混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响

詹振楠， 马 青， 王文娟， 纳 伟

(宁夏葡萄酒与防沙治沙职业技术学院，宁夏银川 750001)

土壤盐渍化是世界上最为严重的生态环境问题之一，预计到2050年，50%以上的耕地会发生不同程度盐碱化，这将会严重影响土地利用率和农作物产量[1]。中国盐碱化土地面积已近1亿hm2，潜在盐碱地面积达1 733万hm2[2]，其中，东北松嫩平原、新疆维吾尔自治区、内蒙古河套灌区、宁夏引黄灌区盐碱化土地面积分别约为370万、847.6万、111.9万、46.58万hm2[3]，而不同地区因受自然条件及气候差异的影响，其盐碱地类型较为复杂，多为复合盐碱地，即盐化和碱化相伴存在。盐生环境中，种子萌发是植物生存和延续至关重要的阶段[4]，更是植物能否适应环境变化并成功建植的关键[5]。有研究表明，碱性盐胁迫比中性盐胁迫对植物的生化破坏力更强[6]。目前，研究NaCl、NaHCO3、Na2CO3等单一盐或碱胁迫下植物种子萌发情况的较多，而复杂混合盐碱对种子萌发影响的研究仅在牧草、粮食等作物上[7-9]。

黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr)为茄科枸杞属多年生耐盐、抗旱植物[10]，主要分布于我国陕西省北部、宁夏回族自治区、内蒙古自治区、甘肃省、青海省、新疆维吾尔自治区等地[11]，成熟浆果富含紫红色素和微量元素，是一种天然的珍稀花色苷类色素资源，有作为药用植物资源开发的物质潜力[12]。目前，有关黑果枸杞的研究报道主要集中在黑果枸杞基因与遗传多样性、抗氧化成分测定分析、组织培养快繁技术、NaCl与MgSO4单盐胁迫下生理指标测定及其种子萌发特性等方面[5，12-18]，而有关混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响鲜见报道。为此，本试验通过研究不同pH值条件下混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发过程及萌发恢复的影响，以探讨黑果枸杞种子萌发的耐盐、耐碱能力及盐碱胁迫下的生理萌发机制，以期为黑果枸杞的大面积推广和西北地区盐碱地、荒漠化土地的利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑果枸杞种子，由宁夏中宁县国家枸杞良种基地提供，该基地位于宁夏回族自治区中宁县城东部，海拔1 170～1 180 m，地理坐标为105°26′～106°07′ E、37°09′～37°50′ N。地域四面环山，光照充足，干旱少雨，蒸发强烈，有效积温高，风大沙多，日照时间长，昼夜温差大，是典型的温带大陆性季风气候，全年日照时数为2 800 h，年平均气温为9.5 ℃，无霜期159～169 d，年均降水量200 mm左右，蒸发量1 830～1 950 mm。

1.2 盐碱胁迫条件设计

试验选择中性盐NaCl、Na2SO4和碱性盐NaHCO3、Na2CO3，以碱性盐所占比例由小到大顺序分为4个处理组，依次标记为A、B、C、D(表1)，在预试验基础上，每1个处理组设定50、100、150、200 mmol/L这4个盐处理浓度梯度，且每个处理组采用相同测定的pH值，以蒸馏水处理为对照(CK)。采用雷磁PHS-3E型 pH计测定各溶液的pH值。

表1 各处理组NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3配比及pH值

1.3 黑果枸杞种子萌发试验

试验于2017年11月至2018年3月在宁夏葡萄酒与防沙治沙职业技术学院植物生理实验室进行，采用纸上发芽床法。挑选饱满一致的种子，0.1%高锰酸钾溶液杀毒30 min；蒸馏水反复冲洗5遍，晾干，备用；在直径为90 mm的培养皿中放入双层滤纸，整齐摆入60粒种子，分别加入不同浓度的盐碱溶液，直到滤纸饱和为止，以倾斜45°无明水为准，每处理重复3次；加盖，(25±1) ℃恒温培养箱中避光培养；萌发过程中，每隔2 d更换1次相应的盐碱溶液，以保证溶液浓度的一致性；种子萌发以肉眼看到白色幼根为标准，每隔24 h观察记录萌发种子数，连续观察13 d[14]，同时，将未萌发的种子用蒸馏水反复冲洗5～6次，转至蒸馏水中继续培养13 d，检测种子的恢复萌发情况。统计种子萌发率(GP)、发芽指数(GI)、发芽势(GE)、相对盐害率(Rd)、恢复萌发率，计算公式分别为：

