苍耳种子萌发对盐胁迫和不同温度的响应

马 杰

(重庆师范大学学报编辑部，重庆 400047)

当前，生物入侵已成为倍受关注的一个重要问题［1－2］，一些入侵生物已导致巨大的经济损失和生态危害。因此，对于入侵种应足够重视，以防止其破坏性地爆发而危害当地生物多样性。

苍耳，俗称苍耳草、刺儿棵、苍耳子、苍浪子等，为菊科(Compositae，Asteraceae)苍耳属(Xanthium)一年生草本植物，原产于美洲和东亚，广泛分布于欧洲大部和北美部分地区。苍耳的果实10－11月成熟，果实表面密生钩刺及细毛。作为一种入侵植物，它能很好地适应当地的气候。另外，野外调查发现，刺苍耳的果实成熟良好，能正常萌发，这为其居群的扩散奠定了基础。该植物果实较大，主要靠水流、动物和人有意或无意地传播而扩散。在母株周围，由于散落的种子较多，所以苍耳翌年能形成团块状的群体，局部郁闭度大。

苍耳结实量大，对环境的适应能力强，易于散布，各种环境都适宜生长，广泛分布于我国南北各省，常生长于旷野山坡、旱地边、盐碱地及路旁，尤其在荒野路边、田边最多，也是部分地区草坪中常见阔叶杂草，目前正逐渐往农田转移，能给农作物和生态环境造成严重危害。

鉴于苍耳的危害日趋严重的状况，探讨其生理生态适应性具有重要的现实意义。本文在不同温度和NaCl胁迫条件下，研究苍耳种子的萌发特性及其幼苗抗逆性的变化，为进一步探究其入侵机制及防治提供科学依据［3－10］。

1 材料与方法

1.1 材料

2011年3月，在缙云山采集成熟的苍耳(X.sibiricum)种子(29.65'N，106.49'E，Alt.，307 m)。采集后的果实置于室温下晾干，清理后，存放在冰箱(4℃)备用。

1.2 种子萌发

在萌发试验之前，首先用1%双氧水(H2O2)溶液对刺苍耳种子进行消毒，对消毒后的种子置于直径为90 mm的培养皿中，放于不同的萌发箱中进行萌发检测。将种子分别置于10、15、20、25、和30℃以及变温15/25℃(night/day，12 h/d)的培养箱中进行种子萌发试验。试验过程中适时加蒸馏水以保持滤纸湿润。培养皿中垫2层湿润的滤纸，每个培养皿中放置30粒种子，重复3次。以胚根突破种皮作为种子的萌发标准，每24 h观察与记录1次，持续到不再有种子萌发为止(霉烂的种子视为无活力的种子)，萌发持续时间为40 d。

1.3 NaCl溶液处理

由以上试验得到最佳萌发温度后，进行盐胁迫处理试验。种子消毒后，用不同浓度的NaCl溶液处理。分别测定种子在 0(对照)、10、50、70、100、和150 mmol/L NaCl溶液中的萌发率。每一组包含2×35粒种子(即2个重复，每个培养皿有35粒种子)，置于25℃的培养箱中培养。在试验过程中，适时添加NaCl溶液并更换滤纸，定时观察记录种子的萌发率。种子萌发后形成的幼苗(1～2 cm)被用来测定脯氨酸(proline)和丙二醛(MDA)的含量。

1.4 脯氨酸含量的测定

将NaCl处理后形成的幼苗取出，测定根长，然后放置于－20℃冰箱中保存以备脯氨酸测定之用。根据Bates等(1973)的酸性茚三酮法测定脯氨酸的含量，以μg/g fresh weight(FW)表示。取2 g样品置于研钵中，加入80%的乙醇共10 mL(放少量石英砂及聚乙烯吡咯烷酮，PVP)研磨至匀浆，于80℃恒温水浴中抽提20 min。然后3000 r/min离心15 min。取提取液2 mL，再加入2 mL冰醋酸和2 mL茚三酮试剂，混匀后在沸水浴上反应15 min，冷却后以80%的乙醇为对照，比色测定A515。再从脯氨酸标准曲线上求出样品液中脯氨酸的含量。脯氨酸含量(μg/g)=(C×VT)/(W ×V1)，其中:C表示由标准曲线上查得的脯氨酸浓度(μg/mL);VT为提取液总体积(mL);V1为提取液的加入量(mL);W为样品质量(g)。

