西藏浪卡子县野生垂穗披碱草种子萌发对水盐胁迫的响应

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(1.新疆农业大学草业与环境科学院， 乌鲁木齐 830052； 2.西藏农牧学院， 西藏 林芝 860000)

种子萌发是植物生活史的初始阶段，对于植物的生存和环境的适应都具有重要意义[1]。影响种子萌发的生态因子主要有光照、温度、水分、氧和氯化钠。垂穗披碱草(Elymusnutans)为禾本科披碱草属牧草，又名钩头草，弯穗草[2]。原为野生种，在青藏高原海拔2 500～4 000 m的高寒湿润地区为建群种，为有价值的中上等饲用植物[3]。垂穗披碱草生态适应性广，具有防风固沙、保持水土、抗旱、抗寒、耐盐碱等优点，对生态环境保护和高寒退化草地的植被恢复具有重要意义[4]。

西藏有着“世界屋脊”和地球“第三极”之称，平均海拔在4 000 m以上，具有低温、干旱、辐射强烈等不利于植物生长的环境因子。尽管气候恶劣，西藏仍孕育出了极其珍贵且丰富的高抗性基因的野生牧草种质资源。由于诸多原因，西藏乡土野生牧草种质资源开发应用率较低。因此，以西藏山南地区海拔最高的浪卡子县野生垂穗披碱草为研究对象，使用系列NaCl和聚乙二醇(PEG-6000)溶液模拟不同的水盐环境，研究其种子萌发特性，旨在探索西藏浪卡子县野生垂穗披碱草在种子萌发期的耐盐性和抗旱性。

表1 聚乙二醇(PEG-6000)对垂穗披碱草种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的影响

项目聚乙二醇PEG(%)05101520发芽率(%)0.78±0.12aA0.71±0.36aA0.65±0.19aA0.56±0.06bA0.37±0.07cB发芽势(%)0.54±0.21aA0.5±0.28aA0.48±0.36aA0.41±0.17abA0.26±0.11cB发芽指数47.28±1.26aA43.1±1.34aA39.82±0.99aA34.43±2.53bA22.98±3.06cC活力指数278.5±7.46aA262±10.33aA184.8±5.34bB78.8±4.79cC39.5±6.67dD

注:同行中，不同小写字母代表5%水平差异，不同大写字母代表1%水平差异。下同。

1 材料与方法

1.1 材料采集地自然状况

供试材料于2015年9月采自西藏浪卡子县羊卓雍措附近沼泽化草甸处(29°03′N，90°23′E，海拔4 473 m)。该区属高原温带半干旱季风气候。光照充足，辐射强，冬春寒冷多大风，夏秋温凉多雨水，干湿季分明，年日照时数为2 929.7 h，年平均降水量为376 mm，年无霜期60 d。种子采回风干后在4 ℃冰箱内贮藏待用。试验前在室温条件下做预试验，测得供试材料种子千粒重为(3.71±0.06)g，平均发芽率为78.5%。

1.2 试验方法

选择籽粒饱满、大小均一、成熟的垂穗披碱草种子，用0.5%的高锰酸钾溶液消毒10 min，之后用蒸馏水冲洗干净，自然晾干待用[5]。试验采用纸上发芽法，将种子置于铺有2层滤纸的塑料发芽盒中。每个发芽盒50粒种子，每个处理重复3次。系列发芽试验均在RXZ人工智能气候箱[高低温和光暗周期12 h(光)/12 h(暗)，温度15 ℃/25 ℃，湿度60%，光照强度400μmol/(m2·s)]条件下进行。试验期间，每隔2 d用万分之一的天平称重并用蒸馏水补充水分，使溶液浓度保持不变。

1.2.1 干旱处理

分别配制浓度为0%、5%、10%、15%和20%的聚乙二醇(PEG-6000)溶液作为种子萌发的培养液。在塑料发芽盒中分别加入10 mL。第6天统计发芽势，第20天统计发芽率、发芽指数和活力指数，并从每个发芽盒中随机取出20株正常生长的植株进行根长和芽长的测定，不足20株的全部都测[6]。

