光照和NaCl胁迫对3种锦葵科植物种子萌发的影响

丁 丁， 郭艳超， 左永梅， 郑丽锦， 韩民利， 吴新海， 刘善资， 高俊全

(1.河北省农林科学院滨海农业研究所/河北省盐碱地绿化工程技术研究中心，河北唐山 063200；2.河北省林业技术推广总站，河北石家庄 050081)

土壤盐渍化是影响作物生产和生态环境的一个重要因素，开发盐碱荒地、改善生态环境是当今生物科学技术急需解决的重大课题之一。国内外研究表明，结合工程改良的生物改良(种植具有一定经济价值和开发利用价值的耐盐及盐生植物)措施已经表现出很好的发展前景，在促进盐渍土开发利用、发展旅游业以及改善生态环境和城市绿化建设中具有十分重要的意义[1-4]。

目前我国有各种盐渍土地约9 913万hm2，对农业生产和环境改良造成了不良的影响[5]。利用盐生植物和耐盐植物植树造林，是用生物措施改良盐碱地的重要方法，也是盐渍地区生态重建和城市景观建设的主要有效生物技术模式[6]。

对于大多数植物而言，种子萌发期是植物生活史中最为关键的发育阶段，对环境胁迫最为敏感[7]，在盐渍化地区，由于蒸发和土壤毛管水上升，可溶性盐富集于表层土壤[8]，种子能否在盐胁迫下萌发成苗，是植物在盐渍化地区生长发育的前提，所以常用种子萌发及幼苗的生长状况来评价植物的抗逆性[9]，因此，研究盐胁迫下种子萌发生理具有重要意义。关于芙蓉葵和黄秋葵的种子萌发期的耐盐性研究还少见报道，关于海滨锦葵种子萌发期的耐盐性研究已有一些报道[10-11]。本研究从生理生态学的角度初步探讨光照、盐分2个环境因素对3种园林绿化植物种子萌发特性的影响，研究3种植物在不同胁迫下的种子萌发及幼苗生长的特点，以期为盐碱地区园林植物资源的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

芙蓉葵(HibiscusmoscheutosL.)：锦葵科多年生草本植物，原产于北美洲，耐寒、耐热、喜湿，耐盐碱；花大，花色丰富，花期长，具有很强的观赏性。

海滨锦葵(KosteletzkyavirginicaL.)：锦葵科锦葵属多年生草本植物，原产于美国东部，具有一定的耐盐性，花深粉红色，花期长，观赏价值高，是一种多用途的优良植物。

黄秋葵(HibiscusesculentusL.)：锦葵科一年生草本植物，原产于非洲，喜温暖和强光，花黄色，花期长，观赏价值高，其幼嫩荚果可以食用，营养丰富。

3种植物材料的种子均从河北曹妃甸滨海农业研究所试验基地采集。

1.2 种子形态指标测定

试验于2016年3月在河北省农林科学院滨海农业研究所实验室进行。种子质量以1 000粒×3组的平均值作为其千粒质量(±标准误差)，同时描述种子的形态特征。通过称量，3种锦葵科植物种子的千粒质量芙蓉葵为(9.700±0.018) g，海滨锦葵为(18.352±0.039) g，黄秋葵为(20.002±0.087) g，不同物种间差异显著(P<0.05)。试验所用的3种植物种子质量差别很大，最小的千粒质量不足10 g，最大的为20 g。大小差异也较大，海滨锦葵和黄秋葵种子大小相近，芙蓉葵种子最小。

1.3 种子萌发试验条件控制

设光照条件和黑暗条件2个处理，光照条件设为光—暗周期=12 h—12 h，黑暗条件设为全黑暗。NaCl胁迫处理：设置0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%共5个胁迫浓度，以去离子水(NaCl浓度为0%)作为对照(CK)。采用纸上发芽法(TP)进行种子萌发试验。用去离子水和分析纯NaCl配制0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的盐溶液，对照(CK)为去离子水(NaCl浓度为0%)。选择成熟饱满、大小均匀的种子，用0.1%HgCl2消毒10 min，再用蒸馏水冲洗6次，最后用滤纸吸干表面水分。将3层滤纸放入发芽盒中，用移液管加入25 mL盐溶液(或去离子水)使滤纸饱和，作为发芽床，将种子放入其中，每个发芽盒放200粒种子，每个处理4次重复。将发芽盒放入程控人工气候箱中，培养7 d，温度为 (25±3) ℃，相对湿度为75%～80%，定时补充盐溶液，使各处理盐溶液浓度保持不变。

1.4 指标测定及方法

试验期间每天定时观测并统计记录种子的萌发数，观察不同处理对种子萌发的影响。第3天观察发芽势，第7天统计发芽率，称质量。种子萌发以胚根伸出种皮0.2 cm作为发芽标志(种子露白)[12]。第7天，随机选择30粒发芽种子测量胚根长、胚轴长；称量每盒发芽种子的鲜质量，据以上数据统计分析下列指标：

