NaCl和Na2CO3胁迫对同德老芒麦种子萌发及幼苗生长的影响

石玉龙， 徐隆华， 窦声云， 山发华， 李长慧， 王芳萍， 姚步青， 周华坤

(1. 中国科学院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室， 青海 西宁810008；2. 青海省铁卜加草原改良试验站， 青海 共和 813000；3. 中国科学院大学, 北京100049；4. 青海大学农牧学院， 青海 西宁810016)

‘同德’老芒麦为禾本科披碱草属多年生牧草，具有抗寒、耐旱及耐盐碱的特性。经青海省牧草良种繁殖场、青海省草原总站、青海省畜牧兽医科学院草原所共同选育成功后，现已被广泛运用于人工草地的建设和天然草地的植被恢复中[1]。本文对‘同德’老芒麦在不同浓度的中性盐(NaCl)和混合盐(NaCl+ Na2CO3)溶液胁迫下的发芽率、萌发进程及胚的生长情况等生理特征进行研究，以便深入了解‘同德’老芒麦种子萌发的耐盐碱性，综合评价该牧草耐盐碱能力，对合理根据盐碱土类型选择性培育和种植优质牧草具有实践和指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所采用的‘同德’老芒麦种子由青海省同德县同德牧场提供的2010年种子，试验种子采收后于室内常温纸袋袋装贮藏，测试种子发芽率为75%。

1.2 试验设计与方法

试验前将清选好的‘同德’老芒麦种子用0.01%的高锰酸钾溶液消毒3 min，再用蒸馏水冲洗干净。将消毒后的种子在蒸馏水中浸泡48 h，每12 h换一次水。将浸泡后的种子放入零下20℃冰箱中进行低温处理20天以此打破休眠。胁迫处理为不同浓度的盐(NaCl)和中性混合盐(NaCl+Na2CO3)，按照表1所示的浓度梯度配制溶液，其中每个处理的氯化钠和碳酸钠的混合溶液由其对应的氯化钠溶液和碳酸钠溶液等体积混合，蒸馏水处理作为对照(CK)。

表1 不同盐胁迫组成成分及浓度梯度Table 1 Components and concentration gradient of different salt stress /mmol·L-1

1.3 发芽试验

将不同浓度处理液10 mL分别加到铺有3层滤纸的培养皿中，培养皿直径为11 cm，每个培养皿均匀摆放50粒饱满的‘同德’老芒麦种子，每处理3次重复。置于25℃恒温培养箱中，光照时间为12小时，每日称重并补充因蒸发而散失的水分，以保持溶液浓度的恒定[2]。每日记录种子发芽的数量，统计至第18天发芽基本结束为止。发芽第7天，记录胚芽和胚根的长度。

发芽率=(18天内发芽的种子数/供试种子数)×100%

随机取10个正常生长的幼苗，用直尺分别测量幼苗和根的长度，取平均值作为胚芽和胚根的长度。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据采用SPSS 19.0进行统计分析，Origin 8.5和Excel 2007作图。每一指标均为3次重复的平均值及标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同浓度梯度的盐胁迫对‘同德’老芒麦种子发芽率的影响

NaCl溶液浓度为100 mmol·L-1时，发芽率为64%，显著低于对照(P<0.05)；盐溶液浓度达到200 mmol·L-1时，发芽率仅为42%，显著低于对照(P<0.05)；当NaCl溶液浓度达到400 mmol·L-1时，发芽率为0。当混合盐溶液中钠离子浓度为15 mmol·L-1时，发芽率为86%,显著高于对照(P<0.05)，之后发芽率随溶液浓度的增加而下降，当混合盐溶液中钠离子浓度为150 mmol·L-1时，发芽率仅为42%，显著低于对照(P<0.05)；当混合盐溶液中钠离子浓度达到275 mmol·L-1时，发芽率为0。

表2 盐胁迫下‘同德’老芒麦种子发芽率Table 2 Seed germination rate of Elymus sibiricus‘Tong de’ under salt stress/%

