复盐胁迫对珍稀特有树种大果榉种子萌发和幼苗生长的影响

(1.山西运城农业职业技术学院农林与工程系， 山西 运城 044000； 2.中国农业科学院植物保护研究所， 北京 100193； 3.山西农业大学林学院， 山西 太谷 030801)

大果榉(ZelkovasinicaSchneid .)隶属于榆科(U lmaceae)榉属(Zelkova)，是我国特有的榉树种质资源[1-2]。该植物自然分布于我国山西、甘肃、陕西、河南等地[3]，其耐贫瘠、抗逆性强、材质优良、树形优美、叶色随季相变化明显，且具有一定的药用价值，是集观赏、药用、材用和生态用于一体的优质树种[4]。榉属植物的结实特性类似，结实大小年明显，且结实率低、果实空瘪率高。其生长习性和生物学特性导致该属植物存在濒危的可能性，现已被列为河南省重点保护植物[3]。因此，研究该植物的种子萌发特性，对其保护、开发有一定的现实意义。

土壤盐碱化已成为全球共同面临的生态和环境问题。目前，全球土壤盐碱化面积约9.5亿hm2，而我国的盐碱化土地就有约0.95亿hm2，且主要集中于北方地区[5-6]。随着气候变化、农林生产的长期不合理施肥与灌溉，盐碱化呈现不断加重的趋势[7]。种子萌发是植物生活史重要的阶段之一。在该时期，植物种子的调节力低、抗逆性差，对盐胁迫等逆境极为敏感[7]。盐胁迫将影响植物种子萌发特性和幼苗生长发育，最终影响植株的生理和形态建成[8-10]。目前，关于大果榉的研究主要集中于扦插繁殖[11-12]、抗寒性评价[13-14]、生理特性[15]、组织培养[16]等方面，而有关复盐胁迫对种子萌发的研究罕见报道。因此，拟利用NaCl和Na2SO4模拟土壤的环境，研究其对大果榉种子萌发和幼苗生长的影响，目的是为大果榉在北方盐碱化地区得到推广应用，提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

大果榉种子采自于山西省中条山的太宽河国家级自然保护区(35°24′42″N，111°28′39″E)。采集时，选择生长健壮、处于壮年的大果榉树为采果实的母株。而后选取饱满度一致、大小均一的种子作为供试材料。试验于2018年10月在山西运城农业职业技术学院的实验室进行。

1.2 方 法

1.2.1种子处理与发芽试验

试验以NaCl和Na2SO4模拟复盐胁迫，NaCl和Na2SO4的质量比为1∶1。参照焦秀洁等[18]的研究，试验共设置5个处理，即复盐浓度为0.00%(对照组)、0.10%、0.30%、0.50%、0.70%。每个处理设3个重复，每个重复50粒种子。将筛选好的种子浸泡于70%的乙醇中灭菌5 min，用无菌水浸洗2～3次，晾干备用。种子萌发试验在培养皿(12 cm×12 cm)中进行：向平铺有2层无菌滤纸的培养皿中，加入不同浓度的复盐处理液10 mL，将种子整齐排列于其中。用自封膜将培养皿密封，并将其置于25 ℃的恒温光照培养箱中，光照强度为2 000 lx，光暗比为12 h∶12 h。

表1 复盐胁迫对大果榉种子萌发特性的影响

处理发芽率/%发芽势/%相对发芽率/%发芽指数活力指数ck26.00±1.63a18.00±1.63a100.00±0.001.39±0.06a10.24±0.71a0.10%28.00±1.63a20.00±3.27a108.52±13.141.38±0.03a7.99±0.16b0.30%18.00±2.83b12.00±1.63b68.93±7.130.685±0.03b3.24±0.21c0.50%12.00±2.83c8.00±3.27c46.92±13.100.46±0.01c1.67±0.07d0.70%8.00±1.63c4.67±0.94c30.49±4.380.23±0.03d0.46±0.09e

注：同列的数值间不同小写字母表示各水平之间差异显著(p<0.05)。下同。

表2 复盐胁迫对大果榉幼苗生长的初步影响

处理总长/cm芽长/cm根长/cm根冠比ck7.34±0.22a4.53±0.29a2.80±0.07a0.62±0.05a0.10%5.78±0.02b4.06±0.07b1.73±0.06b0.43±0.02b0.30%4.78±0.12c3.53±0.05c1.25±0.07c0.35±0.02c0.50%3.65±0.07d2.74±0.03d0.90±0.04d0.33±0.01c0.70%2.00±0.18e1.54±0.14e0.46±0.04e0.30±0.01c