1.5 丙二醛(MDA)含量的测定

将NaCl处理后获得的幼苗取出，采用TBA法测定MDA的含量［4］，以μmol/g表示。取1 g样品置于研钵中，加入5%三氯乙酸(TCA)共10 mL，研磨至匀浆，4000 r/min离心10 min。取提取液2 mL，加入0.6%的硫代巴比妥酸(TBA，溶于10%TCA中)溶液2 mL，混合后在沸水浴上反应10 min(自试管内溶液中出现气泡开始计时)，冷却后3000 r/min离心15 min。取上清液分别在波长A450、A532和 A600下测定吸光值;以 μmol/g(fresh weight，FW)表示。MD浓度的计算公式为:MDA 浓度 =6.45(A532－A600)－0.56 A450。

2 结果

2.1 温度处理对刺苍耳种子萌发的影响

在不同温度下，苍耳种子的萌发率存在显著差异(P＜0.05)。在试验温度体系中，随着温度的升高，种子的萌发率提高。当萌发温度为10℃时，发芽率仅为21.1%;而当温度上升到30℃时，刺苍耳种子的萌发率变为91.1%;另外变温(25/15℃)处理后，种子的发芽率为27.8%。试验结果表明:在试验的温度体系中，30℃是最适宜于苍耳种子萌发的温度;变温(15/25℃)对种子萌发无明显的促进作用(图1)。

图1 温度对刺苍耳种子萌发率的影响

2.2 氯化钠对苍耳种子萌发的影响

苍耳种子的萌发率显著地受NaCl溶液的影响。在25℃时，对照组(蒸馏水处理)的萌发率为84.3%，NaCl溶液浓度由0升高到10 mmol/L，种子萌发率由84.3%升高到88.6%。而随着NaCl溶液浓度的继续升高，种子萌发率反而下降。当NaCl溶液浓度由10 mmol/L升高到150 mmol/L时，种子萌发率由88.6%降低到22.9%。总体上，随NaCl溶液浓度的升高种子萌发率降低，与渗透胁迫程度呈负相关(图2)。

2.3 幼苗脯氨酸含量

随着NaCl溶液浓度的升高，苍耳幼苗中脯氨酸的含量明显增加，均高于对照组(以蒸馏水处理)。对照组中脯氨酸含量为149.5 μg/g，在渗透胁迫下，当NaCl溶液浓度从0增加到70 mM/L时，幼苗脯氨酸含量从 149.5 μg/g增加到 489.3 μg/g。当NaCl溶液浓度继续升高时，由70 mM/L增加到100 mM/L时，幼苗脯氨酸的含量反而会降低，从489.3 μg/g 降低到295.9 μg/g，但仍然高于对照组(图3)。

图2 NaCl胁迫对苍耳种子的萌发的影响

图3 NaCl胁迫条件下苍耳幼苗中脯氨酸的含量

2.4 幼苗丙二醛(MDA)含量

在NaCl胁迫条件下，随着NaCl溶液浓度的升高，苍耳幼苗中MDA的含量逐渐增加，均高于对照组(以蒸馏水处理)。当NaCl溶液浓度从0增加到 50 mM/L时，幼苗的 MDA的含量从0.0080 μmol/g增加到 0.0103 μmol/g;当浓度从50增加到70 mM/L时，MDA有含量从0.0103 μmol/g 降低到0.0096 μmol/g;当 NaCl溶液浓度继续增加，从70增加到150 mM/L时，幼苗中的MDA又随浓度的增加而增加，从0.0096 μmol/g增加到 0.0132 μmol/g(图 4)。

3 讨论

种子萌发特性是植物生活史中的一个重要特征，对于植物种的生存具有重要意义。环境因素及其种子本身的状态对种子萌发的影响是植物生活史中的一个重要特征。

图4 NaCl胁迫条件下苍耳幼苗中丙二醛(MDA)的含量

温度对刺苍耳种子萌发有显著的影响，是影响苍耳种子萌发的重要因素之一。在萌发过程中，种子内部进行着一系列的生理生化反应，其中包括一些重要的酶促反应，而酶促反应受制于外界环境的温度。在本试验中，随着温度的升高，种子的萌发率提高。在种子萌发过程中，在放置2 d后，种子则开始萌发，没表现出休眠的特性。萌发温度为10℃时，发芽率仅为21.1%，且胚芽长势缓慢，说明温度太低不利于苍耳种子的萌发;当温度上升到30℃时，苍耳种子的萌发率变为91.1%;而变温条件下，苍耳种子萌发率为27.8%。通过分析所试验的几个不同温度的萌发率，发现30℃最适宜刺苍耳种子的萌发，且变温处理对种子萌发没有明显促进作用。

