盐节木种子萌发对温度、光照和盐旱胁迫的响应

程 龙，李志军，韩占江，石新建

(塔里木大学植物科学学院 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆 阿拉尔 843300)

盐节木种子萌发对温度、光照和盐旱胁迫的响应

程 龙，李志军，韩占江，石新建

(塔里木大学植物科学学院 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆 阿拉尔 843300)

以盐节木(Halocnemumstrobilaceum)种子为材料，研究不同温度、光照对种子萌发的影响，以及种子萌发阶段对不同浓度NaCl溶液和PEG-6000溶液的响应。结果表明，1)盐节木种子萌发的最适温光条件为30 ℃12 h黑暗/35 ℃12 h光照，最终萌发率达到99%。2)低浓度(0～300 mmol·L-1)的NaCl对盐节木种子萌发不构成胁迫，中等或较高浓度(400～700 mmol·L-1)的NaCl则显著抑制其萌发(P<0.05)；随着NaCl浓度的增加，抑制作用加剧，盐节木种子的耐盐(NaCl)阈值和极限值分别为470.47、829.30 mmol·L-1。3)高渗透势(-0.4～0.0 MPa)的PEG对盐节木种子萌发不构成胁迫，中等或较低渗透势(-1.4～-0.6 MPa)的PEG则显著抑制其萌发(P<0.05)，随着外界渗透势的降低，抑制作用加剧，盐节木种子的耐旱(PEG)阈值和极限值分别为-0.75和-1.46 MPa。盐节木种子萌发时表现出较强的抗盐性和抗旱性。

盐节木；温度；光照；盐胁迫；干旱胁迫；种子萌发特性

我国的干旱地区大多为生态脆弱区，同时又多为盐渍区，严重制约着农业生产[1-2]。盐渍区和干旱区的生物治理和综合开发是未来农业发展的重大课题[3]。盐旱胁迫均是影响植物生长和发育的不利因素，种子能够萌发成苗是植物在极端条件下生长发育的前提，故种子萌发阶段对盐碱和干旱的适应性对于植株的建成有重要意义[3-6]，种子阶段又是植物种群更新过程中最薄弱的环节[7-8]。藜科(Chenopodiaceae)植物多分布于盐碱和干旱地带，近年来，关于藜科植物种子萌发期的抗逆性研究取得了较大进展，随着NaCl浓度的增加或PEG渗透势的下降，盐爪爪(Kalidiumfoliatum)、盐穗木(Halostachyscaspica)、梭梭(Haloxylonammodendron)、驼绒藜(Ceratoideslatens)、碱蓬(Suaedaglauca)、盐节木(Halocnermumstrobilaceum)和白茎盐生草(Halogetonarachnoideus)种子的萌发均受到抑制[9-13]。

盐节木是藜科盐节木属矮小半灌木，分布较广，具有很强的耐盐能力，是重要的耐盐植物资源[14-15]。关于盐节木的研究主要集中在生态学特性、根系、温度和盐分对种子萌发和幼苗生长影响等方面[9,16-18]。在对盐节木种群的长期野外调查中发现，影响盐节木种子萌发的外界因素主要有温度、土壤盐分和水分；其萌发过程对光照条件的需求尚不清楚；此外，关于盐旱胁迫对盐节木的影响报道较少，使得人们对该种子萌发期的抗盐性和抗旱性认识不足。基于此，本研究在人工控制条件下，研究盐节木种子在最适宜条件下对盐旱胁迫的响应，旨在揭示盐节木种子萌发期对外界生境的适应策略，同时为进一步发掘其抗逆基因奠定基础。

1 材料和方法

1.1 供试材料

成熟的盐节木种子，于2012年9月采自新疆塔里木盆地的和静县。种子采集后于4 ℃条件下贮存，备用。

1.2 试验设计

1.2.1 种子萌发试验 设置5个温度条件，为10 ℃/15 ℃、15 ℃/20 ℃、20 ℃/25 ℃、25 ℃/30 ℃和30 ℃/35 ℃，3种光照条件，为24 h全黑暗(温度设置以12 h为周期)、24 h全光照(温度设置以12 h为周期)和12 h黑暗/12 h光照，共计15个处理，每个处理重复3次[13]。