GP=GN/SN×100%；

GI=∑(Gt/Dt)；

GE=4 d内发芽种子数/SN×100%；

Rd=(CK处理的发芽率-盐碱溶液处理的发芽率)/CK处理的发芽率×100%；

恢复萌发率=(a-b)/(c-d)×100%[19]。

式中，GN、SN、Gt分别为种子萌发总数、供试种子总数、当日萌发种子数，单位为个；Dt为相应的萌发天数，d；a、b、c、d分别为全部时间的发芽种子数、盐碱胁迫溶液中的发芽种子数、供试种子数、复水前萌发的种子数，单位为粒。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0、Excel 2003软件对试验数据进行统计和单因素方差分析，采用最小差异显著法(LSD法)检验处理间的差异显著性，采用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响

2.1.1 萌芽率 由图1可见，4组不同浓度混合盐碱胁迫条件下，黑果枸杞种子的萌发曲线趋势相似，随调查天数的延长，种子萌芽率呈缓慢增加趋势，且随处理pH值的增加(处理A至处理D)，种子萌发率下降明显；同一处理组条件下，随盐碱胁迫浓度的增加，各处理组的种子萌发率呈下降趋势。

由表2可见，连续观察13 d时，黑果枸杞种子对照组的萌发率为65.6%；胁迫处理盐碱浓度为50 mmol/L时，各处理组黑果枸杞种子的萌发率较对照下降显著(P<0.05)；混合盐碱浓度为100 mmol/L时，A处理组的黑果枸杞种子的萌发率为16.1%，而其他处理组的种子萌发率相互间差异较小；胁迫处理盐碱浓度大于100 mmol/L时，各处理组黑果枸杞种子的萌发率为5.0%～7.8%，相互间差异较小。

表2 不同盐碱胁迫下黑果枸杞种子的萌发率

2.1.2 发芽势与发芽指数 由表3可见，随盐碱胁迫浓度的增加，各处理组黑果枸杞种子的发芽势、发芽指数呈下降趋势，相对盐害率呈增加趋势，对种子萌发的抑制作用愈加明显；对照处理的黑果枸杞种子发芽势、发芽指数分别为40.6%、16.4，显著高于各处理组不同浓度处理的发芽势、发芽指数(P<0.05)；盐碱处理浓度从50 mmol/L增加到 200 mmol/L，A组黑果枸杞种子发芽势、发芽指数分别从17.2%、7.7下降到3.9%、2.2，D组黑果枸杞种子发芽势、发芽指数分别从6.1%、2.9下降到2.2%、1.4；对同一处理浓度而言，随pH值的增加(处理A至处理D)，枸杞种子发芽势、发芽指数整体呈下降趋势，而相对盐害率呈上升趋势。

2.1.3 恢复萌发率与最终萌发率 试验结果表明，连续观察13 d后解除胁迫，不同浓度盐碱胁迫处理的黑果枸杞种子复水1 d均有部分种子恢复萌发。由表2可见，各处理的种子恢复萌发率均显著高于CK，最终萌发率均有不同程度的增加(P<0.05)，而CK处理的黑果枸杞种子不再有新的种子萌发；随胁迫盐碱浓度的增加，A、B处理组的黑果枸杞种子萌发恢复率呈倒“V”形降低[20]，均在盐碱浓度为100 mmol/L时恢复萌发率相对最高，分别为49.0%、28.0%；C、D处理组的黑果枸杞种子恢复萌发率均在盐碱浓度为50 mmol/L时相对最低，分别为16.3%、12.8%，且100～200 mmol/L盐碱浓度胁迫下的黑果枸杞种子恢复萌发率相互间差异不显著(P>0.05)，高盐碱胁迫下的种子最终萌发率差异较小：随处理盐碱浓度的增加，各处理组黑果枸杞种子的最终萌发率呈下降趋势，而对同一处理浓度而言，随pH值的增加(处理A至处理D)，黑果枸杞种子的最终萌发率也呈下降趋势。因此，高盐碱的环境不但破坏黑果枸杞种子的活力，还抑制黑果枸杞种子的萌发。

