盐碱胁迫和温度对猪毛蒿种子萌发的影响

张通颖， 盛 军， 王柔懿， 李海燕， 杨允菲

(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)

土壤盐碱化是影响植物生长发育的主要非生物胁迫因子之一[1]。土壤盐碱化严重限制了我国农牧业的发展以及生态环境的恢复[2]。近年来我国盐碱化土壤面积正呈现出不断增大的趋势。一部分盐碱化土地是在自然过程中通过不断的盐分积累而产生的，还有一部分盐碱化土地是由人类活动引起的[3]。松嫩草原是中国北方最大的生产牧场，但是近年来由于人类活动的影响，包括过度放牧和农田复垦等使土壤盐碱化问题愈发严重[4]。盐碱草地的恢复和改良是目前面临的最主要生态问题之一，因而，各阶段优势植物种萌发特性的研究对于草地的恢复具有重要的意义[5]。

种子萌发期是植物生活史的最初时期，也是植物生活史中最重要和最脆弱的时期[6]。发芽状况的好坏直接决定植物能否成功建植[4]。影响种子萌发的非生物因素有很多，诸如阳光、温度、水以及土壤中的盐碱成分等[7]。其中，盐碱土壤中的盐碱含量高于正常土壤，这些盐碱成分会对植物的种子萌发以及植物体的生长产生重要的影响[8]。研究发现：土壤中的盐分会通过渗透作用以及离子毒害作用来影响植物种子的萌发[9,10]，同时土壤中的碱性盐对种子萌发的抑制作用要大于中性盐，这可能是由其较高的pH所致[4,11]。对于东北松嫩平原的盐碱草地而言，其成分中既含有中性盐，也含有碱性盐，所以混合盐碱胁迫是草地恢复中存在的主要问题[1]。目前已开展的研究包括模拟盐碱胁迫对羊草(Leymuschinensis)、星星草(Puccinelliatenuiflora)和朝鲜碱茅(P.chinampoensis)种子萌发的影响等[12-14]。在草地植被的恢复过程中，多因素作用下先锋种子萌发的研究对于盐碱草地的恢复进程起着至关重要的作用[15]。

猪毛蒿(Artemisiascoparia)为菊科蒿属多年生草本或近一、二年生草本植物，适应性强，生态幅广，在盐碱草地、沙丘和沙地中广泛分布，其植物体内含有丰富的营养物质，适口性好，为各种牲畜所喜食[16]。同时猪毛蒿通常为盐碱草地、沙质草地和撂荒耕地植被恢复过程的先锋植物[17]。目前对猪毛蒿的研究仅见于其挥发油的化感作用以及发酵特性的研究等[18-19]，对其种子萌发的研究主要对种子萌发格局进行了分析[20]，而温度和盐碱胁迫影响下猪毛蒿种子萌发特性的研究迄今未见报道。本研究在不同的温度下对盐胁迫、碱胁迫和混合盐碱胁迫对草原先锋植物猪毛蒿种子的萌发特征进行了研究和综合分析，既有助于深入了解其萌发的耐盐碱性，又为猪毛蒿在盐碱草地恢复过程中的作用和应用实践提供科学的理论依据。

1 材料和方法

1.1 实验材料

供试的猪毛蒿种子采自松嫩平原南部，吉林省长岭种马场，东北师范大学松嫩草地生态研究站(地理位置为44°45′ N，123°45′ E)。该地区属于温带半湿润、半干旱气候，年均降水量为470 mm，年均气温为4.9℃[12]。

1.2 实验处理

本实验分别选用NaCl溶液、Na2CO3溶液以及两者按摩尔比1∶1混合的混合液来模拟盐胁迫、碱胁迫以及混合盐碱胁迫，三种胁迫处理液浓度及pH见表1，设置25/15℃和 35/25℃(日温/夜温)两组变温条件，各组温度条件均设置高温10 h(光照，光照强度：9 600lx)，低温14 h(黑暗，相对湿度：40%)。

表1 处理液浓度及pH值Table 1 The concentration and pH of treatments

1.3 实验方法

挑选饱满且大小一致的猪毛蒿种子，用0.5%的高锰酸钾溶液消毒10 min，蒸馏水反复冲洗干净。将双层滤纸平铺于直径为11 cm的培养皿中，每皿分别加入10 mL不同浓度的盐、碱处理液，以蒸馏水作为对照(CK)，每皿中均匀摆入50粒猪毛蒿种子，每个处理3次重复。实验过程中，每天15:00采用称重法补充蒸发失去的水分，保持处理液浓度恒定。胚根露出种皮1 mm即视为萌发。每天同一时间记录发芽的种子数量，连续3天无种子萌发时结束实验。