盐分对非盐生植物最普通和最显著的效应就是阻止生长。盐分对植物生长的抑制机理是一个相当复杂的问题。不同盐类和同一盐类不同盐浓度、不同植物和同一植物不同器官和不同发育阶段、以及暴露于盐渍条件下时间的长短都可以产生不同的结果，盐分的抑制机理也不相同。本研究表明，NaCl胁迫对苍耳种子发芽率有一定的影响。低浓度的 NaCl对刺苍耳种子的萌发影响较不明显，而高浓度盐分则对种子萌发有显著的抑制作用，甚至导致完全不萌发。而在种子萌发过程中，NaCl胁迫对苍耳种子萌发各项生理指标均有不同程度的影响。其中，NaCl胁迫对刺苍耳种子萌发过程中芽和根的生长有明显的抑制作用，这可能是NaCl胁迫导致外界培养溶液的水势降低，细胞吸水困难，使得苍耳的组织细胞出现生理性缺水。植物组织中脯氨酸含量在一定程度上反映了植株体内的水分情况，因而可以作为植物缺水情况的参考性生理指标。在高等植物处于胁迫因子的作用下时，脯氨酸是最常产生的渗透调节剂之一［10］。在不同的胁迫条件下，植物体内游离的脯氨酸含量的增加量是不同的。从本试验的结果来看，NaCl胁迫对苍耳幼苗脯氨酸含量变化有显著影响。低浓度的 NaCl培养液处理的刺苍耳幼苗的脯氨酸含量逐渐升高，脯氨酸含量提高也可能是苍耳幼苗对 NaCl胁迫环境的一种适应性生理效应。高浓度的 NaC1培养液处理的苍耳幼苗的脯氨酸含量则随着NaCl浓度的升高而逐渐降低，这可能是由于NaCl胁迫使植物体内蛋白质的合成受到破坏，从而脯氨酸含量反而降低。盐胁迫产生盐害时，植物代谢失调，引起蛋白质合成下降或脯氨酸氧化受阻，从而积累较多的游离脯氨酸，因此，可以认为长期大量的游离脯氨酸的积累不仅是适应盐胁迫的策略，也是发生盐害(盐毒性)的表现。这与其他报道的研究结果相似［3，8］。

氯化钠(NaCl)胁迫对植物危害的一个重要方面是对膜结构和组成的影响。NaCl胁迫下对盐敏感的植物膜系统先遭到破坏。而细胞膜是生物体细胞器与环境间的一个屏障，对保持生物体的正常生理生化过程的稳定性具有十分重要的作用，所以植物细胞膜透性的变化是公认的植物抗性生理指标之一。植物组织中MDA含量可反映细胞膜受伤程度的大小。在盐胁迫下，细胞膜发生膜脂过氧化，MDA是膜脂过氧化作用的最终产物，因此，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。结果表明，随着胁迫时间的增加，NaCl处理后的苍耳幼苗的MDA含量逐渐升高，这说明其细胞膜已受到一定程度的损伤，这可能是 NaCl在细胞中积累而导致高浓度的盐分对膜表面的磷脂发生氧化。

综上所述，温度和NaCl溶液处理均会显著影响苍耳种子的萌发，较高温度有利于种子萌发，并且NaCl胁迫对苍耳种子的萌发有抑制作用，对幼苗的生长也有显著的影响。此外，苍耳种子耐盐性较强，对生境有较强的适应能力。这些结果为进一步研究苍耳的入侵机理和入侵后对本地种的影响和防治奠定了基础，为进一步减少和防止苍耳的扩散具有现实意义。

［1］陈润政，黄上志，宋松泉，等.植物生理学［M］.广州:中山大学出版社，1998:291－292.

［2］李振宇，解焱.中国外来入侵种［M］.北京:中国农业出版社，2002.

［3］孙志宾，齐兴云，张洪涛，等.The effect of NaCl to the growth and osmotic regulation of Arabidopsis thaliana［J］.山东科学，2006，19(3):7 －14.

［4］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，2004:138－141.

［5］Bates L S，Walderen R P，Teare I D.Rapid determination of free proline for water stress studies［J］.Plant Soil，1973，39:205 －207.

［6］Bewley J D.Seed germination and dormancy［J］.Plant Cell，1997，9:1055 －1066.

［7］Lin C C，Kao C H.Effects of NaCl stress on H2O2metabolism in rice leaves［J］.Plant Growth Regulation，2000，30:151－155.

［8］Lin J P，Zhu J K.Proline accumulation and salt-stress-induced gene expression in a salt-hypersensitive mutant of Arabidopsis［J］.Plant Physiology，1997，114:591 －596.

［9］Vitousek P M，Dántonio C M，Loope L L，et al.Introduced species:a significant component of human－caused global change［J］.New Zealand Journal of Ecology，1997，21:1－16.

［10］Xu S J，An L Z，Feng H Y，et al.Effects of seasonal water stress on Ammopitanthus mogolicusin［J］.Journal of Arid Environments，2002，51:437 －447.