水盐胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

朱敏嘉，黄俊华*，刘 岩，石发智，李典鹏，郭 韵(.新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 8005；.新疆农业大学 草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 8005；.北京林业大学 园林学院，北京 0008)

水盐胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

朱敏嘉1，黄俊华1*，刘 岩1，石发智1，李典鹏2，郭 韵3
(1.新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学 草业与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；3.北京林业大学 园林学院，北京 100083)

选取新疆野生花卉阿尔泰狗娃花为研究对象，对其在水盐胁迫下种子萌发过程进行研究，旨在探明其种子萌发期的耐盐耐旱特性。结果表明：(1) 阿尔泰狗娃花具有两种类型的种子，两类种子在大小、质量及种子活力上存在差异；(2) 随盐胁迫浓度的提高，种子萌发率持续下降，萌发速率降低，萌发时间延长；(3) 在干旱胁迫中，-0.5～-0.9 MPa渗透势的 PEG对种子萌发具有引发作用，而高渗透势的 PEG 对种子萌发具有抑制作用；(4) NaCl溶液对种子萌发的抑制程度显著大于等渗 PEG溶液，种子萌发期的抗旱能力较强，对盐分胁迫较为敏感。

阿尔泰狗娃花；盐胁迫；干旱胁迫；种子萌发

新疆地处西北干旱与半干旱区，由于水资源匮乏，气候干旱，园林植物种类相当贫乏，且多为外来种，乡土植物应用比例低。加快乡土植物的开发利用，引种驯化具有抗旱耐盐等优良抗逆特性的乡土观赏植物，对于提高新疆园林植物物种多样性，培育新疆特色花卉，发展节约型园林有着重要且深远的意义。阿尔泰狗娃花[Heteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr ]为菊科狗娃花属多年生草本，花蓝紫色，花期长，自繁衍生能力强，自然分布于草原、荒漠地、沙地及干旱山坡等多种生境下，适应性强，是一种具有园林应用潜力的多年生野生花卉资源，在我国新疆、内蒙、甘肃等地均有分布[1]。因此，本研究选取阿尔泰狗娃花为研究对象，对其在水盐胁迫下种子萌发过程进行研究，旨在探明其种子萌发期的耐盐耐旱特性，以期在新疆园林绿化中，为开展该种的引种驯化及园林应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

研究所用的种子于 2015年 9月采自乌鲁木齐市雅玛里克山(43°43′42″ N，87°40′64″E，海拔 445 m)。种子从果序上分离后装入纸袋贮藏于自然通风的室内(温度 15～30 ℃，相对湿度 10%～40%)备用。

乌鲁木齐市雅玛里克山属于中温带半干旱大陆性气候，年平均气温 6.4 ℃，年平均降水量 236 mm，年平均蒸发量 2 300 mm，年日照时数约 2 500～3 000 h，无霜期约 150～190 d；土壤主要是碱化的淡棕钙土和灰棕钙土，质地以沙壤为主[2]。

1.2 实验方法

萌发实验均采用具有高活力的带冠毛瘦果(简称种子)。种子用 5%的次氯酸钠溶液消毒 3 min后，蒸馏水清洗。每重复 20 粒种子，每个处理 3 次重复。每天观察并统计种子发芽情况，以连续 7 d种子不萌发为实验终止。

1.2.1 种子的大小和重量的测定

阿尔泰狗娃花具有两种类型的种子，因此种子形态均按照两种类型分别测定描述。

种子形态：取 20 粒种子，用精确度为 0.02 mm的游标卡尺测量种子的长度、宽度及冠毛长度，计算平均值。

种子千粒重：取 3 个重复，用 0.001 g的电子天平分别称千粒重，计算平均值。

种子活力：取 60 粒种子，采用 TTC染色法观察种子活力，计算活力种子百分比。

1.2.2 盐胁迫实验

设置11个NaCl溶液浓度梯度，分别为0(对照组)、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45和0.50 mol/L(10个处理组)，各处理种子均在 20 ℃恒温箱中进行胁迫实验。

