氧化剂处理对翅碱蓬种子萌发的影响

向 亮， 陈佳勃， 陈 龙， 王艳杰， 赵 迎

(1.辽宁石油化工大学环境与安全工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2.盘锦市气象局， 辽宁 盘锦 124000；3.辽宁石油化工大学石油化工学院， 辽宁 抚顺 113001)

翅碱蓬(Suaedasalsa)是广泛分布于滨海潮滩湿地的先锋植物[1-3]，在降低土壤盐分[2-3]、改善土壤理化性质[4-6]、修复石油烃污染[7-8]和维持湿地生态系统正常演替[9-10]等方面具有重要作用。辽河口湿地属于国家级自然保护区，翅碱蓬是辽河口滨海湿地植被的重要组成部分[11]；国家5 A级景区盘锦红海滩风景廊道就是以翅碱蓬为主要元素。

近十几年来，随着人类活动影响逐渐加剧，辽河口湿地翅碱蓬出现严重退化现象，导致湿地面积大幅度减少，造成湿地生态功能明显降低、生物多样性锐减[11-12]。保护和恢复辽河口湿地生态系统的完整性和稳定性，特别是开展翅碱蓬等典型湿地植物的保护与恢复工作，对保障辽河口湿地的生态安全、提高湿地的生物多样性具有十分重要的意义。翅碱蓬在种子萌发期对土壤中盐度[13]、水分[14]、重金属[15]和多环芳烃[16]等污染物较为敏感，极大地限制了翅碱蓬湿地的生态恢复与重建。适宜的种子预处理方式可以提高种子萌发率，加速种子萌发[17]，缩短萌发期种子在污染环境条件下的滞留时间，进而提高退化湿地生态恢复与重建的效率。

促进种子萌发的预处理方法一般分为物理法和化学法。物理方法如机械破坏种皮、低温层积、沙藏和光照等，虽然能够在一定程度上促进种子的萌发，但存在工作量大、处理时间过长和作用不明显等缺陷[18-20]。化学方法是利用化学药剂破坏种皮，改变种子的休眠状态，进而促进种子的萌发。研究表明，硫酸、氢氧化钠、高锰酸钾、双氧水和硝酸钾等化学药剂能够打破植物种子的休眠，提高种子萌发率[17,21-26]，但用氧化剂处理翅碱蓬种子的研究未见报道。因此，本研究通过水培实验分析不同氧化剂对翅碱蓬种子萌发的影响，旨在探究翅碱蓬种子快速萌发和提高萌发率的方法，为辽河口翅碱蓬湿地退化区的恢复与重建提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

翅碱蓬种子采自辽河口翅碱蓬湿地，挑选成熟饱满的种子供本实验所用。采用的高锰酸钾(KMnO4)、双氧水(H2O2)和硝酸钾(KNO3)为分析纯试剂，用实验室制备的去离子水配制需要的浓度。

1.2 研究方法

1.2.1种子千粒重的测定

随机取翅碱蓬种子1 000粒，用精确度0.000 1 g的电子天平称量其质量，重复8次，取平均值，计算标准差和变异系数[19]。

1.2.2种子吸水率的测定

随机称取翅碱蓬种子，加入去离子水浸泡并置于25 ℃的培养箱中。在浸种0～2 h内每0.5 h取一次，浸种2～6 h内每2 h取一次，浸种6 h以后每6 h取一次，从培养箱中取出种子并用滤纸吸干表面水分，测定种子质量，直至种子质量不再发生变化，设置3个重复[19]。以时间为横坐标，种子吸水率为纵坐标绘制种子吸水曲线(图1)。

1.2.3氧化剂处理

随机取翅碱蓬种子88份，每份20粒。用去离子水配置0(对照)、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、1%和3%的KMnO4、H2O2和KNO3溶液，分别浸泡上述种子，时间为12 h、24 h、36 h和48 h。实验设3个重复。

1.2.4种子萌发实验

翅碱蓬种子水培实验参照赵肖依等[15]、李香等[16]的方法，将各处理组的种子放入垫有双层滤纸直径为90 mm的培养皿中，加入去离子水以保持滤纸湿润，置于植物培养箱(PRX-450 A，江苏天翎仪器有限公司)中进行萌发实验。培养条件为光照12 h，光强3 000 lx，温度(25±1)℃；黑暗12 h，温度(20±1)℃；相对湿度均为75%。每天定时记录各处理组种子萌芽个数，以种子破皮作为萌芽标准。实验期间适时向培养皿定量添加去离子水以保持滤纸湿润。

1.3 种子萌发指标

翅碱蓬种子萌发指标有萌发率和萌发速率[17]，萌发率指种子发芽的比例，萌发速率反映种子发芽的快慢程度，公式如下。

式中：Nt为t日内翅碱蓬种子萌发率。

1.4 数据统计与分析

数据的统计分析采用SPSS 22.0软件，数据图像的绘制采用Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 翅碱蓬种子的千粒重与吸水率

翅碱蓬种子外观呈黑色，近似球形，粒径较小。种子千粒重为(0.240 2±0.007 3)g，变异系数为3.0 (小于4.0)，符合试验要求。种子含水率对种子萌发意义重大，含水率达到一定程度，种子内部原生质转化为溶胶状态，且种子的呼吸作用显著增强，打破种子的休眠状态[27]。由图1可以看出，翅碱蓬种子吸水率呈先快后慢，而后趋于稳定的变化趋势。在0～6 h内吸水率快速提高，于6 h时达到28.54%；在6 h以后，种子吸水率增速明显减缓，于18 h吸水率稳定，为34.60%。