每个处理选50粒种子，3次重复，先用5%的NaClO溶液消毒5 min，再用蒸馏水清洗3～5次，将种子播种在直径为90 mm垫有两层湿润滤纸的培养皿中，置于光照培养箱中培养。以胚根突破种皮作为种子萌发的标志，每24 h记录一次当天萌发的种子数量，将已萌发的种子移除培养皿，连续观察3 d或7 d(盐旱处理条件下)至种子不萌发时计为萌发结束[13]。

1.2.2 盐胁迫试验 设置8个NaCl浓度梯度，分别为0(CK)、100、200、300、400、500、600和700 mmol·L-1。种子盐胁迫试验在筛选出的最适温光条件(30 ℃ 12 h黑暗/35 ℃ 12 h光照)下进行。

1.2.3 干旱胁迫试验 模拟干旱条件，设置8个PEG-6000浓度梯度，渗透势分别为0(CK)、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8、-1.0、-1.2和-1.4 MPa。种子干旱胁迫试验在筛选出的最适光温条件下(30 ℃ 12 h黑暗/35 ℃ 12 h光照)进行。

1.3 测定指标

计算不同处理种子的最终萌发率(GF)[13,19]、平均萌发时间(MGT)[13,19]，确定种子萌发适宜温度、光照条件：

种子最终萌发率(GF)=(已萌发种子总数/供试种子总数)×100%。

平均萌发时间(MGT)=Σ(Dn)/Σn。

式中，n为在D时间的种子萌发数量，D为萌发开始的天数。

以NaCl浓度或外界渗透势为自变量(x)，种子最终萌发率为因变量(y)，制作回归方程，计算盐节木种子的耐盐(NaCl)或耐旱(PEG)阈值和极限值[13,20]：

耐盐(或旱)阈值：种子最终萌发率为对照的50%时的外界盐浓度(或渗透势)[13,20]。

耐盐(或旱)极限值：种子最终萌发率为0时的外界盐浓度(或渗透势)[13,20]。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2003软件进行数据分析和作图，应用SPSS 19.0统计软件进行光照、温度、盐胁迫、干旱胁迫等单因素方差分析及LSD检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 温度和光照对盐节木种子萌发特性的影响

2.1.1 温度和光照对盐节木种子最终萌发率的影响 温度和光照影响盐节木种子的萌发(表1)，各处理的最终萌发率均大于50%，说明盐节木种子萌发适应较宽的温度范围和光照条件。在同一光照条件下，随温度的升高，盐节木种子最终萌发率呈上升趋势，30 ℃/35 ℃时达到最高，在24 h全光照、24 h全黑暗和12 h黑暗/12 h光照下分别为92.66%、80.66%、99.33%(表1)。

光照对盐节木种子最终萌发率的影响因温度而异，在10 ℃/15 ℃、15 ℃/20 ℃和20 ℃/25 ℃条件下，3种光照处理的种子最终萌发率无显著差异(P>0.05)；在25 ℃/30 ℃条件下，盐节木种子的最终萌发率为12 h光照/12 h黑暗>24 h全光照>24 h全黑暗，它们间无显著差异；在30 ℃/35 ℃条件下，盐节木种子最终萌发率为12 h黑暗/12 h光照>24 h全光照>24 h全黑暗，三者间差异显著(P<0.05)。

2.1.2 温度和光照对盐节木种子平均萌发时间的影响 在同一光照条件下，随温度的升高，盐节木种子的平均萌发时间总体上呈缩短趋势。在24 h全光照和12 h黑暗/12 h光照下，均为30 ℃/35 ℃时的种子平均萌发时间最短，分别为2.44和1.37 d；在24 h全黑暗下，25 ℃/30 ℃时的种子平均萌发时间最短，为2.85 d(表2)。

同一温度条件下，盐节木种子的平均萌发时间均表现为12 h黑暗/12 h光照时最短，24 h全黑暗或24 h全光照时最长或较长，说明12 h黑暗/12 h光照有利于盐节木种子快速萌发(表2)。

