NaCl胁迫下氮磷钾元素浸种对梭梭种子萌发影响研究

丁奋谦, 高 永, 党晓宏,卢立强,祁 帅,杨利英, 高旭正,韩 超,李 佳,崔佳宁

(内蒙古农业大学 沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010011)

1 引言

种子是植物体的生殖器官之一，它的产生代表着成熟植物体的衰落，也是新植物体生长发育的开端，对一个物种的种群繁衍生息有着极其重要的意义[1]。种子萌发是指种子从吸胀作用开始的一系列有序的生理和形态变化过程，包括吸涨和萌发、发芽及成苗4个阶段[2]。种子在萌发阶段对土壤中盐分的离子效应、渗透效应的综合适应能力是种子耐盐性的实质，其他生态因子(不同类型盐分、温度、水分等)对种子耐盐性的影响则是来自其对土壤盐溶液两种效应大小的改变[3]。盐胁迫条件下，土壤渗透势降低、离子平衡被打破，植物种子细胞内水势降低，造成种子生理性吸水困难；种子细胞内类囊体膜结构发生异变，生理同化过程被打乱，光合作用被影响；种子细胞内蛋白质合成受到影响抑制生长，植物为抵御盐胁迫会优先合成各类有机物质使其耗能增加、质量下降导致植物生长缓慢甚至死亡[4,5]。氮在植株生长发育等阶段发挥着重要的作用是一种植物必需的营养元素[6]，氮元素约占植物干重的1.5%～5%，盐胁迫下，集聚在植物根系附近的大量Na+进入植物体内使得细胞膜膜外正电荷减少,膜内负电荷减少，导致植物对氮元素的吸收累积过程被抑制，影响植物生长，施氮可显著提高植物渗透调节能力[7]；磷元素占植物干重的0.05%～0.5%，能提高作物对外界变化的适宜能力[9]，植物体内磷元素不足时会导致植物分枝分蘖数减少，植株冠幅变得矮小，生长发育不良，叶片颜色反常，花期推迟，种子不饱满且产出率下降[8]；钾元素被称为植物的生命元素，是所有植物在生长发育周期中不可或缺的元素，是植物体内含量最高的金属元素，缺钾会导致植物叶片发黄、根系短小甚至腐烂，严重抑制植物的生长[8、9]。研究发现在盐碱地上施用适量的氮磷钾肥可辅助植物提高其抗盐碱能力[6、7、9]。梭梭(Haloxylonammodendron)是藜科梭梭属灌木，具有良好的适应性，是我国西北和内蒙古地区固沙造林的优良树种，也可用作薪柴、牲畜饲料等[10]。前人对梭梭植物的研究已有很多，但对于NaCl胁迫下氮磷钾浸种对梭梭种子萌发的影响实验研究未见报道，有待深入。因此，本研究以梭梭种子为研究对象，分析和比较其经过氮磷钾元素浸种处理后在NaCl胁迫下条件下的梭梭种子在该萌发情况，一定程度上能够加深对梭梭植物种子的萌发策略及其影响机制的理解，对于改良、利用大面积盐渍土壤及盐渍化地区梭梭的种植栽培、扩大种植范围提供理论科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究材料

供试植物梭梭种子由甘霖苗木合作社提供，实验中添加氮磷钾元素分别选用尿素(H2NCONH2)、过磷酸钙(CaP2H4O8)、硫酸钾(K2SO4)。

2.2 实验方法

挑选用籽粒饱满、大小均匀且无病虫害的受试种子浸泡在0.5% KMnO4消毒10 min后用纱布包裹滤出，清水冲洗3次，再用蒸馏水冲洗数次[11]，用滤纸吸干种子表面水分，于无菌仓内晾干备用[12]。

经NaCl胁迫预实验选取其中3个发芽率极值点盐浓度(即0，MAX，MIN，对应盐浓度分别为0、0.25%、2%)作为本试验所用盐溶液浓度，另将其胁迫下的各项指标作为本实验的对照组指标(CK1、CK2、CK3)。使用含氮磷钾元素的溶液浸种，浓度梯度为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1%、2%、3%、4%、5%[6,7,9]，加入适量超纯水将3种溶剂充分溶解在锥形瓶中，浸种4 h。

