紫羅蘭種子萌發(fā)及幼苗生長對鹽脅迫的響應

和建云　楊秀云　趙杏鎖　孫海博　司家屹

摘要：通過研究不同類別和濃度的鹽脅迫對紫羅蘭種子萌發(fā)和幼苗生長狀況的影響，為紫羅蘭在鹽漬地區(qū)種植推廣提供理論依據(jù)。采用濃度為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的NaCl、Na2SO4、MgCl2、復合鹽（NaCl ∶ Na2SO4=2 ∶ 1）溶液及蒸餾水（CK）對紫羅蘭種子進行處理，測定不同鹽脅迫下紫羅蘭種子萌發(fā)及幼苗生長指標。結(jié)果表明，（1）濃度為0.3%的Na2SO4及濃度為0.3%、0.6%的NaCl、MgCl2脅迫組、濃度為 1.5% 的4種鹽處理組，種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均顯著小于CK組（P<0.05）。（2）4種鹽濃度為0.90、1.2%和 1.5% 時，處理組種子發(fā)芽指數(shù)均顯著小于CK組（P<0.05）。（3）鹽脅迫對胚根生長的影響大于對胚芽和葉片生長的影響。（4）濃度小于等于1.20%的NaCl脅迫組及濃度小于等于0.9%的復合鹽脅迫組顯著促進了葉片生長，且濃度為0.3% NaCl脅迫對胚芽生長起一定積極作用。紫羅蘭種子與幼苗均有一定耐鹽潛力，紫羅蘭種子對MgCl2脅迫耐受性強，幼苗對NaCl脅迫耐受性強。

關鍵詞：鹽脅迫;紫羅蘭;種子萌發(fā);幼苗生長

中圖分類號： S681.204? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）03-0114-04

土壤鹽漬化是一個全球問題，據(jù)統(tǒng)計，全球約20%的耕地和近半數(shù)的灌溉土地都受到不同程度的鹽害威脅[1]。在我國有2.001×107 hm2鹽荒地和6.670×106 hm2鹽漬化耕地，約占可耕地面積的25%[2]。在土地資源日益匱乏的今天，全面了解植物的耐鹽機理，挖掘出更多適于鹽漬化土壤栽種的植物，對鹽漬化土壤改良、開發(fā)和利用具有重要意義。

紫羅蘭[Matthiola incana （L.） R. Br.]屬于十字花科紫羅蘭屬，2年生或多年生草本。園藝品種多、花色豐富、花朵繁茂、香氣濃郁，在歐洲、日本等地應用較廣[3]。紫羅蘭生長對土壤有一定要求，在鹽堿地區(qū)有一定生長基礎，是鹽堿地區(qū)有待開發(fā)的園林植物。目前對紫羅蘭的研究多限于栽培管理、觀賞特性及提取物分析[4-6]，對于種子耐鹽性的研究還未見報道。本試驗研究不同濃度梯度（0.3%、0.6%、0.9%、12%、1.5%）的NaCl、Na2SO4、MgCl2 3種單鹽及復合鹽溶液（NaCl ∶ Na2SO4=2 ∶ 1）溶液對紫羅蘭種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為紫羅蘭在鹽堿地區(qū)作為園林植物的開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇飽滿、健康的紫羅蘭種子為材料。

1.2 試驗方法

試驗于2018年4月在山西農(nóng)業(yè)大學林學院實驗室進行。試驗采用不同濃度梯度（0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%）的NaCl、Na2SO4、MgCl2 3種單鹽溶液及復合鹽（NaCl ∶ Na2SO4=2 ∶ 1）溶液共20種鹽溶液對種子進行脅迫處理（表1），另設蒸餾水作對照處理（CK組），每個處理重復3次。選取健康飽滿，形態(tài)均勻的紫羅蘭種子3 150粒，經(jīng)01%的KMnO4溶液消毒處理10 min后用蒸餾水沖洗干凈，采用濾紙法將種子整齊置于鋪有雙層濾紙的直徑為12 cm的培養(yǎng)皿中，每皿50粒種子，加入相應處理液6 mL后貼好標簽，置于恒溫光照培養(yǎng)箱（25±1 ℃）中培養(yǎng)，光照12 h，黑暗 12 h，每隔24 h觀察記錄種子發(fā)芽情況，統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，更換濾紙，補充溶液。新生芽的胚芽長度大于或等于種子直徑的1/2時視為發(fā)芽[7]，3個重復中任一組種子開始萌發(fā)即記為該處理的種子開始萌發(fā)，種子連續(xù)4 d萌發(fā)數(shù)不再增加時記為該處理的種子萌發(fā)結(jié)束[8]。試驗期設定為15 d。