初始萌发时间：即种子开始萌发的时间，以d计。

发芽率=n/N×100%(n指试验结束时相应的萌发种子数，N指供试种子总数)；发芽势=n/N×100%[n为规定3 d内发芽种子数，N为种子总数(100粒)]；发芽指数(GI)=∑Gi/Di(Gi指第i天的种子萌发率，Di指相应的发芽时间)；活力指数(VI)=GI×S(S为胚根长)[13]；储藏物质运转速率=(胚根干质量+胚轴干质量)/(胚根干质量+胚轴干质量+子叶干质量)×100%[14]。

1.5 数据分析

采用DPS统计软件和Excel分别进行数据分析和作图。采用隶属函数法进行耐盐性综合评价，如果某一指标与耐盐性呈正相关，可用公式：Xμ=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；如果某一指标与耐盐性呈负相关，可用公式：Xμ=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，其中μ代表隶属函数值，X为某一指标的测定值，Xmax为该指标测定值中的最大值，Xmin为最小值。先求出各指标在不同浓度下的隶属值，再把每一指标在不同盐浓度下的隶属值累加求平均值，最后将各个耐盐指标的隶属函数值累加求平均值，其值越大，耐盐性越强。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下光照对发芽率的影响

光对某些种子的萌发是必不可少的。由表1可以看出，在一定浓度的NaCl胁迫下3种植物种子的萌发在不同的光照处理下都受到了抑制，随着NaCl浓度的升高，发芽率总体呈下降趋势。芙蓉葵和海滨锦葵在光照处理下种子的萌发率比全黑暗中种子的萌发率高，表明光照提高了种子的发芽率。而黄秋葵种子在2种光照处理下发芽率差别不明显，说明光照对黄秋葵种子发芽率影响不大。

3种植物在各浓度盐胁迫下的发芽能力在不同物种间表现出了差异：芙蓉葵和海滨锦葵种子的发芽率在NaCl浓度为0.2%的条件下高于对照，说明低浓度的盐胁迫对芙蓉葵和海滨锦葵种子的萌发有促进作用；在≤0.6%盐浓度下，3种植物种子的发芽率在2种光照处理下均与对照差异不明显，表明0.6%盐浓度胁迫对种子萌发影响不大。在NaCl浓度≥0.8%时，3种植物在光照条件下种子发芽率均与对照差异明显，表明萌发受到了抑制，而且黄秋葵的发芽率>海滨锦葵>芙蓉葵，表明黄秋葵种子在高浓度的盐胁迫下的耐性最强，其次为海滨锦葵，芙蓉葵最弱。

表1 盐胁迫下光照对3种植物种子发芽率的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表2、表3同。

2.2 盐胁迫下光照对种子发芽势、发芽指数、活力指数的影响

由表2可以看出，芙蓉葵和海滨锦葵在光照处理下种子的发芽势、发芽指数和活力指数，黄秋葵种子的发芽指数和活力指数均高于全黑暗中的种子，表明光照可促进种子萌发。

NaCl胁迫下3种植物种子的发芽势、发芽指数和活力指数在不同的光照处理下都受到了抑制，随着NaCl浓度的升高，整体上呈下降趋势。3种植物的发芽势和发芽指数在低盐浓度下与对照差异不明显，盐浓度越高，差异越明显。当NaCl浓度为0.8%时，黄秋葵的发芽势和发芽指数最高，海滨锦葵居中，芙蓉葵最低。

2.3 盐胁迫对3种植物胚根及胚轴长度的影响

种子萌发后，胚根的延伸反映植物定居成苗的特性，胚根生长迅速说明植物适应力强。图1是盐胁迫对3种植物胚根及胚轴长度的影响。可以看出3种植物的胚根及胚轴长度整体上随着盐胁迫的增加呈现下降的趋势。

在NaCl浓度为0.2%时，芙蓉葵和海滨锦葵的胚轴长度稍大于对照，芙蓉葵的胚根长度稍大于对照，表明低浓度盐促进胚根及胚轴的生长。在NaCl浓度为0.2%～0.6%时，海滨锦葵胚根长度呈现先上升后下降的趋势，芙蓉葵和黄秋葵呈下降趋势，在NaCl浓度达到0.8%、1.0%时，黄秋葵胚根长度下降趋势要缓于芙蓉葵和海滨锦葵，说明逐渐适应了高盐胁迫。在NaCl浓度为0.2%～0.8%时，芙蓉葵的胚轴长度要大于海滨锦葵和黄秋葵，在NaCl浓度>0.8%时，黄秋葵的胚轴生长基本不再下降，芙蓉葵和海滨锦葵呈现下降的趋势，表明在高浓度盐胁迫下黄秋葵的耐性最强，其次为海滨锦葵和芙蓉葵。