1.4 数据统计

实验结束后，计算发芽率、发芽速率和发芽势，计算公式如下：

发芽率=最终发芽种子数/种子总数×100%；

发芽速率=ΣG/t(其中，G为每天发芽率，t为总天数；此值越大表明发芽速度越快)[5]。

发芽势=第3 d累积发芽种子数/供试种子数×100%[21]。

数据采用SPSS 23(Chicago,IL,U.S.A.)软件进行统计分析。利用一般线性模型(General Linear Model)对温度和盐碱胁迫的交互影响进行双因素方差分析(α=0.05)，盐、碱及混合盐碱胁迫各指标的差异显著性检验，采用多重比较的LSD法进行，温度间差异显著性检验采用独立样本t检验进行。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫及温度对猪毛蒿种子发芽率的影响

盐碱胁迫、温度及其交互作用均显著影响猪毛蒿种子的发芽率(P<0.05)(表2)。

表2 盐、碱及温度对猪毛蒿种子发芽率、发芽速率和发芽势影响的双因素方差分析Table 2 Effects of salt concentration(S),alkali concentration(A),salt-alkali concentration(SA) and temperature (T) of incubation on germination percentage,germination rate and germination potential of A.scoparia by two-way ANOVA

注：表中数据为双因素方差分析中的F值，“*”和“**”表示差异显著性水平为P<0.05 和P<0.01

Note:Data in the table areFvalues by two-way ANOVA,*and** indicate significant difference at the 0.05 and 0.01 level

15/25℃时，各浓度NaCl处理下，猪毛蒿种子的发芽率均高于90.00%，当浓度为25.0 mmol·L-1时达到最高值为93.33%，但与对照之间差异不显著；25/35℃时，仅浓度达到50.0 mmol·L-1时的发芽率显著低于对照(P<0.05)，下降至32.67%；各浓度下猪毛蒿种子在15/25℃下的发芽率均显著高于25/35℃(P<0.05)(图1A)。表明适宜温度下猪毛蒿种子具有较强的耐盐性，且高温、高盐以及高温与高盐的交互作用均会抑制猪毛蒿种子的萌发。

两种温度下的Na2CO3处理和NaCl与Na2CO3摩尔比为1∶1(以下简称混合溶液)处理均使猪毛蒿种子的发芽率呈现出随着胁迫浓度的增大而逐渐下降的趋势。15/25℃时，两种处理液浓度除12.5 mmol·L-1外，猪毛蒿种子发芽率均显著低于对照(P<0.05)，至最高胁迫浓度时，种子发芽率为69.33%和43.33%，分别降低了22.00%和48.00%；25/35℃时，各浓度的两种处理液均使发芽率极显著低于对照(P<0.01)，至最高胁迫浓度时，种子发芽率为8.67%和5.33%，分别降低了56.66%和60.00%；15/25℃温度处理下的发芽率均显著高于25/35℃处理下的发芽率(P<0.05)(图1B，图1C)。表明Na2CO3和混合溶液均会抑制猪毛蒿种子的萌发，但猪毛蒿种子仍能耐受一定的碱性盐胁迫，且高温下这种抑制作用会进一步增强。两种变温影响下，各浓度NaCl处理下猪毛蒿种子发芽率均显著高于其他两种处理(P<0.05)(图2)，表明相比于盐胁迫，碱性盐胁迫对猪毛蒿种子萌发的抑制作用更强。15/25℃时，处理液浓度达到50.0 mmol·L-1时，碱处理下猪毛蒿种子的发芽率显著高于混合胁迫处理(P<0.05)(图2A)；25/35℃时，各浓度的碱胁迫与混合胁迫处理之间种子的发芽率差异均不显著(图2B)，由此表明，碱性盐的pH越高，对猪毛蒿种子萌发的抑制作用越强。

图1 不同胁迫类型与温度对猪毛蒿发芽率的影响Fig.1 Effects of different stress and temperatures on germination percentage of A. scoparia注：不同字母表示同一温度下各处理间差异显著(P<0.05)，**表示同一浓度处理下不同温度间差异显(P<0.01)。下同Note:Different letters indicate significant difference among treatments under the same temperature at the 0.05 level,**means significant difference between temperatures under the same concentration at the 0.01 level．The same as below

图2 各温度下不同处理液对猪毛蒿种子发芽率的影响Fig.2 Effects of different stress on germination percentage of A. scoparia under different temperatures

