種子引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子萌發(fā)的影響

邸 娜， 韓海軍， 鄭喜清， 李旭紅， 韓鳳霞

(1.河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000； 3.內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市種子管理站，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)

目前，土壤鹽漬化已經(jīng)成為世界性難題，據(jù)聯(lián)合國教科文組織和世界糧農(nóng)組織不完全統(tǒng)計，全世界鹽堿地面積約9.54億hm2。我國鹽漬化土壤面積龐大，各類鹽堿地面積總計 9 913.3萬hm2，其中鹽漬化土壤面積約3 693.3萬hm2，殘余鹽漬化土壤面積約4 486.7萬hm2，潛在鹽漬化土壤面積約 1 733.3萬hm2[1]。鹽脅迫對植物產(chǎn)生的傷害主要表現(xiàn)在滲透脅迫、離子毒害和營養(yǎng)虧缺[2]，即土壤鹽堿化使土壤溶液的濃度和滲透壓增加，引起植物根系吸水困難，導(dǎo)致植物產(chǎn)生生理性干旱；同時鹽分在植物體內(nèi)大量積累，影響植物正常的生理代謝，對植物產(chǎn)生毒害作用；鹽漬化土壤中Na+和Cl-對植物吸收其他礦質(zhì)養(yǎng)分產(chǎn)生拮抗作用，造成植物體營養(yǎng)虧缺，影響同化產(chǎn)物積累[3]。重度鹽漬化土壤嚴重影響植物的正常生長發(fā)育，甚至導(dǎo)致植物難以生長，土地不能耕種。

向日葵對土壤具有一定的脫鹽作用，已成為開發(fā)鹽堿地、生物治理鹽漬化土壤的首選作物。雖然向日葵對鹽堿有一定的忍耐力，但忍耐能力有限，且品種間差異較大。研究表明，鹽脅迫下種子發(fā)芽率可用來評價向日葵的耐鹽性[4-5]。因此本研究以種子引發(fā)的方式處理向日葵種子，研究種子引發(fā)對向日葵種子萌發(fā)的影響，以期為進一步提高鹽漬化土壤中向日葵的出苗率提供一個參考途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用材料為向日葵食葵品種LD 3939，購自當?shù)胤N子市場。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子引發(fā)處理 設(shè)置引發(fā)時間和引發(fā)濃度2個處理，具體處理如下：(1)設(shè)NaCl溶液引發(fā)濃度為100 mmol/L，引發(fā)時間為0、4、8、12、18、24、36、48 h，于人工氣候箱中25 ℃進行暗處理；(2)設(shè)NaCl溶液引發(fā)濃度為0、50、100、150、200、250、300 mmol/L，引發(fā)時間為12 h，于人工氣候箱中25 ℃進行暗處理。每個處理重復(fù)3次，引發(fā)結(jié)束后用蒸餾水沖洗種子3次，吸水紙吸干后于室溫下72 h晾干[6]。

1.2.2 種子吸水試驗 挑選30粒大小均勻一致、引發(fā)處理過的向日葵種子，去殼，稱干質(zhì)量，然后將其浸入100 mmol/L NaCl溶液中，每隔2 h取出種子，用吸水紙吸干表面水分后稱質(zhì)量，連續(xù)稱量12 h，重復(fù)3次[7]。

1.2.3 萌發(fā)試驗 在直徑為12.0 cm的培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙作為發(fā)芽床，挑選30粒均勻飽滿、不同引發(fā)處理的向日葵種子，加入3 mL 100 mmol/L NaCl溶液，蓋上培養(yǎng)皿蓋，置于人工氣候箱中進行發(fā)芽試驗。萌發(fā)條件：晝溫(25±2)℃，夜溫(15±2)℃；光—暗周期為14 h—10 h。為保證處理濃度的恒定性，每天更換濾紙，重新加入3 mL 100 mmol/L NaCl溶液，每個處理重復(fù)3次。以種子胚根突破種皮2 mm時作為種子發(fā)芽的標準，第7天視為萌發(fā)結(jié)束，停止調(diào)查[7]。每天統(tǒng)計萌發(fā)種子的數(shù)量，如種子有真菌污染須盡快除去，以免真菌污染而影響種子萌發(fā)。

1.3 計算方法

(1)發(fā)芽率(GP)=(最終發(fā)芽種子數(shù)/供試發(fā)芽總數(shù))×100%；

(2)發(fā)芽勢(GE)=(第4天時發(fā)芽的種子總粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%[8]；

