盐碱胁迫对两种补血草种子萌发的影响

师 东，张爱勤

(新疆大学生命科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046)

大叶补血草(Limoniumgmelinii)和耳叶补血草(L.otolepis)是白花丹科(蓝雪科)补血草属的多年生草本植物，分布于沙漠、戈壁、滩地、湖盆、盐化草甸等盐碱化生境。既是观赏植物，人们喜爱的一种重要切花，也是盐碱地指示性植物，对恶劣环境具有极强的适应性，可以改良土壤，是盐碱地区的优良植被[1]，具有非常重要的生态价值。然而，连续几年的观察发现,这两种补血草实生苗的补充非常缓慢。种子休眠及萌发特性对实生苗的补充具有重要影响。而目前对这两种补血草种子萌发的研究和报道较少[2]。我国北方盐碱地多属既含有中性盐又含有碱性盐的复合盐碱地,盐化与碱化往往相伴发生,碱性盐不仅具有中性盐的胁迫作用,还具有高pH值及明显降低矿质元素可利用性等特殊性能,因而较NaCl等中性盐具有更大的生态破坏力[3-4]。所以,盐碱混合胁迫下的种子萌发试验更能反映植物种子的实际萌发状况。本研究以分布在新疆呼图壁境内的大叶补血草和耳叶补血草为研究材料，用不同浓度的中性盐NaCl、碱性盐NaHCO3和两者的混合溶液分别对其进行种子萌发的胁迫试验，以探讨补血草种子的耐盐性，并为自然状态下补血草实生苗补充状况的研究提供种子萌发方面的依据。

1 材料与方法

1.1供试材料 大叶补血草和耳叶补血草的种子，于2009年9月采自新疆农业大学呼图壁草地生态站，地处86°7′ E、44°8′ N，海拔439～454 m，年降水量155.2 mm，蒸发量2 300 mm，属于温带荒漠气候。因降水少，蒸发强烈，地下水位较高(潜水深度在1.7～2.0 m)，故表土普遍积盐，土壤盐分在0～20 cm的土层内为3.58%[5]，大叶补血草和耳叶补血草为此区域内的主要植物种。

1.2试验方法 试验所用盐溶液为NaCl溶液、NaHCO3溶液和两者的混合溶液3种，每种处理采用8个浓度梯度，清水作为对照，每个浓度梯度设4次重复。将配制好的溶液加入铺有双层滤纸的培养皿中，直至滤纸饱和；再将补血草净种子用蒸馏水冲洗4次，吸干水分摆放到培养皿中(每皿100粒)，放在温度为(25±1)℃的恒温培养箱中培养。每天用相应浓度盐溶液冲洗种子及培养皿，更换滤纸以保持培养皿中的盐溶液浓度稳定。

单盐溶液NaCl的浓度为0、50、80、110、150、180、210、250、300 mmol/L；NaHCO3的浓度为0、30、50、70、90、110、130、150、180 mmol/L。混合盐(NaCl+NaHCO3)溶液的配置：先配置好各浓度的NaHCO3溶液，然后在各浓度的NaHCO3溶液中补加相应量的NaCl，以此获得NaCl+NaHCO3的混合盐溶液(表1)。

表1 混合盐溶液的成分及浓度 mmol/L

1.3统计项目与计算方法 参照牧草种子检验规程(GB/T 2930.4-2001)进行发芽率及其相关指标的统计。前10 d每天统计发芽数，之后每3 d统计一次发芽数，发芽时间为21 d。根据统计结果计算发芽势(GE)、发芽率(GP)、发芽指数(GI)、相对盐害率和萌发恢复率。

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt。

式中,∑Gt指t时间内的发芽总数，Dt指发芽天数。

式中，X为复水时间内的发芽种子数，W为盐胁迫下的发芽种子系数，Z为发霉坏死的种子数。

1.4数据处理 用Excel进行数据分析和图表制作。

2 结果

2.1不同种类和浓度的盐溶液作用下两种补血草种子的萌发率 用不同浓度的中性盐NaCl溶液、碱性盐NaHCO3溶液和两者的混合盐溶液分别处理大叶补血草种子和耳叶补血草种子，对照为清水处理。结果显示：在NaCl溶液浓度分别为50、80、110、150、180、210、250、300 mmol/L时，大叶补血草种子的萌发率分别为90%、84%、86%、86%、74%、70%、60%、36%；耳叶补血草种子的萌发率分别为86%、78%、56%、50%、36%、27%、10%、8%、4%；对照清水中大叶补血草和耳叶补血草的萌发率分别为98%和86%(表2)。大叶补血草种子和耳叶补血草种子的萌发率都随着盐溶液浓度的升高而降低，但变化幅度不同，大叶补血草种子的萌发率均显著高于(P<0.05)耳叶补血草种子的萌发率。

