盐、旱胁迫对霸王种子萌发的影响

王晓伟，陈 丽，邱爱军，张 玲

（1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐830022；2.天水师范学院化学工程与技术学院，甘肃天水741000；3.新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆阿拉尔843300；4.塔里木大学生命科学学院，新疆阿拉尔832000）

种子萌发是种子植物生活史的重要阶段［1］，胁迫条件下种子萌发特性的研究是了解胁迫因子对植物种子萌发的影响、物种的抗逆性及物种对环境适应性的基本内容。对于干旱荒漠区植物种子而言，盐和干旱是其重要的影响因素［2-4］，尤其在种子萌发的关键时期。在限制水分条件下萌发缓慢、萌发率低的特性是干旱沙漠区植物保证幼苗存活的策略之一［5］；对盐的适应是盐生环境下植物生存的首要条件，亦是干旱区植物长期进化过程中需适应的重要因子。在极端严酷荒漠条件下，长期进化过程中形成了植物特殊的适应机制［6］，干旱和盐会影响物种延续，也会制约种群大小，同时植物对干旱区生态平衡的维持、土壤改良等也有着重要贡献［7］。

霸 王（Zygophyllum xanthoxylon（Bunge）Max⁃im.）隶属于蒺藜科（Zygophyllaceae）霸王属（Zy⁃gophyllumL.），灌木，复叶，小叶2；花白色，果实3室，具2～3宽翅，为不开裂的蒴果。霸王主要分布于我国西北荒漠半荒漠的沙砾质河阶地、石质山坡地等干旱环境［8-10］，具有较强的适应性和生命力。霸王是典型的荒漠和草原化荒漠地带的优势种或建群种，亦是优良固沙植物，也可做草料等［11］。目前，对霸王研究集中在分类与比较解剖学［12-15］，花粉形态［16-17］，系统进化［18-19］、抗逆生理及分子［20-21］等方面。有关温度、水分及光照［22-23］、休眠、储藏、层积等对霸王种子萌发的影响［24-29］有报道，而关于霸王种子在等渗条件下干旱和盐胁迫响应方面的研究报道相对较少。在NaCl和PEG 6000（以下简称PEG）胁迫下，对霸王种子萌发特性做初步探讨，阐述萌发过程、萌发指标的变化特征和规律及萌发时期对盐分和干旱程度的耐受性，揭示盐和干旱对其萌发期的影响，为霸王的抗逆特性及生态恢复提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验供试霸王种子于2018年8月采自新疆阿克苏市拜城县天山南坡。采集时将收集到的成熟、无虫害的果实带回室内并剥去果皮，筛选籽粒饱满、完整的种子存放入种子柜保存备用。2019年5至6月完成种子胁迫萌发试验。

1.2 盐、旱胁迫试验方法

配制等渗PEG6000（以下称PEG）和NaCl溶液，PEG的溶液渗透根据Michel和Kaufmann文献中PEG溶液浓度与渗透势的关系方程［30］，NaCl溶液渗透势参照溶液渗透公式ψ=-iCRT，其中i为解离系数，C为体积摩尔浓度，R为常数，T为热力学温度（273+t℃），t为25℃，渗透势设置依次为-0.2、-0.4、-0.6、-0.8和-1.0 MPa。

将种子用水浸泡12 h后用5%H2O2消毒2～3次，每次10 min。将处理好的种子置于培养皿中进行萌发，每皿40粒种子，重复3次。种子萌发试验在RTOT系列人工智能气候箱中进行，经预实验后确定萌发条件为20℃/25℃、12 h光照/12 h黑暗。两组试验中分别滴入10ml胁迫溶液，以水培为对照试验，试验启动后每隔24 h称重补充胁迫溶液。种子萌发以胚芽突破种皮露白为标准，连续三天种子萌发数目不再增加，即种子不再萌发，可视为种子萌发完成。当种子萌发完成后，将未萌发的种子挑选出来并用蒸馏水清洗3～5次后，转入新培养皿，加入10 ml蒸馏水，在20℃/25℃、12 h光照/12 h黑暗的培养箱内进行复水萌发试验并完成每日统计工作。胁迫萌发试验和复水试验共进行20天。

1.3 数据统计和处理

根据统计结果计算不同处理条件下种子的逐日萌发率、最终萌发率、萌发速率、种子萌发指数、抗旱指数、相对盐害率、恢复萌发率。公式如下：逐日萌发率=n/N；最终萌发率=∑n/N；萌发速率=∑100n/ND；抗旱指数=干旱胁迫下种子的萌发指数/对照种子萌发指数；种子萌发指数=（1.00）Rd2+（0.75）Rd4+（0.50）Rd6+（0.25）Rd8；相对盐害率=（对照发芽率-处理发芽率）/对照发芽率×100%；恢复萌发率=〔（a-b）/（c-d）〕×100%；公式中N是供试种子数，D是从萌发开始的时间，n是在时间D的种子萌发数。Rd2，Rd4，Rd6，Rd8分别为第2、4、6、8天的种子萌发率。a为全部时间的发芽种子数，b为盐、旱胁迫中的发芽种子数，c为供试种子数，d为复水前萌发的种子数。

