4 种藜科植物萌发期耐盐性

向雪纯，张云玲，李培英

（1. 新疆农业大学草业学院, 新疆 乌鲁木齐 830052；2. 新疆维吾尔自治区草原总站, 新疆 乌鲁木齐 830049）

土壤盐碱化是一个世界性的资源与生态问题，据统计，全球有各种盐渍化土地约9.54 × 108hm2，其中我国盐渍土总面积约为0.99 × 108hm2[1]。新疆是我国盐渍土分布最广、面积最大的区域，包括淮河-秦岭-昆仑山一线以北的准噶尔盆地、吐鲁番-哈密盆地、塔里木盆地[2]。盐碱地极大地破坏了现有的生态环境，严重限制植物的分布与生存，造成草地退化[3]。加强盐生植物种质资源的筛选，通过补播来控制土壤次生盐渍化，是解决新疆盐碱退化草地的重要手段之一。

我国盐生植物共有71 科，其中较大的科有是藜科、豆科等，相比其他盐生植物，藜科在新疆盐碱地区分布最为广泛[4]。以地中海为起源中心的藜科盐爪爪属、盐节木属、盐穗木属是荒漠生态系统最大的建群种，也是盐渍化地区生态恢复与重建的优势植物类群。盐爪爪(Kalidium foliatum)、里海盐爪爪(K. caspicum)、盐节木(Halocnemum strobilaceum)、盐穗木(Halostachys caspica)均属藜科多年生灌木，是经济盐生植物，在新疆地区多生长于极端盐碱的荒漠沙土中[5]；具有抗寒旱、耐贫瘠及耐盐碱等优良特性，在盐碱地种植有降低钠盐含量、改良土壤性质、增加土壤有机质的作用[6]。

种子是盐生植物最重要的繁殖器官[7]。盐生植物在盐碱环境繁衍生息，首先要求种子要有足够的耐盐能力，种子萌发决定着植物种群的建立更新与稳定发展[8]。植物种子萌发受到盐分胁迫，主要表现为大量可溶性盐提高了土壤溶液的渗透压，导致植物难以从土壤中获取水分造成生理干旱，同时造成Na+、Cl-等盐分离子的毒害[9]。目前围绕4 种藜科植物萌发期耐盐性，已有学者对种子的形态学特征[10]、幼芽生理特性[11]、种子萌发特性[12-13]开展研究，且对盐爪爪、盐节木与盐穗木有关萌发阈值也进行了相应报道[14-16]，但均与本研究所用野生种子的采集地点不同。近年来新疆盐碱草地退化严重，亟需采集大量野生种质对其进行补播修复。基于此，本研究于2020 年11 月在新疆北疆乌鲁木齐市及呼图壁县低地草甸采集其上分布的多年生藜科植物盐爪爪、里海盐爪爪、盐节木、盐穗木种子，拟探讨不同盐浓度下的种子萌发情况，明确其耐盐萌发阈值，为后期盐碱地补播提供可参考的技术数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为健壮饱满、均匀一致、无损伤、无病虫害的盐爪爪、里海盐爪爪、盐节木、盐穗木，供试种子均于2020 年11 月采集，种子常温保存待用。具体种子信息如表1 所列。

表1 供试材料信息Table 1 Information on experimental conditions and materials

1.2 试验方法

1.2.1 种子预处理

将供试种子用75%酒精消毒15 s，再用无菌水冲洗3～5 遍，之后用无菌滤纸吸干种子表面水分备用。

1.2.2 种子萌发试验

以NaCl 溶 液 模 拟 盐 胁 迫，设 置0 (CK)、100、200、300、400、500、600 mmol·L-17 个浓度水平。采用直径为90 mm 的培养皿高压蒸汽灭菌后，铺设两层无菌滤纸作为萌发床，将种子整齐均匀的点播在培养皿中，每皿100 粒种子，加入蒸馏水或相应浓度盐溶液5 mL，以种子表面出现水膜为宜，每个处理3 次重复。盐爪爪与里海盐爪爪种子萌发条件为光照25 ℃/16 h、黑暗19 ℃/8 h[17]；盐节木与盐穗木种子萌发条件为光照35 ℃/12 h、黑暗30 ℃/12 h[12]。此后每天定时统计种子萌发数，并按照称重补水法进行补水。盐爪爪与里海盐爪爪种子萌发以胚根长至1 mm 左右作为萌发标准[17]，盐节木与盐穗木以胚根露出种皮为标志[12]。

