混合盐碱胁迫对盐地碱蓬种子萌发的影响

张焱梅，赵晓东，马梦慈，高明霞，柴薇薇，冯玉兰

（西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730030）

中国盐渍化土壤的分布范围广、面积大，一般认为我国各类盐渍化土的面积约为1 亿hm2[1，2]，并且由于灌溉不当等原因，次生盐渍化土壤的面积还在不断扩大[3]。根据目前已发表的文章及有关资料，我国盐渍土主要集中于西北地区的甘肃、青海、陕西、宁夏、内蒙古和新疆6 个省（区），盐渍土面积占全国盐渍土面积的 69%[4，5]。

农作物的生长受制于土壤盐碱化，在制约西北农业发展的环境问题中，土壤盐碱化是最主要的因素之一[4]。因此，改良和利用盐渍土也成为西部大开发中的重要一环。盐渍土对农作物的危害主要表现为盐害及碱害[6]。盐害主要是由于土壤积累了过多的可溶性盐，常见可溶性盐类有碳酸钠（Na2CO3）、碳酸氢钠（NaHCO3）、氯化镁（MgCl2）、氯化钙（CaCl2）、氯化钠（NaCl）、硫酸镁（MgSO4）。从离子看又以 CO32-、Cl-危害性最大。碱害则主要是由于土壤高度碱化，导致土粒分散度大，干时板结龟裂，湿时泥泞。在大面积的盐渍土里，有一种特有的生态系统，就是盐生植物生态系统，里面滋生着很多特别的耐盐碱植物，这些耐盐碱植物不仅能够在盐渍土中生长，并且能够改善盐渍土环境。所以，盐渍土的改善和利用，在相当大的程度上要依赖于盐生植物。

盐地碱蓬（Suaeda salsa）为藜科碱蓬属的一年生草本植物，一般生于荒漠低处的盐碱荒地上，是一种典型的盐碱地指示植物。关于盐地碱蓬的研究报道目前主要集中于其不同器官或组织的生理生化特征及其对盐胁迫的反应[7-12]。然而盐地碱蓬种子对盐胁迫反应的研究报道主要集中于种子在单碱（NaCO3、NaHCO3）或单盐（NaCl、NaSO4）胁迫处理条件下的萌发情况[13-16]。代莉慧等[13]比较内蒙古河套灌区盐地碱蓬种子分别在Na2CO3和NaCl 两种单盐胁迫下的萌发情况，表明碱蓬种子萌发对NaCl 的耐受能力强于NaCO3。李存桢等[14]对盐地碱蓬种子在不同浓度（0 g/100 ml、0.2 g/100 ml、0.4 g/100 ml、0.6 g/100 ml、1.2 g/100 ml、1.8 g/100 ml、2.8 g/100 ml、3.6 g/100 ml）盐溶液（土壤溶液、NaSO4及NaCl）中萌发情况的研究表明：盐地碱蓬种子的萌发耐受较高的盐胁迫，对盐渍生境的适应性很强；对种子萌发胁迫作用最明显的是NaCl，土壤溶液次之，NaSO4的胁迫作用最小；随着盐浓度的升高，同种盐溶液中盐地碱蓬种子的萌发率均降低，但当盐胁迫解除后，盐地碱蓬种子仍具有较高的萌发力、萌发速率和整齐度。赵楠等[15]对碱蓬种子在不同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液处理下的萌发情况、幼苗情况的研究表明：随着碱性盐浓度的升高，碱蓬种子的发芽指数、成苗率和幼苗生物量均有不同程度降低，在Na+浓度相同的情况下，Na2CO3对碱蓬种子萌发及幼苗生长的抑制作用大于NaHCO3。尚未见到盐地碱蓬种子萌发响应复合盐碱胁迫的研究报道。因此，本实验研究不同pH 及不同浓度混合盐碱胁迫对盐地碱蓬种子萌发的影响，为盐地碱蓬的栽培提供理论依据和科学指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

