.93;当盐碱浓度达到20 mmol·L-1时，A组到G组的发芽指数从47.89下降到28.8，下降了19.09。这些数据说明槭叶草种子发芽情况受盐碱胁迫的影响较大，随着盐浓度的上升和pH值的增大，种子逐渐发生劣变，发芽指数也逐渐降低，所受的毒害作用越来越大。
　　2.2 混合盐碱胁迫对槭叶草幼苗根形态指标的影响
　　2.2.1 混合盐碱胁迫对槭叶草幼苗胚根长的影响
　　从表6中可以看出，对照组种子的胚根生长最快，在每个处理组内，随着盐浓度的增大，胚根生长逐渐变弱。在A组中，5 mmol·L-1和10 mmol·L-1、10 mmol·L-1和15 mmol·L-1之间的差异不显著;B组中5 mmol·L-1和10 mmol·L-1之间的差异不显著;C组中5 mmol·L-1和10 mmol·L-1、10 mmol·L-1和15 mmol·L-1之间差异表现为不显著，其他处理之间表现为显著;而组与组之间，同一浓度的A到G随着pH值的增大，胚根长度逐渐减小，其中A组至D组的各组随着盐浓度的升高，胚根长度变化较缓和，同组内各处理间差异较小，E、F、G组随着溶液中碱性盐比例的升高，胚根生长受到的抑制变化较大。上述结果表明，在一定的盐碱浓度范围内，槭叶草种子可以萌发，但是胚根的生长受到了明显的抑制，导致其生长状况不良;在盐碱浓度高的条件下，槭叶草种子的胚根生长受到的抑制作用十分显著，甚至出现了不萌发或无根苗的现象。
　　2.2.2 混合盐碱胁迫对槭叶草幼苗须根数量的影响
　　由图1可以看出，对照组的须根数量最多，随着盐溶液浓度的增大和pH的升高，须根数量急剧减少。这是由于幼苗根系生长受到了抑制，同时也是槭叶草根系对盐碱胁迫的一种应激反应，反映了幼苗对盐碱胁迫的适应程度。
　　2.3 混合盐碱胁迫对POD酶活性的影响
　　由表7可以看出，处理组的POD酶活性最大，为12.14。除了A组中5 mmol·L-1和10 mmol·L-1，E组10 mmol·L-1和15 mmol·L-1之间差异不显著之外，其他各处理组内都表现为差异显著，A组5 mmol·L-1盐溶液处理的酶活性比对照组降低了2.73 U·g-1，G组20 mmol·L-1盐溶液处理的酶活性比对照组降低了9.65 U·g-1，说明槭叶草幼苗生长过程中受到了不同程度盐碱胁迫的伤害，且随着盐溶液浓度的升高和pH值的增大越来越强烈。
　　在不同的盐溶液和盐碱混合溶液中，槭叶草幼苗的POD酶活性大小不一样，说明盐胁迫和碱胁迫的反应机制不一样。在A、B两组盐胁迫处理中，POD酶活性表现出先增大后减小的变化，而其他碱胁迫各处理组内，随着盐溶液浓度的增大，酶活性不断降低，这与孟祥浩等[12]在小麦根系活力的研究中得出的结论一致，这种变化趋势可能与POD酶在逆境的初期表达及植物的瞬时反应相关。在A、B两个处理组中，酶活性随盐溶液浓度的变化较为缓慢，D、E、F、G四个处理组在5～10 mmol·L-1变化幅度趋于缓和，在10～20 mmol·L-1变化幅度较大，有逐渐递减的趋势，C、D、E、F、G五组盐碱混合溶液在
　　5～15 mmol·L-1酶活性下降的幅度较大，随后出现逐渐缓和的趋势。以上结果表明，低浓度的中性盐溶液对槭叶草幼苗的代谢抑制程度较低，随着盐溶液浓度的增大而逐渐递增;槭叶草幼苗对低浓度的碱性溶液比较敏感，但随着浓度的增大，这种抑制作用趋于平缓，酶活性逐渐降低，甚至失活，说明盐碱混合胁迫对植物幼苗酶活性的影响可能是由于高pH及其与其他离子胁迫的交互作用导致的，这与李辛等[13]在雾冰藜幼苗对盐碱混合胁迫的研究结论一致。
　　3 讨论与结论
　　在所模拟的覆盖了盐浓度5～20 mmol·L-1、pH为6.00～11.03的28种混合盐碱胁迫下，槭叶草的各项萌发参数在对照组（0 mmol·L-1）下最高，且均随盐浓度及pH值的升高而下降。发芽率、发芽势、发芽指数、根形态指标和POD酶活性等大致都呈现下降的趋势，这与杨春武等[14]对星星草种子萌发的研究结论一致。各处理组与对照之间存在显著差异（P<0.05）或极显著差异
