混合盐碱胁迫对矮牵牛种子萌发的影响

王智威 苏冉 杜文秀 桑慧彤 李海云

摘    要：采用培养皿滤纸法研究了不同浓度（0，30，60，90，120 mmol·L-1）的混合盐碱（NaCl与 Na2CO3等摩尔混合）溶液对矮牵牛种子萌发的影响。结果表明，矮牵牛种子的萌发率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚芽长及胚根长均随盐碱溶液浓度的增加而下降，其中活力指数和胚芽长下降幅度最大，说明混合盐碱胁迫抑制矮牵牛种子的萌发，活力指数和胚芽长是敏感指标;根据各指标回归线性方程的综合分析，得出矮牵牛种子萌发期耐盐碱适宜浓度范围≤31.30 mmol·L-1，半致死浓度和极限浓度分别为61.84，110.71 mmol·L-1。

关键词：矮牵牛;盐碱胁迫;种子萌发;半致死浓度

中图分类号：S661.2          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.05.001

Abstract：The effects of different concentrations （0， 30， 60， 90， 120 mmol·L-1） of complex saline-alkali （equal molar mixture of NaCl and Na2CO3） on seed germination of Petunia hybrida were studied by using the method of petri dish filter paper. The results showed that the germination rate， germination potential， germination index， vigor index， length of germ and radicle of Petunia hybrida seeds decreased with the increase of saline-alkali solution concentration， among which vigor index and germ length had the biggest decline ranges. These results indicated that complex saline-alkali inhibited the germination of Petunia hybrida seeds， and vigor index and germ length were sensitive indexes. According to the comprehensive analysis of the regression linear equation of each index， we could concluded that the suitable concentration range of complex saline-alkali tolerance of Petunia hybrida seeds during germination was less than 31.30 mmol·L-1， the half lethal concentration and the limit concentration were 61.84 and 110.71 mmol·L-1 respectively.

Key words： Petunia hybrida;saline-alkali stress; seed germination; half lethal concentration

盐碱化土壤在世界范围内广泛分布[1]，盐碱胁迫会导致植物吸水困难、离子失衡，從而抑制植物的生长发育[2]。盐碱胁迫已经成为制约农业生产和土壤生产力的主要因素之一。盐碱化土地是我国重要的土地资源，面积约为 9.87×108 hm2，居世界第3位[3]。因此，盐碱土资源的开发利用是亟待解决的问题之一。

草本植物是盐碱地植被建设的重要组成部分[4]，目前选择耐盐碱草本植物是开发利用盐碱化土壤的重要举措。植物种子萌发期对盐碱胁迫较为敏感[5]，而种子能否在盐碱胁迫条件下正常萌发是开发利用盐碱化土壤的决定性因素。前人对盐、碱胁迫的研究大多集中于单纯的盐胁迫或碱胁迫，而对混合盐碱胁迫的研究较少。实际上，我国大部分盐碱土壤中中性盐（NaCl、Na2SO4）和碱性盐（NaHCO3、Na2CO3）并存，其中又以NaCl和Na2CO3为主，所以混合盐碱胁迫才是盐碱土开发利用中存在的主要问题。

矮牵牛是一种草本观赏植物，花色多样、花期长，在世界范围内广泛种植，享有“花坛皇后”及“世界花坛花卉之王”的美誉[6]。本试验通过研究混合盐碱胁迫对矮牵牛种子萌发指标的影响，初步探讨矮牵牛种子萌发期的耐盐碱范围及敏感指标，以期为矮牵牛在盐碱地区的种植提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试矮牵牛长耕牌‘梦幻系列种子购于春满园种业。

1.2 试验处理

将中性盐 NaCl和碱性盐 Na2CO3，按照1∶1（摩尔比）的比例混合，混合液设为0（CK），30，60，90，120 mmol·L-1共 5个浓度梯度。

选取饱满一致的矮牵牛种子用3%的NaClO溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗5次，均匀摆放在铺有2层滤纸的培养皿（直径9 cm）中，每皿50粒，分别加入不同浓度的盐碱混合液5 mL，每个培养皿做为1次重复，每个处理重复3次。将培养皿置于光照培养箱中（25±1） ℃培养11 d，种子萌发期间逐日定时称质量并补充水分，每日记录种子发芽数，培养结束时测量胚芽长和胚根长。

1.3 测定指标与方法

萌发率（GR）= n/N×100%，式中n为11 d内发芽种子数;N为供试种子粒数。

发芽势（GE）= n/N×100%，式中n为前6 d发芽种子数;N为供试种子粒数。

发芽指数（GI）= ΣGn/Dn，式中Gn为第n 天种子发芽的个数;Dn为发芽天数。

活力指数（VI）= 发芽指数 （GI）×S，式中S表示胚根长度（mm）[7]。

根据盐碱溶液浓度各指标相对值分别拟合回归直线方程，并根据回归方程分别计算出各指标相对值不低于对照的75%、等于对照的50%和10%时所对应的浓度，即适宜浓度范围、半致死浓度和极限浓度[8]。

