盐胁迫对豆梨种子萌发及生长的影响1)

2021-12-03魏海霞马玉珍刘德玺李永涛王莉莉周健杨庆山

东北林业大学学报 2021年10期

魏海霞马玉珍刘德玺李永涛王莉莉周健杨庆山

(山东省林业科学研究院，济南，250014)

豆梨(PyruscalleryanaDecne.)为蔷薇科梨属落叶乔木，被认为是最古老的梨属种之一[1-2]，为我国原生树种，是集观花、观叶为一体的优良彩色景观树种[3]，广泛分布于山东、河南、江苏、浙江、江西、安徽、湖北、湖南、福建、广东、广西等省区。豆梨作为我国原生梨属植物，其生长适应性、抗病性较强，常作栽培梨树的嫁接砧木。除此之外，豆梨利用价值较多，具有材用、药用、食用、园林绿化价值[4-5]。近年来，我国林业工作者开始重视豆梨资源，并将原产于我国的豆梨由美国反引了一些观赏品种[6-8]，但这些品种资源的种植和推广还未获得普及，城乡绿化建设中应用较少。截至目前本土选育的豆梨新品种、良种未见报道。

种子萌发，是植物生活史的关键阶段，也是植物抗逆性最弱的时期，决定着植物的繁殖及种群持续、扩繁和恢复，具有重要的生物学和生产实践意义[9]；种子萌发，也是植物引种、育苗的前提和主要环节。盐胁迫会造成种子发芽慢、发芽受阻、种苗生长畸形等问题[10]，种子萌发期，耐盐性评价对引种、耐盐品种选育具有重要指导意义。

关于对种子耐盐萌发的研究，已有研究成果主要集中在针对作物[11-13]、草本[14-16]及易萌发种子的研究[17-18]，而对有休眠期的木本植物种子耐盐萌发的研究较少。为此，本研究在对野生豆梨种质资源进行引进调查的基础上，以豆梨进口栽培品种‘红塔’种子为试材，采用6个浓度的NaCl胁迫处理，测定盐胁迫后豆梨种子发芽率、发芽势、培养1～5 d的胚根长和胚芽长；以进口栽培品种‘首都’种子为对照，以7份野生豆梨种子为试材，采用浓度为200 mmol/L的NaCl胁迫处理，测定盐胁迫后豆梨种子发芽率、发芽势、胚根长、胚芽长。应用隶属函数法、系统聚类分析法对种子耐盐性进行综合评价，分析盐胁迫对豆梨种子萌发及生长的影响。旨在为耐盐豆梨品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试豆梨种子于2019年采自日照岚山、日照九仙山、临沂蒙山(见表1)。将采集的豆梨果实归堆沤制，冲洗后去杂，于干燥通风处晾干备用。

表1 供试种子及种源信息

1.2 试验设计

试验于2020年3月份在山东省林业科学研究院东营分院实验室进行。将调制好的种子进行沙藏处理50 d，取出后洗净，高锰酸钾浸泡消毒，试验备用。

在洗净烘干的培养皿中放入2层滤纸，每个培养皿加5 mL盐溶液，选取大小一致、籽粒饱满的进口豆梨品种‘红塔’种子(HT)，冲洗干净，整齐放入培养皿中。每皿放置30粒种子，试验分别设置6个NaCl浓度梯度，即0(对照)、50、100、200、300、400 mmol/L。定时补充蒸发的水分，保持盐溶液的浓度，每处理重复3次，置于(温度28 ℃、湿度75%、光照12 h)恒温培养箱中。

另选取进口豆梨品种‘首都’种子(SD)为对照，和7个野生豆梨种质的种子(J2、J8、J10、M6、M13、M15、M24)，用浓度为200 mmol/L的NaCl溶液进行处理，测定各种质种子的耐盐萌发情况。方法同上。

1.3 评价指标计量方法

以芽点突破种皮为发芽标志，每天定时记录每个培养皿内种子萌发数量，每皿随机抽取10粒种子，用测量尺测量胚根长、胚芽长，计算发芽势=[(培养2 d发芽数)/供试种子数]×100%、发芽率=[(培养3 d发芽数)/供试种子数]×100%。

采用隶属函数法对豆梨种质进行芽期耐盐碱性综合评价，计算隶属函数值。U(Xij)=(Xij-Xij,max)/(Xij,max-Xij,min)；式中的U(Xij)为i种质j指标的隶属函数值、Xij为i种质j指标的实测值、Xij,max为i种质j指标的最大值、Xij,min为i种质j指标的最小值。