1.2.3 项目测定与计算

种子培养14 d 后结束萌发试验，随机挑选10 株幼芽用游标卡尺测量胚根和胚芽长，同时计算各项萌发指标[18]。

萌发率(GR) = 萌发种子数/供试种子数 × 100%；

萌发势(GP) = 萌发达到高峰期时萌发种子数/供试种子数 × 100%；

耐盐阈值：与盐胁迫强度呈负相关关系的指标降低到对照的50% 时所对应的盐溶液浓度[19]。先对相应指标和盐胁迫进行相关分析，若二者存在相关性，则进行回归分析，根据回归方程求出耐盐阈值。

1.2.4 耐盐性综合评价

采用模糊数学隶属函数法对供试材料耐盐性进行综合评价，以萌发率、萌发势、萌发指数、活力指数、胚根长、胚芽长作为评价指标，首先计算各材料各指标的耐盐系数(耐盐系数 = 6 个盐浓度下指标测定均值/对照均值 × 100%)，然后以耐盐系数为基础计算其隶属函数值(Uij)，Ui j=Xij-Xijmin/(Xijmax-Xijmin)，其中Xij为某材料某指标的耐盐系数值，Xijmax为4 个材料中某指标耐盐系数最大值，Xijmin为4 个材料中某指标耐盐系数最小值，再将每种植物各耐盐指标的隶属函数值累加求其平均值，平均值越大，耐胁迫性越强[20]。

1.3 数据处理

采用SPSS 21.0 软件进行各指标各盐浓度间的单因素方差分析，用平均值±标准误表示测定结果；采用Excel 2019 进行回归方程拟合，计算耐盐阈值，本研究中由于里海盐爪爪在盐浓度为300 mmol·L-1时萌发率已低于10%，因此未进行各指标的回归方程拟合；采用Origin 2021 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下 4 种植物种子萌发率与萌发势

4 种植物对NaCl 浓度升高响应并不一致(图1)。无盐添加时，4 种植物的萌发率为96.67%～98.67%。与对照相比，在盐浓度为100 mmol·L-1时，4 种植物中仅里海盐爪爪种子萌发率显著降低(P＜ 0.05)，仅为28.33%；盐节木、盐爪爪分别在盐浓度为200 和300 mmol·L-1时萌发率显著降低(P＜ 0.05)，而盐穗木在500 mmol·L-1盐溶液中萌发率仍为81.67%，表现出对高盐浓度的适应性。600 mmol·L-1时仅盐穗木维持48.00% 的萌发率，其余3 种植物基本不萌发。除里海盐爪爪外，其他3 种植物种子萌发率耐盐阈值为310.50～836.00 mmol·L-1，表现为盐穗木 ＞盐爪爪 ＞ 盐节木(表2)。

无盐添加时，4 种植物种子萌发势为87.33%～96.67% (图1)。与对照相比，在盐浓度为100 mmol·L-1时，盐节木与里海盐爪爪萌发势显著下降(P＜0.05)，分别为80.00%和13.33%，而盐爪爪和盐穗木萌发势在盐浓度为200 mmol·L-1时显著下降。随着盐浓度升高，4 种植物种子萌发势持续下降，当盐浓度为600 mmol·L-1时，萌发势均低于2.67%。3 种植物种子萌发势耐盐阈值为274.26～311.67mmol·L-1，表现为盐爪爪 ＞ 盐穗木 ＞ 盐节木(表2)。

表2 盐胁迫下3 种植物种子萌发率、萌发势与盐浓度的回归分析Table 2 Regression analysis of the germination rate, germination potential, and salt concentration of three seed species

图1 盐胁迫对4 种植物种子萌发率及萌发势的影响Figure 1 Effect of salt stress on germination rate and potential of four seed species

