不同种类盐胁迫对孜然种子萌发及幼苗生长的影响

颜 霞,金 芳,杨凤翔,王 进

(甘肃农业大学农学院,甘肃兰州 730070)

孜然(Cuminum cyminum)伞形科孜然芹属,一年生草本植物,甘肃河西走廊以套种、单种为主,产量1 500～2 250 kg/hm2,产值 3.75～4.50万元/hm2。目前,市场供不应求,价格飚升。有关孜然发芽技术、栽培技术、种植模式等前人报道较多,王进等[1]也从光照、温度和土壤水分对孜然种子萌发和幼苗生长的影响方面进行了研究和报道,而在盐渍化土壤上种植孜然尚未见报道。河西走廊分布着120万hm2的盐渍土壤,由于含有硫酸盐和氯化物,均不能种植农作物。本文以不同浓度的MgSO4、NaCl和CaCl2盐胁迫孜然种子,旨在探索不同种类、不同浓度的盐胁迫与孜然种子萌发、幼苗生长之间的关系,为河西走廊盐渍化土壤种植孜然提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2008～2009年在河西学院种子检验室开始进行。参试孜然品种为“孜然王”种子,由新疆哈密种业公司提供。参试仪器包括种子筛,电子天平,人工智能气候箱,发芽皿(15 cm),滤纸,镊子等。参试盐为MgSO4,NaCl和CaCl2,均为分析纯试剂。

1.2 试验处理

试验Ⅰ:不同浓度MgSO4胁迫对孜然种子萌发及幼苗生长的影响。共设7个处理,4次重复。处理(1)0.00g/100 ml MgSO4(CK);处理(2)0.10 g/100 ml MgSO4;处 理(3)0.30 g/100 ml MgSO4;处 理 (4)0.50 g/100 ml MgSO4;处理(5)0.70 g/100 ml MgSO4;处 理(6)0.90 g/100 ml MgSO4;处 理 (7)1.10 g/100 ml MgSO4。

试验Ⅱ:不同浓度NaCl胁迫对孜然种子萌发及幼苗生长的影响。共设7个处理,4次重复,各处理浓度同试验Ⅰ。

试验Ⅲ:不同浓度CaCl2胁迫对孜然种子萌发及幼苗生长的影响。共设7个处理,4次重复,各处理浓度同试验Ⅰ。

1.3 试验方法

1.3.1 种子处理 将精选的孜然种子,浸于55℃的温水中30 min,在室温(25℃)再浸种48 h,反复冲洗备用,进行盐胁迫的发芽试验[2,3]。

1.3.2 种子发芽期耐盐处理 采用蒸馏水将MgSO4、NaCl、CaCl2按试验处理要求的浓度配制盐溶液,在洗净烘干消毒的培养皿内水平放入滤纸,分别加入不同处理的盐10 ml,使滤纸处于饱和状态。每个培养皿分别加入100粒孜然种子,将培养皿置于20℃的人工智能气候箱光照培养16 d,每天记录发芽数,发芽试验结束后分别测定幼苗苗高、根长,幼苗鲜重,计算发芽率,发芽指数。

式中:Gt为逐日发芽数,Dt为相应发芽天数[4-7]进行计算。

1.4 数据分析

采用Excel整理数据,DPS方差分析。

2 结果与分析

2.1 种子萌发率

2.1.1 不同浓度MgSO4胁迫孜然种子 从图1可以看出,浓度为0.1%的MgSO4胁迫后,第6 d达到最大萌发率;浓度为0.3%的胁迫后,第7 d达到最大萌发率;浓度为0.5%,0.7%和0.9%的胁迫最大萌发率出现的时间分别为第7 d,第8 d和第9 d,且分别在第12 d、第11 d、第9 d幼苗开始死亡;1.1%的MgSO4胁迫种子不萌发。由此可见,MgSO4胁迫孜然种子萌发适宜浓度一般为0.1%～0.3%,当浓度大于0.3%时,最大萌发率出现的天数随浓度增大而推迟,幼苗生长时间随盐浓度增大而缩短。

图1 MgSO4对孜然种子萌发率的影响Fig.1 Impact of MgSO4on seed germination

2.1.2 不同浓度NaCl胁迫孜然种子 从图2可看出,浓度为0.1%、0.3%胁迫时,最大萌发率出现的时间分别为第 8 d、9 d;NaCl浓度为 0.5%、0.7%、0.9%胁迫时,最大萌发率出现的时间分别为第9 d、第10 d和第10 d,且分别在第12 d、第13 d、第13 d后幼苗开始死亡;1.1%的NaCl胁迫孜然种子不萌发。由此可见,NaCl胁迫孜然种子适宜萌发浓度为0.1%～0.3%,当浓度大于0.3%时,孜然种子萌发率下降,幼苗出现死亡。