利用IBM SPSS20统计分析软件中的单因素方差分析（one-ANOVA）对霸王种子萌发的数据进行处理和差异显著性分析，最后用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 NaCl、PEG胁迫对霸王最终萌发率的影响

在NaCl、PEG胁迫条件下，霸王种子的最终萌发率随渗透势的降低而下降（图1）。对照组的最终萌发率最高，为86.67%；NaCl处理组中渗透势为-1.0 MPa时最终萌发率最低，为24.2%，而PEG处理组萌发率最高为67.7%，渗透势为≤-0.8 MPa时，最终萌发率为0，即不萌发。渗透势为-0.2 Mpa时，两种胁迫均对最终萌发率没有影响，与对照相比也没有差异显著性，而当渗透势≤-0.4 MPa时处理组较对照组的最终萌发率有显著降低，NaCl处理组降低了55%，PEG处理组则降低了21.67%，且PEG处理组最终萌发率降低幅度较大，与NaCl处理组相比有显著差异性（P<0.05），即抑制作用明显。在渗透势≤-0.6 MPa和-0.4 MPa时抑制作用明显，且干旱胁迫较盐胁迫对种子萌发率的抑制作用更明显。

图1 NaCl和PEG胁迫对霸王种子最终萌发率的影响Fig.1 Effects of NaCl and PEGstress on the final germination rate of Z.xanthoxylon

对NaCl、PEG胁迫下未萌发的霸王种子进行复水萌发试验，结果显示种子均可在2～3 d内萌发，且恢复萌发率达80%～91.7%，即萌发率很高，说明在本试验设置的NaCl、PEG胁迫溶液渗透势范围内对霸王种子活力的影响小。

2.2 NaCl、PEG胁迫对霸王种子逐日累积萌发率的影响

从种子萌发进程（图2）来看，两种胁迫处理下，随着渗透势的降低霸王种子逐日累积萌发率呈先升高后平缓的趋势，并表现为随渗透势的降低而变化逐渐滞缓（图2）。对照组的逐日累积萌发率前3天的累计萌发率上升最明显，达到63.33%，在第13天达到最大累计萌发率，明显均高于NaCl和PEG处理组。PEG处理组中渗透势为-0.2 MPa时，在第12天达到最大萌发率76.67%；-0.4 MPa时，在第7天趋于30%，其余处理均小于10%；而-0.4和-0.6 MPa条件下则在第10天就达到最大萌发率而种子不再萌发。NaCl处理组的基本都在第12～13天达到最大累积萌发率，当渗透势≤-0.6时，累积萌发率分别为44.17%、38.33%、24.17%。对NaCl、PEG处理相比较发现在等渗条件下，除-0.2 MPa外，其余梯度PEG对种子逐日萌发率的抑制程度较NaCl更明显。

图2 NaCl和PEG胁迫对霸王种子逐日萌发率的影响Fig.2 Effects of NaCl and PEGstress on daily germination rate of Z.xanthoxylon seeds

2.4 NaCl、PEG胁迫对霸王种子萌发速率的影响

在NaCl、PEG胁迫条件下，霸王种子的萌发速率随渗透势降低而减小（图3），对照组的萌发速率高于处理组的萌发速率。当渗透势为-0.2 Mpa时，两种胁迫与对照相比均无差异显著性，即高渗透势时不影响其萌发速率；当渗透势≤-0.4 MPa时，NaCl和PEG处理的萌发速率与对照相比均有差异显著性，且PEG组的萌发速率降低较NaCl组显著（P<0.05）。NaCl处理下，渗透势为-0.2至-1.0 Mpa时，其萌发速率分别为对照的96.9%降至5.16%；在PEG处理组，渗透势为-0.2至-0.6 Mpa，其萌发速率为对照的83.98%降至7.9%；在≤-0.8 MPa时萌发速率为零，即霸王种子萌发的干旱胁迫临界值。当渗透势≤-0.4 MPa时，NaCl和PEG的抑制作用均明显增强，而且PEG处理组的萌发速率均低于NaCl胁迫组，表明在等渗条件下，干旱胁迫比盐胁迫对种子萌发速率的影响更明显。

图3 NaCl和PEG胁迫对霸王种子萌发速率的影响Fig.3 Effects of NaCl and PEGstress on germination rateof Z.xanthoxylon seeds

