不同濃度NaCl處理對灰綠藜種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育的影響

任家博 聞志彬

(1.喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院,喀什 844006； 2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所,烏魯木齊 830011)

土壤鹽漬化會(huì)影響到非鹽生植物的生長發(fā)育甚至大量死亡，造成局地生物多樣性降低，影響生態(tài)平衡，也會(huì)使農(nóng)作物產(chǎn)量降低，對糧食安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[1]。隨著土壤鹽漬化問題逐漸加劇，研究者在植物耐鹽機(jī)制、耐鹽種質(zhì)資源開發(fā)和鹽漬化土壤改善等方面進(jìn)行了大量研究，而了解植物的耐鹽機(jī)制、選擇合適的耐鹽植物對鹽堿地改良工作具有重要意義[2～8]。

我國鹽生荒漠植被的建群種中，藜科植物居多[9]，藜科植物在適應(yīng)以及改善鹽漬化土壤方面具有一定優(yōu)勢?；揖G藜(ChenopodiumglaucumL.)為藜科(Chenopodiaceae)藜屬(Chenopodium)的一年生草本植物，廣布于南北半球的溫帶，我國除臺灣、福建、江西、廣東、廣西、貴州、云南諸省區(qū)外，其它各地都有分布，常分布于輕度鹽堿的土壤上[10～12]?；揖G藜種子萌發(fā)受鹽濃度和pH影響，同樣濃度的NaHCO3對種子萌發(fā)的抑制作用大于NaCl[13～14]。鹽脅迫會(huì)影響灰綠藜葉片中水分和脯氨酸含量[15]，導(dǎo)致組織中MDA含量增加，細(xì)胞膜的透性變小[16～17]，其耐鹽性與NHX1基因的表達(dá)相關(guān)[18]。以往關(guān)于灰綠藜耐鹽性的研究都只對其進(jìn)行了某一階段(如萌發(fā)或生長)的實(shí)驗(yàn)，而缺少對其進(jìn)行系統(tǒng)性的研究[13～14,19～20]。因此，本實(shí)驗(yàn)擬開展不同濃度NaCl處理對灰綠藜種子萌發(fā)、幼苗生長發(fā)育，以及根、莖和葉中Na+濃度影響的研究，以期探索灰綠藜耐鹽能力，并為抗鹽堿種質(zhì)資源的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 種子采集與材料處理

灰綠藜種子于2017年10月3日采自新疆烏魯木齊市新市區(qū)鯉魚山公園的自然成熟植株。種子自然風(fēng)干后，置于4℃冰箱中冷藏28 d后開始萌發(fā)實(shí)驗(yàn)和生長實(shí)驗(yàn)。

1.1.1 種子萌發(fā)

實(shí)驗(yàn)設(shè)置9個(gè)不同濃度NaCl處理，即0、50、100、150、200、250、300、400和500 mmol·L-1。

在培養(yǎng)皿(直徑9 cm；墊有3層定性濾紙)中加入相應(yīng)濃度NaCl溶液，播種40粒。每個(gè)處理包括4個(gè)生物學(xué)重復(fù)。培養(yǎng)皿置于植物培養(yǎng)架上，光強(qiáng)3 000 lx，光照周期為16/8 h(晝/夜)，溫度25℃/23℃(晝/夜)，實(shí)驗(yàn)過程中適當(dāng)補(bǔ)充相應(yīng)的蒸餾水。播種6 d后開始記錄灰綠藜種子萌發(fā)數(shù)，每3～4 d記錄一次，連續(xù)觀察34 d。

1.1.2 幼苗生長發(fā)育

實(shí)驗(yàn)濃度梯度設(shè)置與1.1.1相同。選擇蛭石∶珍珠巖=3∶1作為基質(zhì)，將基質(zhì)以1 L/盆的量加入花盆(頂部直徑16 cm，底部直徑12 cm，高11 cm)中，以1/2 MS培養(yǎng)基作為營養(yǎng)液。種子萌發(fā)后每3 d用對應(yīng)濃度的NaCl溶液處理一次，每個(gè)處理包括5個(gè)生物學(xué)重復(fù)。萌發(fā)10 d后在每盆中保留1株長勢一致的植株。用400和500 mmol·L-1NaCl處理后，初萌發(fā)的幼苗均枯萎，因此該實(shí)驗(yàn)最終處理濃度為0、50、100、150、200、250、300 mmol·L-1。之后每3～4 d測一次植株高度和葉片數(shù)，并在實(shí)驗(yàn)中觀察記錄開花日期、葉型及其他隨機(jī)出現(xiàn)的有用信息。待肉眼可見各組株高和葉片數(shù)差異明顯時(shí)(萌發(fā)后第61 d)，測植株高度、莖粗(下至上1 cm處)、根長、根粗(上至下1 cm處)和葉片數(shù)，并測定各部分的生物量及Na+含量。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 生物量的測定