1.2.2 NaCl处理

试验以单盐NaCl溶液作为种子萌发的培养液。在塑料发芽盒中分别加入质量浓度为0、0.2%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、1.8%和2.0%的NaCl溶液10 mL。发芽周期为9 d，第6天统计发芽势。

1.3 种子萌发相关指标计算公式

发芽率(%)=n/N×100%(n为最终正常发芽的种子数，N为供试种子总数)[7]；

发芽势(%)=7 d内正常发芽种子数/供试种子总数×100%[8]；

发芽指数=∑(Gt/Dt)(Gt指t日发芽数，Dt指相应的天数)；

活力指数VI=GI×S(S为根平均长度[9])；

相对盐害率(%)=(对照发芽率-处理发芽率)/对照发芽率×100%。

1.4 数据处理

用DPS 6.0统计分析软件对种子萌发的指标进行方差分析，样本间的差异显著性用Duncans检验，图表用WPS软件制作，图表中的萌发数据均以平均值±标准误表示。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对种子萌发的影响

垂穗披碱草种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均随PEG溶液浓度的升高而下降(表1)。0～10% PEG处理下，种子发芽率差异不显著。与对照相比，当PEG浓度为20%时种子发芽率下降极显著(p<0.01)，发芽势和发芽指数下降显著(p<0.05)。随着干旱胁迫程度的加重，西藏浪卡子野生垂穗披碱草种子活力指数由278下降到39.5，几乎呈直线下降。10% PEG处理下，种子发芽率高达60%以上，其发芽势、发芽指数和活力指数依次为48%、39.82、184.8，说明西藏浪卡子县野生垂穗披碱草在种子萌发阶段具有较强的抗旱性。

干旱胁迫对垂穗披碱草根和芽的生长具有显著影响(p<0.05)(图1)。随着PEG浓度的升高，芽长呈下降趋势。0～15%PEG处理下，芽长较对照差异不显著，其范围在7～13 cm之间；20%PEG处理下，与对照相比，芽长下降显著(p<0.05)。根长以5% PEG浓度为界，随着胁迫程度的加剧表现为先升后降的趋势。当PEG浓度为5%时，垂穗披碱草根长高于对照，但差异不显著。

图1 干旱胁迫对垂穗披碱草根长和芽长的影响

2.2 NaCl胁迫对种子萌发的影响

垂穗披碱草种子发芽率以0.2% NaCl溶液浓度为界呈先升后降的趋势(图2)。0～0.4% NaCl处理下，种子发芽率高达70%；1.0% NaCl处理下，种子发芽率受到了极显著影响(p<0.01)。当NaCl溶液浓度为2.0%时，种子发芽率为0，即种子萌发受到了完全抑制。

图2 NaCl胁迫对垂穗披碱草种子发芽率的影响

垂穗披碱草种子发芽势随NaCl溶液浓度的升高表现为下降的趋势(图3)。0～0.4% NaCl溶液浓度处理下，种子发芽势在50%以上；当NaCl溶液浓度上升至0.6%时，种子发芽势出现了较大幅度的下降。当NaCl溶液浓度为2.0%时，种子发芽势为0。

图3 NaCl胁迫对垂穗披碱草种子发芽势的影响

垂穗披碱草发芽指数随NaCl溶液浓度的升高呈下降趋势(图4)。以0.8%NaCl溶液浓度为界，0～0.8%的NaCl溶液浓度范围内，种子发芽指数下降幅度较大；0.8%～2.0%NaCl溶液浓度范围内，种子发芽指数下降平缓；当NaCl溶液浓度为2.0%时，种子发芽指数为0。