1.2.3 干旱胁迫实验

采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫，设置6个渗透势溶液梯度，分别为 0(对照组)、-0.6、-1.6、-3.2、-5.3和-7.9 MPa(4 个处理组)，各处理种子均在20 ℃恒温箱中进行胁迫实验。

1.2.4 等渗水盐胁迫实验

设置6 个NaCl溶液浓度梯度，分别为0(对照组)、0.10、0.20、0.30、0.40和0.50 mol/L(5个处理组，对应渗透势分别为-0.5、-0.9、-1.4、-1.8和-2.3 MPa)，并设置 6 个与之等渗的 PEG溶液进行干旱胁迫处理，各处理种子均在 20 ℃恒温箱中进行胁迫实验。

1.3 相关计算指标

(1) 逐日萌发率(GF)=(每天萌发种子数/供试种子数)×100%

(2) 萌发率(GR)=(最终达到正常发芽的种子数/供试种子数)×100%

(3) 萌发率(η)=(种子发芽总数/供试种子数)×100%

(4) 发芽势(GI)=(前3天内正常发芽种子数/供试种子数)×100%

(5) 萌发指数(GE)=Σ(Gt/Dt)，其中，Gt为处理t日后的萌发数；Dt为相应发芽天数。

(6) 平均发芽天数(MLIT)=Σ(Gt×Dt)/ΣGt，其中，G为逐日萌发天数；t为与G相对应的天数。

(7) 相对盐害率(RSH)=(对照萌发率-处理萌发率)/对照萌发率×100%

(8) 耐盐指数(K)=Σ(η+GI+GE)/mn，其中，m为计算指标项数；n为溶液浓度梯度个数。

(9) 抗旱指数=PEG胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数

(10) NaCl溶液渗透势参照溶液渗透势计算公式计算[3]：ψS=-iCRT

其中，ψS为溶液渗透势(MPa)；R=0.008 314 MPa·L-1·mol·L-1·K-1，为气体常数；T=273+t(t为实验时的恒温箱的温度 20 ℃)，为绝对温度；C为溶液的摩尔浓度(mol·L-1)；i=1.86，为溶液的等渗系数。

(11) PEG溶液渗透势参照 Bulyn和 Kaufmann有关 PEG溶液浓度与渗透势的关系式计算[4]：

ψS=-(1.18×10-2)C-(1.18×10-4)C2+(2.67×10-4)CT+(8.39×10-7)C2T

其中，ψS为溶液渗透势(MPa)；C为PEG6000 浓度(g / kg)；T为实验时的恒温箱的温度20 ℃。

1.4 数据分析方法

所得数据用 SPSS19.0 软件进行统计分析，Microsoft Excel 2007 软件绘图，单因素(One-Way ANOVA)方差分析检验。

2 结果与分析

2.1 种子形态与活力

阿尔泰狗娃花种子个体极小，质量轻，从形态上可分为两种类型：两类种子的冠毛均呈褐色。第一种种子为倒卵状矩圆形，浅褐色，种子长(2.47±0.23) mm，种子宽(1.42±0.19) mm，冠毛(3.04±0.30) mm，千粒重(0.520±0.026) g，86.67%种子有活力；第二种种子为圆柱形或倒卵状矩圆形，灰绿色，种子长(1.64±0.27) mm，种子宽(0.58±0.20) mm，冠毛(2.62±0.29) mm，千粒重(0.346±0.022) g，3.33%种子有活力。

2.2 盐胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

2.2.1 盐胁迫对萌发进程的影响

如图1所示，对照组的种子萌发率均高于处理组的萌发率，随 NaCl胁迫强度的增加，种子萌发率呈下降趋势，初始萌发时间和平均萌发天数呈延长趋势，说明 NaCl对种子萌发具有抑制作用。在较低的NaCl盐胁迫下(≤0.30 mol/L)种子能在较短时间快速达到较高的累计萌发率。而高于0.35 mol/L的NaCl盐溶液中种子萌发进程缓慢，累计萌发率也远低于其它NaCl浓度。0.50 mol/L NaCl则完全抑制种子的萌发。