1.2.2指标测定

每天定时观察每个处理的种子萌发情况，做好每天的统计。当种子萌发停止后，计算种子的发芽率和发芽势等萌发指标；每个处理随机选取5株幼苗，测量其根长、芽长；超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮蓝四唑(NBT)光还原法测定；过氧化物酶(POD)活性用愈创木酚法测定[17-18]。

发芽率(%)=(测试种子发芽数/测试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(发芽种子数/供测样品种子数)×100%，在发芽过程中，日发芽种子数达到高峰时；

相对发芽率(%)=(某处理下的发芽率/对照组的发芽率)×100%；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt(Gt为发芽试验终期内每日发芽数，Dt为发芽日数)；

活力指数(VI)=GI×S(S为一定时期内幼苗长度)。

1.2.3数据分析

数据统计、处理、分析采用Excel 统计软件进行。

2 结果与分析

2.1 大果榉种子的千粒重

实验所用大果榉种子的千粒重为67.50 g。

2.2 复盐胁迫对大果榉种子萌发特性的影响

种子发芽率的高低可反映出种子生命活力的大小， 而从相对发芽率则可看出，不同胁迫处理下植物种子的萌发状况[19]。研究结果表明，NaCl和Na2SO4模拟的复盐胁迫影响了大果榉种子萌发特性。在低浓度盐胁迫下，种子的发芽率升高，即存在低剂量刺激效应。随着盐浓度的升高，大果榉种子发芽率逐渐降低；与对照组相比较，各高盐处理下，种子的发芽率显著降低(表1)。发芽率最高的是0.10%复盐处理(为28%)，而对照组的发芽率为26%；发芽率最低的是0.70%复盐处理，仅为8%。盐胁迫下，各处理的大果榉相对发芽率分别为对照组的1.085 2倍、0.689 3倍、0.469 2倍、0.304 9倍。这说明在盐胁迫下，大果榉的种子萌发受到严重的抑制作用。

发芽势也呈现类似的趋势，即发芽势先上升而后下降。0.10%复盐处理的发芽势最高，为20%；0.70%复盐处理的种子发芽势最低，仅为4.67%。与对照相比，除了0.10%复盐处理外，其他处理的种子发芽势均显著降低。进一步分析发现，种子的发芽指数、活力指数均呈逐渐下降趋势。当盐浓度为0.70%时，大果榉的发芽指数仅为0.23，是对照组的16.55%；活力指数为0.46，是对照组的4.49%。

2.3 复盐胁迫对大果榉幼苗生长的影响

植物幼苗阶段对逆境胁迫的敏感性强，盐胁迫会抑制植物的幼苗生长和发育。试验结果表明，对照组的大果榉幼苗植株的总长度为7.34 cm，其中芽长为4.53 cm，根长为2.80 cm；而复盐胁迫下，各处理的植株总长度、芽长、根长均受到抑制，呈现逐渐下降的趋势。当盐浓度最低时，幼苗的植株总长度为5.78 cm，其中芽长为4.06 cm，根长为1.73 cm；盐浓度最高时，幼苗的植株总长度仅为2.00 cm，其中芽长为1.54 cm，根长为0.46 cm，均显著低于对照组。

植株的根冠比可侧面表明植株在生长发育过程中是否受到环境的抑制作用。通常情况下，根冠比低于0.40，说明植物的生长发育受到环境的抑制。试验结果表明，随着复盐浓度的提高，各处理的根冠比值逐渐下降。对照组的根冠比为0.62，而当盐浓度为0.10%时，根冠比为0.43；盐浓度为0.30%时，根冠比小于0.40，为0.35。这说明当盐浓度高于0.10%时，大果榉的幼苗生长发育受到了复盐的抑制。

