模拟盐胁迫对高山紫菀种子萌发及幼胚生长的影响

(山西农业大学林学院， 山西 太谷 030801)

我国盐碱地总面积约9 914万hm2，居世界第3位，主要分布于西北、东北、华北及滨海等地区，且盐碱地的面积有着逐渐增加的趋势[1-2]。盐碱地盐浓度高，产生盐胁迫可对植物造成渗透胁迫、离子毒害以及营养亏缺等方面的伤害，影响植物正常的生长发育[3]。种子萌发期对盐浓度的变化最为敏感，同时受到盐胁迫的影响程度也最大[4]。植物作为生态城市建设的重要载体[5]，其种子萌发是植株正常生长、产生生态效益及园林观赏价值的前提。因此筛选在盐胁迫下萌发良好的植物种子，对于丰富应用于盐碱地区城市生态建设的园林植物资源具有一定意义。

高山紫菀(AsteralpinusL.)是菊科(Compositae)紫菀属(Aster)多年生草本植物。舌状花紫罗兰色，偶有粉或白色，管状花黄色，花色丰富，株型优美，具有良好的园林观赏价值[6]。目前对高山紫菀的研究多限于分类学研究、抗旱性及花粉形态研究[7-9]，对于高山紫菀种子的耐盐性研究还未见报导。因此本试验以高山紫菀种子为材料，研究盐胁迫对种子萌发的影响，以期为高山紫菀在盐碱地区作为园林植物的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试高山紫菀种子购自北京千年大地草业生态科技开发有限公司。配置浓度梯度为0.30%、0.60%、0.90%、1.20%、1.50%的NaCl、Na2SO4、MgCl2及复合盐溶液(NaCl∶Na2SO4=2∶1)模拟盐胁迫，并设置蒸馏水处理作为对照(ck)。

选取形态完整，大小一致，饱满健康的种子，用浓度0.10%的HgCl2浸泡消毒10 min，用蒸馏水冲洗3次、吸干。在培养皿(Φ=90 mm)中铺入2层滤纸，每个培养皿中放置50粒种子，分别加入上述盐溶液10 mL，每处理重复3次。将培养皿称重并记录，盖上培养皿上盖，放置于25 ℃恒温光照培养箱中培养，每天根据记录的培养皿重量，加入蒸馏水，保证培养皿中盐溶液浓度不变[10]。胚芽长度大于种子直径2倍视作种子开始萌发[11]，每天观察并记录种子发芽数，当种子连续3 d不再发芽，视为种子发芽结束。

1.2 测定指标与方法

发芽率(%)=(n/N)×100%；式中，n为胁迫处理发芽种子数，N为种子总数[12]；

相对发芽率(%)=(n/Cn)×100%；式中，Cn为对照种子发芽数；

发芽势(%)=(G/N)×100%；式中，G为第7天种子发芽数[13];

发芽指数=∑Gt/Dt；式中，Gt为不同天数发芽数，Dt为相应发芽天数。

盐害指数=[(Cn-n)/Cn]×100%。

耐盐浓度[14]：以盐浓度为自变量(x)，以4种盐胁迫下的相对发芽率为因变量(y)建立3次曲线函数方程，相对发芽率为75%、50%和10%所对应的盐溶液浓度分别作为种子耐盐适宜浓度、耐盐半致死浓度和耐盐极限浓度。

种子发芽结束后，每个处理随机选取20个幼胚，测量胚根长、胚芽长，使用叶面积仪(FS-3080 D)测定叶面积。

1.3 数据分析

采用Excel 2017软件完成数据处理及图表绘制；采用SPSS 22.0软件进行one-wayANOVA分析及曲线回归分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对种子萌发的影响

由表1可知，盐溶液种类及同种盐溶液不同浓度梯度对高山紫菀种子发芽率的影响不同。各浓度Na2SO4、NaCl和复合盐胁迫下发芽率均显著小于ck(p<0.05)。0.30%浓度Na2SO4盐溶液处理下发芽率显著小于ck(p<0.05)，但高于其他浓度处理；1.50%浓度处理的低于其他浓度处理，是ck的30.82%。NaCl、复合盐胁迫下，种子发芽率随盐溶液浓度升高呈降低趋势。0.60%浓度NaCl盐胁迫的比0.30%浓度的下降了36.00%(p<0.05)，1.50%浓度的比0.60%浓度的下降了28.66%(p<0.05)。复合盐溶液处理下，1.50%浓度的显著小于0.30%浓度(p<0.05)。浓度为0.30% MgCl2盐溶液处理的与ck无显著性差异(p<0.05)，0.60%、0.90%及以上浓度处理对发芽率影响相同。

