水势介导的不同胁迫对虎尾草种子发芽的影响

王英男，齐明明，张金伟，张 娜，阎秀峰，蔺吉祥

(1.东北林业大学 盐碱地生物资源环境研究中心/东北油田盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040；2.东北师范大学 草地科学研究所/植被生态科学教育部重点实验室，吉林 长春 130024)

水势介导的不同胁迫对虎尾草种子发芽的影响

王英男1，齐明明1，张金伟2，张 娜2，阎秀峰1，蔺吉祥1

(1.东北林业大学 盐碱地生物资源环境研究中心/东北油田盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040；2.东北师范大学 草地科学研究所/植被生态科学教育部重点实验室，吉林 长春 130024)

虎尾草(Chlorisvirgata)是我国北方地区广泛分布的优质牧草，对东北地区盐碱地改良与恢复起着至关重要的作用。用NaCl,NaHCO3和PEG分别模拟土壤的盐、碱和干旱条件以明确基于相同水势的不同胁迫特征对虎尾草种子发芽的影响。结果表明，在各胁迫处理下，随着水势的降低，虎尾草种子的发芽率、发芽速率以及芽长与根长均不断下降，且碱胁迫下下降幅度最大。盐胁迫处理下，虎尾草种子复萌率在-1.2 Mpa最高，干旱胁迫处理中未发芽的种子80%以上也可以继续萌发，但在此水势的碱胁迫中未发芽的虎尾草种子均难以复萌。研究结果表明，盐、碱和干旱胁迫对于虎尾草种子的发芽有着不同的影响，由于高pH作用，碱胁迫对虎尾草发芽的抑制作用强于盐胁迫与干旱胁迫。

虎尾草；盐胁迫；碱胁迫；水势；复萌

虎尾草(Chlorisvirgata)是禾本科一年生优质牧草，广泛分布于我国各地区，尤以北方居多，其富含大量的蛋白质，是家畜喜食的优质牧草[1]。东北地区松嫩草地由于人为不合理的利用与开发，70%的草地发生了不同程度的退化，且退化面积仍在逐步扩大，虎尾草种子产量高，生长迅速，雨季可以迅速萌发，形成单优势种的虎尾草群落；虎尾草植株根系发达，茂密，具有较强的耐盐碱与耐旱性。为此，一直以来虎尾草被视为改良与恢复退化盐碱草地的优势物种[2]。

种子萌发期是植物生活史的起点，也是最为重要的阶段，对植株的建成与分布起着决定性的作用[3]。种子萌发受温度、氧气、光照等一系列环境因素的影响，其中，土壤水势是最为关键的条件。对于休眠深度较轻的植物种子，在外界环境条件适宜的情况下，一旦吸收水分便可以萌发出苗。在东北松嫩草地上，土壤水势主要受盐、碱浓度与干旱程度制约。有研究明确了盐胁迫与碱胁迫是两种完全不同类型的胁迫，其对植物生长与生理代谢影响有着很大差别[4-6]，并且也证明了盐胁迫与干旱胁迫存在一定的关联[7-9]，但是有关通过相同的水势条件来深入解析盐、碱和干旱对植物种子发芽的影响，以明确不同类型胁迫的特征及对植物种子发芽的毒害机理研究较少。以虎尾草为研究对象，通过人工模拟土壤盐、碱和干旱条件解析其对虎尾草发芽的影响，为生产中虎尾草的合理利用以及退化草地的改良与恢复提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试虎尾草种子2013年采自吉林省长岭县松嫩草地西南部盐碱草地，地理位置N 44°44′，E 123°44′。该地区属温带半干旱大陆性季风气候，无霜期140 d，年平均气温4.9℃、年均降水量470 mm[10]。采收后的虎尾草种子装入透气的口袋中，放入4℃冰箱内保存备用，试验于2014年7月进行。

1.2 温度与盐、碱和干旱条件设置虎尾草种子发芽温度设置为15～25℃变温条件，低温12 h(黑暗)，高温12 h(光照，光照强度为6 400 lx)。通过预试验设定盐浓度为0、50、100、200和300 mmol/L，由NaCl进行模拟。试验各浓度盐处理的水势由露点微伏计(HR33T,Wescor Inc.,USA)测定，分别为0,-0.2,-0.4,-0.8 和-1.2 MPa。根据盐胁迫的水势梯度测定出碱胁迫(NaHCO3)浓度，干旱胁迫则根据Michel and Kaufmann 对温度与PEG浓度对渗透势影响的研究所得出的渗透势随PEG6000浓度与温度变化曲线进行计算[11]。