在浓度为30、50、70、90、110、130、150、180 mmol/L的碱性盐NaHCO3溶液的胁迫下，大叶补血草种子的萌发率为92%、90%、86%、84%、80%、74%、60%、51%；耳叶补血草种子的萌发率为83%、75%、72%、66%、64%、54%、35%、29%(表2)。在相同浓度的NaHCO3溶液处理下，大叶补血草种子的萌发率从50 mmol/L开始显著高于(P<0.05)耳叶补血草种子的萌发率，因而大叶补血草种子更具有耐盐性。NaHCO3溶液在浓度为50、110、150和180 mmol/L时，对两种补血草种子萌发的抑制作用与同浓度的NaCl溶液相比无显著差异(P>0.05)。

在8个浓度的混合盐溶液中，大叶补血草种子萌发率分别为67%、52%、45%、42%、37%、29%、26%、18%;耳叶补血草种子的萌发率为55%、39%、17%、7%、3%、1%、0、0(表3)。随着混合盐溶液浓度的升高，大叶补血草种子和耳叶补血草种子的萌发率都在降低。从整个萌发过程来看，混合盐溶液对两种补血草的抑制作用比单盐显著，而且大叶补血草种子表现出较强的耐盐性。

2.2不同种类和浓度的盐溶液作用下两种补血草种子的萌发动态 在不同盐胁迫下，各选择5个浓度或处理组合观察两种补血草种子的萌发动态(图1～3)。不同种类和浓度的盐溶液对两种补血草种子萌发的抑制强度不同，主要表现在种子初始萌发时间、发芽高峰期及萌发率。

在NaCl溶液中(图1)，当浓度为50、110 mmol/L时，大叶补血草种子和耳叶补血草种子都从第1天开始萌发，第2天出现发芽高峰期，与对照一致，但峰值低于对照。当浓度为180、250、300 mmol/L时，两种补血草的初始萌发时间均被推迟，其中大叶补血草种子的初始萌发时间都推迟到第2天，发芽高峰分别出现在第3、4、4天；耳叶补血草种子的初始萌发时间分别出现在第2、3、4天，发芽高峰出现的时间推迟到第3、4、5天。

在不同浓度的NaHCO3溶液的作用下(图2)，两种补血草种子在30和70 mmol/L时初始萌发时间为第1天，发芽高峰出现在第2天，与对照相同；当溶液浓度为110、150 mmol/L时，两种补血草种子的初始萌发时间都推迟到第2天，大叶补血草种子的发芽高峰出现在第2、3、4天；而耳叶补血草种子的发芽高峰分别出现在第2、4、5天。当NaHCO3溶液浓度为180 mmol/L时，大叶补血草种子初始萌发时间推迟到第2天，萌发高峰出现在第4天，耳叶补血草种子的初始萌发时间推迟到第3天，萌发高峰出现在第5天。

表2 单盐胁迫下种子发芽率、发芽势、发芽指数、相对盐害率、恢复率

表3 混合盐胁迫下种子发芽率、发芽势、发芽指数、相对盐害率、恢复率

图1 两种补血草种子在不同NaCl溶液浓度下的萌发动态度

图2 两种补血草种子在不同NaHCO3溶液浓度下的萌发动态

图3 两种补血草种子在不同混合盐溶液浓度下的萌发动态

当用混合盐溶液胁迫两种补血草种子时，在处理1的作用下只有大叶补血草种子的初始萌发时间和出现日发芽高峰的时间与对照相同，而耳叶补血草种子的初始萌发时间在第2天，发芽高峰推迟至第4天(图3)；在处理3、5的作用下，大叶补血草种子的初始萌发时间推迟到第2天，发芽高峰都出现在第3天；而耳叶补血草种子的初始萌发时间推迟到第4 天和第10天之后(第13天)，发芽高峰都出现在第7天和第10天之后(第13天)。在处理7、8的作用下，大叶补血草种子的初始萌发时间推迟到第3、4天，发芽高峰出现在第4、5天；而耳叶补血草种子在整个发芽期都无种子萌发(图3)。

2.3不同种类和浓度的盐溶液对两种补血草种子相关萌发指标的影响 在3种盐溶液中，混合盐溶液对补血草种子发芽指数的影响最为明显，中性盐NaCl溶液对发芽指数的影响作用较小(表2、3)。种子的发芽指数是反映种子发芽强度的指标，体现了种子在受到环境胁迫时的反应。在本研究中，随着盐溶液浓度的增加，种子发芽指数均呈下降趋势，高浓度处理液对补血草种子的萌发有较强的抑制作用；大叶补血草种子较耳叶补血草种子表现出较强的抗抑制性。