2.2 盐碱胁迫及温度对猪毛蒿种子发芽速率的影响

盐碱胁迫、温度及其交互作用均显著影响猪毛蒿种子的发芽速率(P<0.05)(表2)。15/25℃时，各浓度NaCl处理下，猪毛蒿种子的发芽速率之间差异不显著，浓度为25.0 mmol·L-1时达到69.52%，整体呈现出先上升后下降的趋势；25/35℃时，至最高胁迫浓度时，种子的发芽速率显著低于对照(P<0.05)，下降了26.58%(图3A)；猪毛蒿种子在低温处理下的发芽速率显著高于高温处理(P<0.05)，表明猪毛蒿种子具有较强的耐盐性，适宜温度下一定浓度的盐胁迫会使猪毛蒿种子的萌发速率加快。

两种温度下的Na2CO3处理和混合溶液处理均使猪毛蒿种子的发芽速率呈现出随着胁迫浓度的增大而逐渐下降的趋势，且除低温下处理液浓度为12.5 mmol·L-1外，其余处理下种子发芽速率均显著低于对照(P<0.05)；25/35℃时，至最高胁迫浓度时，两种胁迫处理下的种子的发芽速率为6.86%和3.81%，分别下降了46.1%和49.15%(图3B，图3C)；两种变温影响下，除低温下处理液浓度为12.5 mmol·L-1时混合溶液处理下的发芽速率稍高于NaCl处理外，其余NaCl处理下的猪毛蒿种子发芽速率均显著高于其他两种处理(P<0.05)(图4)，表明相对于盐胁迫来说，碱胁迫对猪毛蒿种子发芽速率的抑制作用更强，且在高温下这种抑制作用会进一步增强。

图3 不同胁迫类型与温度对猪毛蒿发芽速率的影响Fig.3 Effects of different stress and temperatures on germination rate of A. scoparia

图4 各温度下不同处理液对猪毛蒿种子发芽速率的影响Fig.4 Effects of different stress on germination rate of A. scoparia under different temperatures

2.3 盐碱胁迫及温度对猪毛蒿种子发芽势的影响

盐碱胁迫、温度及其交互作用显著影响猪毛蒿种子的发芽势(P<0.05)(表2)。15/25℃时，各浓度NaCl处理下猪毛蒿种子的发芽势与对照之间差异不显著，但均高于70%，浓度为25.0 mmol·L-1时达到79.33%；25/35℃时，仅浓度达到50.0 mmol·L-1时，发芽势显著低于对照(P<0.05)，下降了33.33%(图5A)。15/25℃时，三种胁迫处理下猪毛蒿种子的发芽势除NaCl浓度为25.0 mmol·L-1外，均显著高于25/35℃(P<0.05)；表明在适宜温度下，猪毛蒿种子在一定浓度的盐胁迫下能够保持较高的种子活力，高温与高盐的交互作用使猪毛蒿种子活性下降。

两种温度处理下的Na2CO3溶液以及高温处理下的混合溶液均使猪毛蒿发芽势呈现出随处理液浓度增大而逐渐下降的趋势。15/25℃时，除Na2CO3浓度为12.5 mmol·L-1外，其余Na2CO3处理下的发芽势均显著低于对照(P<0.05)，混合溶液浓度处理下，浓度为12.5 mmol·L-1时，发芽势最大，但与对照之间差异不显著，浓度达到50.0 mmol·L-1时，发芽势最小，与对照相比下降了48.00%；25/35℃时，两种胁迫处理在各浓度下均显著低于对照(P<0.05)，至最高浓度时，发芽势为8.67%和5.33%，分别下降了52.66%和56.00%(图5B，5C)；除低温下处理液浓度为12.5 mmol·L-1时混合溶液处理下的发芽势稍高于NaCl处理外，其余NaCl处理下的种子发芽势显著高于另外两种胁迫处理(P<0.05)(图6)，表明相对于盐胁迫来说，碱性盐胁迫对猪毛蒿种子的伤害作用更大，在适宜温度下，猪毛蒿种子在低浓度的碱性盐胁迫下能够保持较高的种子活性，但超过一定范围碱胁迫就会对猪毛蒿种子产生伤害，且这种伤害作用在高温下会进一步加剧。

图5 不同胁迫类型与温度对猪毛蒿发芽势的影响Fig.5 Effects of different stress and temperatures on germination potential of A. scoparia

图6 各温度下不同处理液对猪毛蒿种子发芽势的影响Fig.6 Effects of different stress on germination potential of A. scoparia under different temperatures