1.3 种子发芽试验

挑选饱满一致的虎尾草种子，先用NaClO溶液消毒10 min，然后再用蒸馏水冲洗3遍，在自然条件下风干。用双层滤纸平铺于直径11 cm的培养皿中，并分别加入10 mL不同浓度的盐、碱和干旱处理液，以蒸馏水作为对照组，每皿均匀摆入50粒种子，每种处理4次重复。试验过程中，用称重法每天早晚各1次补充蒸发失去的水分，保持盐浓度恒定，种子露白即视为萌发，每天同一时间记录发芽的种子数量，试验共8 d。并在发芽试验的最后一天测量幼苗的根长与苗长。

种子的发芽率=(发芽的种子数/种子总数)×100%；

发芽速率采用修正的Timson指数进行计算，G是种子每天的发芽率，t是总的发芽日期[12]。

发芽速率=∑G/t×100%

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS 13.0统计软件，对不同处理下发芽与生长指标进行单因素方差分析，结果用平均数正负标准误表示，单因素方差分析(ANOVA)后做多重比较(LSD)，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 盐、碱与干旱胁迫对虎尾草种子发芽率与发芽速率的影响

虎尾草种子在无胁迫环境条件下发芽率最高，为85.3%，随着水势的降低，各胁迫下种子发芽率均呈下降趋势。在盐胁迫下，当水势在-0.2和-0.4 MPa时，种子发芽率并未与对照出现显著差异，而当水势达到-0.8 MPa时，种子发芽率开始显著下降(P<0.05)。在碱胁迫下，当水势仅为-0.2 MPa时，种子发芽率便显著下降(P<0.05)，而当水势达到-0.8 MPa时，种子发芽率为0。干旱胁迫对种子的抑制作用介于盐胁迫与碱胁迫之间，当水势为-0.2 MPa时，发芽率并未发生显著变化，随着水势进一步降低，种子发芽率显著下降(P<0.05)，在水势为-1.2 MPa时，种子发芽率为0(表1)。发芽速率与发芽率变化规律相似，碱胁迫对虎尾草种子的抑制作用最强(表1)。

表1 盐、碱与干旱胁迫下虎尾草种子的发芽率与发芽速率Table 1 Effect of salinity,alkalinity and drought stresses on seed germination percentage and germination rate of Chloris virgata

注：不同字母表示同一胁迫处理下不同水势之间差异显著(P<0.05)，下同

2.2 盐、碱与干旱胁迫对虎尾草种子复萌率与总发芽率的影响

虎尾草种子的复萌率在盐胁迫与干旱胁迫中表现出相似的变化规律，随着水势的不断降低，复萌率不断升高(图1)。在盐胁迫下，水势为-0.2和-0.4 MPa时，虎尾草种子复萌率为0，当水势达到-1.2 MPa时，复萌率最高，为32.9%。干旱胁迫尽管表现出相似的变化规律，但是复萌率较盐胁迫更高，在最低水势(-1.2 MPa)时，复萌率达到了82.67%。碱胁迫则表现出不同的变化规律，呈先上升后下降的趋势，在水势为-0.4 MPa时，复萌率最高，为61.6%，随着水势的进一步降低，复萌率显著下降(P<0.05)。

在盐胁迫下，除最低水势(-1.2 MPa)外，虎尾草种子在经过复萌后总发芽率与对照并未发生显著变化，而对于干旱胁迫，即使在最低水势下，总发芽率也与对照无显著差异(图2)。而在碱胁迫下，当水势为-0.2 MPa时与对照无显著差异，而随着水势进一步降低，虎尾草总发芽率显著下降(P<0.05)，特别是在最高浓度碱胁迫下，总发芽率下降了60%，表明碱胁迫对种子的抑制作用最强。

图1 盐、碱和干旱胁迫下虎尾草种子复萌率Fig.1 Effect of salinity,alkalinity and drought stresses on seed germination recovery percentage of Chloris virgata注：不同小写字母表示同一胁迫处理下不同水势之间差异显著(P<0.05)，下同

图2 盐、碱和干旱胁迫下虎尾草种子总发芽率Fig.2 Effect of salinity,alkalinity and drought stresses on total germination percentage of Chloris virgata

虎尾草芽长与根长同样随着水势的降低而减少(表2)。虎尾草芽长在各胁迫处理下随着水势的降低显著下降(P<0.05)，且在碱胁迫下下降幅度更大，当水势为-0.8 MPa时，芽长为0。根长的变化相对芽长来说并不明显，盐胁迫下各水势之间并无显著差异，而同样是碱胁迫对根长的抑制作用最强。