2.5 NaCl、PEG胁迫对霸王种子萌发指数的影响

随着NaCl、PEG溶液渗透势的降低，霸王种子萌发指数逐渐减小（图4），对照组萌发指数为1.56，高于处理组的萌发指数。在两种胁迫处理下，渗透势为-0.2 MPa时，与对照相比无差异显著性，即对其萌发指数没有影响。在PEG处理下，-0.2至-0.6 Mpa处理组的萌发指数较对照下降了68%至95.4%；当渗透势≤-0.8 MPa时萌发指数为零。而NaCl处理组的萌发指数较对照下降了74.3%至96.4%。在等渗条件下，渗透势低于-0.4 MPa时抑制作用均明显增加，萌发指数急剧下降；且PEG处理组其萌发指数下降幅度明显大于NaCl处理组，表明PEG对种子萌发指数影响更明显。

图4 NaCl和PEG胁迫下霸王种子萌发指数的变化Fig.4 Effects of NaCl and PEGstresson germination index of Z.xanthoxylon seeds

2.5 霸王种子耐盐、旱检测

相对盐害率和抗旱指数可反映种子的耐盐性和抗旱性。随着NaCl、PEG渗透势降低，霸王种子的相对盐害率逐渐增加而抗旱指数逐渐降低（图5）。在NaCl胁迫时，渗透势为≤-0.2 MPa时，NaCl对霸王种子的没有盐害，后随渗透势降低，种子的相对盐害率呈逐渐上升趋势，种子的盐害率与对照相比有显著性差异（P<0.05）。在PEG处理组，当渗透势≤-0.2 MPa时霸王的抗旱指数骤然下降为88.33%，当渗透势为≤-0.4 MPa时，种子的抗旱指数与对照相比出现显著性差异（P<0.05），说明在该渗透势的干旱胁迫明显抑制了种子萌发能力，当渗透势≤-0.8 MPa时霸王的抗旱指数均为零，种子失去萌发能力。

图5 霸王种子的相对盐害率和抗旱指数Fig.5 Rate of salt injury and index of drought resistance on seed of Z.xanthoxylon

3 讨论

种子萌发阶段是进行植物抗性研究的重要时期，也是植物生活史的敏感阶段，而种子的耐盐、旱能力直接影响到种子萌发率［31］。通过NaCl和PEG溶液胁迫霸王种子萌发，发现盐和干旱条件对霸王种子萌发均有一定抑制作用，且随着渗透势降低其抑制作用更剧烈。在等渗条件下，干旱胁迫下种子萌发率和萌发速率，萌发指数等均低于盐胁迫，即PEG比NaCl对霸王种子萌发的抑制作用更明显，因此干旱是影响霸王种子萌发的主要胁迫因子，其次是盐。霸王种子的复萌率均较高，说明种子在胁迫条件下仍保持活力。

在NaCl胁迫时，霸王种子的萌发率、萌发速率，萌发指数等随渗透势的降低而下降，在高渗透势时盐溶液对种子萌发的影响较小。这与滨藜属［32］、裸果木［33］所报道的结果一致，而低渗透势时则明显抑制了霸王种子萌发，短毛柽柳［34］、铃铛刺和疏叶骆驼刺［35］亦是如此，其中疏叶骆驼刺的萌发率呈现先增加后下降的趋势而与霸王不同，即低盐高渗透势时促进植物种子萌发。在PEG胁迫下，霸王种子的萌发率、萌发指数、抗旱指数随PEG渗透势的降低而下降，干旱胁迫的临界值为-0.8 MPa。对霸王种子的萌发抑制作用随干旱胁迫的加剧而增强。轻度干旱胁迫能促进红砂、驼绒藜和碱蓬［36］、胀果甘草［37］种子的萌发，而对霸王并没有起到促进作用，这与盐生草［38］、蒙古黄芪和扁茎黄芪［39］、醉马草［40］的结果一致。盐、旱胁迫的研究中，霸王，盐穗木［41］，紫叶小檗［42］，沙地云杉和青海云杉［43］等都认为干旱胁迫比盐胁迫抑制作用更明显。霸王种子的复水萌发率高说明霸王在萌发阶段对盐、旱有较好的适应性，这与花花柴［44］、无叶假木贼［45］的研究结果一致。盐穗木的盐复水试验发现最终萌发率随PEG浓度的增加而降低，而本试验中霸王种子均获得较高复水萌发率，说明霸王种子的耐旱性比盐穗木强。植物在相同环境下植物对盐胁迫的耐受程度不同，萌发期对盐的适应策略不同，对于干旱地区的土著物种，对盐、干旱有着不同的适应性也是长期进化和适应的结果。

综上所述，盐旱是影响霸王种子的重要限制性生态环境因子，等渗NaCl和PEG溶液胁迫下，霸王种子具有良好的适应性，对盐，旱一定的抗性，且干旱是制约霸王种子萌发的重要因素之一。根据野外观察霸王结实率和结实量均比较高，而实生苗却非常少见，水分可能是制约霸王种群数量和更替的一个重要因素，这仍有待进一步研究。