随着盐溶液浓度的增大，相对盐害率在逐步升高，如在不同浓度的中性盐NaCl溶液的处理下，大叶补血草种子的相对盐害率从8%升高到63%；耳叶补血草种子的相对盐害率从9%上升到95%(表2)。NaCl溶液对耳叶补血草种子造成的盐害要高于大叶补血草种子。在混合盐溶液处理下，大叶补血草种子的相对盐害率从32%升高到82%，耳叶补血草种子的相对盐害率从36%上升到100%(表3)。混合盐溶液对两种补血草种子的盐害程度最高。

通过复水试验，各浓度盐溶液处理后的新鲜未萌发的种子基本都能恢复萌发，萌发率在98%以上(表2、3)，显然盐胁迫并没有使补血草种子完全失去萌发活力，高浓度盐溶液对补血草种子造成的胁迫也是暂时的，当这种胁迫被解除或者被缓解时，种子基本都可以重新萌发。

3 讨论

盐生荒漠植物的繁殖方式多为种子繁殖, 种子萌发行为及在荒漠环境中能否顺利萌发对荒漠植物的种群维持和种群动态起着关键作用，是荒漠植物生存并得以延续的重要影响因素[6]。从本研究结果看，补血草实生苗的补充缓慢与补血草种子在萌发过程中受盐分胁迫密切相关。在试验中所设的混合盐处理8(300 mmol/L NaCl+180 mmol/L NaHCO3)胁迫下的两种补血草种子基本不萌发，而观测点呼图壁生态站的土壤盐含量约为3.58%[5]，与所设盐浓度相当。从对照的发芽情况看，在没有盐胁迫的条件下两种补血草从第1天开始大量萌发，3～5 d就可以结束发芽，说明两种补血草种子没有休眠或后熟现象。自然环境中盐分胁迫是种子难以萌发的重要影响因素。

不同种类和浓度的盐溶液对种子萌发的抑制强度不同。从本研究结果看，在中性盐NaCl、碱性盐NaHCO3和混合盐的胁迫作用下，混合盐溶液对补血草种子萌发的抑制作用最大。这是由于混合盐溶液不仅具有中性盐的渗透和以Na+为主的毒害等因素的作用，同时具有碱性盐所造成的高pH值以及与此有关的环境条件的变化对植物种子的作用，通常表现出比单盐更大的胁迫作用[6]。本研究也充分说明了这一点。

盐分抑制植物种子萌发的原因因植物种和盐分类型而异[7-8]。归纳起来有两个方面[9-13]：一是形成渗透势以阻止水分吸收所造成的渗透胁迫；二是离子毒害作用。离子毒害引发的膜损伤、代谢途径改变、营养缺乏以及有毒物质的积累等都可以抑制种子的萌发[14-17]。从复水试验来看：当抑制条件被解除或缓解时，种子还可以继续萌发，且萌发率与清水对照相当。盐溶液处理并没有真正的杀死种子，只是暂时的抑制了补血草种子的萌发。这表明在补血草种子中，盐分对种子的原初效应是渗透胁迫而不是离子毒害，这一点在滨藜(Atriplexhalimum)等盐生植物中也有类似的报道[9]。

种子出现是植物界演化至最高阶段的标志，种子是种子植物生活史中的一个阶段，它比其他任何一个时期都具有更强的抵抗不良环境的本领。种子具有较为完善的保护结构和内在多途径的特殊代谢功能，这些结构和功能能很好地控制种子的休眠和萌发，以实现个体的繁育。同一种植物在不同环境或同一环境条件下不同植物的种子对环境条件的反应不同，这一方面受自身遗传特性的影响，如与耐盐性相关的基因对不同的盐碱浓度的反应不同[18]；另一方面是由于种子在形成或保存过程中受环境因素的影响，或者是由两种因素相互作用的结果。各种植物种子在形态、结构和功能上的差异，显示了其生命活动的基本规律及其在不同生态环境条件下对进化结果的适应[19]。

对两种补血草种子萌发后的营养器官结构与耐盐生理的相关指标进行比较分析[20]表明，大叶补血草在相对电导率、脯氨酸含量、叶绿素总含量、质膜透性等指标上都表现出较耳叶补血草更强的耐盐性。而在本研究中，相同的盐胁迫条件下，大叶补血草种子的耐盐性均高于耳叶补血草种子，说明植物种子的耐盐性与植物营养器官的耐盐性具有高度的一致性。

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