盐地碱蓬种子于2016 年6 月购自山东省东营市，从买到的所有的种子中挑选出成熟饱满且大小均匀的种子用于萌发实验。

1.2 盐碱胁迫条件的设计

实验选择 2 种中性盐（NaCl、Na2SO4）和两种碱性盐（NaHCO3、Na2CO3）进行混合盐碱胁迫。将 4 种盐按照一定的比例混合为 5 个处理组：A、B、C、D、E（见表1），从A 到E 碱性盐所占的比例依次增大。每个处理组均设置6 个盐浓度梯度，设定的盐浓度依次为 50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L、250 mmol/L、300 mmol/L。

表1 各处理组的盐分组成及摩尔比

1.3 萌发实验

选择成熟饱满且大小均匀的种子约3 000 粒，全部浸泡在30%的H2O2溶液中消毒3 min，然后用清水冲洗3 次，将盐地碱蓬种子表面的H2O2清洗干净。种子萌发实验在直径9 cm、垫有3 层滤纸的培养皿中进行，选取直径9 cm 的玻璃培养皿93 个，每个培养皿里面垫3 层滤纸，将培养皿和滤纸全部置于高压灭菌锅中灭菌，然后向高压灭菌后的培养皿中加入3 ml 蒸馏水或各处理相应浓度的混合盐溶液，一共31 个处理，每个处理设置3 个重复，每重复30 粒种子。将种子均匀地摆放在平皿中，便于观察及数据统计。 将摆放好种子的平皿置于GTOP-1000R 智能光照培养箱内培养，光强5500 lx，光照周期 16/8 h(昼 /夜)，温度 25℃/20℃(昼 /夜)。每隔1 天更换1 次蒸馏水及相应混合盐溶液。更换蒸馏水及相应混合盐溶液时，先将培养皿中剩余的溶液用胶头滴管吸出，再用移液枪向培养皿中加入3 ml 蒸馏水及相应混合盐溶液，以确保培养皿中溶液浓度的一致性。将培养皿放入光照培养箱后，每隔24 小时统计1 次碱蓬种子的萌发数，种子萌发以胚根露出种皮2 mm 为标准，连续统计10 d。10 d 后进行种子的复水实验，将发芽的种子去掉，将未萌发的种子用蒸馏水冲洗3 次，然后在蒸馏水中培养。每隔24 小时统计1 次种子的萌发数目，持续观察7 d。

1.4 数据处理

初始萌发率、恢复萌发率及最终萌发率按照下面的公式进行计算:

式中，a 为在混合盐溶液中初次萌发的种子数，b 为在蒸馏水中复水后恢复萌发的种子数，c 为测试种子总数。

同一个pH 处理中不同浓度混合盐胁迫之间显著性差异的检验采用单因素显著性检验，置信水平（α）=0.05。混合盐浓度、pH 以及它们之间的相互作用对种子萌发的影响程度采用双因素方差分析来检验。初始萌发率、恢复萌发率和最终萌发率在进行单因素显著性检验及双因素方差分析之前要进行反正弦转换。以mean±SE 的形式表示初始萌发率、恢复萌发率和最终萌发率（见表2）。

2 结果与分析

2.1 混合盐碱胁迫对盐地碱蓬种子初始萌发率的影响

图1 为不同pH 值的混合盐碱胁迫下盐地碱蓬种子的累积萌发率。如图1 所示，由A 到E，随着碱性盐比例的逐渐增大，pH 逐渐增大。在A-E 组5 个不同 pH 环境中（pH=7.16、8.49、9.18、10.19、11.16），累积萌发曲线呈现相似的趋势，在同一pH 值下，随着盐浓度的增加，各组的萌发率均下降。结合表2 可以看出，在pH 处于7.16～10.19 的范围内，混合盐浓度＞100 mmol/L 时，累积萌发率明显下降；当pH为11.16，混合盐浓度＞50 mmol/L 时，累积萌发率明显下降。盐地碱蓬种子响应不同浓度混合盐碱胁迫的累积萌发率见图2。从图2 中可以看出，pH 值对碱蓬种子的萌发率影响较小。当混合盐浓度=50 mmol/L 时，从 A 组到 E 组 5 个不同的 pH 环境中累积萌发率相差不大，没有明显的变化规律。当混合盐浓度≥100 mmol/L 时，同一混合盐浓度下，从A组到E 组随pH 值的增大，累积萌发率呈现出先增大后减小的趋势。当混合盐浓度=100 mmol/L 时，在pH 为10.19（D 组）时累积萌发率达到最大；当混合盐浓度≥150mmol/L 时，在 pH 为 9.18（C 组）时累积萌发率达到最大。可以得出：在存在一定的盐胁迫时，提供适当的碱性环境可以增加盐地碱蓬种子的萌发率。

