干旱和盐分胁迫对两种金鸡菊种子萌发特性的影响

刘志杰，孙浩男，牛伟康，张存石，刘冬云

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000)

土地盐渍化和干旱是世界公认的资源和生态问题，我国盐碱地与干旱土地主要分布在东北、华北、西北内陆地区，盐害和缺水不仅制约着植物的生长发育与产量，也会引起植被结构与功能的时空变化，因此植物对干旱和盐胁迫的适应机制一直是植物逆境适应策略研究的热点[1-3]。

金鸡菊属(CoreopsisL.)多为一、二年生草本植物，花朵艳丽，适应性强，既耐旱又耐寒，具有较高的园林应用价值，可用于布置花境、打造花海景观、有固土护坡的作用，再加上应用成本低，使其成为高速公路绿化的新模式，可在全国范围内应用。当前对金鸡菊属的相关研究表明，金鸡菊属植物的耐旱、耐盐碱能力较强，有望在土地治理和园林绿化建设方面做出贡献，但目前国内相关的研究较少[4-10]。

沙漠金鸡菊(Coreopsisbigelovii)、鬃毛金鸡菊(Coreopsisbasalis)在国内的认知度较低，尚未得到相关应用，因此，选用这2种植物进行胁迫试验，为评价2种金鸡菊种子的抗逆性和栽培管理提供依据，同时为干旱地区和盐碱地区选育品质优良的园林绿化植物提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验开始于2020年11月初，沙漠金鸡菊、鬃毛金鸡菊种子由课题组引种自美国。

1.2 种子预处理

去除其他杂质后，筛选出饱满且大小相对一致的种子，用75%浓度的酒精清洗消毒20 s，蒸馏水冲洗至无酒精味后自然晾干备用。将足量定性滤纸用牛皮纸包裹，放入60 ℃烘箱烘干备用，培养皿采用一次性培养皿。

1.3 发芽试验

在培养皿内铺好双层滤纸，均匀放置50粒沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子。胁迫处理时间为当天20:00，分别向培养皿内加入4 mL蒸馏水(CK)、5%、10%、15%、20%、25%浓度的PEG-6000溶液，以及4 mL浓度为2 g/L、4 g/L、6 g/L、8 g/L、10 g/L、12 g/L的NaCl溶液，盖上培养皿并做好标记[11-12]。按照恒重法每天8:00和20:00对水分情况进行观察并且按照恒重法补充蒸馏水(沙漠金鸡菊发芽时间快，待萌发以后，每2 h观察1次)，每次补水约0.4 mL，以保持恒定的溶液浓度。随后将样品放入温度为20 ℃，光照强度为3级，12 h昼夜交替的光照培养箱内(试验开始时为光照情况)。每个处理3次重复。在试验过程中，如果发现霉变种子，及时用镊子挑出霉变种子，并用75%酒精溶液消毒后放回原培养皿中继续观察。当霉变严重，可能影响到其他种子时，及时挑出并记录为未发芽种子数。

1.4 观测指标

由预试验可知，鬃毛金鸡菊发芽时间约为3 d，沙漠金鸡菊发芽时间约为9 h，所以对二者的观察时间的间隔不同。连续观察1周，每天记录各个浓度梯度种子的起始萌发时间，每天观察沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊的发芽数、峰值、根长，种子发芽数以露出胚根2 mm开始计数。以连续3 d没有种子发芽作为该试验的结束时间。在种子发芽第5天统计发芽势。在沙漠金鸡菊、鬃毛金鸡菊发芽的第7天，随机选取10株脱去种皮幼苗，记录其胚根长度、胚芽长度和鲜重。待发芽试验结束后，计算种子发芽率、发芽势、发芽指数、种子活力指数。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽势(%)=(发芽高峰期内发芽的种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)，式中：Gt为t日每日新增发芽数，Dt为相应的天数；