1.4 数据分析

采用Excel 2016整理数据，并计算各指标及其相对值，用SPSS 18.0统计软件对数据进行差异显著性（P<0.05）和相关性进行分析。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫对矮牵牛种子发芽指标的影响

由表1可以看出，矮牵牛种子的萌发率、发芽势、发芽指数及活力指数均随盐碱胁迫程度的增加而下降。与对照相比，30 mmol·L-1的盐碱溶液显著降低矮牵牛种子的发芽势、发芽指数及活力指数，其中活力指数下降幅度最大，达到27.93%;60，90，120 mmol·L-1处理下，也是活力指数下降幅度最大。由此说明，盐碱胁迫抑制矮牵牛种子萌发，其中活力指数最敏感。

2.2 盐碱胁迫对矮牵牛胚根长和胚芽长的影响

由表2及图1可知，盐碱溶液浓度越高，矮牵牛胚根长和胚芽长越短。与对照相比，30 mmol·L-1的盐碱处理就已经显著抑制胚芽伸長，当盐碱溶液浓度达到60 mmol·L-1时，胚根伸长才受到显著抑制，120 mmol·L-1处理下，矮牵牛仅仅有胚根突破种皮。由此说明，盐碱胁迫抑制矮牵牛胚芽和胚根的伸长，与胚根相比较，胚芽对盐碱胁迫更加敏感。

2.3 矮牵牛种子萌发期对盐碱胁迫的耐受范围

以盐碱溶液浓度为横坐标，各指标相对值为纵坐标分别拟合回归直线方程，如表3所示，基于不同指标得出的矮牵牛萌发期耐盐碱范围有所不同，基于胚芽长得出的耐盐碱适宜浓度范围（≤25.91 mmol·L-1）和半致死浓度（54.45 mmol·L-1）最低，基于活力指数得出的极限浓度（≤93.06 mmol·L-1）最低。综合这6项指标，矮牵牛种子萌发期耐盐碱适宜浓度范围≤31.30 mmol·L-1，半致死浓度和极限浓度分别为61.84，110.71 mmol·L-1。

2.4 盐碱胁迫下矮牵牛种子萌发期各指标的相关性

由表4 可知，盐碱胁迫下矮牵牛种子萌发期各指标之间均呈极显著正相关，且相关系数大多高于0.9。与萌发率相关系数最高的是发芽指数，最低的是活力指数，而与活力指数相关性最高的是胚根长，其次为胚芽长，相关系数分别高达0.988，0.979。

3 结论与讨论

种植耐盐碱草本植物是开发、利用和改良盐碱地最经济有效的措施之一[9]，植物能够在盐碱胁迫下正常生长发育的前提条件是种子能够在盐碱土壤顺利萌发出苗[10]，因此必须明确草本植物萌发期的耐盐碱范围。

目前，有关植物抗盐的研究大多以NaCl单一盐类为主要胁迫因子。NaCl可抑制多种植物，如黄瓜、油菜、滨藜、海篷子、草木樨、沙打旺等种子的萌发，NaCl浓度与植物种子萌发率之间基本呈显著负相关。NaCl抑制植物种子萌发的主要原因是渗透胁迫和Na+的毒害作用[11-12]。与中性盐NaCl相比较，碱性盐Na2CO3和 NaHCO3对假苇拂子茅种子萌发、胚芽和胚根伸长的抑制程度更大[13]。还有研究表明，复合钠盐对藜麦种子萌发的抑制程度大于单钠盐NaHCO3和NaCl[14]，混合盐碱胁迫可以抑制油菜、向日葵、星星草、蒲公英、龙葵、无芒雀麦、板蓝根及紫穗槐等植物种子的萌发。在本研究中混合盐碱胁迫也降低了矮牵牛种子的萌发率，溶液浓度越高，萌发率越低，说明胁迫程度越高，种子萌发受到的抑制程度越大。而申忠宝等[15]研究表明，低浓度（≤200 mmol·L-1）盐碱胁迫提高了羊草和偃麦草种子的发芽率、发芽指数和活力指数。盐碱胁迫对植物种子萌发的影响不仅与植物种类有关，也与盐碱的组成成分、比例及其浓度有关。

发芽势在一定程度上反映种子播种后出苗的整齐程度[16];发芽指数除了反映发芽整齐程度之外，还可反映种子的萌发速度;活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映，是种子活力的更好指标。本试验中60 mmol·L-1的盐碱胁迫下，矮牵牛种子的活力指数从对照的281.79下降到了27.28，降低幅度高达90.32%，而萌发率、发芽势和发芽指数下降幅度一般在51%以下。由此可以看出，活力指数对盐碱胁迫最为敏感。