表1 NaCl、Na2SO4、MgCl2及复合盐对高山紫菀种子发芽的影响

指标浓度/%Na2SO4NaClMgCl2复合盐发芽率/%ck88.67±6.43a88.67±6.43a88.67±6.43a88.67±6.43a0.3072.67±11.02b69.33±12.22b80.00±7.21ab62.00±9.17b0.6054.67±8.33c33.33±2.31c68.67±11.02b52.67±3.06b0.9060.67±8.33bc22.00±6.00cd68.67±5.77b38.00±9.17c1.2038.67±4.62d19.33±4.16d52.00±7.21c15.33±10.07d1.5027.33±7.02d4.67±6.43e42.67±1.15c4.67±6.43d发芽势/%ck85.33±6.11a85.33±6.11a85.33±6.11a85.33±6.11a0.3067.33±10.26b56.00±6.93b76.00±5.29b58.00±8.72b0.6052.00±6.00c18.00±4.00c60.00±5.29c46.67±2.31c0.9052.00±6.93c12.67±6.43c60.00±3.46c27.33±7.02d1.2026.67±4.62d9.33±2.31cd40.67±3.06d8.00±6.93e1.5022.00±10.00d0.67±1.15d36.00±0.00d1.33±2.31e发芽指数ck83.35±6.55a83.35±6.55a83.35±6.55a83.35±6.55a0.3057.35±7.25b53.69±7.70b69.82±4.70b52.37±9.72b0.6044.80±4.54c19.75±0.90c54.75±5.93c42.34±1.14b0.9044.30±5.41c12.09±4.33cd53.40±4.48c25.00±7.22c1.2023.75±2.07d10.00±1.90de35.22±3.17d8.35±5.74d1.5016.15±5.01d2.15±2.99e29.12±2.72d2.22±3.21d

注：表中数据为3次重复的平均值±标准误；不同小写字母表示处理间显著差异(p<0.05)。下同。

表2 NaCl、Na2SO4、MgCl2及复合盐对高山紫菀种子的盐害指数

指标浓度/%Na2SO4NaClMgCl2复合盐盐害指数/%ck0.00±0.00d0.00±0.00e0.00±0.00c0.00±0.00d0.3018.10±10.81c21.77±13.47d9.62±8.34c29.42±14.75c0.6037.78±13.18b62.24±4.27c22.85±7.33b40.40±5.48c0.9030.99±13.61bc74.81±8.34bc22.40±7.17b57.30±8.78b1.2056.16±6.88a78.10±5.20b41.47±5.46a82.68±11.79a1.5068.71±9.89a95.04±6.64a51.78±2.15a95.04±6.64a

各盐胁迫下，种子发芽势均显著小于ck(p<0.05)。Na2SO4、MgCl2盐溶液处理组0.30%浓度下，发芽势显著小于ck(p<0.05)，同种盐0.60%、0.90%浓度对发芽势的影响相同，浓度为1.20%、1.50%同种盐溶液处理的与ck差异显著程度相同。浓度大于0.30%的NaCl盐胁迫的与0.30%浓度的相比显著降低(p<0.05)，1.50%浓度处理的发芽指数与ck差异最显著，是ck的0.79%(p<0.05)。复合盐溶液处理组中，0.30%浓度的发芽指数最大，是ck的67.97%，浓度为1.50%的最小，显著小于ck。

同种类盐溶液处理下，发芽指数随浓度的升高呈下降趋势。盐溶液浓度大于等于0.30%时，发芽指数均显著低于ck(p<0.05)。0.30%浓度下，各处理中MgCl2发芽指数比ck下降最少，是ck的83.77%(p<0.05)。浓度大于0.30%的NaCl盐溶液处理的比同浓度下MgCl2、Na2SO4处理的发芽指数小。浓度为1.50%的NaCl、复合盐处理的发芽指数显著小于ck(p<0.05)，低于同浓度下其它处理。