2.2 盐胁迫下4 种植物种子萌发指数与活力指数

与对照相比，盐爪爪与里海盐爪爪的萌发指数在盐浓度为100 mmol·L-1时显著下降(P＜ 0.05) (图2)，且里海盐爪爪萌发指数由27.82 迅速下降至5.50；盐节木在盐浓度小于200 mmol·L-1时，萌发指数下降较缓慢，当盐浓度达到300 mmol·L-1时，其值迅速下降至9.27 (对照为19.10)；盐穗木在盐浓度为100 mmol·L-1时萌发指数达到最大，比对照高27.26%，盐浓度为600 mmol·L-1时，其萌发指数才显著低于对照，但仍可达5.61。除里海盐爪爪外，其他3 种植物种子萌发指数耐盐阈值为297.78～581.62 mmol·L-1，排序为盐穗木 ＞ 盐爪爪 ＞ 盐节木(表3)。

图2 盐胁迫对4 种植物种子萌发指数及活力指数的影响Figure 2 Effect of salt stress on germination and vigor indices of four seed species

当盐浓度为200 mmol·L-1时，盐爪爪种子的活力指数比对照显著降低(P＜ 0.05) (图2)，由32.85降为21.06，在盐浓度为500 mmol·L-1时下降为0；里海盐爪爪种子活力指数对盐胁迫反应极为敏感，在低盐胁迫(0～100 mmol·L-1)范围内就大幅度下降，降幅达88.34%，之后下降趋于平缓；盐节木与盐穗木活力指数整体低于其他两种植物，但随盐浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，在盐浓度为100 mmol·L-1时，两种植物的种子活力指数分别为10.34 和18.18，比对照高37.97%和115.20%。3 种植物种子活力指数耐盐阈值为253.84～353.50 mmol·L-1，其 排 序 为 盐 穗 木 ＞ 盐 节 木 ＞ 盐 爪 爪(表3)。

表3 盐胁迫下3 种植物种子萌发指数、活力指数与盐浓度的回归分析Table 3 Regression analysis of the germination index, vigor index, and salt concentration of three seed species

2.3 盐胁迫对 4 种植物种子幼芽生长的影响

对于胚根而言，低盐下(100 mmol·L-1)里海盐爪爪胚根长较对照显著降低50.00%，其余3 种植物均表现出低盐促进胚根生长现象，且与对照相比，盐爪爪与盐穗木在盐浓度为300 mmol·L-1时，其胚根长才开始显著降低(P＜ 0.05) (表4)。对于胚芽而言，盐对其抑制效果低于胚根，表现出高盐浓度下虽有抑制，但降低比率较低。除里海盐爪爪外，其他3 种植物种子胚根长耐盐阈值为336.69～378.38 mmol·L-1，表现为盐节木 ＞ 盐爪爪 ＞ 盐穗木(表5)；胚芽长耐盐阈值为344.67～587.87 mmol·L-1，表现为盐节木 ＞ 盐穗木 ＞ 盐爪爪。

表4 盐胁迫对4 种植物种子幼芽生长的影响Table 4 Effects of salt stress on bud growth of four seed species

表5 盐胁迫下3 种植物种子胚根长、胚芽长与盐浓度的回归分析Table 5 Regression analysis of the seed radicle length, plumule length, and salt concentration of three seed species

2.4 耐盐性综合评价

耐盐性是一个受多种因素影响的复杂数量性状，不同物种对某一具体指标的耐盐性反应不一定相同，单一指标又难以全面准确地反映耐盐性强弱，所以采用多个指标进行综合评价更具有可行性和可靠性。隶属函数值平均评价法可以消除单一指标的片面性，使各物种耐盐性差异具有可比性[20]。本研究利用隶属函数法对盐胁迫下盐爪爪、里海盐爪爪、盐节木、盐穗木种子耐盐性进行综合评价，发现4 种植物耐盐隶属函数值为0.110 0～0.893 3，表现为盐穗木 ＞ 盐节木 ＞ 盐爪爪 ＞ 里海盐爪爪(表6)。

