NaCl胁迫对5种菊科植物种子萌发的影响

董飞，王烨楠，朱娇，马蕾，齐宇，王成鹏，温超，张冀华，吕晓惠

（1.山东省农业科学院休闲农业研究所/农业部华东都市农业重点实验室，山东 济南 250100；2.济南市麒麟花卉有限公司，山东 济南 250100）

黄河三角洲主要分布在山东省东营市和滨州市，面积高达5 700 km2［1.2］，而且正在以每年1 300～2 000 hm2的速度递增［3-5］。该区域是我国盐碱地集中分布区，盐土占50%以上，盐分以NaCl、KCl为主［6-8］。该类土壤含盐量高、养分低、土壤结构差［3］，严重制约了黄河三角洲地区的生态健康和农业可持续发展［6］。

盐胁迫是一种普遍存在的非生物胁迫，极大地限制了植物的生长和发育［9］。盐分主要通过渗透效应和离子毒害抑制种子萌发［10］。渗透效应是土壤盐溶液离子浓度高，导致土壤水势降低，种子吸水困难甚至脱水，从而限制了一些分解酶的合成，最终导致萌发反应减弱甚至停滞［10，11］。离子毒害主要指盐溶液中某些金属离子或盐离子本身会破坏细胞中的色素-蛋白质-脂类复合体，并降解叶绿素和其他色素，抑制植物的光合速率［10，12，13］。种子萌发过程中，细胞膜系统需要进行修复重建，而盐胁迫下膜的修复受阻，引起大量有毒离子进入，导致有毒物质积累，进而引发膜损伤、降低膜系统稳定性、破坏其选择透过性，使代谢途径发生改变、正常生理代谢过程受到干扰，最终导致种子失活死亡［12］。

种子萌发阶段对盐胁迫最为敏感，是决定植物能否在盐碱土壤中生长发育的最关键时期，具有重要的生物学和生产实践意义［14-16］。在发芽过程中，植物对盐胁迫的反应不同，有些植物在初始发芽阶段需要少量盐分刺激才能发芽。但是，对于绝大多数植物而言，盐胁迫会抑制其萌发，延缓发芽进程［9，17，18］。本研究以5种菊科草花为试材，研究盐胁迫对其种子萌发的影响，筛选适应盐环境生长的草花，以期为黄河三角洲地区园林绿化植物的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料共5种，分别为松果菊（Echinacea purpurea（Linn.）Moench）、金盏菊（Calendula officinalis L.）、地被菊（Chrysanthemum morifolium Ramat.）、波斯菊（Cosmos bipinnata Cav.）、向日葵（Helianthus annuus L.），均购自山东寿禾种业有限公司。

1.2 试验方法

本研究以5种菊科草花种子为试材。设置NaCl浓度分别为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。挑选大小一致且饱满的种子，用0.1%HgCl2消毒，用无菌水漂洗数次直至无残留HgCl2后，在培养皿底部垫2张滤纸，每个培养皿均匀放置30粒种子，加入适量不同浓度的盐溶液，每个处理重复3次，以蒸馏水处理作为对照。于25℃恒温光照培养箱中培养，每天记录发芽情况。

1.3 测定项目与方法

试验期间每天调查记录种子发芽数，种子发芽以胚根达到种子长度的一半为准。参照《国际种子检验规程》［19］统计发芽率、发芽势、胚根长、胚芽长、发芽指数、活力指数等指标。

发芽率（%）=发芽种子数/供试种子数×100；

发芽势（%）=发芽达到高峰期时发芽种子数/供试种子数×100；

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）；

活力指数（VI）=GI×S。

式中，Gt表示t天的发芽种子数，Dt表示至t天的发芽天数，S为平均根长。

试验结束后，从每个培养皿中随机选取10株幼苗，用刻度尺测量其胚芽长、胚根长［20］。

1.4 数据统计分析

采用模糊数学隶属函数法对5种菊科草花种子盐胁迫的耐受性进行综合评价。隶属函数值计算公式：X（μ）=（x-xmin）/（xmax-xmin）；如果某一指标与抗性呈负相关，则通过反隶属函数计算隶属函数值：X（v）=1-（x-xmin）/（xmaxxmin）。其中：x为指标测定值，xmin、xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。最后，再将每份材料各个指标的隶属函数值累加求平均值［21］。

