氧化剂处理对翅碱蓬种子萌发的影响

2021-05-19陈佳勃王艳杰

种子 2021年4期

向亮，陈佳勃，陈龙，王艳杰，赵迎

(1.辽宁石油化工大学环境与安全工程学院，辽宁抚顺 113001； 2.盘锦市气象局，辽宁盘锦 124000；3.辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺 113001)

翅碱蓬(Suaedasalsa)是广泛分布于滨海潮滩湿地的先锋植物[1-3]，在降低土壤盐分[2-3]、改善土壤理化性质[4-6]、修复石油烃污染[7-8]和维持湿地生态系统正常演替[9-10]等方面具有重要作用。辽河口湿地属于国家级自然保护区，翅碱蓬是辽河口滨海湿地植被的重要组成部分[11]；国家5 A级景区盘锦红海滩风景廊道就是以翅碱蓬为主要元素。

近十几年来，随着人类活动影响逐渐加剧，辽河口湿地翅碱蓬出现严重退化现象，导致湿地面积大幅度减少，造成湿地生态功能明显降低、生物多样性锐减[11-12]。保护和恢复辽河口湿地生态系统的完整性和稳定性，特别是开展翅碱蓬等典型湿地植物的保护与恢复工作，对保障辽河口湿地的生态安全、提高湿地的生物多样性具有十分重要的意义。翅碱蓬在种子萌发期对土壤中盐度[13]、水分[14]、重金属[15]和多环芳烃[16]等污染物较为敏感，极大地限制了翅碱蓬湿地的生态恢复与重建。适宜的种子预处理方式可以提高种子萌发率，加速种子萌发[17]，缩短萌发期种子在污染环境条件下的滞留时间，进而提高退化湿地生态恢复与重建的效率。

促进种子萌发的预处理方法一般分为物理法和化学法。物理方法如机械破坏种皮、低温层积、沙藏和光照等，虽然能够在一定程度上促进种子的萌发，但存在工作量大、处理时间过长和作用不明显等缺陷[18-20]。化学方法是利用化学药剂破坏种皮，改变种子的休眠状态，进而促进种子的萌发。研究表明，硫酸、氢氧化钠、高锰酸钾、双氧水和硝酸钾等化学药剂能够打破植物种子的休眠，提高种子萌发率[17,21-26]，但用氧化剂处理翅碱蓬种子的研究未见报道。因此，本研究通过水培实验分析不同氧化剂对翅碱蓬种子萌发的影响，旨在探究翅碱蓬种子快速萌发和提高萌发率的方法，为辽河口翅碱蓬湿地退化区的恢复与重建提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

翅碱蓬种子采自辽河口翅碱蓬湿地，挑选成熟饱满的种子供本实验所用。采用的高锰酸钾(KMnO4)、双氧水(H2O2)和硝酸钾(KNO3)为分析纯试剂，用实验室制备的去离子水配制需要的浓度。

1.2 研究方法

1.2.1种子千粒重的测定

随机取翅碱蓬种子1 000粒，用精确度0.000 1 g的电子天平称量其质量，重复8次，取平均值，计算标准差和变异系数[19]。

1.2.2种子吸水率的测定

随机称取翅碱蓬种子，加入去离子水浸泡并置于25 ℃的培养箱中。在浸种0～2 h内每0.5 h取一次，浸种2～6 h内每2 h取一次，浸种6 h以后每6 h取一次，从培养箱中取出种子并用滤纸吸干表面水分，测定种子质量，直至种子质量不再发生变化，设置3个重复[19]。以时间为横坐标，种子吸水率为纵坐标绘制种子吸水曲线(图1)。

1.2.3氧化剂处理

随机取翅碱蓬种子88份，每份20粒。用去离子水配置0(对照)、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、1%和3%的KMnO4、H2O2和KNO3溶液，分别浸泡上述种子，时间为12 h、24 h、36 h和48 h。实验设3个重复。

1.2.4种子萌发实验

翅碱蓬种子水培实验参照赵肖依等[15]、李香等[16]的方法，将各处理组的种子放入垫有双层滤纸直径为90 mm的培养皿中，加入去离子水以保持滤纸湿润，置于植物培养箱(PRX-450 A，江苏天翎仪器有限公司)中进行萌发实验。培养条件为光照12 h，光强3 000 lx，温度(25±1)℃；黑暗12 h，温度(20±1)℃；相对湿度均为75%。每天定时记录各处理组种子萌芽个数，以种子破皮作为萌芽标准。实验期间适时向培养皿定量添加去离子水以保持滤纸湿润。

1.3 种子萌发指标

翅碱蓬种子萌发指标有萌发率和萌发速率[17]，萌发率指种子发芽的比例，萌发速率反映种子发芽的快慢程度，公式如下。

式中：Nt为t日内翅碱蓬种子萌发率。

1.4 数据统计与分析

数据的统计分析采用SPSS 22.0软件，数据图像的绘制采用Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 翅碱蓬种子的千粒重与吸水率

翅碱蓬种子外观呈黑色，近似球形，粒径较小。种子千粒重为(0.240 2±0.007 3)g，变异系数为3.0 (小于4.0)，符合试验要求。种子含水率对种子萌发意义重大，含水率达到一定程度，种子内部原生质转化为溶胶状态，且种子的呼吸作用显著增强，打破种子的休眠状态[27]。由图1可以看出，翅碱蓬种子吸水率呈先快后慢，而后趋于稳定的变化趋势。在0～6 h内吸水率快速提高，于6 h时达到28.54%；在6 h以后，种子吸水率增速明显减缓，于18 h吸水率稳定，为34.60%。