图1 盐胁迫下阿尔泰狗娃花种子的萌发进程

2.2.2 盐胁迫对各项萌发指标的影响

萌发率、发芽势和萌发指数可以较全面反映种子的发芽能力[5]。表 1显示，种子的萌发率、发芽势和萌发指数均随盐胁迫程度的增加呈下降趋势。NaCl浓度高于0.10 mol/L时与对照组的萌发率、发芽势和萌发指数均存在显著性差异。萌发率从0.35 mol/L NaCl开始出现大幅度下降。发芽势则从0.20 mol/L NaCl开始急剧下降，表明这一浓度条件下，种子虽然能够达到一定的萌发率，但种子出苗的整齐度受到较大影响。NaCl浓度为0.35 mol/L时，较对照组萌发率下降了近70%，发芽势为零，萌发指数也趋近于零，说明种子开始失去发芽力。通过萌发指数与对应盐浓度之间的回归分析，得到萌发指数回归方程：y=-9.998 2x+4.298 6，R2=0.944(y为萌发指数，x为NaCl浓度)。图2显示萌发指数与盐溶度呈负相关，当萌发指数分别为0%和50%时，计算出种子萌发的耐盐极限值为0.43 mol/L，耐盐临界值为0.38 mol/L，这与实验结果基本一致。

表1 盐胁迫下阿尔泰狗娃花萌发指标的方差分析

注：每列标以不同小写字母的值代表 5%水平差异显著。

图2 阿尔泰狗娃花种子萌发指数与盐浓度的关系

2.2.3 盐胁迫对耐盐指数和相对盐害率的影响

相对盐害率能比较在不同盐浓度环境中植物的耐盐能力，耐盐指数则可以客观反映植物的耐盐能力[5]。表 2中，随盐浓度的增加，种子的相对盐害率呈逐渐上升趋势，耐盐指数则缓慢下降。当NaCl浓度为0.35 mol/L时，种子的耐盐指数较小，相对盐害率大幅度上升，说明这一浓度盐胁迫开始对种子的耐盐能力产生了较大影响。高于0.35 mol/L的盐胁迫条件下种子萌发的相对害盐率与其它低浓度盐处理均存在显著差异。

表2 盐胁迫下阿尔泰狗娃花相对盐害率和耐盐指数的方差分析

注：每列标以不同小写字母的值代表 5%水平差异显著。

2.3 干旱胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

2.3.1 干旱胁迫对萌发进程的影响

由图3可以看出，随着渗透势的增加，萌发率总体呈现降低的趋势，萌发速度减慢，初始萌发时间和平均萌发天数均与对照组差异不明显。

图3 干旱胁迫下阿尔泰狗娃花种子的萌发进程

2.3.2 干旱胁迫对各项萌发指标的影响

由表3可知，种子的萌发率、发芽势和萌发指数随干旱胁迫程度的提高，总体呈下降趋势。-0.6～-3.2 MPa的渗透胁迫下种子萌发率与对照组无明显差异，≥-3.2 MPa渗透势的处理中种子发芽势与对照组差异显著，说明高于-3.2 MPa渗透势条件对种子出苗整齐度影响较大。在重度胁迫(-7.9 MPa)时，种子萌发被完全抑制，不再萌发。通过萌发指数与对应盐浓度之间的回归分析，得到阿尔泰狗娃花萌发指数回归方程为：y=-0.565 15x+4.847，R2=0.967 89(y为萌发指数，x为渗透势)。图4显示萌发指数与渗透势呈负相关，当萌发指数分别为0%和50% 时，可计算种子萌发的抗旱极限值为-8.6 MPa，抗旱临界值为-7.7 MPa，这与实验结果基本一致。

表 3 干旱胁迫阿尔泰狗娃花萌发指标的方差分析

注：每列标以不同小写字母的值代表5%水平差异显著。

图4 阿尔泰狗娃花种子萌发指数与PEG渗透势的关系

2.3.3 干旱胁迫对抗旱指数的影响

由图 5可见，随渗透势的增加，种子抗旱指数则逐渐降低。当渗透势为-5.3 MPa时，种子的抗旱指数与对照相比出现显著性差异，说明在该渗透势的干旱胁迫明显抑制了种子萌发能力。-7.9 MPa时抗旱指数急剧下降至零，种子基本失去萌发能力。