表2 不同胁迫处理下盐地碱蓬种子的萌发率

2.2 混合盐碱胁迫对盐地碱蓬种子恢复萌发率和最终萌发率的影响

盐地碱蓬种子在混合盐碱胁迫环境中处理10 d后，去掉发芽的种子，将未萌发的种子转移至蒸馏水中复水并观察其萌发情况。从A 组到B 组可以看出（见表2），随着盐浓度的增加，盐地碱蓬种子的恢复萌发率呈现出增加的趋势，最高恢复萌发率达到80%以上；而且表现出种子的恢复萌发率与盐碱胁迫浓度呈正相关的趋势。而从C 组到E 组可以看出（见表2），随着盐浓度的增加，盐地碱蓬种子的恢复萌发率呈现出先增加后减小的趋势。当pH 值≥9.18（C 组）、混合盐浓度≥250 mmol/L 时，最终萌发率变化显著，最终萌发率下降明显。结果表明：一定程度的高盐和高pH 环境不仅抑制了盐地碱蓬种子的萌发，而且破坏了种子的活力。

2.3 盐度、pH 与它们的相互作用对盐地碱蓬种子萌发率的影响

如表 3 所示，混合盐浓度（F=124.333，P＜0.01）及 pH 值（F=5.846，P＜0.01）显著影响了碱蓬种子的初始萌发率，但二者相互作用（F=1.249，P＞0.05）对其初始萌发率的影响不显著。双因素方差分析结果表明：混合盐浓度（F=124.333，P＜0.01）是影响盐地碱蓬种子萌发率的决定性主导因素，pH 值（F=5.846，P＜0.01）的影响次之。

表3 混合盐浓度、pH 与其相互作用对盐地碱蓬种子萌发率的影响双因素方差分析

2.4 混合盐碱胁迫对盐地碱蓬种子萌发表型的影响

从图3 中可以看出，在同一pH 胁迫条件下，从A 组到E 组随着混合盐浓度的增高，盐地碱蓬种子萌发的幼苗逐渐变小，并且幼苗的根也越来越短，越来越黑。

3 讨论

随着全球土壤盐碱化日益加重，盐碱土的改良利用已经成为刻不容缓的工作。人们经过长期实践后，认识到盐碱土的改良和利用在很大程度上要依赖于盐生植物[17]。在盐生植物中，盐地碱蓬广泛分布于我国西部地区，并且具有较强的抗盐能力和积累大量盐分的特点，能显著降低土壤盐分[18]。

本研究表明：盐地碱蓬种子的萌发率在同一pH值的条件下，随混合盐浓度的增高而下降，这与古丽内尔·亚森等[19]对灰绿藜的研究结果一致。本研究表明：在同一混合盐浓度条件下，随pH 值的增大，累积萌发率呈现出先增大后减小的趋势。当混合盐浓度=100 mmol/L 时，在pH 为10.19 时累积萌发率达到最大；当混合盐浓度≥150 mmol/L 时，在pH 为9.18 时累积萌发率达到最大，这与乔永旭等[20]对盐地碱蓬种子萌发情况的研究相似：适当地增高pH值能提高盐地碱蓬种子的萌发率，当pH 值9 时碱蓬种子的萌发率略高于pH 值为6、7、8 时碱蓬种子的萌芽率。本研究表明：一定程度的高盐和高pH 环境不仅抑制了盐地碱蓬种子的萌发，而且破坏了种子的活力，这符合一般植物的生长规律，为探究盐地碱蓬的最适种植范围提供了参考。本研究表明：在混合盐碱胁迫盐地碱蓬种子萌发的因素中，混合盐浓度是决定性的主导因素，pH 值的影响次之。

总之，混合盐碱胁迫对盐地碱蓬种子的萌发影响表现为在同一混合盐浓度条件下随着pH 升高而抑制的作用，在同一pH 值条件下随着混合盐浓度的升高而呈现出先上升后下降的趋势；而盐地碱蓬种子萌发生长的表型则受到混合盐碱胁迫的明显抑制。