表1 KMnO4、H2O2和KNO3处理翅碱蓬种子的萌发率

2.2 不同氧化剂处理对翅碱蓬种子萌发率的影响

由表1可知，3种氧化剂处理翅碱蓬12 h、24 h、36 h和48 h的种子萌发率均无显著差异(p>0.05)，4种浸种时间对翅碱蓬种子萌发率无明显作用。与对照相比，不同浓度的KMnO4、H2O2和KNO3处理组均能提高翅碱蓬种子的萌发率(表1)。在12 h处理条件下(表1)，与对照相比，KMnO4处理组最高提高11.67%，但各浓度处理组与对照的萌发率均无显著差异(p>0.05)；H2O2处理萌发率比对照最高提高15.00%，除0.05%和1%浓度外各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理萌发率比对照最高提高15.00%，除0.2%浓度外各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：H2O2=KNO3>KMnO4。在24 h处理条件下(表1)，KMnO4处理组萌发率比对照最高提高13.33%，除0.05%、0.3%和3%浓度外各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；H2O2处理组最高提高11.66%，各处理组与对照均呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理最高提高13.33%，只有0.3%和3%浓度处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：KMnO4=KNO3>H2O2。在36 h处理条件下(表1)，与对照相比，KMnO4处理组最高提高15.00%，除0.3%和3%浓度外各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；H2O2处理组最高提高13.34%，只有0.2%、0.5%和3%浓度处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理最高提高13.34%，除0.1%、0.2%和0.5%浓度外各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：KMnO4>KNO3=H2O2。在48 h处理条件下(表1)，与对照相比，KMnO4处理组最高提高15.00%，各处理组与对照相比均无显著差异(p>0.05)；H2O2处理最高提高18.33%，除0.05%和0.1%浓度外，各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；KNO3处理最高提高16.66%，各处理组与对照呈显著性差异(p<0.05)；不同浓度的氧化剂处理效果：H2O2>KNO3>KMnO4。

结果(表1)表明，氧化剂浓度是影响翅碱蓬种子萌发率的主要因素。依照浸种处理时间最优原则，12 h处理时间翅碱蓬种子萌发率最佳，依照浓度最优原则，0.2% H2O2和0.3% KNO3处理翅碱蓬种子萌发率最佳。

图1 翅碱蓬种子的吸水曲线

2.3 不同氧化剂处理对翅碱蓬种子萌发速率的影响

由图2可知，在12 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加9.86%、14.45%和24.61%；在24 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加7.45%、6.64%和17.78%；在36 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加3.73%、3.06%和17.89%；在48 h处理条件下，与对照相比，不同浓度KMnO4、H2O2和KNO3处理萌发速率最高分别增加3.5%、-2.33%和12.64%。因此，随着浸种处理时间的延长，KMnO4、H2O2和KNO3处理对翅碱蓬种子萌发速率的促进作用逐渐减弱，在48 h处理时间下，各浓度的H2O2处理甚至低于对照组的萌发速率。

图2 KMnO4(a)、H2O2(b)和KNO3(c)处理对翅碱蓬种子萌发速率的影响

结果(图2)表明，在12 h处理条件下，3种氧化剂处理翅碱蓬种子的萌发速率：KNO3>H2O2>KMnO4。最佳处理条件为0.2% KNO3处理12 h，其次为0.3% KNO3处理12 h，两个处理条件对翅碱蓬种子萌发速率的影响无显著差异(p>0.05)。

3 讨论

表1显示，3种氧化剂浸种不同时间对翅碱蓬种子的萌发率均无显著差异(p>0.05)，但12～24 h处理萌发率呈小幅上升，24 h以后呈小幅下降，说明过长时间的浸种处理对种子萌发率并没有意义[28]。种子萌发速率分析结果(图2)显示，氧化剂处理的种子萌发速率显著高于对照组，说明氧化剂处理对翅碱蓬种子快速萌发有促进作用，能够打破种子休眠状态，加快种子萌发的进程。

KMnO4、H2O2和KNO3均属于氧化剂，能够氧化种子的种皮，提高种子的通透性，使种子内部能够进行良好的水、气交换，进而影响种子萌发的进程[17]。KMnO4作为一种强氧化剂，高浓度处理反而会降低翅碱蓬种子萌发率和萌发速率，说明随着浓度升高，KMnO4对种子内部破坏程度增强，导致种子萌发进程受阻[29]。H2O2作为一种氧化能力弱于KMnO4的氧化剂，对翅碱蓬种子萌发率和萌发速率反而优于KMnO4处理，说明不同植物种子对氧化剂的种类和浓度有不同程度的响应[30-33]。KNO3处理翅碱蓬种子的萌发率和萌发速率优于KMnO4和H2O2处理，主要是因为KNO3对种子起氧化作用，K+作为种子内部生理活动的参与者，对酶的活性有增强作用，因此表现出对翅碱蓬种子萌发明显的促进作用[17,34]。综合3种氧化剂对翅碱蓬种子萌发率和萌发速率的影响，0.3%KNO3处理12 h翅碱蓬种子萌发效果最好。