表3 混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发参数的影响

2.2 盐碱浓度、pH值及其交互作用对黑果枸杞种子萌发参数的影响

由表4可见，盐碱浓度、pH值及其交互作用对黑果枸杞种子的发芽率、发芽指数均有极显著影响，盐碱浓度对黑果枸杞种子的发芽率、发芽势、发芽指数有极显著影响(P<0.01)；pH值及盐碱浓度与pH值交互作用对黑果枸杞种子发芽势的影响不显著(P>0.05)。因此，盐碱浓度是影响黑果枸杞种子萌发的决定性主导因素，pH值次之。

表4 盐碱浓度、pH值及其交互作用对黑果枸杞种子各萌发参数的影响

3 结论与讨论

土壤盐渍化已成为导致全球可利用耕地日益减少、限制作物产量和品质提高的主要非生物逆境之一[9]，关于耐盐植物如何适应盐碱逆境已成为国内外专家学者们研究的热点问题。黑果枸杞是我国西北干旱地区特有的耐盐、抗旱野生灌木[11]，在盐渍化和次生盐渍化土壤上大量分布，且抗性强、适应性广，常构成盐爪爪-黑果枸杞的盐生植物群落[21]，因此，研究黑果枸杞种子的耐盐能力及盐碱胁迫下的变化规律具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

本研究结果表明，混合盐碱胁迫下，黑果枸杞种子的萌发受到不同程度的影响，随盐碱胁迫浓度的上升，黑果枸杞种子发芽率、发芽势、发芽指数等指标与对照相比均有不同程度下降，这与古丽内尔·亚森等的研究结论[22]一致。盐碱胁迫对植物种子萌发的影响主要表现在种子萌发率降低、种子萌发进程延长，或者使种子失去活力[23]。本研究结果表明，黑果枸杞在蒸馏水中(对照)的萌发率相对最高，当盐碱浓度≥100 mmol/L、pH值>8.56时，黑果枸杞种子萌发会受到严重抑制，萌发率均低于10%；混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发的抑制程度比复合中性盐胁迫相对更为严重，这可能是除 Na+毒害和渗透胁迫外，高pH值也影响了细胞内的酶活性，阻碍了种子的发芽生长。王恩军等研究表明，NaCl、Na2CO3胁迫下黑果枸杞种子萌发的极限阈值分别为300、100 mmol/L[18]；刘克彪等以不同钠盐溶液处理黑果枸杞种子发现，不同盐分胁迫对种子萌发的影响效应不同，相同浓度不同钠盐处理对黑果枸杞种子萌发造成的盐害率为NaHCO3>NaCl>复合盐> Na2SO4[22]。本研究中，盐碱浓度为 50 mmol/L 时，随着碱性盐所占比例的增加，黑果枸杞种子萌发率下降幅度相对较大，当盐碱浓度达到200 mmol/L时，种子萌发率受到严重抑制，但随pH值上升黑果枸杞种子萌发率差异较小。

另外，试验结果表明，黑果枸杞种子在解除混合盐碱胁迫后均表现出一定的恢复萌发能力，低浓度NaCl、Na2SO4的混合中性盐胁迫处理的种子其恢复萌发率相对较高，其最终萌发率和对照无显著性差异(P>0.05)，而高浓度的混合中性盐和不同浓度的混合碱性盐胁迫处理的黑果枸杞种子恢复萌发率相对较低，且相互间相差不大，这可能是因为未萌发的种子置于蒸馏水中解除盐碱胁迫时，其种子内部的渗透势相对降低，促进种子从周围环境吸收水分，进而使种子迅速恢复萌发，但当盐碱浓度超出黑果枸杞种子萌发的耐受范围，细胞内累积大量离子，使细胞质膜完整性遭受破坏，胞内代谢失调，造成永久性毒害，致使种子完全丧失活力[24-25]，这与王桔红等的研究结果[12]不同，可能是混合盐碱胁迫对黑果枸杞种子萌发的影响比单一盐或者混合中性盐的胁迫更为严重。总之，混合盐碱涉及到的胁迫因素比单一盐要复杂，混合盐碱胁迫不仅仅是盐、碱2种胁迫的简单叠加，而是相互间存在一定的协同效应[26]。