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將植株移出洗掉根部吸附的基質(zhì)，并將植株分為根、莖和葉三部分，在烘箱中110℃殺青30 min后60℃烘干至恒重，測其質(zhì)量，并密封保存以備進(jìn)行Na+含量的測定。

1.2.2 Na+含量的測定

分別取0、50、100、150、200和250 mmol·L-1NaCl處理的根、莖和葉干樣(300、400和500 mmol·L-1NaCl處理下植株樣本較少，不足以進(jìn)行Na+含量測定)，單獨(dú)用真空袋包裝送至中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行Na+含量測定。檢測設(shè)備及型號：離子色譜儀(美國戴安ICS-5000)、電感耦合等離子發(fā)射光譜(美國安捷倫735 ICP-OES)。測試報(bào)告編號：XJSDSSJZX20120626。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件，用One-way ANOVA在0.05水平上進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)并在此之后進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對灰綠藜種子萌發(fā)的影響

隨著NaCl處理濃度的增大，灰綠藜種子萌發(fā)率呈下降趨勢，其中50和100 mmol·L-1濃度處理間沒有顯著差異，而當(dāng)NaCl處理濃度大于150 mmol·L-1后對種子萌發(fā)率也沒有顯著差異。當(dāng)NaCl處理低于200 mmol·L-1時(shí)，種子萌發(fā)時(shí)間均為6 d，當(dāng)處理濃度大于200 mmol·L-1，種子萌發(fā)時(shí)間則隨著處理濃度的增大而推遲。隨著NaCl濃度的增加，單位時(shí)間內(nèi)種子萌發(fā)數(shù)量呈降低趨勢，首粒種子萌發(fā)的時(shí)間會(huì)相應(yīng)延長(圖1)。

圖1 不同濃度NaCl處理下灰綠藜種子萌發(fā)率與時(shí)間的關(guān)系Fig.1 Relationship between the germination rate and time in Chenopodium glaucum L. under different contents of NaCl

2.2 對灰綠藜幼苗生長發(fā)育的影響

從表1～2可看出，灰綠藜的株高、莖粗、根長、根粗、葉片數(shù)及根、莖和葉的鮮重、干重在50 mmol·L-1NaCl處理下有最大值,而在300 mmol·L-1NaCl處理下有最小值。

不同濃度NaCl處理下，灰綠藜的株高、莖粗、根長、根粗、葉片數(shù)、根部鮮重、根部干重、莖部鮮重、莖部干重、葉片鮮重和葉片干重均具有顯著差異(P<0.05)，多重比較結(jié)果見表1～2。發(fā)芽后第37 d，150和300 mmol·L-1NaCl處理下各有1株植株開花；發(fā)芽后第44 d，150和250 mmol·L-1NaCl處理下各有1株植株開花；發(fā)芽后第59 d，200 mmol·L-1NaCl處理下有1株植株開花。0、50和100 mmol·L-1NaCl處理下，灰綠藜在發(fā)芽61 d內(nèi)無開花現(xiàn)象。

表1 不同濃度NaCl處理對灰綠藜植株生長的影響

Table 1 Effects of different NaCl contents on growth ofC.glaucumL. seedlings

NaCl濃度NaCl content(mmol·L-1)株高Height plant(cm)莖粗Diameter of stem(mm)根長Length of root(cm)根粗Diameter of root(mm)葉片數(shù)(個(gè))Number of leaves023.38b3.14ab16.18b2.38ab111.6ab5030.9a3.52a24.07a2.58a122.6a10019.22bc3.14ab18.34ab2.08bc85.6bc15016.26c2.67bc14.82b1.98cd78.2cd20015.8c2.8bc11.47c1.72cd76.75cd25011.46d2.46c9.6d1.43d59.4d3007.28e1.9d8.17d1.13e36.6e

注：表中標(biāo)有不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different letters represented signifcant difference at 0.05 level,the same as below.