3 讨论

盐碱胁迫是影响生物生长的重要逆境因素之一[21]。盐胁迫对种子萌发的抑制作用主要通过渗透作用与离子毒害作用来实现，而碱胁迫对种子萌发的抑制在盐胁迫的基础上，还包括较高的pH值，这种作用可能会使种子发生离子失衡，从而使碱胁迫对植物种子的伤害作用更强[2]。本实验的研究结果也体现了这一点，单独盐胁迫处理时，每个处理浓度下的猪毛蒿种子的发芽状况均表现良好，且在处理液浓度为25.0 mmol·L-1时，发芽率最高，表明适宜浓度的盐胁迫会刺激猪毛蒿种子的萌发，同时体现了猪毛蒿种子一定的抗盐特性，这可能与适宜的盐浓度会促进细胞膜的渗透调节有关[22]。在适宜温度下，猪毛蒿种子在低浓度的盐胁迫、碱胁迫以及混合盐碱胁迫下，均有较高的发芽率，体现出猪毛蒿种子具有一定的抗盐碱特性，这可能是猪毛蒿适应能力强，分布范围广的一个主要原因。同一浓度不同胁迫液之间的比较发现，碱胁迫对种子萌发的抑制作用更强，可能与碱胁迫较高的pH有关[2,23]。另外，通过两个温度梯度下发芽指标的比较，发现高温与碱的交互作用对种子萌发产生的伤害要高于高温与盐的交互作用，由此体现了碱胁迫对猪毛蒿种子萌发的更强的抑制作用。

温度是影响种子萌发的主要生态因子之一。温度主要是通过影响种子的膜透性、膜结合蛋白的活力以及种子内的各种物质代谢过程，促进赤霉素、细胞分裂素等的合成来影响该物种的萌发和分布[24]。不同的温度下种子的萌发状况因植物的种类不同而不同[24]。一般的，与恒温条件相比，变温条件因更加接近于自然状况而更能真实的反映种子在自然条件下的萌发状况[12]。本研究中，15/25℃时猪毛蒿种子的发芽率、发芽速率和发芽势均显著高于25/35℃时，可见，适当的低温促进了猪毛蒿种子的萌发，相对的高温则会抑制猪毛蒿种子的萌发，此研究结果验证了作者在松嫩平原观察到的猪毛蒿的实际萌发情况，即猪毛蒿总是在初秋季节开始大量萌发并形成大小不等的幼苗，这些具有一定根系的幼苗通常能够越冬并能渡过干旱的春季，而在夏季雨热同季时快速生长，这充分体现出猪毛蒿对松嫩平原气候特点的适应。

已有研究发现，温度与盐、碱的交互作用对种子的发芽率和发芽速度均存在显著影响[5]。不适宜的温度及盐碱胁迫会抑制种子的萌发，甚至会使种子彻底死亡[25]。但是对于某些植物种子来说，适宜的温度及盐碱胁迫会促进其种子的萌发[22]。本研究中，温度与盐、碱的交互作用均对猪毛蒿种子的萌发产生显著影响(表2)，在三种不同胁迫处理下，猪毛蒿种子的发芽率、发芽速率和发芽势总体上表现出不同程度的下降，且在高温处理下，下降幅度进一步增大；但在低温处理下中低浓度的盐胁迫和混合胁迫会使猪毛蒿种子的发芽率和发芽速率高于对照，可见，高温与盐、碱的交互作用对种子萌发产生了双重胁迫，加剧了对种子萌发的抑制作用[12]，但适宜的温度及盐碱胁迫也促进了种子的萌发，提高了种子活性[22]。

本研究通过不同温度和盐碱胁迫对猪毛蒿种子萌发特性的比较分析，发现猪毛蒿种子对盐碱化土壤中不同的盐碱成分耐受性不同，对中性盐的耐受性较强，而对碱性盐的耐受性较弱，需要一定的低温刺激才能更好的萌发。这些现象进一步解释了猪毛蒿适应能力强且分布范围广的原因。同时在应用猪毛蒿进行退化盐碱草地的恢复时，需进行适时适地播种，即在温度较低的初秋季节以及轻度盐碱化或中度盐碱化的盐碱地中播种，将更有利于退化盐碱草地的恢复。

4 结论

高盐胁迫、碱胁迫及二者与高温的交互作用会抑制猪毛蒿种子的萌发；猪毛蒿种子的萌发需要适宜的温度，本实验中15/25℃为猪毛蒿种子萌发的适宜温度；适宜温度下一定浓度的盐碱胁迫可以促进猪毛蒿种子萌发；猪毛蒿种子对中性盐胁迫具有较强的耐受性，对碱性盐胁迫的耐受性较弱。