種子萌發(fā)指標測定：待萌發(fā)結(jié)束后，從對照組、處理組的每個培養(yǎng)皿中隨機取出20粒種子平鋪于A4紙上，拍照記錄，并將圖片導入軟件中，測定紫羅蘭幼苗的葉面積、胚芽長與胚根長。

發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GP）、鹽害指數(shù)（SII）、發(fā)芽指數(shù)（GI）等指標計算公式如下：

GR=n/N×100%;

GP=（規(guī)定天數(shù)內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/N）×100%，發(fā)芽第7天測定種子發(fā)芽數(shù);

SII=（Cn-n）/Cn×100%;

GI=∑Gt/Dt。

式中：Cn為對照種子發(fā)芽數(shù);n為脅迫處理發(fā)芽種子數(shù);N為固定值50;Gt為不同天數(shù)發(fā)芽數(shù);Dt為相應發(fā)芽天數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Auto-CAD 2014軟件對種子生長情況數(shù)據(jù)進行采集，采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析，采用Excel 2010軟件對本試驗數(shù)據(jù)進行錄入及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對種子萌發(fā)的影響

由表2可知，不同鹽溶液及同種鹽溶液不同濃度梯度對紫羅蘭種子發(fā)芽率的影響不同。Na2SO4脅迫下，僅濃度為06%處理的種子發(fā)芽率與CK組無顯著性差異（P>0.05）。濃度為 1.2%、1.5% Na2SO4處理下，發(fā)芽率顯著低于CK組（P<0.05）;當濃度為0.3%、0.9%時，發(fā)芽率顯著大于CK組（P<0.05）。NaCl在濃度為0.3%、0.6%時，處理組的發(fā)芽率顯著大于CK組（P<0.05），濃度為1.5%時，處理組的發(fā)芽率顯著低于對照組，濃度為0.9%、1.2%時，處理組的發(fā)芽率與CK組無顯著差異（P>0.05）。同樣，MgCl2在濃度為0.3%、0.6%時，處理組顯著大于CK組（P<0.05），濃度為1.5%時，處理組的發(fā)芽率顯著低于對照組，濃度為0.9%、12%時，處理組的發(fā)芽率與CK組無顯著差異（P>0.05）。復合鹽為1.2%及以上濃度時，處理組的發(fā)芽率顯著低于CK組（P<0.05），其余處理組與CK組無顯著差異（P>0.05）。

發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)是反映種子萌發(fā)速度的主要指標，與種子發(fā)芽率相比，它們更能夠表現(xiàn)出種子的活力[9-10]。本試驗結(jié)果（表2）顯示，各鹽脅迫下，隨著脅迫濃度增加，處理組種子的發(fā)芽勢較CK組總體上呈先上升后下降的趨勢，且脅迫濃度為1.5%時，各處理組種子發(fā)芽勢均降到最低。Na2SO4鹽脅迫下，僅濃度為0.6%處理組種子發(fā)芽勢與CK組無顯著性差異（P>0.05），脅迫濃度為1.2%、1.5%時，處理組發(fā)芽勢顯著低于CK組（P<0.05），脅迫濃度為0.3%、0.9%時，處理組發(fā)芽勢顯著高于CK組（P<0.05）。濃度為0.3%、0.6%的NaCl鹽溶液處理組發(fā)芽勢顯著大于CK組（P<0.05），濃度為1.2%、1.5%的處理組顯著小于CK組（P<0.05）。濃度為0.3%、0.6%的MgCl2脅迫下的發(fā)芽勢顯著大于CK組（P<0.05），濃度為1.50%的處理組顯著低于CK組（P<0.05）。濃度為0.9%、1.2%和1.5%的復合鹽處理組種子發(fā)芽勢顯著低于CK組（P<0.05）。

不同種類鹽溶液及同種鹽溶液不同脅迫濃度對種子發(fā)芽指數(shù)影響不同。4種鹽溶液在0.9%、1.2%和1.5%的濃度處理下，種子發(fā)芽指數(shù)均顯著小于CK組（P<0.05）。當濃度為0.6%時，Na2SO4、復合鹽溶液處理種子發(fā)芽指數(shù)顯著小于CK組（P<0.05）。