(3)發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)(式中：Gt為第t天發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相對應(yīng)的發(fā)芽時間)；

(4)平均發(fā)芽時間(MLIT)=∑(Gt×Dt)/∑Gt(式中：Gt為第t天發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時間)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)均以3次重復(fù)的平均值表示，用Excel 2003進行圖表制作，用SPSS 17.0進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子吸水量的影響

從表1可以看出，無論種子是否經(jīng)引發(fā)處理，隨吸水時間的延長種子的吸水量均逐漸增加。引發(fā)處理后的種子吸水量較對照極顯著提高，最終吸水量也極顯著增多，說明種子引發(fā)處理對種子吸水和萌發(fā)具有顯著的促進作用。隨引發(fā)時間的延長和引發(fā)濃度的增加，種子的吸水量呈顯著的先增加后減少的趨勢，且引發(fā)時間為8 h時吸水量達到最大值，引發(fā)36 h時初始吸水速度最快，引發(fā) 48 h 時初始吸水量和最終吸水量均有不同程度的減少；當引發(fā)濃度為200 mmol/L時初始吸水速度最快，150 mmol/L NaCl溶液引發(fā)處理時最終吸水量最大，但與50 mmol/L NaCl溶液引發(fā)處理差異不顯著。

表1 不同引發(fā)處理對向日葵種子吸水量的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.2 種子引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子發(fā)芽率的影響

如圖1、圖2所示，隨著引發(fā)時間的延長和引發(fā)濃度的增加，向日葵種子的發(fā)芽率呈波動性變化，但總體呈現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。當引發(fā)時間為8 h，或引發(fā)濃度為50 mmol/L時，向日葵種子發(fā)芽率較未引發(fā)的種子的發(fā)芽率均顯著提高，分別比對照提高26.67%、40.00%。

2.3 種子引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢反映了種子的發(fā)芽速度和整齊度，發(fā)芽勢較高時，幼苗出土較快，整齊度高，容易得到壯苗，因此發(fā)芽勢是衡量種子質(zhì)量優(yōu)劣的主要指標之一。如圖3、圖4所示，引發(fā)處理時間在4～8 h內(nèi)，種子發(fā)芽勢顯著高于未引發(fā)處理的種子，但隨后發(fā)芽勢有所下降，當引發(fā)36 h時，種子的發(fā)芽勢與未引發(fā)處理的種子大致相當，繼續(xù)延長引發(fā)時間，則種子的發(fā)芽勢急劇下降，并顯著低于未引發(fā)處理的種子；引發(fā)濃度處理對種子發(fā)芽勢的影響與引發(fā)時間處理極為相似，用 50 mmol/L NaCl溶液對種子進行引發(fā)處理時，可使發(fā)芽勢顯著高于未引發(fā)處理的種子，并達到最大值，隨后隨引發(fā)濃度的增加，發(fā)芽勢緩慢下降，當NaCl溶液濃度大于250 mmol/L時發(fā)芽勢顯著下降，且低于未引發(fā)種子，說明對種子進行引發(fā)處理時需把握一定的引發(fā)時間和引發(fā)濃度。

2.4 種子引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)是衡量種子發(fā)芽潛力的重要指標，同時在一定程度上也反映了種子在萌發(fā)過程中的抗逆性。由圖5、圖6可見，引發(fā)時間和引發(fā)濃度對種子發(fā)芽指數(shù)的影響與對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響呈現(xiàn)基本相同的變化趨勢，即先增高后降低。用100 mmol/L NaCl溶液引發(fā)4～8 h可使種子發(fā)芽指數(shù)顯著提高，引發(fā)12～48 h種子的發(fā)芽指數(shù)顯著降低，并基本維持恒定，但顯著高于未引發(fā)處理的種子。當用50、100、150、200、250 mmol/L NaCl溶液對向日葵種子進行 12 h 引發(fā)處理后，其發(fā)芽指數(shù)顯著高于未引發(fā)處理的種子，且在引發(fā)濃度為50 mmol/L時達到最大值，但當引發(fā)濃度為 300 mmol/L 時種子的發(fā)芽指數(shù)與對照基本持平。

2.5 種子引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子平均發(fā)芽時間的影響

平均發(fā)芽時間反映了種子的萌發(fā)速率，平均發(fā)芽時間越短，種子萌發(fā)速率越快，因此高活力種子的平均發(fā)芽時間相對較短。由圖7、圖8可以看出，適宜的引發(fā)條件可以顯著縮短種子的平均發(fā)芽時間，促進種子萌發(fā)。當引發(fā)時間為8 h、引發(fā)濃度為50 mmol/L時，種子的平均發(fā)芽時間最短，分別比對照縮短了1.09、0.97 d。當引發(fā)時間為12～48 h，引發(fā)濃度為100～300 mmol/L時，種子的平均發(fā)芽時間基本維持不變，且與未引發(fā)的種子相差不大。