1.4 数据处理

采用Excel2010和SPSS Statistics19软件进行数据统计、利用DPS9.50软件进行统计分析和耐盐性系统聚类分析、采用邓肯(Duncan)多重比较检验不同处理之间的差异性。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl处理对‘红塔’种子萌发的影响

试验发现，种子最早突破种皮的是胚根，试验的前3 d内，可见白色的胚根逐渐增长。

由表2可见：随着NaCl溶液浓度逐渐增大，种子的发芽势、发芽率、胚根长均受到抑制而降低，各处理间胚根长均具有显著差异(P<0.05)。浓度为50 mmol/L的NaCl溶液处理的种子发芽势、发芽率，与对照相比差异不显著，说明浓度为50 mmol/L的NaCl溶液处理对种子的萌发影响较小；但是，浓度为100 mmol/L及以上的NaCl溶液处理，对种子萌发均有显著抑制。浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理的种子的发芽势、发芽率、胚根长，显著高于浓度为300 mmol/L的NaCl溶液处理的种子的发芽势、发芽率、胚根长(P<0.05)。当NaCl溶液浓度为300、400 mmol/L时，胚根在2～3 d间生长基本停滞，甚至萎蔫，因此处理3 d后，只测量NaCl溶液浓度小于等于200 mmol/L的胚根、胚芽生长状况(见表3)。

随着处理时间的延长，当处理时间达到4～6 d时，嫩绿色胚芽逐渐出现。由表3可见：随着NaCl溶液浓度的增高，处理间胚根长、胚芽长均显著低于对照(P<0.05)；随着NaCl溶液浓度的降低，胚芽的生长速度高于胚根。

供试品种进口豆梨品种‘红塔’，生长表现佳、抗性强，以此为例进行种子耐盐试验具有代表性。随着处理液盐浓度的增高，种子发芽、生长均受到不同程度的抑制。由表2、表3可见：当NaCl溶液浓度大于等于200 mmol/L时，种子的发芽、生长受到严重抑制。说明浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理，是筛选豆梨种子耐盐性的关键浓度节点，在进行大量种质种子耐盐性比较时，可直接选择浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理，测定种子的耐盐萌发及生长能力。

表2 不同浓度盐胁迫时‘红塔’种子萌发状况及处理1～3 d时间种子胚根生长状况

表3 不同浓度盐胁迫4～6 d时‘红塔’种子胚芽、胚根生长状况

2.2 8种豆梨种子耐盐萌发的比较

用浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理8个豆梨种质的种子，测得发芽1、3 d时胚根长(见表4)。M15种子，发芽1 d时胚根长为2.1 mm，比其他种质高出46.9%～100.0%；发芽3 d时胚根长为4.2 mm，高出其他种质61.5%～127.0%，显著高于其他种质(P<0.05)。其他种质之间，胚根长差异不显著(P>0.05)。

在种子发芽2 d时测算发芽势、种子发芽3 d时测算发芽率(见表4)。由表4可见：M15种子的发芽势为44.4%，显著高于SD、M24、M13、J10、J2种子的发芽势(P<0.05)，与J8、M6种子的发芽势差异不显著(P>0.05)。M15种子的发芽率为58.8%，显著高于SD、M24、J10、J2种子的发芽率(P<0.05)，与M13、J8、M6种子的发芽率差异不显著(P>0.05)。说明M15的耐盐萌发能力最强，J8和M6次之，其他种质耐盐萌发能力较弱，且各种质之间差异不显著(P>0.05)。

随着时间的延长，种子的胚根逐渐增长，但是增长速率逐渐减小，当生长到4 d，可见种子的绿色胚芽均突出种皮，胚芽的生长速度高于胚根。测算生长5 d时的胚芽、胚根生长情况(见表4)，由表4可见：M15种子的胚根长，显著高于其他种质种子的胚根长(P<0.05)；其次是J8种子的胚根长；再次是SD、M24种子的胚根长。M15种子的胚芽长，显著高于其他种质种子的胚芽长(P<0.05)；其次是M6种子的胚芽长；再次是J2、J10、M24种子的胚芽长。对照品种‘首都’(SD)为美国引进的彩叶豆梨品种，发芽率、发芽势均显著低于M15(P<0.05)，胚根长显著低于M15、J8(P<0.05)，胚芽长显著低于M15、M6、J2、J10、M24(P<0.05)，耐盐萌发能力属于中等水平。