图5 干旱胁迫对阿尔泰狗娃花种子抗旱指数的影响

2.4 等渗条件下水盐胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

2.4.1 等渗条件下水盐胁迫对萌发进程的影响

图6显示，在等渗水盐胁迫下，PEG溶液中的种子均于第3天开始萌发并且平均萌发天数较短，而盐溶液中大多数种子的初始萌发时间集中在前5天且平均萌发天数较长，说明PEG处理较等渗盐胁迫的初始萌发时间早，平均萌发天数短，萌发进程结束早。

图6 等渗下水盐胁迫对阿尔泰狗娃花萌发进程的影响

2.4.2 等渗水盐胁迫对各项萌发指标的影响

图7 等渗下水盐胁迫对阿尔泰狗娃花各项萌发指标影响的比较

分析图7可知，盐胁迫下种子的各项活力指标均低于相同水势下的干旱胁迫。种子累积萌发率随PEG浓度的升高呈先上升后下降的趋势，随NaCl浓度的升高呈均匀下降趋势。-0.5～-0.9 MPa渗透势条件下，种子在PEG溶液中萌发率上升，说明低渗透势下，PEG促进了种子的萌发。-1.4 MPa的渗透势条件下，种子在PEG溶液中萌发率与对照组差异不大，在盐溶液中萌发率却远低于对照组。-2.3 MPa渗透势条件下，种子在PEG溶液中萌发率开始下降，却在盐溶液中停止萌发。

3 讨论与结论

阿尔泰狗娃花作为一种具有园林应用潜力的新疆野生观赏植物资源，目前尚处于待开发状态，本研究对阿尔泰狗娃花种子萌发其的耐盐性和抗旱性进行研究，初步获得以下几点进展：

3.1 种子形态与活力

阿尔泰狗娃花具有两种形态的种子，其种子大小及千粒重有所差异，种子活力更是相差甚远，两种种子的形成可能是种子成熟度不同，但在菊科植物中异型性种子的形成也可能是受基因型的影响[6]。根据宗文杰[7]将百粒重为0.003 4～0.400 0 g的菊科种子划分为小种子的标准，阿尔泰狗娃花属于小型种子，同科植物花花柴[8][Kareliniacaspia(Pall.) Less.]的种子也属于小型种子，菊科植物种子小，且附带的冠毛大而轻，成熟的种子能够很容易地凭借冠毛随风传播，从而提高在逆境下的存活率，这可能是植物在干旱盐碱环境中所采取的一种生存策略。

3.2 盐胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

阿尔泰狗娃花种子不存在休眠现象，在没有盐分及水分胁迫条件下萌发率最高，并且在萌发第3天萌发率就可达到80%，这种萌发特点有利于植物在适合环境条件下大量萌发，迅速建立新的种群。阿尔泰狗娃花种子在盐胁迫下的种子萌发率均低于对照，未出现类似盐生植物如碱蓬[9][Suaedaglauca(Bunge) Bunge]和花花柴[8][Kareliniacaspia(Pall.) Less.]中低浓度NaCl促进种子萌发的现象。与其它植物的耐盐力相比，紫花蝇子草[2](SilenekaraczukuriB.Fedtsch.)在0.25 mol/L NaCl溶液中不萌发，钠猪毛菜[10](SalsolanitrariaPall.)在1.00mol/L NaCl溶液中仍具29.17%的萌发率，阿尔泰狗娃花的耐盐能力强于紫花蝇子草弱于钠猪毛菜。随盐胁迫强度的增强种子萌发率持续降低，说明盐胁迫能够抑制阿尔泰狗娃花种子的萌发，其原因可能是一方面随钠离子的增多，外界溶液渗透势升高，细胞内自由水含量减少阻碍种子吸水萌发，另一方面是单盐离子毒害作用使细胞膜受损从而抑制种子萌发[11]。根据萌发指数与对应盐浓度的回归方程式，计算得到种子萌发的耐盐极限值为0.43 mol/L，耐盐临界值为0.38 mol/L，这与实验结果基本一致。