综上可知，30 ℃ 12 h黑暗/35 ℃ 12 h光照处理下，盐节木种子最终萌发率最高，平均萌发时间最短，因此，该处理为盐节木种子萌发的最适温光条件。

2.2 盐、旱胁迫对盐节木种子萌发特性的影响

2.2.1 盐、旱胁迫对盐节木种子最终萌发率的影响 在0～300mmol·L-1的NaCl浓度下，盐节木种子最终萌发率无显著变化，说明该浓度范围对盐节木种子萌发未构成胁迫；在400～700 mmol·L-1的NaCl浓度下，随着NaCl浓度的增加，盐节木种子的萌发受到显著抑制(P<0.05)，700 mmol·L-1时的最终萌发率最低，仅为8%(图1A)。以NaCl浓度为x，种子最终萌发率为y，得逐步回归方程y=-0.001 4x+1.16(r=-0.907 4，P<0.05)，由此方程计算得盐节木种子的耐盐(NaCl)阈值和极限值分别为470.47和829.30 mmol·L-1。

表1 不同光照、温度处理对盐节木种子最终萌发率的影响

注：L，光照；D，黑暗。同行数据后不同小写字母表示同一光照条件不同温度下种子最终萌发率差异显著(P<0.05)；同列数据后不同大写字母表示同一温度不同光照条件下种子最终萌发率差异显著(P<0.05)。表2同。

Note: L, light; D, dark. Different lower case letters for the same light condition within the same row mean significant difference among different temperature treatments at 0.05 level, different capital letters for the same temperature condition within the same column mean significant difference among different light treatments at 0.05 level. The same in Table 2.

表2 不同光照、温度处理对盐节木种子平均萌发时间的影响

在-0.4～0 MPa时，盐节木种子的最终萌发率无显著变化，说明该渗透势范围对盐节木种子萌发未构成胁迫；在-1.4～-0.6 MPa时，随着渗透势下降，盐节木种子的萌发受到显著抑制，-1.4 MPa时的最终萌发率最低，仅为5%(图1B)。以外界渗透势为x，种子最终萌发率为y，得逐步回归方程y=0.70x+1.02(r=0.981 7，P<0.05)，由此方程计算得盐节木种子的耐旱(PEG)阈值和极限值分别为-0.75和-1.46 MPa。

2.2.2 盐、旱胁迫对盐节木种子平均萌发时间的影响 与对照(0)相比，在100～300 mmol·L-1的NaCl浓度下，盐节木种子的平均萌发时间无显著变化(P>0.05)，但显著短于中、高浓度(400～700 mmol·L-1)NaCl处理的平均萌发时间(P<0.05)(图2A)。 与对照(0)相比，当外界渗透势为-1.0～-0.2 MPa时，盐节木种子平均萌发时间无显著变化；当外界渗透势为-1.4～-1.2 MPa时，盐节木种子的平均萌发时间显著增长(图2B)。

综合分析可知，低浓度NaCl处理对盐节木种子平均萌发时间无显著影响，而中、高浓度NaCl处理显著增加了其平均萌发时间；中、高外界渗透势对盐节木种子平均萌发时间无显著影响，而较低的外界渗透势显著增长其平均萌发时间。

图1 盐、旱胁迫对盐节木种子最终萌发率的影响Fig.1 Effects of salt and drought stress on final germination rate of Halocnermum strobilaceum seeds

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。图2同。

Note: Different lower case letters mean significant difference at 0.05 level. The same in
Fig.2.

图2 盐、旱胁迫对盐节木种子平均萌发时间的影响Fig.2 Effects of salt and drought stress on average germination time of Halocnermum strobilaceum seeds

3 讨论与结论

种子对温度、光照的响应是其萌发的重要环节[21-26]。有研究认为，15～25 ℃是盐节木种子萌发的最适温度范围，5～15 ℃和25～35 ℃的变温不利于种子萌发[9]。本研究发现，盐节木种子的最终萌发率随着温度的升高而增大，种子的平均萌发时间在30 ℃/35 ℃时最短，在此温度处理下，盐节木种子迅速萌发，这与前人的研究结果[9]有所不同，这可能是因为盐节木是一个广布种，存在不同生态型，而温度对不同生态型的种子萌发有不同的影响[27-29]。本研究还发现，盐节木种子在变温[(10 ℃/15 ℃)～(30 ℃/35 ℃)]与24 h全光照、24 h全黑暗和12 h黑暗/12 h光照组合处理条件下均能萌发，表明盐节木种子的萌发不受光照条件限制，但不同的光照条件会对种子萌发产生一定的影响，在本研究中，盐节木萌发的最适温光条件为30 ℃ 12 h黑暗/35 ℃ 12 h光照。