表4 各种质在浓度为200 mmol/L的盐胁迫时种子萌发状况

2.3 豆梨种质耐盐性综合评价

采用模糊数学隶属函数法对8种豆梨种质种子耐盐能力进行综合评价(见表5)。由表5可见：平均隶属函数值的分布范围为0.09～1.00，数值越大说明耐盐能力越强；隶属函数值的分布可以看出，各种质之间的耐盐性差异较大。由各种质的平均隶属函数值可看出，耐盐能力最强的是M15，它的各项指标均最高。隶属函数值在0.42～0.52之间的是M6、J8，耐盐能力中等。耐盐能力较弱的为M24、SD、M13、J10、J2，共5份种质，其隶属函数值在0.09～0.29之间，其中M13综合耐盐能力最弱。

表5 豆梨种质各指标隶属函数值及综合排序

2.4 豆梨种质耐盐性的聚类分析

依据欧氏距离，采用离差平方和法，对8种豆梨种质的耐盐性进行聚类分析(图1)。在欧式距离3.00处，可将参试材料分为三大类群：第Ⅰ类(Ⅰ级)为M15，属于高耐盐种质，占供试材料的12.5%；第Ⅱ类(Ⅱ级)有2份种质材料，包括M6、J8，为中等耐盐种质，占供试材料的25%；第Ⅲ类(Ⅲ级)有5份种质材料，包括M24、SD、M13、J10、J2，为弱耐盐种质，占供试材料的62.5%。结果与各种质平均隶属函数值反映的耐盐能力一致。

图1 豆梨种质聚类分析图

3 讨论

盐胁迫对豆梨种子的萌发有抑制作用，且随着盐浓度的升高，抑制作用越强，种子萌发和生长也越困难。但有的植物在低盐浓度时，能够促进萌发[20]或者生长，萌发不受影响[21-22]。本研究中‘红塔’种子在不同浓度NaCl胁迫时，生长均受到显著抑制，说明豆梨种子在萌发期对NaCl溶液处理比较敏感，盐胁迫导致渗透胁迫和离子毒害，进而影响种子的萌发和生长。

种子萌发的耐盐性评价指标，主要有发芽率、发芽势、发芽指数、胚根长、胚芽长、苗鲜质量等，为综合评价种子耐盐性，往往采用其中多个指标的隶属函数法进行耐盐评价。李培英等[23]研究发现，偃麦草种子萌发后的鲜质量，与盐浓度间无相关关系；朱建峰等[17]认为，非盐生植物适宜选取根长、芽长等生长指标，盐生植物适宜选取发芽率、发芽指数等萌发指标。本研究选取了发芽率、发芽势、胚根长、胚芽长4个指标进行聚类分析，以各指标的隶属函数值和各种质隶属函数均值为依据，评价种质的耐盐萌发能力；根据各指标值，依据欧氏距离，采用离差平方和法进行了聚类分析；将8份种质的耐盐性划分三类，结果与各种质4项指标平均隶属函数值反映的耐盐能力一致。

盐胁迫时，种子的发芽率受其耐盐性和种子活力的影响[20]，在正常条件下发芽率高的种子在盐胁迫时的发芽率也高。生活力的测定结果发现，各种质种子生活力差异不显著(见表1)，故本研究只采用浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理供试的8份豆梨种子，未进行清水对照的设定。一方面，本研究选用的豆梨种子，是经过沙藏层积，解除休眠后的种子，其已经充分吸胀，饱满且发育良好，盐胁迫后耐盐萌发能力能够说明该种质的萌发期耐盐性；另一方面，野生种质采集过程中，当材料种量较少，为节省种子用量，可直接选择浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理，测定种子的耐盐萌发；第三，在进行大量种质种子耐盐性比较时，也可实现快速测定。通过‘红塔’种子在不同浓度盐处理时的萌发情况可知，浓度为200 mmol/L的NaCl溶液处理为筛选豆梨种子耐盐性的关键浓度节点，也是检测豆梨耐盐性的阈值，这个盐处理的浓度与多种植物的耐盐阈值相吻合[15，22-23]。

种子萌发期的耐盐能力，在一定程度上可以反映种子的耐盐性，可以作为早期鉴定种质耐盐性的一个方法。种子的萌发还受到温度、水分及种子储藏物质等条件的影响。萌发期的耐盐性，有时与生长期的耐盐性并不完全一致，萌发期种子胚根的生长受根尖生长点分裂速度的影响，当外界条件不利于根尖细胞生长时，萌发受到抑制；而盐胁迫对植株生长期的影响，包含对地下部根和地上部植株两部分的影响，当高盐胁迫发生时，离子富集产生离子毒害，并引起体内营养水平失衡，而造成地上部的幼苗生长受到抑制，此时地下部根为了躲避盐胁迫，会通过伸长生长和吸水来减少胁迫伤害。本研究会在后续继续观测幼苗的耐盐生长，进而对比幼苗期耐盐能力的不同，探究萌发期与幼苗期耐盐性的异同。