2.2 高山紫菀种子耐盐性分析

盐害指数对各盐胁迫的响应不同，当胁迫浓度高于0.30%时，盐害指数均显著高于对照(p<0.05)。0.30%浓度下，仅MgCl2盐胁迫的盐害指数与对照无显著性差异(p<0.05)。Na2SO4、MgCl2盐处理中，浓度为1.20%、1.50%的与ck差异大于其余处理与ck的差异(p<0.05)。NaCl、复合盐溶液处理的盐害指数随浓度升高呈上升趋势，其中1.50%浓度两种处理的盐害指数均显著大于对照(p<0.05)(表2)。

将相对发芽率与盐浓度进行曲线回归分析，建立方程，求解种子对4种盐溶液的耐受范围，结果(表3)表明：高山紫菀种子对Na2SO4、NaCl、MgCl2和复合盐的耐受适宜浓度为0.40%、0.24%、0.81%和0.30%，耐受半致死浓度为1.18%、0.53%、1.45%和0.71%，耐受极限浓度为1.69%、1.39%、1.98%和1.40%。以上结果表明：高山紫菀种子对4种盐耐受程度从大到小依次为：MgCl2>Na2SO4>复合盐>NaCl。

表3 高山紫菀种子耐盐浓度

盐处理回归方程R2耐盐适宜浓度/%耐盐半致死浓度/%耐盐极限浓度/%Na2SO4y=1.002-89.904x1+8228.243x12-358406.305x120.8660.401.181.69NaCly=1.027-126.792x2+5652.358x22-95403.118x220.9370.240.531.39MgCl2y=1.000-41.662x3+2406.811x32-131501.593x320.8560.811.451.98复合盐y=0.983-87.209x4+3613.531x42-134080.058x420.9390.300.711.40

注：y为高山紫菀种子相对发芽率，x1、x2、x3和x4分别代表NaCl、Na2SO4、MgCl2及复合盐溶液浓度。

表4 NaCl、Na2SO4、MgCl2及复合盐对高山紫菀种子幼胚生长的影响

指标浓度/%Na2SO4NaClMgCl2复合盐胚根长/mmck22.96±1.88a22.96±1.88a22.96±1.88a22.96±1.88a0.3016.01±3.46b16.71±2.56b3.81±1.44b12.83±9.44b0.6016.95±2.67b1.82±1.09c0.27±0.47c2.34±0.79c0.901.23±0.11c1.55±0.37c0.00±0.00c0.91±0.33c1.201.31±0.04c0.73±0.12c0.00±0.00c0.78±0.12c1.500.92±0.04c0.00±0.00c0.00±0.00c0.00±0.00c胚芽长/mmck2.19±0.12a2.19±0.12a2.19±0.12a2.19±0.12a0.301.66±0.48b2.32±0.07a1.10±0.10b1.27±0.26b0.601.16±0.08c0.93±0.11b1.18±0.17b1.19±0.26bc0.900.49±0.07d1.14±0.20b1.02±0.04bc1.06±0.13bc1.200.36±0.04d1.24±0.16b0.89±0.05c0.90±0.09c1.500.26±0.01d0.23±0.40c0.84±0.09c0.00±0.00d叶面积/mm2ck5.48±1.10a5.48±1.10a5.48±1.10a5.48±1.10ab0.304.52±1.40a5.91±0.23a4.27±0.31b6.91±2.15a0.604.69±1.50a4.66±0.76a3.77±0.44b3.86±0.30bc0.902.39±0.08b2.97±0.68b3.31±0.58cd3.17±0.24c1.202.38±0.31b3.16±0.26b3.54±0.78cd3.45±1.06c1.501.99±0.11b0.74±1.28c2.33±0.36d0.00±0.00d

2.3 盐胁迫对幼胚生长的影响

由表4可看出，各盐胁迫下，胚根长度均显著低于ck(p<0.05)。0.30%、0.60%浓度的Na2SO4盐溶液处理下，胚根长度显著低于ck(p<0.05)，浓度大于0.60%的处理组胚根长度均小于2.00 mm。NaCl盐胁迫下，仅0.30%浓度处理下的幼胚胚根长度大于2.00 mm。浓度为0.30%、0.60%MgCl2溶液处理下胚根长度是ck的16.59%、1.18%，其余浓度处理的胚根长度均为0。复合盐溶液处理的幼胚，胚根长随浓度的升高呈降低趋势，1.50%浓度的胚根长度为0。

