盐碱、温度及其互作对丹参种子萌发及幼苗生长的影响

郭 猛，黄 勇，李贺敏，张红瑞，周 艳，高致明，丁梦瑶

（河南农业大学农学院, 河南 郑州450018）

在全球范围内，由于灌溉导致的土壤盐渍化已成为限制农业生产的重要非生物因素之一[1]，我国约有1×108hm2盐碱地[2]，分布范围较广。植物种子在萌发阶段对盐胁迫的响应较其他生育阶段更明显[3-4]，盐胁迫对种子发芽率、活力指数、抗逆酶活性、细胞渗透调节物质含量、丙二醛 (MDA) 含量、幼苗生长发育等指标均有影响[5-9]。温度是影响种子萌发的主要生态因子之一，其通过改变萌发种子内部酶活性和物质代谢进程直接决定或间接影响种子萌发[10]，在一定范围内种子萌发进程会随温度的升高而加快[11]，但温度过高或过低不利于种子萌发[12-13]，不同植物种子的最适萌发温度不同[14-15]。丹参 (Salvia miltiorrhiza)为唇形科鼠尾草属多年生草本植物，根及根茎是我国传统大宗药材[16]，种植面积在2 万hm2左右，在我国山东、河南、河北、山西、陕西等半干旱地区均有分布。丹参种子小、存活时间短，萌发受土壤盐碱影响较大[17]。

丹参多分布于半干旱区丘陵地，土壤盐碱度较高，以Na+、Cl-、、、等为主；在生产上丹参多采用露天育苗，一般在6 月 - 8 月进行，气温和地温均较高。目前，关于丹参育苗工作的研究集中在提高出苗率和苗期抗逆性等方面[18-19]，但鲜见研究土壤盐碱和温度对丹参种子萌发及幼苗生长的影响[17,20]。以往学者在研究盐分或温度对植物种子萌发特性、生长和抗逆性等的影响时采用单一盐胁迫和恒温处理[21-22]，在自然条件下，温度是变化的，采用恒温研究温度对植物种子萌发的影响与实际生产条件不符，另外，盐碱地中存在多种离子成分，采用单一盐溶液模拟盐胁迫也不具有代表性。故本研究采用NaCl 和Na2SO4模拟中性盐胁迫，采用Na2CO3和NaHCO3模拟碱性盐胁迫，并设置18 ℃/28 ℃和28 ℃/38 ℃ 两种变温条件，以探究盐碱、温度及其交互作用对丹参种子萌发及幼苗生长的影响，旨在明确丹参种子萌发在不同温度下的耐盐碱阈值，以期为丹参育苗提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试丹参种子 (千粒重为1.35 g)于2018 年6 月采自河南天沣农业科技有限公司渑池县丹参种植基地，采收后晾干，装入透气布袋中，放在4 ℃冰箱内保存、备用。试验丹参种子预先用2.00% H2O2溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗干净后用于试验。

1.2 试验方法

试验于2018 年7 月在河南农业大学农学院中药材栽培实验室进行。该试验设两个变温处理，分别为18 ℃/28 ℃ (t1)和28 ℃/38 ℃ (t2)两个水平；采用等摩尔质量的NaCl 和Na2SO4混合溶液模拟中性盐胁迫，设6.25 (Y1)、12.5 (Y2)、25 (Y3)和50 mmol·L-1(Y4)4 个梯度；采用等摩尔质量的Na2CO3和NaHCO3混合溶液模拟碱胁迫，设3.125 (J1)、6.25 (J2)、12.5 (J3)和25 mmol·L-1(J4) 4 个梯度，以清水为对照 (CK)，不同浓度盐碱溶液pH 如表1 所列。将消毒后的丹参种子摆放于铺有双层滤纸的10 cm 玻璃培养皿中，每发芽床摆放50 粒种子，每培养皿加上述溶液10 mL，对照加蒸馏水10 mL，每处理3 次重复。用保鲜膜将培养皿密封，防止水分蒸发，以保持种子萌发过程中溶液浓度恒定。将培养皿置于培养箱培养，培养条件设置为光照时长12 h·d-1，光照强度4 000 lx，相对湿度60%。每天统计发芽数，并于第10 天测量幼苗叶长、叶宽、根茎长。CK：清水对照；Y1、 Y2、 Y3和Y4分别表示6.25、12.5、25和50 mmol·L-1盐胁迫处理； J1、J2、J3和J4分别表示3.125、6.25、12.5和25 mmol·L-1碱胁迫处理；下同。