3 讨论

松嫩草地位于我国东北部，是典型的干旱半干旱地带，由于降水的不规则，蒸发量大于降水量，且土壤类型多为盐碱土，使得生长在其中的盐生植物种子通常会面临盐、碱和干旱胁迫，而由不同类型胁迫产生的低水势无疑是制约种子发芽的重要因素[13，14]。盐生植物能够生活在这种环境中，自身也会有一定的适应策略[15]。研究结果发现，在相同水势下，碱胁迫对种子发芽的抑制作用最强，干旱胁迫次之，而盐胁迫下种子发芽率相对较高。主要是由于盐、碱胁迫抑制种子萌发的机理不同，盐胁迫对种子萌发的抑制归因于渗透胁迫与离子效应，而碱胁迫除了具有与盐胁迫相同的抑制效应外，又附加了高pH伤害，使有毒的Na+与H+的交互作用远大于单纯离子对种子萌发的影响[16-18]。通过盐胁迫与干旱胁迫结果分析表明，一定程度的离子效应对发芽有一定的促进作用。

表2 盐、碱与干旱胁迫下虎尾草种子幼苗生长Table 2 Effect of salinity,alkalinity and drought stresses on seedling growth of Chloris virgata

尽管盐生植物种子在高浓度盐胁迫下发芽率较低，但当水分等环境适宜，盐浓度降低后，多数种子可以继续萌发[19，20]。研究结果表明，较低浓度盐胁迫下，复萌率较低，而在高盐浓度下，复萌率较高，表明高盐胁迫对虎尾草种子的抑制作用可能主要以渗透胁迫为主，而非离子毒害，此点在干旱胁迫的结果中也得到了证实，最低水势下未萌发的虎尾草种子80%以上可以复萌[21]，一方面表明低水势对虎尾草种子发芽有一定的刺激作用，另一方面也说明多数虎尾草种子在超出其耐受限度时仍然可以保持活力，一旦遇到雨水较多的气候，土壤水分充足时便萌发出土。而在碱胁迫下，虎尾草种子复萌率普遍较低，表明碱胁迫具有的高pH，对种子伤害更为复杂，不仅仅表现为对发芽率与发芽速率的抑制，其加剧了渗透胁迫、离子效应对萌发的抑制作用，还在一定程度上破坏了种胚，使种子失去活力。说明盐胁迫与碱胁迫对虎尾草种子萌发抑制作用和毒害机理是不同的，有关这点，有待今后工作中进一步研究。

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WANG Ying-nan1,QI Ming-ming1,ZHANG Jin-wei2,ZHANG Na2,YAN Xiu-feng1,LIN Ji-xiang1,

(1.AlkaliSoilNaturalEnvironmentalScienceCenter,NortheastForestryUniversity/KeyLaboratoryofSaline-alkaliVegetationEcologyRestorationinOilField,Ministryofeducation,Harbin150040,China；2.KeyLaboratoryofVegetationEcologyofMinistryofEducation,InstituteofGrasslandScience,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China)

Chlorisvirgatais considered as a useful grass species for grassland restoration in Northern China.The effect of salinity,alkalinity and drought stresses simulated with NaCl,NaHCO3and PEG solutions on seed germination and seedling growth was studied under same water potential conditions.And the water potentials were -0.2,-0.4,-0.8 and -1.2 MPa. Results showed that the seed germination percentage,germination rate,root length and bud length gradually decreased along with the decrease of water potential.Recover percentage in salinity treatment reached the highest at -1.2MPa,and over 80% of seeds germinated at this water potential after removing drought stress.But it was hard to recover under the same water potential of alkali stress.Salinity,alkalinity and drought stresses had different impacts on seed germination.Due to high pH,the inhibitory effect of alkali stress was stronger than salinity and drought stresses.

salt stress;alkaline stress;germination percentage;water potential;recovery

2015-06-01；

2015-06-15

中央高校基本科研业务费专项资金(2572015 CA17,2572014EA04)；国家自然科学基金(31502013)；植被生态科学教育部重点实验室开放基金(130026529)；黑龙江省自然科学基金(C2015060)资助

王英男(1989-)，男，黑龙江哈尔滨人，在读硕士研究生。 E-mail：yingnan1027@foxmail.com 蔺吉祥为通讯作者。

Q 945.78

A

1009-5500(2015)05-0028-05