2.4 盐胁迫对3种植物种子储藏物质运转效率的影响

在盐胁迫下，3种植物种子储藏物质运转效率均受到影响(图2)。在NaCl浓度为0.2%时，芙蓉葵和黄秋葵种子储藏物质运转效率稍大于对照，表明低浓度盐促进种子生长。在NaCl浓度>0.2%时，3种植物种子储藏物质运转效率均呈下降趋势。在NaCl浓度为0.2%～0.6%时，芙蓉葵的贮藏物质运转效率明显大于黄秋葵和海滨锦葵，表明它在0.6%盐浓度内的耐盐性最强。当NaCl浓度达到0.8%、1.0%时，芙蓉葵的贮藏物质运转效率急速下降，而海滨锦葵和黄秋葵下降趋势比较缓和，黄秋葵的种子储藏物质运转效率大于海滨锦葵，表明在高浓度盐胁迫下，黄秋葵的耐盐性>海滨锦葵>芙蓉葵。

表2 盐胁迫下光照对3种植物发芽势、发芽指数和活力指数的影响

2.5 盐胁迫对3种植物种子相对干质量含水量的影响

芙蓉葵和黄秋葵的萌发种子、胚根和胚轴的相对干质量含水量变化基本一致，随着盐胁迫的增大，均呈现先上升后下降的趋势，表明低浓度盐胁迫对种子、胚根和胚轴的生长有促进作用。由表3可以看出，芙蓉葵在≤0.6%盐浓度处理下的种子、胚根和胚轴相对干质量含水量均无显著差异，表明其种子、胚根和胚轴的生长对≤0.6%的盐胁迫不敏感。而且在这个浓度范围内芙蓉葵的种子、胚根和胚轴的相对干质量含水量均大于海滨锦葵和黄秋葵。海滨锦葵的种子和胚根相对干质量含水量随着盐胁迫的增大在一定范围内呈现下降的趋势，胚轴的相对干质量含水量呈现先上升后下降的趋势。从表3还可以看出，在NaCl浓度为1.0%时，黄秋葵的种子、胚根和胚轴相对干质量含水量均大于芙蓉葵和海滨锦葵，说明在高浓度盐胁迫下，黄秋葵的耐盐性最强。

表3 盐胁迫对3种植物种子相对干质量含水量的影响

2.6 3种锦葵科植物种子耐盐性的综合评价

植物的耐盐机制受到多因素的影响，不能仅从单一方面去研究抗盐能力，应采用尽可能多的指标来综合评价。本试验采用目前广泛应用的抗逆性综合评定方法和隶属函数法，选用发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长、胚轴长和种子储藏物质运转效率7项指标进行综合评价(表4)，对各个耐盐性指标的隶属函数值进行累加，求取平均值，平均值越大，其耐盐性越强。综合评价结果表明，3种锦葵科植物种子的耐盐潜力由强到弱依次为黄秋葵>海滨锦葵>芙蓉葵，黄秋葵种子表现出较强抗性，与前述分析结果基本一致。

3 讨论和结论

早期植物耐盐性鉴定和品种耐盐性选择是建立在种子萌发的基础上进行的[15]。种子能够在盐胁迫条件下萌发，说明种子具有潜在的耐盐性[16]。目前，在研究种子耐盐能力大小上所使用的指标主要有种子发芽率、种子发芽势、发芽指数及活力指数等。本试验在设置的6个不同浓度梯度的NaCl溶液胁迫下，以3种园林绿化植物芙蓉葵、海滨锦葵和黄秋葵为材料，研究光照和黑暗条件下3种植物种子的萌发特性。

表4 3种植物种子耐盐能力的综合评价结果

盐胁迫对种子萌发的影响是复杂的。本研究表明：盐胁迫下光照对3种植物种子的萌发有明显的促进作用。低浓度盐胁迫对芙蓉葵种子萌发有促进作用，对海滨锦葵和黄秋葵种子萌发影响不大，这与低浓度盐可促进细胞膜的渗透调节和刺激呼吸酶，从而能促进种子萌发的研究结果相符[17]。3种园林绿化植物均具有较好的耐盐性，在0.6%盐浓度下均能正常萌发，在高盐浓度胁迫下，3种植物种子萌发受到不同程度的抑制，品种间有显著差异。当NaCl胁迫浓度≥0.8%时，综合分析发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数等指标，得出黄秋葵的耐盐性最强，其次是海滨锦葵和芙蓉葵，表明黄秋葵对高浓度盐胁迫的耐受能力有一定适应性。3种锦葵科植物均能在轻度盐渍化生境(0.4%NaCl)中生长，可作为园林绿化植物在河北盐碱地区试栽应用，观察其适应性。