采用培养皿滤纸法进行试验，将处理后的种子置于直径9cm并铺有两层滤纸的的培养皿内(培养皿事先高温灭菌)[13]。使用移液枪加注不同浓度NaCl溶液溶液5 mL，每皿放置种子50粒，每个处理3次重复。将培养皿放入人工气候箱内培养7d[12]，箱内温度预设为恒温25 ℃[14]。称重法使用万分之一电子天平称重后补足失水量确保皿内溶液浓度。发芽试验以种子连续2d不再萌发的时间为末次计数时间，逐日统计发芽数并计算发芽率、发芽势、发芽指数。

2.3 数据处理

种子发芽率(GR)=(7 d种子发芽数/种子总数)×100% ；

种子发芽势(GP)=(发芽高峰期连续三天发芽数/种子总数) ×100% ；

种子发芽指数(GI)= ∑(Gt/Dt) ，其中Gt为t日发芽数，Dt为相应天数。

采用Origin 2018软件作图，SPSS 22.0统计软件对数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，用Dun-can’s检验法进行多重比较。试验所得数据均用“平均值±标准差”表示。

3 结果分析

3.1 氮磷钾浸种对NaCl胁迫下梭梭种子发芽率的影响

对照组中受试种子在不同浓度NaCl胁迫下萌发的发芽率受到不同程度影响(表1)；清水条件下，三种元素浸种处理后的种子发芽率与对照组(CK1GR)相比均有不同程度的下降且都存在显著性差异。随着氮磷钾元素浓度的增加，受试种子发芽率经过尿素、硫酸钾处理后呈现出下降的趋势，过磷酸钙处理后则是先升高后降低的趋势，但发芽率均低于对照组，其中浓度为0.1% 尿素、0.1%硫酸钾及0.3%过磷酸钙浸种处理后梭梭种子发芽率最高，较对照组(CK1GR)仍然分别显著减少了16%、19.33%和20%(P<0.05)，当尿素、过磷酸钙、硫酸钾浓度达到5%时，发芽率显著低于对照组(CK1GR)55.33%、57.33%、55.33%；梭梭种子在0.15% NaCl胁迫下种子发芽率达到最高，但经过三种浸种处理后种子发芽率均低于对照组(CK2GR)，且处理后后种子发芽率未显现出一致性规律，发芽率随着药品浓度的上升总体呈下降趋势，高浓度(2%～5%)尿素浸种后发芽率分别显著低于对照组9.33%、11.33%、13.33%、18%，1%尿素处理发芽率最高(70%)仍低于对照组(CK2GR)1.33%。浓度在0.7%～5%过磷酸钙处理后种子发芽率显著低于对照组(CK2GR)6%、10%、5.33%、8%、8%、6.66%(P<0.05)，其余处理与对照组无显著性差异，但发芽率都低于对照组。1%硫酸钾处理后种子发芽率(70±0%)低于对照值1.33%，除0.1%、0.3%、1%处理，其余处理都显著低于对照组，可见浸种处理对种子的发芽率无明显提高作用，甚至会产生负面影响；高浓度NaCl(2%)胁迫下，尿素、过磷酸钙浸种处理发芽率随浓度增加而增加，1%尿素、3%过磷酸钙处理后发芽率达到峰值，显著高于对照值(CK3GR)22.33%、26.67%(P<0.05)，硫酸钾处理发芽率则与浓度的增加呈正比，5%硫酸钾浸种处理后发芽率相比对照组(CK3GR)显著提高了24%(P<0.05)，3种处理对梭梭种子发芽率促进效果明显，表明高浓度盐胁迫下氮磷钾元素处理在一定程度上缓解了盐害，提高了种子耐盐性(图1)。

表1 NaCl胁迫对梭梭种子萌发的影响(对照组)