2.2 鹽脅迫對鹽害指數(shù)的影響

鹽溶液種類及同種鹽溶液不同濃度梯度對紫羅蘭種子萌發(fā)鹽害指數(shù)的影響不同（表3）。濃度為0.6%的Na2SO4處理組鹽害指數(shù)與CK組差異不顯著（P>0.05），濃度為 0.3%、0.9%的處理組顯著小于CK組（P<0.05），濃度為12%、1.5%的處理組顯著大于CK組（P<0.05）。濃度為0.9%及以下濃度的NaCl處理組，鹽害指數(shù)均低于CK組，濃度為1.5%的處理組顯著高于CK組（P<0.05）。MgCl2脅迫下，濃度為1.5%的處理組鹽害指數(shù)最大，且顯著高于CK組（P<0.05），濃度為0.3%和0.6%的處理組最小，顯著低于CK組（P<0.05）。濃度為1.2%、1.5%的復合鹽處理組，鹽害指數(shù)顯著高于CK組（P<0.05）。

2.3 鹽脅迫對幼苗生長的影響

各鹽脅迫下，胚根長度均顯著低于CK組（P<0.05），且隨鹽濃度的升高胚根長呈降低的趨勢（表4）。在濃度為 0.3% 的4種鹽脅迫中，MgCl2處理的胚根長最短，是CK組的1810%。濃度為1.5%的復合鹽處理組，胚根長度最短，顯著低于CK組（P<0.05）。

Na2SO4、NaCl和復合鹽脅迫下，胚芽長度隨鹽濃度的升高均呈整體降低趨勢。各濃度Na2SO4溶液處理組胚芽長均顯著低于對照組（P<0.05）。濃度為0.3%的NaCl處理組胚芽長顯著高于CK組（P<0.05），濃度為1.2%、1.5%的處理組顯著低于CK組（P<0.05），分別是CK組的56.49%、2850%。濃度為0.6%、0.9%、1.2%和1.5%的MgCl2處理組，胚芽長均顯著低于CK組（P<0.05）。濃度為0.9%、1.2%和1.5%的復合鹽處理組胚芽長顯著低于CK組（P<0.05）。

不同種類鹽溶液及同種鹽溶液不同濃度梯度對紫羅蘭幼苗葉片生長的影響不同。各濃度Na2SO4脅迫對紫羅蘭葉面積影響均不顯著（P>0.05）。NaCl脅迫下，僅濃度為 1.5% 的處理組與CK組無顯著性差異，其余處理組均顯著高于CK組（P<0.05）。濃度為1.2%、1.5%的MgCl2處理組，葉片面積分別是CK組的75.29%、77.93%，顯著低于CK組（P<005）。0.3%、0.6%和0.9%復合鹽處理的幼苗葉片面積顯著高于CK組（P<0.05）。