胚芽长对各盐胁迫的响应不同。所有处理下，仅0.30%浓度NaCl盐溶液处理的与ck无显著性差异(p<0.05)，其余处理的均显著小于ck(p<0.05)。Na2SO4和复合盐胁迫的幼胚，其胚芽长度随溶液浓度升高呈降低趋势，浓度为1.50%的复合盐溶液处理的幼胚，其胚芽长度为0。MgCl2胁迫的幼胚，1.20%、1.50%浓度处理与ck的差异更显著(p<0.05)。

浓度大于0.60%的各种盐溶液处理下，叶面积均显著低于ck(p<0.05)。浓度小于等于0.60%的各处理中，仅MgCl2的显著小于ck(p<0.05)，其余处理与ck无显著性差异(p<0.05)。

3 讨 论

3.1 盐胁迫对种子萌发的影响

种子萌发受盐胁迫影响的程度与植物抗盐能力、盐的浓度以及盐种类有关，盐胁迫对种子萌发的危害主要是渗透效应和离子效应[15-16]。渗透效应是指当土壤中盐分含量高时，渗透压高水势低，使种子吸水困难，对种子萌发造成危害；离子效应是指某种离子浓度升高对种子造成毒害[17]。马恩等对玉米的研究表明，低浓度Mg2+延缓了发芽时间，但对发芽率影响较小[18]。本试验中，浓度为0.30%的MgCl2胁迫的种子发芽率与ck差异不显著，但种子的发芽势、发芽指数显著降低。其余处理的发芽率、发芽势和发芽指数显著低于ck，这是由于盐胁迫对种子萌发起抑制作用，表现在降低种子发芽率、降低种子发芽整齐度，试验结果与魏振艳等[19]的研究结果一致。盐害指数是表示种子受盐害程度的重要指标[20]，本试验中1.50%浓度的NaCl、复合盐溶液处理的盐害指数均为95.04%，为所有处理组中最高，这是因为盐溶液浓度高产生渗透效应，且细胞内积累大量离子，破坏细胞质膜完整性，造成毒害作用[21]。

3.2 盐胁迫对幼胚生长的影响

幼胚的不同器官对各种类各浓度盐溶液响应不同。本试验中不同浓度、不同种类盐胁迫均对胚根生长产生显著抑制作用，这是由于胚根直接接触盐溶液，且胚根比胚芽和叶片对盐胁迫更敏感[14]。宰学明等[22]提出盐分浓度达到植物忍耐限度时，植物本身调节作用很难保持膜系统完整性，本试验中幼胚在1.50%浓度复合盐溶液胁迫下未生长。孙海博等研究认为，Mg2+毒害作用较强，对胚根生长起抑制作用[20]。本试验中浓度大于0.90%的MgCl2盐溶液处理的胚根未生长。0.30%浓度的NaCl盐溶液处理的胚芽长与ck差异不显著，这是由于低浓度NaCl盐溶液能满足幼胚对水分的需求，未造成盐害[23]。Mg2+对叶片产生了离子毒害作用，浓度小于0.90%的4种盐处理组中，仅MgCl2盐胁迫的叶面积显著低于ck。

4 结 论

高山紫菀种子萌发与幼胚生长对盐胁迫响应机理复杂。种子萌发时期对盐胁迫表现敏感。除0.30%浓度的MgCl2外，其余处理均对高山紫菀种子发芽势、发芽率和发芽指数产生显著抑制，但低浓度盐胁迫下种子表现出较好的发芽状况，说明高山紫菀种子具有一定耐盐性。高山紫菀种子对Na2SO4、NaCl、MgCl2和复合盐的耐受适宜浓度为0.40%、0.24%、0.81%和0.30%，耐受半致死浓度为1.18%、0.53%、1.45%和0.71%，耐受极限浓度为1.69%、1.39%、1.98%和1.40%。高山紫菀种子对4种盐耐受程度从大到小依次为：MgCl2>Na2SO4>复合盐>NaCl。4种盐溶液在不同胁迫水平下对胚根、胚芽和叶片生长的影响不同，胚芽、叶片对盐分的敏感程度低于胚根。