表1 KMnO4、H2O2和KNO3处理翅碱蓬种子的萌发率

2.2 不同氧化剂处理对翅碱蓬种子萌发率的影响

由表1可知，3种氧化剂处理翅碱蓬12 h、24 h、36 h和48 h的种子萌发率均无显著差异(p>0.05)，4种浸种时间对翅碱蓬种子萌发率无明显作用。与对照相比，不同浓度的KMnO4、H2O2和KNO3处理组均能提高翅碱蓬种子的萌发率(表1)。在12 h处理条件下(表1)，与对照相比，KMnO4处理组最高提高11.67%，但各浓度处理组与对照的萌发率均无显著差异(p>0.05)；H2O2处理萌发率比对照最高提高15.00%，除0.05%和1%浓度外各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理萌发率比对照最高提高15.00%，除0.2%浓度外各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：H2O2=KNO3>KMnO4。在24 h处理条件下(表1)，KMnO4处理组萌发率比对照最高提高13.33%，除0.05%、0.3%和3%浓度外各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；H2O2处理组最高提高11.66%，各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理最高提高13.33%，只有0.3%和3%浓度处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：KMnO4=KNO3>H2O2。在36 h处理条件下(表1)，与对照相比，KMnO4处理组最高提高15.00%，除0.3%和3%浓度外各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；H2O2处理组最高提高13.34%，只有0.2%、0.5%和3%浓度处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理最高提高13.34%，除0.1%、0.2%和0.5%浓度外各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：KMnO4>KNO3=H2O2。在48 h处理条件下(表1)，与对照相比，KMnO4处理组最高提高15.00%，各处理组与对照相比均无显著差异(p>0.05)；H2O2处理最高提高18.33%，除0.05%和0.1%浓度外，各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理最高提高16.66%，各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：H2O2>KNO3>KMnO4。

结果(表1)表明，氧化剂浓度是影响翅碱蓬种子萌发率的主要因素。依照浸种处理时间最优原则，12 h处理时间翅碱蓬种子萌发率最佳，依照浓度最优原则，0.2% H2O2和0.3% KNO3处理翅碱蓬种子萌发率最佳。

图1 翅碱蓬种子的吸水曲线

2.3 不同氧化剂处理对翅碱蓬种子萌发速率的影响

由图2可知，在12 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加9.86%、14.45%和24.61%；在24 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加7.45%、6.64%和17.78%；在36 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加3.73%、3.06%和17.89%；在48 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加3.5%、-2.33%和12.64%。因此，随着浸种处理时间的延长，KMnO4、H2O2和KNO3处理对翅碱蓬种子萌发速率的促进作用逐渐减弱，在48 h处理时间下，各浓度的H2O2处理甚至低于对照组的萌发速率。

图2 KMnO4(a)、H2O2(b)和KNO3(c)处理对翅碱蓬种子萌发速率的影响

结果(图2)表明，在12 h处理条件下，3种氧化剂处理翅碱蓬种子的萌发速率：KNO3>H2O2>KMnO4。最佳处理条件为0.2% KNO3处理12 h，其次为0.3% KNO3处理12 h，两个处理条件对翅碱蓬种子萌发速率的影响无显著差异(p>0.05)。

3 讨 论

表1显示，3种氧化剂浸种不同时间对翅碱蓬种子的萌发率均无显著差异(p>0.05)，但12～24 h处理萌发率呈小幅上升，24 h以后呈小幅下降，说明过长时间的浸种处理对种子萌发率并没有意义[28]。种子萌发速率分析结果(图2)显示，氧化剂处理的种子萌发速率显著高于对照组，说明氧化剂处理对翅碱蓬种子快速萌发有促进作用，能够打破种子休眠状态，加快种子萌发的进程。

KMnO4、H2O2和KNO3均属于氧化剂，能够氧化种子的种皮，提高种子的通透性，使种子内部能够进行良好的水、气交换，进而影响种子萌发的进程[17]。KMnO4作为一种强氧化剂，高浓度处理反而会降低翅碱蓬种子萌发率和萌发速率，说明随着浓度升高，KMnO4对种子内部破坏程度增强，导致种子萌发进程受阻[29]。H2O2作为一种氧化能力弱于KMnO4的氧化剂，对翅碱蓬种子萌发率和萌发速率反而优于KMnO4处理，说明不同植物种子对氧化剂的种类和浓度有不同程度的响应[30-33]。KNO3处理翅碱蓬种子的萌发率和萌发速率优于KMnO4和H2O2处理，主要是因为KNO3对种子起氧化作用，K+作为种子内部生理活动的参与者，对酶的活性有增强作用，因此表现出对翅碱蓬种子萌发明显的促进作用[17,34]。综合3种氧化剂对翅碱蓬种子萌发率和萌发速率的影响，0.3%KNO3处理12 h翅碱蓬种子萌发效果最好。

4 结 论

1) 采用适宜浓度的氧化剂处理能够明显提高翅碱蓬种子萌发率和萌发速率；3种氧化剂处理时间对翅碱蓬种子萌发率无明显影响，对萌发速率有一定影响。

2) 3种氧化剂处理翅碱蓬种子的最佳处理时间为12 h；3种氧化剂处理翅碱蓬种子，萌发率顺序为：KNO3>H2O2>KMnO4，萌发速率顺序为：KNO3>H2O2>KMnO4。最佳的处理条件为0.3% KNO3处理12 h，与对照相比，翅碱蓬种子萌发率和萌发速率分别提高15.00%和24.06%。