3 討論

3.1 鹽脅迫對種子萌發(fā)影響的討論

從種子萌發(fā)到幼苗定植是植物生活周期中極其脆弱而又非常關鍵的階段，是植物適應環(huán)境變化、保持自身繁衍的重要時期[11]，也是植物生活史中最敏感的時期，極易受外界環(huán)境因子的影響[12]，該階段對種子耐鹽性的研究是植物耐鹽性早期鑒定、選擇的基礎。眾多研究表明，鹽脅迫對植物種子萌發(fā)的抑制程度常與鹽濃度、鹽類型、脅迫時間、pH值及種子自身耐受能力等因素相關[13-16]。鹽脅迫對種子萌發(fā)的傷害作用主要歸結(jié)為滲透效應和離子效應[17]。本試驗中，濃度為 0.3% 的NaCl、Na2SO4及MgCl2處理組發(fā)芽率顯著大于CK組（P<0.05），鹽害指數(shù)顯著低于CK組（P<0.05），低濃度（0.3%、0.6%）NaCl、MgCl2處理的發(fā)芽勢顯著大于CK組（P<0.05），這與大部分研究結(jié)果[18-21]一致，表現(xiàn)為低濃度鹽溶液對種子萌發(fā)有促進作用，可能是由于低濃度的鹽處理激活了植物體內(nèi)某些酶活性并刺激了其營養(yǎng)生長[20]，細胞中離子轉(zhuǎn)運蛋白和各種離子通道蛋白可以參與細胞離子穩(wěn)態(tài)重建，提高植物的生存能力[21]。濃度為0.3%、0.6%、0.9% 的復合鹽溶液處理組的發(fā)芽率與CK組無顯著性差異（P>005），反映了紫羅蘭種子萌發(fā)對鹽脅迫反應的敏感性。濃度為1.2%的MgCl2溶液對種子無鹽害作用，這可能是由于紫羅蘭種子對Mg2+對耐受性強，與高戰(zhàn)武等的研究結(jié)果[22]一致。相對于CK組，濃度為1.5%的NaCl、Na2SO4、MgCl2溶液處理組發(fā)芽率、發(fā)芽勢顯著降低（P<0.05），抑制了種子萌發(fā)。濃度為0.9%、1.2%、1.5%的4種鹽溶液處理下，種子發(fā)芽指數(shù)均顯著小于CK組（P<0.05），其中在濃度為1.5%的4種鹽溶液脅迫下，紫羅蘭種子的鹽害指數(shù)均顯著大于CK組，這與大部分研究結(jié)果[23-27]一致?？赡芤驗檩^高濃度的鹽溶液已對種子造成滲透脅迫，引起細胞質(zhì)壁分離，抑制了種子的吸漲作用[24]，或是高濃度鹽離子的毒害作用，抑制了酶系統(tǒng)活性，進而影響胞內(nèi)的新陳代謝，最終導致各項萌發(fā)指標下降[24-25]。

3.2 胚芽長、胚根長及葉面積對鹽脅迫的響應

本試驗中鹽脅迫對胚根生長產(chǎn)生的影響大于對胚芽和葉片生長的影響。不同濃度、不同種類鹽脅迫均對胚根生長產(chǎn)生顯著抑制作用，這可能是因為胚根直接接觸鹽溶液，且胚根比胚芽和葉片對鹽脅迫更敏感[28]。吳成龍等認為，由根部吸收的大量離子在運輸過程中被區(qū)域化在莖部，從而向代謝活性較高的葉片運輸量相對較少，使其耐鹽能力較強[29]。濃度為0.9%的Na2SO4、MgCl2及復合鹽溶液顯著抑制胚芽生長，表現(xiàn)為高濃度鹽脅迫抑制胚芽生長，而該濃度NaCl脅迫對胚芽生長無顯著影響。鹽溶液濃度為0.6%時，Na2SO4、MgCl2脅迫組胚芽長顯著低于CK組，而其他2種鹽脅迫無顯著影響，究其原因，可能是由于相同濃度NaCl溶液比Na2SO4和復合鹽溶液中的Na+含量低，離子效應不顯著，也表明不同離子鹽可能有不同的離子毒害作用，SO42-比Cl-對胚芽生長的抑制作用強[22]，或是Na+對胚芽的毒害作用比Mg2+小，其原因有待進一步探究。在濃度為0.3%、0.6%和0.9%鹽溶液處理下，NaCl、復合鹽溶液促進了葉片生長，與孫海博等研究結(jié)果[30]一致，在一定濃度下NaCl和復合鹽溶液對葉片生長有促進作用。高濃度下僅MgCl2鹽溶液抑制葉片生長。這可能是由于Mg2+對葉片的毒害作用明顯。

4 結(jié)論

4種鹽溶液在脅迫濃度為0.3%時對紫羅蘭種子萌發(fā)均有促進作用。濃度為1.5%的MgCl2溶液處理組，紫羅蘭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均大于等于 60.00%，說明其對MgCl2脅迫耐受性強。因幼苗器官不同，對鹽種類及鹽濃度的響應不同。濃度在0.3%～1.2%的NaCl脅迫組及0.3%～0.9%的復合鹽脅迫組顯著促進了葉片生長，且濃度為0.3%的NaCl顯著促進了胚芽的生長，說明紫羅蘭幼苗對NaCl復合鹽耐受性強。所有處理下，胚根生長均受到了抑制，但試驗中幼苗可以進行正常的生長發(fā)育，表現(xiàn)出一定的耐鹽能力。綜上所述，紫羅蘭種子及幼苗在鹽脅迫中，均對一定濃度范圍內(nèi)的鹽脅迫表現(xiàn)出積極的響應，這對紫羅蘭在干旱半干旱鹽堿地區(qū)的育種及園林應用有現(xiàn)實的指導意義。

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