图4 NaCl胁迫对垂穗披碱草种子发芽指数的影响

随着NaCl溶液浓度的升高，垂穗披碱草种子受到盐害作用明显增强(图5)。当NaCl溶液浓度为0.2%～0.4%时，垂穗披碱草在种子萌发过程中受到的相对盐害率为负值；当NaCl溶液浓度为2.0%时，种子相对盐害率达到100%，即种子在萌发过程中受到了最大盐害。

图5 NaCl胁迫下垂穗披碱草种子相对盐害率的变化

3 讨 论

3.1 干旱胁迫对垂穗披碱草种子萌发的影响

聚乙二醇(PEG)是一种高分子渗透剂，可起到水分胁迫的作用[10]。众多研究表明，利用PEG高渗溶液模拟干旱胁迫已经成为种子萌发期抗旱性研究的重要手段[11-12]。刘佳等[13]采用不同PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，对15份不同来源的紫云英材料进行研究，得出高浓度PEG抑制了种子萌发。肖亮等在水分胁迫对芒草种子萌发影响的研究中发现，高浓度的PEG不利于种子发芽[14]。本试验也证实了这一点。研究显示，垂穗披碱草种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均随PEG溶液浓度的升高而表现为下降的态势。当PEG浓度在0～5%时，垂穗披碱草种子发芽率达70%以上；当PEG浓度为10%～15%时，种子发芽率达50%以上；当PEG浓度达到20%时，种子发芽率不足40%。干旱胁迫抑制了西藏浪卡子县野生垂穗披碱草种子萌发。这一特性与王传旗[15]、王赞等[16]对垂穗披碱草和鸭茅种子的干旱胁迫研究结论相似。

随着PEG浓度的升高，芽的生长受到的抑制作用明显增强，而根长则以5% PEG浓度为界呈先升后降的趋势。在低浓度(PEG溶液浓度为5%)下，浪卡子县野生垂穗披碱草芽的生长受到抑制作用小于根，而中高浓度(PEG溶液浓度为10%、15%和20%)下则正好相反，说明轻度干旱条件下，垂穗披碱草将有限的养分资源优先用于根部生长，这对垂穗披碱草在西藏半干旱地区的逆境适应和种族延续具有重要意义。这与徐雅梅等[17]的研究结果相似。

3.2 NaCl胁迫对垂穗披碱草种子萌发的影响

高盐对植物种子萌发的影响是渗透作用和离子毒害作用[18]。不同植物种子萌发期的耐盐性是不同的，但多数研究结论表明，NaCl浓度与牧草的发芽率等指标呈负相关。王传旗等在NaCl对西藏不同地域野生披碱草种子萌发影响研究中得出，盐浓度越高披碱草种子发芽率就越低[19]。何学青等研究发现，老芒麦种子的发芽率、根长、苗长、发芽指数和活力指数均随NaCl浓度的升高而降低[20]。研究表明，0.2%的NaCl溶液浓度对垂穗披碱草种子发芽率有促进作用；0.4%NaCl溶液浓度下，种子发芽率与对照持平；当NaCl溶液浓度≥1.0%时，种子发芽率受到了极显著影响(p<0.01)，其发芽率不足35%，说明高浓度的NaCl溶液可抑制种子发芽。其原因可能是Na+的进入产生单盐毒害，加剧膜结构的破坏，导致种子蛋白质变性和内部营养物质的外渗，从而影响了种子萌发[21]。这与王传旗等[22]的研究结论基本一致。

4 结 论

在0～0.4% NaCl溶液浓度和0～10% PEG溶液浓度培养条件下，西藏浪卡子县野生垂穗披碱草种子萌发受到的影响较小，表现出一定的耐盐性和抗旱性，是一种优良的野生牧草种质资源。本试验在一定程度上揭示了西藏浪卡子县野生垂穗披碱草种子对NaCl和PEG胁迫的响应关系，但种子萌发还受温度、光照、氧气、深埋等因素的影响。因此，关于西藏浪卡子县野生垂穗披碱草种子的其他萌发机制还需要进一步研究。