　　（P<0.01），盐度、酸碱度及二者之间的交互作用对种子萌发均有显著抑制作用（P<0.05）;槭叶草种子的萌发受到了不同程度的影响，并且随着盐碱溶液浓度的上升和pH值的增大，各指标下降得越来越明显，低盐溶液浓度和低pH值对槭叶草种子萌发的影响较小，说明槭叶草对低程度的盐碱胁迫有一定的耐受能力;随着溶液碱性的增强和盐度的增大，各项指标均有明显的下降趋势，而高盐度和高pH值脅迫抑制了槭叶草种子的萌发，使其发芽延迟甚至不发芽。因此，在一定的盐碱浓度和pH值的范围内，槭叶草可以正常萌发，当槭叶草播种在单一盐浓度高于20 mmol·L-1、pH高于10.20的地区可适当提高播种数量，以创造良好的景观绿化效果。此项研究可用来指导园林绿化生产，为槭叶草在吉林省西部地区的盐碱地治理[15]和绿化提供一定的参考价值和理论依据。 　　参考文献：
　　[1] 郝玉梅，孙长春，冷晶.白城地区盐碱地土壤化学分析[J].白城师范学院学报，2013，27（5）：46-48.
　　[2] 安永熙，玄永男，王百成，等.关于中国吉林省白城地区盐碱性旱地植被的研究[A].第二届中国林业学术大会——S14产学研结合平台论文集[C].国家林业局，广西壮族自治区人民政府，中国林学会：中国林学会，2009：12-15.
　　[3] 郧文聚，杨劲松，鞠正山.以科技创新对接国家战略—聚焦“一带一路”沿线盐碱地治理[J].国土资源，2015（9）：44-46.
　　[4] 乔恒，隋希英，陈建军，等.吉林省重点保护野生植物名录[J].吉林林业科技，2009，38（2）：23-40.
　　[5] 中國科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京：科学出版社，1992.
　　[6] 张爽，董然，董妍，等.干旱胁迫对槭叶草生长及光合生理特性的影响[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2014，42（11）：69-74.
　　[7] 张爽，董然，董妍，等.不同空气相对湿度对槭叶草生长及光合生理特性的影响[J].东北林业大学学报，2014，42（3）：24-36.
　　[8] 王妮妮.混合盐碱胁迫对皂荚种子萌发的影响[J].东北林业大学学报，2017，45（4）：14-27.
　　[9] 潘多锋，申忠宝，王建丽，等.碱性盐胁迫对白三叶种子萌发及幼苗生长的影响[J].北方园艺，2015（14）：67-70.
　　[10] 张治安，张美善，蔚荣海.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业科学技术出版社，2004.
　　[11] 王佺珍，刘倩，高娅妮，等.植物对盐碱胁迫的响应机制研究进展[J].生态学报，2017，37（16）：5564-5577.
　　[12] 孟祥浩，刘义国，张玉梅，等.不同小麦品种苗期抗氧化特性及根系活力对盐胁迫的响应[J].麦类作物学报，2015，35（8）：1168-1175.
　　[13] 李辛，赵文智.雾冰藜（Bassiadasyphylla）种子萌发和幼苗生长对盐碱胁迫的响应[J].中国沙漠，2018，38（2）：300-306.
　　[14] 杨春武，贾娜尔，阿汗，等.复杂盐碱条件对星星草种子萌发的影响[J].草业学报，2006，15（5）：45-51.
　　[15] 徐璐，王志春，赵长巍，等.东北地区盐碱土及耕作改良研究进展[J].中国农学通报，2011，27（27）：23-31.
　　（责任编辑：刘昀）
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