2.1.3 不同浓度CaCl2胁迫孜然种子 CaCl2浓度在0.1%～0.3%胁迫下,最大萌发率出现的时间为第8 d;当浓度为0.5%、0.7%、0.9%胁迫时,最大萌发率出现的时间分别为第8 d、9 d、10 d,在第12 d后,幼苗都开始死亡;1.1%的CaCl2胁迫孜然种子不萌发。因此,CaCl2胁迫孜然种子适宜浓度为0.1%～0.3%,浓度大于0.3%后,幼苗出现死亡(图3)。

图2 NaCl对孜然种子萌发率的影响Fig.2 Impact of NaCl on seed germination

图3 CaCl2对孜然种子萌发率的影响Fig.3 Impact of CaCl2on seed germination

2.2 不同种类盐处理对孜然种子发芽指数的影响

在正常生长条件下,孜然种子的发芽指数可达25.2,随着盐浓度的增加,发芽指数下降。0.1%、0.3%的MgSO4胁迫孜然种子后,发芽指数分别为21.5和20.9,与CK相比发芽指数降低了14.68%和17.06%,与CK相比差异显著,而0.1%与0.3%间差异不显著。0.5%,0.7%和0.9%的MgSO4胁迫孜然种子后,发芽指数分别是18.6,18.7和18.1,与CK相比发芽指数降低了26.19%,25.79%和28.17%,与CK相比差异显著(图4)。

0.1%、0.3%的NaCl胁迫孜然种子后,发芽指数为19.65和 18.73,与CK相比发芽指数降低了22.02%和 25.67%,与CK相比差异显著,而 0.1%与0.3%间差异不显著。0.5%,0.7%和0.9%的NaCl胁迫孜然种子后,发芽指数分别是12.78,7.8和4.2,与CK相比发芽指数降低了49.29%,69.05%和83.33%,各处理间差异显著,CK差异也显著。

0.1%、0.3%的CaCl2胁迫孜然种子后,发芽指数分别为23.1和 22.6,与对照相比发芽指数降低了8.33%和10.32%,与CK差异显著;0.5%,0.7%和0.9%的CaCl2胁迫孜然种子后,发芽指数分别是19.2,7.9和7,与CK相比降低了23.81%,68.65%和72.22%,与CK差异显著。

图4 盐处理对孜然种子发芽指数的影响Fig.4 Impacts of salt stress on germination index

2.3 不同种类盐处理对孜然种子发芽率的影响

MgSO4胁迫下的孜然种子,在0.1%,0.3%和0.5%,发芽率分别为82%,82%和84%,与CK相比分别降低了10.87%,10.87%和8.7%,与CK差异显著;在0.7%和0.9%的胁迫下,随浓度提高,发芽率降低,比CK下降了21.74%和32.61%,处理间差异显著,与CK差异也显著(图 5)。

图5 盐处理对孜然种子发芽率的影响Fig.5 Impacts of salt stress on germination rate

NaCl在0.1%、0.3%的胁迫下,发芽率分别为84%和 82%,与 CK相比分别下降了 10.87%和8.7%,与CK差异显著;在0.5%,0.7%和0.9%的NaCl胁迫下,孜然种子的发芽率分别为69%,40%和24%,比 CK相比分别降低了 25%,56.52%和73.91%,处理间差异显著,处理与CK差异也显著。

CaCl2在 0.1%、0.3%的胁迫下,发芽率同为90%,与CK相比发芽率降低了2.17%,处理间无差异,与 CK差异显著。在0.5%,0.7%和 0.9%的CaCl2胁迫下,发芽率分别为82%,42%和 33%,随盐浓度的升高发芽率显著下降,比CK分别下降了25%,56.52%和73.91%。在盐处理下,孜然种子的发芽率普遍低于对照,说明盐对孜然种子的发芽有抑制作用,随盐浓度的增加抑制加强。

2.4 不同种类盐处理对孜然幼苗苗高的影响

0.1%的MgSO4胁迫孜然幼苗后,苗高3.14 cm,与CK相比增高了12.14%,苗高与CK差异显著;在0.3%,0.5%、0.7%的MgSO4胁迫幼苗后,苗高分别为2.15 cm,2.25 cm和2.2 cm,与CK相比分别降低了 23.21%,19.64%、21.43%,与 CK 差异显著;在0.9%MgSO4胁迫幼苗后,苗高为1.7 cm,与CK相比降低了39.29%,与CK差异显著(图6)。分析可得,在MgSO4胁迫下,0.1%的MgSO4能显著促进孜然幼苗地上部的生长,0.3%、0.5%、0.7%和0.9%能抑制孜然幼苗地上部的生长。说明在 MgSO4胁迫下,0.1%是孜然地上部生长的最适浓度。