2.3 對灰綠藜不同器官中Na+含量的影響

灰綠藜根、莖和葉中Na+濃度均在對照中最低，在200 mmol·L-1NaCl處理下最高。在200 mmol·L-1范圍內(nèi)，隨著NaCl濃度的增大，莖和葉中Na+濃度呈上升趨勢。在不同濃度NaCl處理下，葉及莖中Na+濃度具有顯著差異(P<0.05)，而根中Na+濃度差異不顯著(P>0.05)，多重比較結(jié)果見表4。

表2 不同濃度NaCl處理下灰綠藜根、莖、葉的鮮重及根、莖、葉的干重

表3 不同濃度NaCl處理下灰綠藜花果混合物的鮮重和干重

Table 3 The freshand dry weight of flower-fruit mixture ofC.glaucumL. under different NaCl content treatments

NaCl濃度NaCl content(mmol·L-1)花果混合物鮮重Fresh weight of flowers and fructifications(g)花果混合物干重Dry weight of flowers and fructifications(g)1500.08580.01472000.01330.00192500.00710.00133000.03750.0067

注：0、50和100 mmol·L-1NaCl處理下未出現(xiàn)開花現(xiàn)象，且150、200、250和300 mmol·L-1NaCl處理下的5個(gè)生物學(xué)重復(fù)中只有1～2個(gè)出現(xiàn)開花現(xiàn)象，故在此沒有對花果混合物的干重，鮮重進(jìn)行單因素方差分析。

Note:The plants under 0,50 and 100 concentrations of NaCl were not bloom. And the number of the plants blooming under 150,200,250 and 300 concentrations of NaCl was only 1-2. Therefore,there was no one-way ANOVA on the dry weight and fresh weight of flower and fructifications.

表4 不同濃度NaCl處理后植株根、莖和葉中的Na+含量

Table 4 Na+content in root,stem and leaf of plants under different NaCl content treatments

NaCl濃度NaCl content(mmol·L-1)根中Na+濃度Concentration of Na+ in root(mg·g-1)莖中Na+濃度Concentration of Na+ in stem(mg·g-1)葉中Na+濃度Concentration of Na+ in left(mg·g-1)03.6626b1.1631d1.63d505.8988ab3.1365c11.5507c1006.0657ab5.3026b13.1635c1505.9619ab6.1145b21.1684b2007.0323a8.0539a35.5285a2505.7957ab5.1107b33.2183a

3 討論

本實(shí)驗(yàn)通過研究不同濃度NaCl處理對灰綠藜種子萌發(fā)率的影響，發(fā)現(xiàn)灰綠藜種子的萌發(fā)率在無NaCl處理下最高(圖1)，且與其他處理之間存在顯著差異(P<0.05)。這與陳莎莎等[20]和王璐等[21]的研究結(jié)果不同。原因可能在于所選種子成熟度、種子采集后的保存方式以及原植株(母本)的生長環(huán)境不同。

在實(shí)驗(yàn)過程中觀察到，種子萌發(fā)后10 d內(nèi)，在150、250和300 mmol·L-1NaCl處理下，幼苗有萌發(fā)后死亡的現(xiàn)象，這表明植物在不同生長階段對不良環(huán)境的適應(yīng)能力不同[22]。對比萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果(灰綠藜種子在超過300 mmol·L-1NaCl處理后萌發(fā)率小于5%，500 mmol·L-1NaCl處理后不能正常萌發(fā))，得出灰綠藜植株可在高濃度NaCl環(huán)境下生長但其種子無法在高濃度NaCl環(huán)境下萌發(fā)。

當(dāng)處理濃度大于50 mmol·L-1之后，NaCl對灰綠藜生長造成不利的影響，主要體現(xiàn)在株高、莖粗、根長、葉片數(shù)及根、莖和葉質(zhì)量的減小(表1～2)。這種影響類似于高溫或干旱，是由植物細(xì)胞的相對缺水而造成[23]。植株面臨不利影響時(shí)，會(huì)盡快將營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)化為生殖生長，造成這種轉(zhuǎn)變的原因在于逆境下單個(gè)植株通過光合作用產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)的量低于正常情況，導(dǎo)致植株內(nèi)部各個(gè)器官之間營養(yǎng)物質(zhì)的分配比例發(fā)生變化[24]。植物縮短生長周期的方法能夠最大程度上產(chǎn)生可萌發(fā)的種子，這對于種群的種子資源具有保護(hù)作用，有利于植物克服階段性惡劣自然環(huán)境或短暫氣候變化。

灰綠藜屬于泌鹽鹽生植物[25]。NaCl處理會(huì)使灰綠藜葉片中Na+濃度大幅增加，這與馮立田等[26]的研究結(jié)果一致。另外，NaCl處理也會(huì)使灰綠藜的莖中Na+濃度上升，在200 mmol·L-1NaCl處理下，泌出量達(dá)到最高值，莖與葉中的Na+濃度之和為對照的15.6倍?？梢娀揖G藜能夠起到改良鹽漬化土地的作用。在NaCl濃度超過200 mmol·L-1后，灰綠藜對Na+的泌出量呈下降趨勢。因此，如欲利用灰綠藜進(jìn)行鹽漬化土地的改善工作，選擇性地將其種植在NaCl濃度接近200 mmol·L-1的鹽漬化土地上能夠發(fā)揮最大作用。