盐碱胁迫对南疆喀什市牛皮消种子萌发的响应

孙艳美， 王 东

(1. 喀什大学 化学与环境科学学院; 2. 喀什大学 生命与地理科学学院 叶尔羌绿洲生态与生物资源研究高校重点实验室， 喀什 844000)

新疆位于中国的西北部，是中国盐渍土的主要分布区域，盐渍土总面积高达11万km2，而广袤的南疆是新疆盐渍土的主要分布地区[1-2]。南疆喀什市由于毗邻塔克拉玛干沙漠，喀什具有暖温带大陆性干旱气候特征，干旱少雨，气候极端干燥。长期以来，土壤盐碱化一直困扰着喀什地区经济和社会发展[1-2]。采用耐盐碱植物是改良盐碱土壤的有效途径[3-4]。

牛皮消(Cynanchiauricuti)属于萝摹科鹅绒藤属(Auriculatum)，具有一定的药理活性[5-6]。牛皮消广泛分布于南疆喀什地区，笔者发现在喀什市吐曼河两岸生长有大量牛皮消植株，因此牛皮消能较好地适应南疆的盐碱土壤。目前有关牛皮消适应盐碱土壤的机理研究鲜有报道。基于此，本试验研究了喀什市牛皮消种子萌发对典型中性盐NaCl和碱性盐Na2CO3胁迫的响应，以期为进一步深入研究牛皮消适应盐碱土壤的机理提供信息，也为牛皮消用于改良南疆盐碱土壤奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试牛皮消种子

本试验所用牛皮消种子于2017年11月采自南疆喀什市吐曼河两岸野生的牛皮消植株。选取籽粒饱满且大小均匀一致的种子进行试验。牛皮消植株及种子形态见图1。

a：喀什市牛皮消植株；b：叶片；c：种子

1.2 不同处理浓度溶液的配制

分别配制浓度梯度为50、100、150、200和250 mmol/L的NaCl和Na2CO3溶液备用。采用无菌蒸馏水进行溶液配制。

1.3 盐碱胁迫对牛皮消种子萌发的影响

选取内径为9 cm的玻璃培养皿进行试验，首先对培养皿进行高温高压灭菌。分别选取50、100、150、200和250 mmol/L的NaCl溶液以及50、100、150、200和250 mmol/L 的Na2CO3溶液作为10个处理，用无菌蒸馏水作为对照处理，每个处理均设3个重复。向每个培养皿中放置双层滤纸，然后均匀放置30粒供试牛皮消种子，之后按照不同处理分别加入供试NaCl和Na2CO3溶液，每个培养皿加入10 mL溶液，每个对照培养皿加入10 mL灭菌蒸馏水，置于温度为(25±1) ℃，光照为4000 lx，光-暗周期为12 h∶12 h的培养箱内进行培养。每天于同一时间向每个培养皿中补充2 mL无菌蒸馏水以保持湿度并统计种子萌发情况(以芽露出种皮为发芽标准)，连续统计7 d。在第7天的时候，测定每个培养皿中发芽种子的胚根长度。

1.4 种子萌发指标计算

采用上述试验获得的数据，根据文献报道[7-11]，分别计算如下指标。

1)日发芽率(%) = (Ni/N)×100%(Ni为第i天发芽数；N为种子总数)；

2)发芽率(%) = (N7d/N)×100%(N7d为第7天发芽数；N为种子总数)；

3)发芽势(%) = (N3d/N)×100%(N3d为第3天发芽数；N为种子总数)；

4)发芽指数 = ∑Gt/Dt(Gt为每日发芽数；Dt为发芽日数)；

5)生长速率 =S/∑[Ni×(Dj-Di+0.5)](S指每个培养皿中萌发种子胚根长度的总和；Ni为第i天发芽数；Dj指试验天数；Di指第i天)；

6)相对发芽率(%) = (Gr1/Gr0)×100%(Gr1为第7天的处理发芽率；Gr0为第7天的对照发芽率)；

7)相对盐害率(%) = (1-Gr1/Gr0)×100%(Gr1与Gr0含义同上)；

8)耐盐性评价：将相对发芽率作为因变量(y)，NaCl和Na2CO3处理浓度作为自变量(x)建立函数方程。以相对发芽率下降75%时作为牛皮消种子对NaCl和Na2CO3胁迫的耐盐适宜浓度；以相对发芽率下降50%时作为耐盐半致死浓度；以相对发芽率下降10%时作为耐盐极限浓度。