注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level

2.2 盐胁迫对‘同德’老芒麦种子萌发进程的影响

盐胁迫不仅影响种子的发芽率，还影响种子的萌发进程。由图1a可知，在10～50 mmol·L-1的NaCl溶液处理下，种子在第4天开始萌发，而100～200 mmol·L-1的NaCl溶液处理下，种子从第6天开始萌发。由图1b可知，0～80 mmol·L-1的NaCl+Na2CO3溶液处理下，种子在第6天开始萌发，溶液浓度达到150 mmol·L-1时，种子在第8天才开始萌发。

图1 不同浓度NaCl(a)以及NaCl+Na2CO3(b)胁迫下‘同德’老芒麦种子的萌发进程
Fig.1 Seed germination of Elymus sibiricus‘Tong de’ under NaCl stress(a) and NaCl+Na2CO3stress(b)

2.3 盐胁迫对‘同德’老芒麦种子胚芽和胚根的影响

由图2a可知，50 mmol·L-1以上的NaCl胁迫对胚根和胚芽生长具有显著的抑制作用(P<0.05)。由图2b可知，随混合盐浓度的升高，胚根和胚芽的长度与对照相比都显著降低(P<0.05)。

图2 不同浓度梯度的NaCl(a)和NaCl+Na2CO3(b)胁迫下‘同德’老芒麦种子的胚长度
Fig.2 Length of radicle and plumule under different concentration gradient of (a) NaCl stress and (b) NaCl+Na2CO3stress

3 讨论与结论

3.1 单盐和混盐胁迫对发芽率和萌发进程的影响

单盐或混盐胁迫均会对牧草种子的萌发和生长发育产生影响，低浓度盐胁迫可以促进种子发芽，高浓度混盐胁迫会抑制种子萌发[3]。本试验中‘同德’老芒麦种子的发芽率在NaCl浓度为100 mmol·L-1时显著低于对照，且种子开始萌发的时间比低浓度的盐胁迫延迟两天，这种结果可能与高浓度盐降低了细胞膜渗透调节能力有关，也可能是因为Na+对呼吸酶有一定的抑制作用[4-5]。混合盐低浓度(15 mmol·L-1)胁迫下发芽率显著高于对照，高浓度(150 mmol·L-1)时显著低于对照且种子开始萌发的时间比低浓度混盐胁迫延迟两天，说明低浓度混盐胁迫可以促进‘同德’老芒麦种子萌发速率，而高浓度则抑制种子萌发，Na2CO3为碱性盐，盐胁迫和碱胁迫同时存在时，两者会对种子的萌发产生共同影响，且有互助作用，这与韩萌[6]利用混合盐碱胁迫对7种禾草种子萌发的研究结果一致。

盐碱胁迫影响植物种子萌发分为以下3种情况：第一阻止种子萌发，但不使种子丧失活力，第二延迟但不阻止种子萌发[7]，第三盐溶液浓度高到一定程度或胁迫持续一定时间使得种子永久性失去活力[8]。本试验中当NaCl浓度达到400 mmol·L-1以及混合盐溶液Na+浓度达到275 mmol·L-1时，种子没有萌发，属于第三种情况。

3.2 单盐和混盐胁迫对胚生长的影响

同一植物的不同生育期，对盐分的敏感性不同，种子发芽率适合发芽期的耐盐指标[8]，胚根和胚芽的相对长度可以反映盐胁迫对幼苗生长的影响程度[9]。一般来说，盐通过以下3 种途径影响植物生长：①渗透胁迫而引起水分亏损；②离子毒害；③主要营养元素吸收不平衡。盐胁迫本质上是造成植物幼苗水分缺失，从而导致水分胁迫，耐盐性强的植物在高浓度盐胁迫下，能够维持较高的含水量[7]。本试验中盐胁迫影响胚生长的途径主要是渗透胁迫导致植物水分缺失，从而导致水分胁迫。胚根是植物吸收水分的主要器官，是最易受到盐影响的部位。黄立华等研究表明，碱性盐Na2CO3和NaHCO3比中性盐NaCl等对高冰草(Thinopyrumponticum)种子萌发和幼苗生长危害更大，且对胚根的抑制作用大于胚芽[10]。本研究发现，随着单盐或混盐溶液浓度的升高，胚根的生长均呈下降趋势，因此可以用胚根对盐的耐受能力判断种子萌发对盐的抗性强弱。