2.4 复盐胁迫对大果榉幼苗SOD和POD含量的影响

植物在生长发育过程中，为了应对逆境胁迫，缓解伤害，细胞的保护酶系统活性会发生一定的变化。试验结果表明，受到复盐胁迫后，大果榉的SOD、POD酶的活性均有显著的升高或下降的趋势。就SOD酶活性而言，低盐胁迫下，其活性高于对照组；而高盐胁迫下，其活性低于对照。随着盐浓度的升高，SOD酶的活性呈现逐渐降低的趋势。当盐浓度为0.10%时，植株的SOD酶活性为233.67 U·(g·min)-1，是对照组的1.19倍；盐浓度为0.30%时，其SOD酶活性降低为211.67 U·(g·min)-1，但依旧高于对照组的197 U·(g·min)-1。当盐浓度达到0.50%时，植株的SOD酶活性低于对照组，仅为163.33 U·(g·min)-1。这可能是高盐胁迫下，大果榉的耐受能力有限，盐胁迫超过其阈值，导致细胞受到严重的破坏，整个保护酶系统受到了抑制。

同时，分析大果榉植株的POD酶的活性得知：随着盐浓度的升高，其活性先上升而后下降。植株的POD酶变化趋势和SOD酶相类似，也表现出低盐胁迫下，其活性高于对照组；而高盐胁迫下，其活性低于对照的现象。当盐浓度为0.30%时，植株的POD酶活性最高，为44.67 U·(g·min)-1，是对照组的1.29倍；盐浓度达到0.50%时，植株的POD酶活性低于对照组，仅为28.33 U·(g·min)-1。这进一步表明高盐处理已超过大果榉的耐受阈值，导致植株的生长发育受到严重的抑制。

表3 复盐胁迫对大果榉幼苗生理的影响

处理SOD活性/[U·(g·min)-1]POD活性/[U·(g·min)-1]ck197.00±6.68c34.67±0.94c0.10%233.67±2.87a40.67±1.25b0.30%211.67±1.7b44.67±1.25a0.50%163.33±3.86d28.33±0.94d0.70%99.67±5.25e20.00±0.82e

3 讨 论

大果榉是我国特有的珍稀乡土阔叶树种，极具开发利用和保护价值。该植物的自然结实率低，存在天然败育现象。其生长习性和生物学特性导致该属植物存在濒危的可能性，也限制了该树种的开发和利用。研究表明，不同地域的大果榉，其种子的千粒重有较大的差异。金晓玲[2]等研究我国榉属植物的生长习性，发现河南新县的大果榉千粒重为26.89 g；陈莲芸[19]等分析山西的大果榉得知，其千粒重为70.10 g；而本实验的大果榉千粒重为67.50 g，与后者较为接近。

种实是植物生活史的一个重要阶段。种子萌发和幼苗生长时，对外界的敏感性较强、抵抗力弱。我国的土壤盐碱化面积较大，且主要集中于北方地区[5-6]。这成为大部分植物在北方盐碱化地区推广应用的障碍之一。研究表明，在低盐胁迫下，植物种子的萌发率和发芽势可能会高于对照组，这可能是低浓度影响了膜系统的通透性和氧化还原酶的活性[20]；而本研究也得到类似的结果，即在低盐环境下，大果榉的种子萌发率、发芽势均显著高于对照，具有低剂量刺激效应；随着盐浓度的升高，大果榉种子萌发受到了明显的抑制，表现出发芽率、发芽势降低，种子的发芽指数、活力指数也呈现逐渐下降的趋势。同时，植物幼苗在逆境胁迫下，植株会调整生理代谢，引起SOD、POD等保护性酶活性发生变化，尽可能适应胁迫的环境[22]；而随着盐浓度的升高，膜质过氧化会破坏植物的保护酶系统，抑制抗氧化酶的合成与活性[17]。本试验结果表明，在低浓度复盐胁迫处理下，幼苗的SOD、POD酶的活性增高；当盐浓度继续升高，大果榉幼苗承受离子毒害和渗透压的双重危害，导致膜系统受到破坏，进而抑制了保护酶的活性，最终使得幼苗的SOD、POD酶活性降低。这和前人的报道结果类似，表明大果榉具有一定的耐盐性，可以在盐碱化程度不高的区域进行推广应用。尽管本试验只从种子萌发特性、幼苗生长和保护酶的活性研究大果榉的耐盐性，还不能真实反映该植物的实际耐盐能力，但也表明大果榉具有耐盐潜力。这为后续耐盐品种的定向培育及在北方盐碱地区的绿化提供可能的理论支持。