利用Microsoft Excel 2013和SPSS 21.0软件进行数据统计与整理。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl处理对种子发芽率的影响

未经NaCl胁迫时，地被菊的发芽率最高；当NaCl浓度为0.2%时，向日葵的发芽率最高；当NaCl浓度为0.4%～0.8%时，波斯菊的发芽率最高；当NaCl浓度为1.0%～1.2%时，地被菊的发芽率最高；当NaCl浓度为1.4%时，向日葵的发芽率最高（表1）。随着NaCl浓度的增高，松果菊、金盏菊、地被菊的发芽率整体呈下降趋势，波斯菊、向日葵则先上升后下降，均在0.2%NaCl处理时最高。当NaCl浓度≥0.8%时，松果菊发芽率与对照差异显著或极显著；除0.2%NaCl处理外，其他浓度处理金盏菊的发芽率与对照差异极显著，当NaCl浓度达到1.2%时其发芽率为零；当NaCl浓度≥0.6%时，向日葵的发芽率显著或极显著低于对照；当NaCl浓度达到1.0%时，5种菊科种子发芽率均显著或极显著低于对照。

表1 不同浓度NaCl处理对种子发芽率的影响 （%）

2.2 不同浓度NaCl处理对种子发芽势的影响

当NaCl浓度为0～0.2%时，松果菊的发芽势最高；当NaCl浓度为0.4%～1.2%时，波斯菊的发芽势最高；当NaCl浓度为1.4%时，向日葵的发芽势最高（表2）。随着NaCl浓度增高，松果菊、金盏菊、地被菊、波斯菊发芽势整体呈下降趋势，向日葵则先上升后下降，0.2%NaCl处理时最高。当NaCl浓度为0.8%～1.4%，松果菊和波斯菊发芽势与对照差异极显著；除0.2%处理外，金盏菊发芽势与对照均差异极显著，且NaCl浓度为1.0%～1.4%时其发芽势为零；当NaCl浓度分别达到0.8%和1.0%时，地被菊和向日葵的发芽势显著低于对照。

表2 不同浓度NaCl处理对种子发芽势的影响 （%）

2.3 不同浓度NaCl处理对种子发芽指数的影响

未经NaCl胁迫时，地被菊发芽指数最高；当NaCl浓度为0.2%时，向日葵发芽指数最高；当NaCl浓度为0.4%～1.2%时，波斯菊发芽指数最高；当NaCl浓度为1.4%时，向日葵发芽指数最高（表3）。随着NaCl浓度的增高，松果菊、金盏菊、地被菊发芽指数整体呈下降趋势，波斯菊和向日葵则先上升后下降，均为0.2%NaCl处理时最高。当NaCl浓度分别达到0.8%和1.0%时，松果菊和波斯菊种子发芽指数极显著低于对照；当NaCl浓度≥0.4%时金盏菊、地被菊与对照差异极显著，向日葵显著或极显著低于对照。

表3 不同浓度NaCl处理对种子发芽指数的影响

2.4 不同浓度NaCl处理对种子活力指数的影响

向日葵种子的活力指数在NaCl胁迫的整个过程中都是最高的（表4）。随着NaCl浓度的增高，松果菊、金盏菊、地被菊种子活力指数整体呈下降趋势，波斯菊和向日葵则先上升后下降，0.2%NaCl处理时最高。在胁迫期间，松果菊种子活力指数与对照相比均有极显著差异；当NaCl浓度≥0.4%时，金盏菊和地被菊的种子活力指数与对照差异极显著；在0.8%～1.4%NaCl胁迫下，波斯菊种子的活力指数极显著低于对照；当NaCl浓度≥0.6%时，向日葵种子的活力指数极显著低于对照。

表4 不同浓度NaCl处理对种子活力指数的影响

2.5 不同浓度NaCl处理对种子胚芽长的影响

向日葵种子的胚芽长在NaCl胁迫整个过程中都是最长的（表5）。随着NaCl浓度的增高，松果菊、金盏菊、地被菊、向日葵胚芽长整体呈下降趋势，波斯菊则先上升后下降，0.2%NaCl处理的最高。当NaCl浓度≥0.6%时，松果菊胚芽长与对照差异极显著；NaCl浓度≥0.8%时，金盏菊和向日葵的胚芽长分别与对照差异极显著；当NaCl浓度≥1.0%时，地被菊的胚芽长与对照存在显著或极显著差异；当NaCl浓度≥0.4%时，波斯菊的胚芽长显著或极显著低于对照。