图1 清水、0.15%、2%NaCl胁迫下三种浸种处理对梭梭种子发芽率的影响

3.2 氮磷钾浸种对NaCl胁迫下梭梭种子发芽势的影响

清水条件下，尿素、过磷酸钙和硫酸钾处理后梭梭种子发芽势与对照组 (CK1GP)存在显著性差异，使用氮磷钾元素浸种后都显著降低了梭梭种子的发芽势，其中，尿素浸种处理对种子发芽势的影响未显现出一致性规律，各处理中0.1%尿素浸种后发芽势最高，较对照组仍然显著下降了11.33%。过磷酸钙处理后，梭梭种子发芽势随浓度改变呈现出低浓度升高，高浓度下降的趋势，过磷酸钙浓达到0.5%时，种子发芽势显著低于对照组(CK1GP)14.67%。硫酸钾处理后发芽势随浓度增加持续下降，0.1%硫酸钾浸种后梭梭种子发芽势即达到最高值(42±2%)显著低于对照组；0.15% NaCl胁迫下，三种处理下种子发芽势均未呈现出一致的的规律，但总体呈下降趋势，尿素种处理与对照组差异显著。其中，0.1%、1%尿素处理后发芽势较对照组下降了0.67%，尿素处理抑制了梭梭种子的发芽势且均显著低于对照组(CK2GP)。过磷酸钙处理中，低浓度(0.1%～0.5%)浸种后发芽势高于对照组(CK2GP)2.67、1.33、2.67，高浓度(1%～3%)处理中，1%和3%过磷酸钙处理的种子发芽势与对照组持平，2%过磷酸钙处理后高于对照组1.33，其他浓度下发芽势都被抑制。0.1%、1%硫酸钾浸种处理后的发芽势高于对照组1.33%、6%，0.3%硫酸钾浸种处理后的发芽势与对照组持平，其余浓度硫酸钾浸种处理后发芽势均都低于对照组；2% NaCl胁迫下，三种处理与对照组(CK3GP)均存在显著性差异，且种子发芽势均高于对照组，发芽势总体呈上升趋势，高浓度(1%～5%)尿素处理下，种子发芽势较对照组显著分别提高了15.33%、12.67%、13.33%、12.67%、10%，促进效果明显。硫酸钙处理后种子发芽势未呈现出一致性规律，但处理后种子发芽势均显著高于对照组(CK3GP)，5%硫酸钾浸种后，发芽势较对照组显著提高了12.67%。过磷酸钙浸种处理后种子发芽势呈现出先升后降的趋势，4%过磷酸钙处理后种子发芽势达到了16.67±0.03%。随着浓度的增加，高浓度(1%～5%)浸种后的发芽势高于低浓度(0.1%～0.5%)处理，但浸种后对种子发芽势促进效果明显，一定程度上提高了种子的发芽能力(图2)。

图2 清水、0.15%、2% NaCl胁迫下三种浸种处理对梭梭种子发芽势的影响

3.3 氮磷钾浸种对NaCl胁迫下梭梭种子发芽指数的影响

清水条件下，三种处理与对照组间存在显著性差异，尿素、硫酸钾浸种后种子发芽指数总体呈下降趋势，(0.3%～5%)尿素处理后发芽指数均显著低于对照组(CK1GI)；低浓度(0.1%～0.3%)过磷酸钙处理时种子发芽指数升高，浓度由0.7%升高至5%时，与对照组(CK1GI)相比分别显著下降了1.19、4.42、5.02、6.38、8.05、8.17。硫酸钾处理后，种子发芽指数均显著低于对照组(P<0.05)；0.15%NaCl胁迫下，三种浸种处理后的种子发芽指数都没有明显规律，总体呈下降趋势，且三种元素对种子发芽指数都有显著影响，0.3%、0.7%及2%～5%尿素处理后发芽指数显著低于对照组0.80、0.86、1.66、1.46、1.56、3.65。0.7%、2%～5%硫酸钾浸种后发芽指数显著低于对照组(CK3GI)，分别为1.74、0.78、1.58、2.7和2.53，其余处理均低于对照组(CK3GI)。0.5%、1%～5%过磷酸钙浸种后发芽指数显著低于对照组，各处理均低于对照组；2%NaCl胁迫条件下，浸种处理后种子发芽指数呈一直上升的趋势，且与对照组均存在显著性差异，尿素浓度从0.1%升至2%时发芽指数达到最高，显著高于对照组3.87。3%过磷酸钙浸种后种子发芽指数显著高于对照组5.03、4%硫酸钾处理后显著高于对照组4.36，总体发芽指数均高于对照组(图3)。