表 1 不同温度下不同浓度盐碱溶液pHTable 1 pH value of saline alkali solutions with different concentrations at different temperatures

CK: water control; Y1, Y2, Y3, and Y4indicate 6.25, 12.5, 25, and 50 mmol·L-1salt treatments, respectively; J1, J2, J3, and J4indicate 3.125, 6.25, 12.5,and 25 mmol·L-1alkali treatments, respectively; this is applicable for the following figures and tables as well.

1.3 指标及测量方法

发芽率 (GR) = 种子发芽数 (10 d)/供试种子数×100%； ∑

发芽指数 (GI) = Gt/Dt。

式中：Gt为第t 日种子萌发数；Dt为对应的萌发日数。

相对盐害率 = (对照发芽率 - 处理发芽率)/对照发芽率× 100%；

发芽动态 = 当天种子发芽数/供试种子数× 100%。

叶长为丹参幼苗最长叶片的长度值，叶宽为丹参幼苗最长叶片的宽度值，苗长为丹参幼苗的根长与茎长之和，数据均为10 株平均值。叶长、叶宽和根茎长采用游标卡尺测量，以种子露白为萌发标准。

1.4 数据处理分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 27 软件对所得数据进行处理分析。相同温度下不同盐碱浓度处理间差异显著性在95% 置信水平上使用Duncan’s进行多重比较，同一盐碱浓度两变温处理间的差异显著性使用T 检验得出。运用Excel 2010 进行数据处理和作图，所有指标数值均为3 次重复的平均值 ±标准误。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫、温度对丹参种子发芽率的影响

除J4处理外，丹参种子在t1下各处理的发芽率均显著大于t2(P ＜ 0.05) (图1)。盐温交互和碱温交互对丹参种子发芽率的影响规律不同，盐胁迫浓度最大 (Y4)时，两变温处理间的发芽率差值最大，而碱胁迫下两变温处理间发芽率的差值随胁迫浓度的增加而减小，且碱胁迫浓度最低 (J1)时，两变温间发芽率的差值最大。不同盐、碱胁迫浓度对丹参种子发芽率的影响不同，t1条件下Y1处理的种子发芽率为75.33%，较CK 高11.33%，Y2和J1的发芽率分别为60.67%和68.67%，与CK 差异不显著 (P ＞ 0.05)，其余胁迫浓度下丹参种子发芽率均显著低于CK (P ＜0.05)；t2条件下CK 的发芽率为38.00%，Y1、Y2、J1和J2的发芽率分别为41.33%、32.00%、32.00%和29.33%，与CK 差异不显著 (P ＞ 0.05)，其余浓度胁迫下的发芽率均显著低于CK (P ＜ 0.05)。相同温度、盐碱浓度条件下，碱胁迫对丹参种子发芽率的抑制作用大于盐胁迫，t1条件下，Y1和J2的发芽率分别为75.33%和50.00%，Y1显著大于J2(P ＜ 0.05)；Y2和J3的发芽率分别为60.67%和23.33%，Y2显著大于J3(P ＜ 0.05)；Y3和J4的发芽率分别为46.67% 和3.33%，Y3显著大于J4(P ＜ 0.05)； t2条件下规律类似t1。碱温互作对丹参种子发芽率均有显著影响 (P ＜ 0.01)，而盐温互作对丹参种子发芽率的影响不显著 (P ＞ 0.05) (表2)。

图 1 不同处理对丹参种子发芽率的影响Figure 1 Effects of different treatments on germination rate of Salvia miltiorrhiza seeds