表6 隶属函数值及综合排序Table 6 Values of membership function and comprehensive ranking

3 讨论

3.1 盐分胁迫对4 种植物种子萌发的影响

通常将萌发率、萌发势、萌发指数与活力指数作为衡量种子萌发期耐盐性强弱的重要指标，反映盐分对种子萌发或出苗的影响[18]。萌发势能够判定种子质量优劣，反映种子萌发的整齐度[21]，萌发指数能够反映种子萌发的速度和田间出苗的一致性，与萌发势共同反映种子萌发能力，活力指数反映种子活力大小[22]。盐分胁迫下，种子萌发的各项指标均会受到不同程度的影响，其值的高低决定种子是否能够适应盐渍环境，通常认为随着盐浓度的增加，植物种子萌发受抑制程度随之增加[23]，本研究中，4 种植物的种子萌发率随NaCl 胁迫的增加整体呈降低趋势，高盐胁迫损害种子萌发活力甚至使种子失活。但也有研究显示，低盐可以促进部分植物种子萌发及生长[24-25]。本研究显示低于100 mmol·L-1盐浓度，盐穗木表现出低盐促进种子萌发现象，说明盐穗木萌发期存在一定的耐盐性，此现象与雾冰藜(Bassia dasyphylla)、白茎盐生草(Halogeton arachnoideus)等盐生植物萌发期耐盐性表现一致[26]。而同一浓度下盐爪爪和盐节木表现为一定抑制，里海盐爪爪表现为显著抑制，这与植物本身的耐盐能力有关。不同盐生植物种子萌发对盐分的响应因物种的不同耐受阈值也不同，本研究中盐节木的种子萌发阈值为310.50 mmol·L-1，低于房娟娟等[16]在MS 培养基上NaCl 胁迫萌发试验结果，可能是因为MS 培养基确实有降低盐害的作用，因而导致其阈值升高；但与房娟娟等[16]关于盐浓度对胚根生长影响研究结果相似，即NaCl 浓度低于200 mmol·L-1时，对其胚根生长无影响。其次盐爪爪萌发率耐盐阈 值 为399.24 mmol·L-1，且 低 于100 mmol·L-1NaCl可促进胚根生长，而雷春英等[14]认为盐爪爪的萌发率耐盐阈值为325.00 mmol·L-1，且无低浓度促进胚根生长现象，这可能由于种子采集地不同，本研究材料耐盐性高于上述材料。且本研究发现，盐穗木的萌发率耐盐阈值为836 mmol·L-1，高于曾幼玲等[15]的研究结果(540 mmol·L-1)。上述结果说明不同采集地点对其种子的耐盐性存在一定影响，因而应加大对不同生境乡土植物的收集。李利和张希明[27]发现，当NaCl 达300 mmol·L-1时，里海盐爪爪种子完全不萌发，与本研究结果基本一致。

3.2 盐分胁迫对4 种植物种子胚根及胚芽的影响

植物的耐盐性大小由其遗传特性决定，其中与耐盐性密切相关的是植物发育阶段与种类等，因种的不同，胚根和胚芽分别表现出不同的对盐分胁迫的应激作用[28]。本研究中，根据各植物的耐盐阈值可以看出胚根长对NaCl 胁迫的敏感程度高于胚芽长。在低浓度盐分胁迫下，4 种植物胚芽长与对照相比均有不同程度的升高，之后随着盐浓度升高而缓慢降低。除里海盐爪爪外，其他3 种植物胚根长也表现出低盐促进、高盐抑制现象。且当盐浓度超过500 mmol·L-1时，4 种植物胚根几乎不能生长，造成这一现象的原因可能是渗透胁迫严重抑制了种子萌发起始阶段的吸涨作用[19]，细胞不能突破种皮，从而使萌发受到抑制。

4 结论

随盐浓度增加，除盐穗木表现为一定的低盐促进萌发外，其余3 种植物基本表现出随盐浓度增加，萌发率、萌发势、萌发指数与活力指数逐渐降低；且除里海盐爪爪外，其余3 种植物在低盐胁迫(＜ 100 mmol·L-1)下的胚根长与胚芽长均高于对照，表现出低盐促进其生长作用。对于6 项指标而言，萌发势、活力指数萌发阈值较高，而萌发率萌发阈值最高；4 种植物中，盐穗木萌发阈值最高，其值为836.00 mmol·L-1；里海盐爪爪最低，在300 mmol·L-1NaCl 溶液中种子萌发已完全受到抑制。隶属函数综合评价表明，4 种植物隶属函数值为0.110 0～0.893 3，耐盐性排序为盐穗木 ＞ 盐节木 ＞ 盐爪爪 ＞里海盐爪爪。