4 结论与讨论

盐胁迫对植物生命周期中的各个阶段都会产生影响，如种子萌发、幼苗生长发育、光合作用等，是非生物胁迫中最为常见的一种[15]。外界盐渍生境下，种子萌发阶段最先受到盐胁迫影响，种子萌发阶段的抗逆性和耐受性相较于植物其他阶段更为脆弱[16]。经试验证实 NaCl 胁迫会显著影响种子萌发阶段的发芽率、发芽指数等指标[17]。如程波等[18]试验得出，5种紫花苜蓿种子的发芽率、发芽势、活力指数均受到 NaCl 胁迫抑制，浓度越大抑制作用越明显，且5种紫花苜蓿种子发芽高峰期、最高发芽数也随之而向后推移、减少。但部分研究表明，低浓度的NaCl会促进种子萌发，如刘晓威等[5]研究显示，低浓度( 50 mmol/L ) NaCl 溶液处理可提高红砂种子萌发率，但随着NaCl浓度不断升高，红砂种子萌发期延长，萌发率下降，400 mmol/L NaCl 处理后红砂种子仍有活力但无法萌发。本实验对照组(表1)中的结果与上述结论基本一致，即在轻度NaCl胁迫下(0.15%)梭梭种子萌发性显著最高于无NaCl和重度(2%)NaCl胁迫的萌发性。

研究表明，盐胁迫下植物因渗透效应致使氮素缺乏，植物生长被抑制，但增施氮肥可提高植物耐盐性、缓解盐胁迫对植物造成的伤害[9]。孟国花等试验发现，盐胁迫下甜高粱的生长趋势减缓，在增施一定量的(5 mmol/L、1 mmol/L、6 mmol/L)氮、磷、钾营养元素后甜高粱耐盐性明显增强，生长促进效果最明显[7]。曲东等研究发现，磷酸二氢钾浸种可缩短玉米和小麦的萌发时间[19]。杨建肖等以郑单958为材料,研究了不同浓度氯化钾浸种对衰老玉米种子的萌发率等指标的影响，结果表明,0.1～10.0 mmol/L氯化钾处理对玉米种子的发芽势、活力指数有促进作用[20]。本实验中，清水条件下，浸种对梭梭种子的发芽率、发芽势无促进作用，在较低的浓度时发芽率、发芽势就达到最高，总体都低于未处理的种子；对梭梭种子的发芽指数有一定的促进作用；轻度(0.15 %)NaCl胁迫下，三种处理后种子各项指标与清水条件下结果相近，这可能是由于梭梭种子已经处在最优的萌发环境下，各项指标均达到最好，添加了氮磷钾元素反而使得萌发环境被破坏，萌发性下降；高浓度(2%)NaCl胁迫下梭梭种子在未处理状态下发芽率、发芽势仍能达到2%，经三种处理后种子的发芽率、发芽势随浸种浓度增大不断升高，总体较对照组提升明显，种子起始萌发期较未处理的种子提前，萌发数量增多，但由于该条件下大部分种子遭受了严重的离子毒害，虽然在三种元素作用下对胁迫效应有了一定的缓解，然而随着元素浓度增加，总盐浓度也在增加，对种子的迫害愈发严重，造成的不可逆的伤害使萌发率有了提高但仍无法改变种子发芽能力下降的事实。

综上所述，不同浸种处理对种子萌发指标的影响略有差异，在无盐和少盐胁迫的条件下处理对种子的发芽率、发芽势、发芽指数无明显的促进作用；高浓度盐胁迫下，浸种处理大大缓解了Na+的迫害作用，提高了种子的发芽率、发芽势和种子发芽指数。盐胁迫和氮磷钾元素对种子萌发的影响是复杂而又繁琐的，且种子自身及外部环境等因素也会影响萌发。本实验主要针对氮磷钾元素浸种处理后梭梭种子在盐胁迫条件下萌发阶段的影响做了初步的实验研究，具体是通过怎样的途径和改变种子内部环境来促进或抑制种子的萌发性还需要进一步研究。