图6 盐处理对孜然幼苗苗高的影响Fig.6 Impacts of salt stress on seedling height

NaCl处理下,0.1%、0.3%的NaCl胁迫孜然幼苗后,苗高分别为3.34 cm和3.01 cm,与CK相比分别增高了19.29%和 7.5%;在0.5%,0.7%和0.9%的NaCl胁迫幼苗后,苗高分别为2.02 cm,1.27 cm和1.14 cm,苗高随浓度的增大而下降,与CK相比分别下降了27.86%,54.64%和59.29%。从以上分析可得,在NaCl胁迫下,0.1%和0.3%的NaCl能促进孜然幼苗地上部的生长,0.5%,0.7%和0.9%就抑制孜然幼苗地上部的生长。说明在NaCl胁迫下,0.1%～0.3%是孜然幼苗地上部生长的最适浓度。

0.1%浓度的CaCl2胁迫孜然幼苗后,苗高达到3.19 cm,比 CK增高了 13.93%,与 CK差异显著;0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的 CaCl2胁迫幼苗后,苗高分别为2.1 cm、1.88 cm 、1.5 cm 和1.25 cm,与CK相比分别降低了25%、32.86%、46.63%和55.36%,各处理与CK差异显著。试验分析可得,在CaCl2处理下,0.1%的CaCl2胁迫能显著增加幼苗高度,0.3%、0.5%、0.7%和0.9%能抑制孜然幼苗地上部的生长。证明在CaCl2胁迫下,0.1%是孜然幼苗地上部生长的最适浓度。

2.5 不同种类盐处理对孜然幼苗根长的影响

0.1%的MgSO4胁迫孜然幼苗根系后,根长为2.3 cm,比CK增长了15%,与CK相比差异显著;0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的MgSO4胁迫幼苗根系后,根长分别为1.8 cm、1.65 cm、1.6 cm 和0.98 cm,与CK相比根长分别下降了10%、17.5%、20%和51%,各处理与CK差异显著(图7)。当MgSO4胁迫下,0.1%的MgSO4对孜然幼苗根长的生长有促进作用,高于0.1%的MgSO4浓度有抑制作用。说明在MgSO4胁迫下,0.1%的MgSO4是孜然幼苗根系生长的最适浓度。

图7 盐处理对孜然幼苗根长的影响Fig.7 Impacts of salt stress on root length

0.1%和0.3%的NaCl胁迫孜然幼苗根系后,根长分别为3.75 cm和3.02 cm,比CK分别增长了87.5%和51%,与CK差异显著;0.5%,0.7%和0.9%的NaCl胁迫孜然幼苗根系后,根长分别为1.93 cm,1.65 cm和1.05 cm,比CK降低了3.50%,17.5%和47.5%,与CK差异显著。当0.1%和0.3%的NaCl对孜然幼苗根系的生长有明显的促进作用,浓度高于0.3%的NaCl对幼苗根系有抑制作用。说明在NaCl胁迫下,0.1%～0.3%的NaCl是孜然幼苗根系生长的最适浓度。

0.1%的CaCl2胁迫孜然幼苗根系后,苗高为2.31 cm,与 CK相比增长了 15.5%,与 CK差异显著;0.3%、0.5%、0.7%和 0.9%的 CaCl2胁迫幼苗根系后,根长比CK分别减少了 3%、10%、67.5%和58%。说明在CaCl2胁迫下,0.1%能促进孜然幼苗根系的生长,是孜然幼苗根系生长的最适浓度。

2.6 不同种类盐处理对孜然幼苗鲜重的影响

0.1%浓度的MgSO4胁迫孜然幼苗后,苗鲜重为11.5 g,比 CK增加了 35.29%,与 CK差异显著;0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的MgSO4胁迫幼苗后,鲜重分别为8 g、7.7 g、7.5 g和7.3 g,与 CK 相比鲜重分别下降了5.88%、9.41%、11.41%和11.76%,各处理与CK差异显著(图8)。分析可得,在MgSO4胁迫下,0.1%的MgSO4对孜然幼苗鲜重的增加有显著的促进作用,高于0.1%的MgSO4浓度有抑制作用。说明在MgSO4胁迫下,0.1%的MgSO4是孜然幼苗鲜重增加的最适浓度。