2.2 盐碱胁迫、温度对丹参种子发芽指数的影响

图 2 不同处理对丹参种子发芽指数的影响Figure 2 Effects of different treatments on germination index of Salvia miltiorrhiza seeds

表 2 盐碱、温度及其交互对丹参种子萌发及幼苗生长的影响Table 2 Effects of salinity, alkalinity, temperature, and their interaction on seed germination and seedling growth of Salvia miltiorrhiza

盐碱、温度及其交互作用对丹参种子的发芽指数均有显著影响 (P ＜ 0.05) (表2)，除J3和J4外，t1下各处理的发芽指数均显著大于t2(P ＜ 0.05) (图2)。在两种变温条件下，随盐胁迫和碱胁迫浓度的增加，丹参种子发芽指数逐渐变小，t1条件下，Y1的发芽指数为21.09，显著高于CK (P ＜ 0.05)，Y2和J1的发芽指数分别为16.09 和17.98，均与CK 无显著差异(P ＞ 0.05)，其余处理的发芽指数均显著小于CK (P ＜0.05)；t2条件下，CK 的发芽指数为7.80，Y1、Y2、J1和J2的发芽指数分别为7.89、5.34、6.75 和6.58，均与CK 差异不显著 (P ＞ 0.05)，其余处理均显著小于CK(P ＜ 0.05)。相同条件下，盐胁迫对丹参种子发芽指数的抑制作用小于碱胁迫，t1条件下，Y1、Y2、Y3的发芽指数分别为21.09、16.09 和9.36，J2、J3、J4的发芽指数分别为12.34、3.67和0.68，Y1显著大于J2(P ＜0.05)，Y2显著大于J3(P ＜ 0.05)，Y3显著大于J4(P ＜0.05)；t2条件下规律相同。

2.3 盐碱胁迫、温度对丹参种子相对盐害率的影响

在t1、t2条件下，4 种浓度盐胁迫处理的相对盐害率随胁迫浓度的增加呈逐渐变大趋势(图3)，Y1的相对盐害率最小，在t1和t2下分别为-17.71%和-8.77%，Y4的相对盐害率最大，在t1、t2下分别为36.46%和92.98%。Y1和Y2处理在两变温下的相对盐害率无显著差异 ( P ＞ 0.05)，Y3、Y4处理在t1下的相对盐害率显著小于t2(P ＜ 0.05)。4 种浓度碱胁迫处理的相对盐害率随胁迫浓度的增加也呈增加趋势，但碱胁迫处理在两变温下的相对盐害率差异不显著 (P ＞ 0.05)。

图 3 不同处理对丹参种子相对盐害率的影响Figure 3 Effect of different treatments on relative salt damage rate of Salvia miltiorrhiza seeds

两变温条件下，Y1处理对丹参种子发芽率有提高作用，故Y1处理在两变温条件下的相对盐害率均为负值，分别为-17.71%和-8.77%；其余3 个浓度盐胁迫处理在两变温条件下的相对盐害率均随盐胁迫浓度的升高而增加；碱胁迫处理J4在t1、t2下的相对盐害率分别为94.79% 和96.49%，两处理间差异不显著 (P ＞ 0.05)。相同温度、盐碱浓度条件下，碱胁迫较盐胁迫的相对盐害率更大，t1条件下Y1、J2的相对盐害率分别为-17.71%和21.88%，J2显著大于Y1(P ＜ 0.05)，Y2和J3的相对盐害率分别为5.21%和63.54%，J3显著大于Y2(P ＜ 0.05)，Y3和J4的相对盐害率分别为27.08%和94.79%，J4显著大于Y3(P ＜0.05)；t2条件下的规律同t1。盐胁迫、碱胁迫、温度和盐温互作对丹参种子相对盐害率均有显著影响 (P ＜0.01) (表2)。