表5 不同浓度NaCl处理对种子胚芽长的影响 （cm）

2.6 不同浓度NaCl处理对种子胚根长的影响

向日葵种子的胚根长在NaCl胁迫整个过程中都是最长的（表6）。随着NaCl浓度增高，松果菊、金盏菊、地被菊的胚根长整体呈下降趋势，波斯菊和向日葵则先上升后下降，0.2%NaCl处理时最高。NaCl浓度≥0.4%时，松果菊、地被菊胚根长分别与对照差异极显著；NaCl浓度≥0.6%时，金盏菊胚根长与对照差异显著或极显著；NaCl浓度≥0.8%时，波斯菊和向日葵胚根长极显著低于对照。

表6 不同浓度NaCl处理对种子胚根长的影响 （cm）

2.7 隶属函数法综合评价种子的抗盐性

隶属函数值反映了植物种子的耐盐程度，值越大，盐胁迫造成的影响越小，种子的耐盐性越强［19］。结果（表7）表明，5种菊科植物耐盐性依次为向日葵＞地被菊＞波斯菊＞松果菊＞金盏菊。

表7 5种菊科植物种子耐盐能力的隶属函数法综合评定

3 讨论与结论

发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等是检验种子质量的重要指标，植物耐盐能力决定了盐环境下植物的生长状况［9］。本试验中5种菊科植物种子对NaCl胁迫的反应不同。向日葵、波斯菊种子随NaCl胁迫浓度的增高，发芽率、发芽指数、活力指数表现出先高后低趋势，且均在0.2%NaCl处理时最高，说明低浓度NaCl可以在一定程度上促进其种子的萌发，这与前人有关锦葵［22］、矮雪轮［22］、番茄［23］、燕麦［24］、苋菜［9］、黑果枸杞［25］、黄芪［26］的研究结果一致。低浓度盐对种子萌发有促进作用，一方面可能由于种子从盐溶液中吸收无机盐离子，增加了细胞液浓度，降低了细胞水势，从而增强了种子的吸水能力，提高了发芽率［9，27］；另一方面可能由于微量的Na+对呼吸酶有一定的激活作用［22，28］。松果菊、金盏菊、地被菊种子随NaCl浓度的升高，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈下降趋势，表明NaCl造成的渗透胁迫和离子毒害抑制了种子的萌发，与徐宁伟［9］、贾文庆［29］、李珍［30］等的研究结果一致。

幼苗的根系是否完整是其成苗的关键，也是决定其能否适应环境的关键。种子萌发后胚芽和胚根的生长是种子由萌发期向苗期过渡的重要阶段，直接关系到幼苗后期的生长发育及其对环境的耐受性［17，31，32］。徐曼［17］研究表明，低浓度盐溶液对长穗偃麦草胚芽、胚根的生长影响不大，高浓度盐溶液会明显抑制其生长；梅燚［33］和张利霞［34］等在萝卜和夏枯草上的研究也有类似结果。本研究中，波斯菊胚芽、胚根及向日葵胚根的生长表现出“低促高抑”的现象，而地被菊、金盏菊、松果菊的胚芽、胚根随NaCl浓度的升高均呈下降趋势。

植物的耐盐性是由多种因素共同作用的，多种复杂因素构成一个综合性状，利用隶属函数法求出耐盐性综合评价值，可以简单准确地对不同类型草花耐盐性进行综合评价，避免了单一指标的片面性［22，35］。本研究利用该方法对5种菊科植物种子的耐盐性进行了综合评价，表现为向日葵＞地被菊＞波斯菊＞松果菊＞金盏菊。

轻盐碱地含盐量在0.3%以下，中度盐碱地含盐量在0.3%～0.6%，重盐碱地含盐量超过0.6%。本研究中当NaCl浓度为0.6%～0.8%时，松果菊、地被菊、波斯菊的发芽率均能达到50%以上，这些草花可为黄河三角洲地区生态健康及园林绿化植物的选择提供参考。