李玉明[17]的研究结果表明，盐碱胁迫对高粱地上部分的影响大于地下部分，本试验结果与其基本一致，显著抑制胚芽和胚根伸长的起始盐碱溶液浓度分别为30，60 mmol·L-1，说明盐碱胁迫对矮牵牛胚芽的抑制效应高于对胚根的抑制效应。对于独行菜而言，则是胚芽对盐碱胁迫的敏感性小于胚根[18]。这可能是因为植物不同组织和器官对盐碱胁迫的反应程度因植物种类不同而有所不同。

半致死浓度及极限浓度的高低可以反映植物对某一逆境的抗性大小。本试验条件下，与其他指标相比较，基于胚芽长得出的矮牵牛萌发期耐盐碱适宜浓度范围（≤25.91 mmol·L-1）和半致死浓度（54.45 mmol·L-1）最低，基于活力指数得出的极限浓度（≤93.06 mmol·L-1）最低，这也再次说明矮牵牛种子萌发期活力指数及胚芽长是反应盐碱胁迫程度的敏感指标。相关性分析表明，活力指数与胚芽长这两个指标之间呈极显著正相关，相关系数高达0.979。

混合盐碱胁迫抑制矮牵牛种子的萌发及胚芽和胚根的伸长，抑制程度随盐碱溶液浓度升高而增大，对盐碱胁迫较为敏感的指标是活力指数和胚芽长，矮牵牛种子萌发期耐盐碱适宜浓度范围≤31.30 mmol·L-1，半致死浓度和极限浓度分别为61.84，110.71 mmol·L-1。

参考文献：

[1] 李彬， 王志春， 孙志高， 等. 中国盐碱地资源与可持续利用研究[J]. 干旱地区农业研究， 2005， 23（2）： 154-158.

[2] 李洪瑶， 王凯， 张永胜， 等. 盐碱胁迫对两种铁线莲生长状况和生理特性的影响[J]. 东北林业大学学报， 2018， 46（5）： 49-54.

[3] 云雪雪， 陈雨生. 国际盐碱地开发动态及其对我国的启示[J]. 国土与自然资源研究， 2020（1）： 84-87.

[4] 火旭堂， 贾昊， 曹兵. NaCl处理对4种牧草植物种子萌发的影响[J]. 草地学报， 2019， 27（4）： 1096-1101.

[5] 吕昕培， 张吉平， 李永生， 等. 内蒙古科尔沁草原不同植物生境土壤盐分特征研究[J]. 草地学报， 2017， 25（4）： 749-755.

[6] 田绍泽， 刘思禹， 王坤， 等. 矮牵牛花发育相关基因PhTs2的克隆及功能分析[J]. 园艺学报， 2020， 47（6）： 1087-1097.

[7] 贾秀峰. 苏打盐碱胁迫对两种苜蓿种子萌发影响及品种耐性 综合分析[J]. 草地学报， 2019， 27（6）： 1511-1517.

[8] 徐慧妮， 王秀峰， 孙旭东， 等. 黄瓜种子萌发对NO3 -   胁迫的响应及耐盐性评价[J]. 西北植物学报， 2011， 31（2）： 325-331.

[9] 李述刚， 程心俊， 王周琼. 荒漠绿洲农业生态系统[M]. 北京： 气象出版社， 1998： 75-90.

[10] 刘玉艳， 王辉， 于鳳鸣， 等. 盐胁迫对二色补血草种子萌发的影响[J]. 生态学杂志， 2009， 28（9）： 1794-1800.

[11] DEBEZ A， BEN HAMED K， GRIGNON C， et al. Salinity effects on germination， growth， and seed production of the halophyte Cakile maritima[J]. Plant and Soil， 2004， 262（1/2）： 179-189.

[12] DASH M， PANDA S K. Salt stress induced changes in growth and enzyme activities in germinating Phaseolus mungo seeds[J]. Biologia Plantarum， 2001， 44（4）： 587-589.

[13] 冷家明， 尚天翠， 毛锦龙， 等. 不同盐胁迫对假苇拂子茅种子萌发与幼苗生长的影响[J]. 草地学报， 2017， 25（5）： 1152-1155.

[14] 袁飞敏， 权有娟， 陈志国. 不同钠盐胁迫对藜麦种子萌发的影响[J]. 干旱区资源与环境， 2018， 32（11）： 182-187.

[15] 申忠宝， 潘多锋， 王建丽， 等. 混合盐碱胁迫对5种禾草种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 草地学报， 2012， 20（5）： 914-920.

[16] CHEN J， ZHANG H， ZHANG X， et al. Arbuscular mycorrhizal symbiosis alleviates salt stress in black locust through improved photosynthesis， water status， and K+/Na+ homeostasis[J]. Frontiers in Plant Science， 2017， 8： 1739.

[17] 李玉明. 混合盐碱胁迫对高梁的影响[D]. 长春： 东北师范大学， 2002： 30.

[18] 李天永， 严子柱， 姜生秀. 两种独行菜种子萌发对不同浓度NaCl胁迫的响应[J]. 草地学报， 2021， 29（1）： 88-94.