种子萌发对土壤盐分的响应反映了植物适应逆境的生态机制[30]。有研究认为，最适温度下单盐浓度小于0.96%时可促进盐节木种子萌发，当浓度高于0.96%时，单盐处理下的种子萌发率随浓度升高而降低[9]。本研究发现，低浓度的NaCl溶液(0～300 mmol·L-1)对盐节木种子萌发无显著影响，说明盐节木种子能够适应低盐环境，这与前人研究结果相似。在中、高浓度NaCl溶液(400～700 mmol·L-1)下，盐节木种子表现为最终萌发率显著降低，萌发时间显著增长的特点。究其原因，一方面可能是NaCl的单盐毒害加剧，另一方面可能是由于离子浓度增大，渗透作用增强，致使盐节木种子萌发率下降[9]。

本研究还发现，在轻度干旱(渗透势为-0.4～-0.2 MPa)时，盐节木种子最终萌发率无显著变化，说明盐节木种子可适应轻度干旱，甚至在轻度干旱环境下有更好萌发。在中度和重度干旱(渗透势为-1.4～-0.6 MPa)时，盐节木种子萌发受到显著抑制，最终萌发率显著降低，平均萌发时间显著增长。本研究还表明，盐节木种子萌发期的耐盐(NaCl)的阈值和极限值分别达到470.47和829.30 mmol·L-1；耐旱(PEG-6000)阈值和极限值分别达到-0.75和-1.46 MPa。盐节木种子萌发时表现出较强的抗盐性和抗旱性，这对盐节木种群的建立和延续非常有利。

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(责任编辑 武艳培)

Response ofHalocnermumstrobilaceumto light, temperature, salt and drought stresses during seed germination

CHENG Long, LI Zhi-jun, HAN Zhan-jiang, SHI Xin-jian

(College of Plant Science, Tarim University Xinjiang Production & Construction Corps Key Laboratory of Protection and Utilization of Biological Resources in Tarim Basin, Alar 843300, China)

The effects of light, temperature, NaCl and PEG-6000 on seeds germination ofHalocnermumstrobilaceumwere estimated. The optimal conditions of temperature and light for seeds germination ofH.strobilaceumwas 30 ℃, dark for 12 h/35 ℃, light for 12 h which had germination rate of 99%. Low concentrations of NaCl (0～300 mmol·L-1) did not inhibit seed germination, while medium or high concentrations of NaCl (400～700 mmol·L-1) significantly inhibited (P<0.05) seed germination whose effects increased with the increase of NaCl concentrations. The threshold and limit values of NaCl tolerance inH.strobilaceumseed were 470.47 and 829.30 mmol·L-1, respectively. High osmotic potentials of PEG (-0.4～0.0 MPa) did not inhibit seed germination, while medium or low osmotic potentials of PEG (-1.4～0.6 MPa) significantly inhibited (P<0.05) seed germination whose effects increased with the decrease of osmotic potentials. The threshold and limit values of PEG tolerance inH.strobilaceumseed were -0.75 and -1.46 MPa, respectively. All of these results suggested thatH.strobilaceumseed had higher salt and tolerance at germination stage.

Halocnermumstrobilaceum； temperature； light； NaCl stress； PEG stress； germination characteristics of seed

HAN Zhan-jiang E-mail：hanzhanjiang@126.com

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0376

2014-08-13 接受日期：2014-12-11

新疆生产建设兵团博士资金(2013BB008)；新疆生产建设兵团“兵团英才”选拔工程(第一周期第三层次培养人选)；新疆生产建设兵团科技计划(生物资源专项)(2012BB045)

程龙(1987-)，男，河北保定人，硕士，研究方向为植物资源与抗逆生理。E-mail：84368743@qq.com

韩占江(1979-)，男，黑龙江绥棱人，副教授，博士，研究方向为植物资源与抗逆生理。E-mail：hanzhanjiang@126.com

Q945.78;Q945.34

A

1001-0629(2015)06-0961-06

程龙，李志军，韩占江，石新建.盐节木种子萌发对温度、光照和盐旱胁迫的响应[J].草业科学,2015,32(6):961-966.

CHENG Long,LI Zhi-jun,HAN Zhan-jiang,SHI Xin-jian.Response ofHalocnermumstrobilaceumto light,temperature,salt and drought stresses during seed germination[J].Pratacultural Science,2015,32(6)：961-966.