1.5 数据分析

使用Microsoft Excel 2010进行数据整理、图表绘制以及回归分析。使用SPSS 17.0进行差异显著性分析，采用最小显著差异LSD法进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 牛皮消种子日发芽率对盐碱胁迫的响应

NaCl和Na2CO3胁迫下牛皮消种子日发芽率结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子的萌发均产生了明显的抑制作用(图2)。对照组种子在前4 d进行萌发，从第5天开始至试验结束对照组没有萌发的种子。NaCl和Na2CO3对牛皮消种子萌发表现出不同的抑制作用。所有浓度NaCl处理条件下牛皮消种子均能萌发(图2-A)，而Na2CO3只有在低浓度处理条件下(50、100和150 mmol/L浓度)牛皮消种子才能萌发，在高浓度处理条件下(200和250 mmol/L浓度)牛皮消种子完全不能萌发(图2-B)。因此，Na2CO3对牛皮消种子日发芽率的影响明显高于NaCl。

A：NaCl胁迫； B：Na2CO3胁迫

2.2 牛皮消种子发芽率对盐碱胁迫的响应

NaCl和Na2CO3胁迫下牛皮消种子发芽率结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子的萌发均产生了明显的抑制作用，Na2CO3的抑制作用明显强于NaCl(图3)。在NaCl胁迫下，除了250 mmol/L处理浓度发芽率与对照表现为显著性差异(P<0.05)外，其他处理浓度均无显著性差异(P>0.05)。在Na2CO3胁迫下，除了50 mmol/L处理浓度发芽率与对照相比无显著性差异(P>0.05)之外，其他浓度均表现为显著性差异(P<0.05)。

2.3 牛皮消种子发芽势对盐碱胁迫的响应

NaCl和Na2CO3胁迫下牛皮消种子发芽势结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子的发芽势均产生了明显的抑制作用，随着处理浓度的升高，两种盐胁迫下的发芽势均呈下降趋势，Na2CO3的抑制作用明显强于NaCl(图4)。在NaCl胁迫下，低处理浓度(50和100 mmol/L浓度)与对照相比无差异显著性(P>0.05)，而在高处理浓度(150、200和250 mmol/L浓度)条件下与对照表现为显著性差异(P<0.05)。在Na2CO3胁迫下，所有处理浓度与对照均表现为显著性差异(P<0.05)。

图3 NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子发芽率的影响

图4 NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子发芽势的影响

2.4 盐碱胁迫对牛皮消种子发芽指数的影响

图5 NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子发芽指数的影响

NaCl和Na2CO3胁迫下牛皮消种子发芽指数结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子的发芽指数产生了较为明显的影响，随着NaCl和Na2CO3处理浓度的升高，牛皮消发芽指数均表现为逐渐减小的趋势(图5)。NaCl和Na2CO3所有处理浓度与对照表现为显著性差异(P<0.05)。当Na2CO3处理浓度为200和250 mmol/L时，发芽指数均为0。总体来看，Na2CO3对牛皮消种子发芽指数的影响高于NaCl。

2.5 盐碱胁迫对牛皮消种子胚根长度和胚根生长速率的影响

NaCl和Na2CO3胁迫下牛皮消种子胚根长度和胚根生长速率结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子胚根长度和胚根生长速率均产生了较为明显的影响(表1)。在NaCl和Na2CO3胁迫下，除了NaCl 50 mmol/L处理浓度胚根生长速率与对照无显著性差异外(P>0.05)，两种盐其他处理浓度与对照均表现为显著性差异(P<0.05)。随着NaCl和Na2CO3处理浓度的升高，胚根长度和胚根生长速率均呈下降趋势，而Na2CO3下降趋势比NaCl更为明显。当Na2CO3处理浓度达到200和250 mmol/L时，胚根长度和胚根生长速率均为0(表1)。此外，经Na2CO3处理的种子其表面颜色更深，有些发黑(图6)。总体来看，Na2CO3对牛皮消种子胚根长度和胚根生长速率的影响高于NaCl。

表1 不同浓度NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子胚根长度和胚根生长速率的影响

a:CK；b：50 mmol/L NaCl；c：100 mmol/L NaCl；d：150 mmol/L NaCl；e：200 mmol/L NaCl；f：250 mmol/L NaCl；g：50 mmol/L Na2CO3；h：100 mmol/L Na2CO3；i：150 mmol/L Na2CO3；j：200 mmol/L Na2CO3；k：250 mmol/L Na2CO3