图8 盐处理对孜然幼苗鲜重的影响Fig.8 Impacts of salt stress on root fresh weight

NaCl处理下,0.1%、0.3%的NaCl胁迫孜然幼苗后,鲜重分别为12.5 g和11.5 g,比CK分别增加了47.06%和35.29%,与CK差异显著;0.5%,0.7%和0.9%的NaCl胁迫幼苗后,鲜重分别为8.43 g,6 g和3.5 g,比CK降低了0%,29.41%和58.82%,0.7%和0.9%处理与CK差异显著(P＜0.05)。分析可得出,0.1%和0.3%的NaCl对孜然幼苗鲜重的增加有明显的促进作用,浓度为0.7%和0.9%的NaCl对幼苗鲜重有抑制作用。说明在NaCl胁迫下,0.1%～0.3%的NaCl是孜然幼苗鲜重增加的最适浓度。

0.1%CaCl2胁迫孜然幼苗后,鲜重为12 g,比CK增加了 41.18%,差异显著;0.3%、0.5%、0.7%和0.9%的CaCl2胁迫幼苗后,鲜重分别为8.45 g、8 g、3.5g和4 g,比CK分别减少0.59%、5.88%、58.82%和52.94%。说明在 CaCl2胁迫下,0.1%能促进孜然幼苗鲜重的增加,是孜然幼苗鲜重增加的最适浓度。

2.7 不同种类盐处理对孜然幼苗死亡率的影响

0.1%～0.3%浓度范围的MgSO4、NaCl和CaCl2不会引起幼苗死亡(图9),随着盐浓度的增加,幼苗的死亡率增加。MgSO4处理下,0.5%、0.7%、0.9%的MgSO4胁迫后出现死苗,0.5%的处理有8%的幼苗死亡,0.7%的处理有12%的幼苗死亡,0.9%的处理有25%的幼苗死亡;NaCl处理下,0.5%、0.7%、0.9%的NaCl胁迫后出现死苗,0.5%的处理有12%的幼苗死亡,0.7%的处理有19%的幼苗死亡,0.9%的处理有25%的幼苗死亡。在 0.5%、0.7%、0.9%的CaCl2胁迫后出现死苗,0.5%的处理有11%的幼苗死亡,0.7%的处理有18%的幼苗死亡,0.9%的处理有23%的幼苗死亡。分析得出,孜然幼苗适宜生长的盐浓度范围为0.1%～0.3%,孜然适合在低盐碱浓度土地上种植。

图9 盐胁迫对孜然幼苗死亡率的影响Fig.9 Effects of salt stress on seedling mortality

3 讨论

3.1 在盐胁迫下孜然种子萌发率、发芽指数、发芽率普遍低于对照,说明各种盐胁迫对种子萌发和发芽有抑制作用。同一种盐内,随盐浓度增大抑制作用增强,萌发率和发芽率降低,这一结果与斯琴巴特尔[8]结果一致。盐胁迫抑制种子萌发普遍认为是由低水势引起吸水受阻所造成的研究[8],此外,氯离子胁迫也可以导致幼苗萌发和生长受阻。从图1～3看出,MgSO4胁迫下的孜然种子萌发率明显的高于NaCl和CaCl2,说明氯离子较硫酸根离子对植物毒害更为严重,这与苏联学者Shahaf[9]研究结果相一致。

3.2 盐胁迫对孜然幼苗的苗高,根长和鲜重都有影响,并且随盐胁迫浓度增大生长量下降。0.1%浓度的MgSO4和CaCl2及0.1%～0.3%的NaCl对孜然幼苗的生长有促进作用,0.5%以上浓度的MgSO4、NaCl和CaCl2对幼苗的生长有抑制作用。在盐胁迫下,孜然幼苗的地上部比地下部受胁迫影响更大,这说明孜然幼苗通常会自动调节地上与地下器官比例,使其有限的营养物质和水份优先满足根部生长。同时也说明孜然种子萌发对盐胁迫有特殊适应机制,通过增加根的生长来缓解轻度盐胁迫对其幼苗的危害。

3.3 盐胁迫对种子萌发均有抑制作用,随盐浓度的提高,抑制作用增强,甚至导致死苗,建议在盐碱地种植孜然时加大播种量,并且播种前应对种子进行适当处理,缩短出苗时间。在实际生产中,人们通过排盐、洗盐或押沙等措施来减少盐份对种子的抑制作用,从而达到全苗、壮苗之目的,这与本试验低浓度盐促进幼苗生长结果相一致。

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