2.4 盐碱胁迫、温度对丹参种子发芽动态的影响

t1条件下，不同浓度盐碱胁迫对丹参种子发芽动态的影响不同，10 d 时J1和Y1的发芽率大于CK，其余处理10 d 时的种子发芽率均低于CK，且浓度越高发芽率越低，故低浓度盐碱胁迫对丹参种子发芽有促进作用，高浓度盐碱胁迫对丹参种子发芽具有抑制作用 (图4)。不同处理下丹参种子的发芽高峰期不同，CK、Y1、Y2、J1和J2在2～4 d 时种子发芽率增加较快，2～4 d 为发芽高峰期，随盐碱胁迫浓度的增加种子发芽高峰期推迟，Y3的发芽高峰期出现在4～6 d，Y4和J3的发芽高峰期出现更晚，为6～8 d。高浓度碱胁迫严重抑制丹参种子萌发，发芽率增加缓慢。在t2条件下，Y1促进丹参种子发芽，其余处理均显著抑制丹参种子发芽 (P ＜ 0.05)，且随盐碱胁迫浓度的增加，抑制作用增加 (图5)。在t2条件下， CK、Y1、Y2、J1、J2的发芽高峰期为4～6 d，Y3和J3的发芽高峰期为6～8 d，高浓度J4和Y4处理的发芽率增加较慢，没有明显发芽高峰期。

图 4 18 ℃/28 ℃条件下盐、碱胁迫对丹参种子发芽动态的影响Figure 4 Effect of salt and alkali stress on seed germination dynamics of Salvia miltiorrhiza at 18 ℃/28 ℃

图 5 28 ℃/38 ℃条件下盐、碱胁迫对丹参种子发芽动态的影响Figure 5 Effect of salt and alkali stress on seed germination dynamics of Salvia miltiorrhiza at 28 ℃/38 ℃

2.5 盐碱胁迫、温度对丹参幼苗生长的影响

两变温条件下，除碱温互作对叶宽无显著影响外，其他盐碱胁迫及互作均对丹参幼苗叶长、叶宽和根茎长均有显著( P ＜ 0.05)和极显著( P ＜ 0.01)的影响 (表2)。t1条件下J3、J4处理和t2条件下Y4、J3、J4处理严重抑制丹参幼苗叶片生长，其未能正常长出叶片 (表3)。t1条件下，CK 的叶长为0.56 cm，Y3、Y4和J2的叶长均显著低于CK (P ＜ 0.05)，分别低0.05、0.09 和0.07 cm，Y1、Y2和J1的叶长与CK 无显著差异 (P ＞ 0.05)；t2条件下，CK 的叶长与Y1的叶长无显著差异 (P ＞ 0.05)，其余处理的叶长均显著小于CK (P ＜ 0.05)。t1条件下Y1的叶宽为0.54 cm，显著大于CK (P ＜ 0.05)，其余处理的叶宽均显著低于CK (P ＜ 0.05)；t2条 件 下，Y1和J1的 叶 宽 均与CK 无显著差异 (P ＞ 0.05)，其余处理显著低于CK (P ＜0.05)。t1、t2条件下，各盐碱胁迫处理对丹参根和茎的生长均有显著抑制作用 (P ＜ 0.05)，抑制作用随胁迫浓度的增加而变大。t1条件下， J4的苗长仅为0.48 cm，较CK 低2.82 cm，差异达显著水平。t2条件下盐碱胁迫对丹参苗长的生长影响规律与t1类似。

相同温度、盐碱胁迫条件下，盐胁迫对丹参幼苗生长的抑制作用小于碱胁迫，其中t1条件下，Y2处理下丹参幼苗的苗长、叶长和叶宽分别为2.15、0.55、0.41 cm，J3处理的苗长为0.51，无叶长和叶宽，幼苗受碱胁迫抑制更强。

表 3 不同处理对丹参幼苗生长的影响Table 3 Effects of different treatments on seedling growth of Salvia miltiorrhiza