3 討論

種子引發(fā)處理后，向日葵種子的吸水量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)等指標均較未引發(fā)種子顯著提高， 平均發(fā)芽時間則在一定條件下顯著縮短。種子萌發(fā)的先決條件就是吸水，干燥種子中的含水量極低，絕大部分都以束縛水的狀態(tài)存在，原生質(zhì)呈凝膠狀態(tài)，代謝水平極低。種子吸水后，原生質(zhì)從凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，代謝水平提高，呼吸速率加快，種子中的酶原被活化，酶的種類和數(shù)量增加，貯藏物質(zhì)的分解代謝加快，為胚根的伸長和胚芽的生長提供物質(zhì)和能量，從而完成種子的萌發(fā)[9]。高濃度鹽脅迫條件下，外界溶液的滲透勢降低，是導(dǎo)致種子吸水緩慢、吸水量不足、萌發(fā)延遲的主要原因[10]。通過種子引發(fā)處理可提高種子活力，尤其是在逆境如溫度脅迫、水分脅迫及鹽脅迫等條件下的種子活力[11]。本試驗結(jié)果表明，使用NaCl對向日葵種子進行引發(fā)處理可顯著提高其吸水量和吸水速度，降低高濃度的鹽脅迫(100 mmol/L NaCl)對向日葵種子吸水的限制作用。當用100 mmol/L NaCl溶液對向日葵種子引發(fā)8 h，或用50 mmol/L NaCl溶液對向日葵種子引發(fā)12 h時，均可顯著提高其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，并可顯著縮短發(fā)芽時間，提高種子的發(fā)芽速度和發(fā)芽質(zhì)量。但當種子引發(fā)時間過長(>36 h)或引發(fā)濃度過大(>250 mmol/L)時，反而會使向日葵種子的吸水量下降，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)顯著降低，尤其是發(fā)芽勢較未引發(fā)種子還要低，而平均發(fā)芽時間較短時間低濃度引發(fā)的種子要長。引發(fā)處理與未引發(fā)處理相比，高粱[12-13]、玉米[13]、大豆[14]、芹菜[15]等種子出苗時間縮短，發(fā)芽率、發(fā)芽勢等顯著提高，與本研究結(jié)果相符。分析其原因可能有以下幾個方面：(1)引發(fā)處理使鹽脅迫下向日葵的吸水量顯著高于未引發(fā)處理的種子，使種子內(nèi)部許多與種子活力、種子發(fā)芽和種子抗劣變相關(guān)的酶(如酸性磷酸脂酶、酯酶、乙醇脫氫酶、淀粉酶、超氧化物歧化酶等)活性提高[16]。(2)使某些水解酶活化，促進了種子內(nèi)部貯藏物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等物質(zhì)的水解和轉(zhuǎn)移利用[11，17-18]。(3)種子引發(fā)可能提高了鹽脅迫下向日葵種子內(nèi)的脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量，阮松林等[19]、Cayuela等[20]、Sivritepe等[21]、楊小環(huán)等[14]在分別以水稻、番茄、甜瓜、大豆等植物為試驗材料的研究中均已得到證實。脯氨酸和可溶性糖含量增加，可降低種子內(nèi)部細胞的水勢，增強種子的抗逆性。(4)種子引發(fā)有效促進細胞膜的修復(fù)，降低膜的透性，減少萌發(fā)過程中物質(zhì)的外滲[18]。

4 結(jié)論

采取種子引發(fā)技術(shù)，可顯著促進鹽脅迫條件下向日葵種子的萌發(fā)，縮短種子的發(fā)芽時間，提高種子發(fā)芽的整齊度，提高其耐鹽性。但種子引發(fā)的時間和引發(fā)劑的濃度對種子萌發(fā)過程中各項指標的影響程度不同，表現(xiàn)為短時間低濃度引發(fā)對鹽脅迫下向日葵種子萌發(fā)具有顯著促進作用，相反則促進作用不明顯。從本研究結(jié)果看，以100 mmol/L NaCl溶液處理8 h，或以50 mmol/L NaCl溶液處理12 h，對向日葵種子萌發(fā)的促進效果最好。

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