3.3 干旱胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

随着干旱胁迫强度的提高，对阿尔泰狗娃花种子萌发的抑制作用越显著，这与决明[12][Sennatora(Linnaeus) Roxburgh ]和紫花蝇子草[2](SilenekaraczukuriB.Fedtsch.)一些植物萌发规律相同，可能与 PEG能模拟干旱条件导致种子失水从而影响种子活力有关[9]。阿尔泰狗娃花种子在萌发期时，在渗透势≤-5.3 MPa时抗旱指数均大于 0.5，而荒漠植物盐爪爪[13][Kalidiumfoliatum(Pall.) Moq.]种子萌发期在渗透势 ≤-0.6 MPa时抗旱指数才大于0.5，说明阿尔泰狗娃花具较强的抗旱能力。根据萌发指数与对应渗透势的回归方程式，计算得到种子萌发的抗旱极限值为-8.6 MPa，抗旱临界值为-7.7 MPa，这与实验结果基本一致。

3.4 等渗水盐胁迫对阿尔泰狗娃花种子萌发的影响

相同渗透势胁迫下，高浓度NaCl和PEG均能抑制阿尔泰狗娃花种子的萌发，但低浓度NaCl抑制作用不大，而低浓度PEG却能促进其种子的萌发，说明PEG对阿尔泰狗娃花种子的萌发具有一定的引发作用。当水势为-2.3 MPa时，种子在NaCl溶液中停止萌发，却在PEG溶液中仍然具有较高的萌发率，在盐胁迫下种子的各项活力指标也均低于干旱胁迫，说明离子胁迫是影响种子萌发的主要因素，同时也说明阿尔泰狗娃花种子萌发期的抗旱能力更加突出，对盐分胁迫则较为敏感。

4 展 望

在自然环境中，阿尔泰狗娃花可分布于滨海至海拔4 000 m的草原、荒漠、沙地及石质山坡[1]，适应极为多样化的生境。本研究表明该种在种子萌发期也表现出一定的耐盐和较强的抗旱能力，是一种优良的野生观赏植物资源。在园林中应用对于降低栽培养护管理的成本，节约水资源，保障园林绿化成果均具有重要的意义。阿尔泰狗娃花在适宜条件下萌发率可达86.67%，但在盐环境下，种子萌发受到明显抑制，在播种繁殖中，应注意避免在盐碱含量高的土壤中播种。由于研究仅对种子萌发期的抗逆性进行了探讨，水盐胁迫对其苗期生理特性的影响仍需进一步深入研究，以期提出该种栽培管理措施，为阿尔泰狗娃花的引种驯化奠定基础。

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Effect of Water and Salt Stress on Seed Germination ofHeteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr

Zhu Minjia1，Huang Junhua1*，Liu Yan1，Shi Fazhi1，Li Dianpeng2，Guo Yun3
(1.School of Forestry and Landscape Architecture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；2.School of Pratacultural and Environmental Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；3.School of Landscape Architecture，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China)

TakingHeteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr，a species of wild flower native to Xinjiang，as the object of study，we look into the process of the seed germination under salt stress and water stress，in order to learn the tolerance of drought and salt of the seed during its germination. The experimental result shows，(1)Heteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr possesses two types of seeds which differ from each other in respects of size，weight and vigor；(2) As the salt stress rises，the germination rate falls continually. In the same way，the germination speed decreases and the time of germination lengthens. (3) As for water stress，PEG of -0.5—-0.9 MPa performs auxo-action on seed germination while PEG of higher osmotic potential performs inhibitory action. (4) NaCl solution performs evidently higher inhibitory action on seed germination compared to isotonic PEG solution. Relatively，the seed is inferred to has high drought resistance capability during germination while it is sensitive to salt stress.

Heteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr；salt stress；water stress；seed germination

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.03.008

2016-09-28

国家级大学生创新创业训练计划项目—粗柄独尾草等三种新疆乡土抗旱观赏植物的繁育特性及园林观赏特性的研究(201410758005)。

朱敏嘉(1993—)，女，在读硕士研究生。研究方向：风景园林植物资源应用。E-mail：464622907@qq.com

*通讯作者： 黄俊华(1973—)，女，博士，教授，研究生导师。研究方向：植物分类学和植物地理。E-mail：huangjunhua﹣7311@163.com

Q945.78

A

1006-9690(2017)03-0031-06