3 讨论与结论

不同植物种子对盐碱胁迫的响应差异较大，李志萍等[5]的研究结果表明，当NaCl 溶液的浓度达400 mmol·L-1时对栓皮栎 (Quercus variabilis)种子的发芽率和发芽势无显著影响，而卢艳敏[23]的研究结果表明当NaCl 浓度达50 mmol·L-1时显著降低高羊茅 (Festuca arundinacea)种子的发芽率和发芽势。本研究中，NaCl 和Na2SO4溶液浓度达到25 mmol·L-1时显著降低丹参种子的发芽率和发芽指数。孙西红等[22]的 研 究 表 明，20 mmol·L-1Na2CO3对4 种 高 羊茅种子的发芽率和发芽势均无影响，而本研究中，Na2CO3和NaHCO3溶 液 浓 度 达 到6.25 mmol·L-1时显著降低丹参种子的发芽率和发芽指数。盐碱胁迫抑制种子发芽可能由以下原因造成：高浓度盐碱胁迫增加了溶液的渗透势，抑制种子萌发；高浓度盐碱离子增加了离子毒害，使得一部分种子失活[24-25]，但盐碱胁迫抑制丹参种子萌发的具体机理还有待进一步研究。本研究中，6.25 mmol·L-1的中性盐溶液可提高丹参种子发芽率，梁云媚等[26]的试验结果也表明低浓度的盐溶液可提高苜蓿 (Medicago sativa)种子的发芽率，与本研究所得结论一致。原因可能是萌发环境中维持一定的离子浓度有助于种子萌发，低浓度离子含量有助于维持细胞膜渗透调节，或对呼吸酶有一定的激发作用[27]。

本研究中，相同条件下碱胁迫对丹参种子发芽率、发芽势和幼苗生长的抑制作用大于盐胁迫，相关研究也表明，在相同条件下碱胁迫对植物种子萌发和幼苗生长的抑制作用大于盐胁迫[28-29]。高浓度的碱胁迫使得丹参种子仅有根长出，未能正常长出叶片，这表明碱胁迫对丹参幼苗地上部生长的抑制作用大于地下部，相关研究也表明盐碱胁迫对植株地上部生长的抑制作用大于地下部[30]。因为高浓度碱溶液除了有离子毒害、离子吸收不平衡和渗透胁迫作用外，还增高了溶液的pH，造成离子失衡[31-34]。

温度是影响种子萌发的主要环境因子之一，可通过改变萌发种子内水解酶活性、膜结合蛋白的活力及物质代谢进程等途径影响种子萌发进程[35]，在一定温度范围内种子的萌发进程随着温度的升高而加快，温度过高或过低会延缓种子萌发进程[11-12]。本研究中，温度显著影响丹参种子萌发进程，18 ℃/28 ℃变温条件下的发芽率、发芽指数、生长状况显著优于28 ℃/38 ℃，与马红媛等[7]和武袆等[36]所得结论类似。原因可能是18 ℃/28 ℃变温条件下，丹参种子和幼苗胞内代谢酶活性更高，物质吸收利用更快，具体机理有待深入研究。

盐温互作对种子萌发的影响因不同植物而有所不同[37-39]，有研究表明小麦 (Triticum aestivum)种子发芽率受温度与盐的交互作用影响不显著，而受温度与碱的交互作用影响显著[31]，紫花苜蓿在低温低盐胁迫时的种子萌发率高于其他盐碱胁迫[40]。本研究表明盐、碱和温度的交互作用对丹参种子萌发和幼苗生长均存在显著影响，18 ℃/28 ℃条件下丹参种子萌发和幼苗生长优于28 ℃/38 ℃，不同浓度盐碱胁迫均表现出相同规律，表明丹参种子发芽率对盐碱胁迫的响应受温度的影响较大，即高温对丹参种子发芽率的抑制作用更大。

综上所述，盐碱、温度及其交互作用明显影响丹参种子萌发和幼苗生长，低温条件下盐碱胁迫对丹参种子的影响相对较小；丹参种子萌发和幼苗生长对碱胁迫更为敏感。丹参耐盐碱能力较弱，在盐碱育苗时应选择盐碱度较低的土地，适宜在温度较低时进行育苗，以提高其发芽率，保证丹参育苗成活率。