2.6 盐碱胁迫对牛皮消种子的相对盐害率

NaCl和Na2CO3胁迫下牛皮消种子相对盐害率结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子的相对盐害率表现出不同的影响趋势(表2)。对于NaCl胁迫，当处理浓度为250 mmol/L时，相对盐害率达到了最大值。但值得注意的是，当处理浓度为100和200 mmol/L时，NaCl促进了牛皮消种子的萌发。对于Na2CO3胁迫，随着处理浓度的升高，相对盐害率表现为逐渐增大的趋势。当处理浓度为200和250 mmol/L时，相对盐害率达到了100%。总体来看，Na2CO3对牛皮消种子的相对盐害率要高于NaCl，高浓度的Na2CO3直接抑制牛皮消种子的萌发。

表2不同浓度NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子的相对盐害率

2.7 喀什市牛皮消种子耐盐碱性评价

为明确喀什市牛皮消种子对NaCl和Na2CO3胁迫的耐受程度，通过相对发芽率及盐浓度建立函数方程，计算获得牛皮消种子萌发期对NaCl和Na2CO3的耐盐适宜浓度、耐盐半致死浓度以及耐盐极限浓度(表3)。结果表明，牛皮消种子萌发期对NaCl的耐盐适宜浓度、耐盐半致死浓度以及耐盐极限浓度均高于Na2CO3。因此，Na2CO3对牛皮消种子萌发的胁迫要强于NaCl。

3 讨论与结论

牛皮消广泛分布于南疆喀什地区，是一种能较好适应南疆盐碱土壤的植物。目前有关牛皮消适应盐碱土壤的机理研究鲜有报道。基于此，本试验研究了喀什市牛皮消种子萌发对典型中性盐NaCl和碱性盐Na2CO3胁迫的响应，分析了NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子日发芽率、发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长度和胚根生长速率的影响，计算了NaCl和Na2CO3胁迫对牛皮消种子的相对盐害率。此外，对喀什市牛皮消种子耐盐碱性进行了评价。结果表明，NaCl和Na2CO3对牛皮消种子日发芽率、发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长度和胚根生长速率均产生了较为明显的影响。总体来看，Na2CO3对牛皮消种子萌发的胁迫强于NaCl。NaCl和Na2CO3对牛皮消种子的相对盐害率表现出不同的影响趋势，Na2CO3对牛皮消种子的相对盐害率要高于NaCl，高浓度的Na2CO3直接抑制牛皮消种子的萌发。牛皮消种子萌发期对NaCl的耐盐适宜浓度、耐盐半致死浓度以及耐盐极限浓度均高于Na2CO3。本试验为进一步深入研究牛皮消适应盐碱土壤的机理提供信息。此外，也为牛皮消用于改良南疆盐碱土壤奠定基础。

表3 喀什市牛皮消种子的耐盐浓度

在NaCl胁迫下，当NaCl处理浓度为100和200 mmol/L时牛皮消种子的发芽率均比对照要高(图3)，发芽率比对照分别增高了3.33%和1.11%，这表明适宜浓度的中性盐NaCl可促进牛皮消种子的萌发。这可能是由于低盐可促进细胞膜的渗透或微量的Na+和Cl-对呼吸酶的激活作用所致[12]。同等条件下，碱性盐Na2CO3对牛皮消种子萌发的影响要强于中性盐NaCl，这很可能是由于同浓度碱性盐Na2CO3比中性盐NaCl的Na+浓度高，牛皮消种子受到了高浓度Na+的胁迫所致[13]。发芽指数可作为最敏感和最可靠的评价指标，用于综合反映种子的萌发情况[14]。Na2CO3对牛皮消种子发芽指数的影响高于NaCl(图5)，这进一步说明了Na2CO3对牛皮消种子萌发的影响强于NaCl。种子在萌发期过后能否生长为一株幼苗可根据胚根的生长情况进行初步判定[15]。Na2CO3对牛皮消种子胚根长度的影响高于NaCl(表1)，而且经Na2CO3处理的种子其表面颜色更深，有些发黑(图6)，这可能是由于Na2CO3作为碱性盐产生的较高pH值会对种子具有较强的腐蚀作用。此外，同浓度碱性盐Na2CO3比中性盐NaCl的Na+浓度高，较高浓度的Na+会使根细胞的细胞膜受到损害，新陈代谢受到抑制，从而影响种子的萌发[16]。有关喀什市牛皮消能较好适应南疆盐碱环境的详细机理有待进一步深入研究。