活力指数=∑(Gt/Dt)×S，式中：S为幼苗平均鲜重。

1.5 数据处理与分析

试验数据均采用WPS软件和SPSS软件进行分析处理。

2 结果分析

2.1 干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子萌发的影响

干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子发芽率的影响，见图1。

图1 不同浓度PEG处理的种子发芽率Figure 1 Germination rate of seeds in PEG solition treatments

由图1可知，随着PEG-6000溶液浓度的升高，2种金鸡菊种子的发芽率均呈下降趋势，且2种植物对盐分胁迫的响应略有不同。2种金鸡菊的发芽率在PEG-6000浓度小于15%时均保持在80%以上，在溶液浓度为5%时为最高，且与对照组差异不显著。随着溶液浓度的升高，PEG-6000浓度为20%时沙漠金鸡菊的发芽率显著下降、PEG-6000浓度为25%时鬃毛金鸡菊的发芽率显著下降，与其他组差异显著。其中沙漠金鸡菊的发芽率在PEG-6000浓度为25%时仅为10.7%。

干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子发芽势的影响，见图2。

图2 不同浓度PEG处理的种子发芽势Figure 2 Germination potential of seeds in PEG solition treatments

由图2可知，沙漠金鸡菊的发芽势要明显高于鬃毛金鸡菊。2种金鸡菊的发芽势在PEG-6000浓度为5%时达到最大值，与对照组差异不显著，随后随着溶液浓度的升高而呈现下降的趋势，且与对照组差异显著，在PEG-6000浓度为25%时，沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊的发芽势分别为2.7%和1.3%，2种金鸡菊种子的萌发受到明显的抑制。

干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子发芽指数的影响，见图3。

图3 不同浓度PEG处理的种子发芽指数Figure 3 Germination index of seeds in PEG solition treatments

由图3可知，2种金鸡菊的发芽指数随溶液浓度升高呈现下降趋势，沙漠金鸡菊的发芽指数明显高于鬃毛金鸡菊。沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊的发芽指数在PEG-6000浓度为5%时最大，分别为37.5和15.9，与对照组差异不显著，沙漠金鸡菊与更高浓度的处理差异显著。2种金鸡菊在PEG-6000浓度为25%时，出现明显的降低，分别为2.7、5.1，此时沙漠金鸡菊发芽指数低于鬃毛金鸡菊。

干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子活力指数的影响，见图4。

图4 不同浓度PEG处理的种子活力指数Figure 4 Vitality index of seeds in PEG solition treatments

由图4可知，沙漠金鸡菊的活力指数整体大于鬃毛金鸡菊。PEG-6000浓度的增大导致2种种子的活力指数下降。沙漠金鸡菊的活力指数呈现明显的阶梯状下降趋势，各处理组均与对照组差异显著，在溶液浓度达到25%时最低，为0.058。鬃毛金鸡菊活力指数在溶液浓度为5%时最大，为0.181，随着溶液浓度的增大，其活力指数逐渐下降，最低为0.024。

干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子萌发生长指标的影响，见表1。

表1 不同浓度PEG处理的胚根长度、胚芽长度、鲜重Table 1 Radicle length, germ length and fresh weight in different PEG solition treatments

由表1可知，沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊的胚根和胚芽的长度在PEG-6000浓度为10%时最长，胚根长分别为35.1 mm、24.2 mm，胚芽长分别为11.2 mm、5.1 mm，在PEG-6000浓度为20%、25%时，2种金鸡菊的胚根长度都与其他组差异显著。沙漠金鸡菊的平均鲜重随PEG-6000浓度增大而降低，鬃毛金鸡菊的平均鲜重也呈下降的趋势，但在PEG-6000浓度为5%时，鲜重最大，为11.4 mg。2种金鸡菊的胚根长度、胚芽长度、鲜重在PEG-6000浓度为25%时都为最低，此时沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊幼苗都出现变黄、萎蔫的现象，无法正常生长。

2.2 盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子萌发的影响

盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子发芽率的影响，见图5。

图5 不同浓度NaCl处理的种子发芽率Figure 5 Germination rate of seeds in NaCl solition treatments

由图5可知，2种金鸡菊对照组的发芽率均为最高，发芽率分别为90%、88%。2种金鸡菊的发芽率在NaCl浓度为2～8 g/L时出现先上升再下降的情况，发芽率在80%左右。当NaCl浓度≥10 g/L时，2种金鸡菊的发芽率均明显降低，与较低浓度组别差异显著。当NaCl浓度为12 g/L时，沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊的的发芽率达到最低，分别为25.3%、10.0%。

盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子发芽势的影响，见图6。

图6 不同浓度NaCl处理的种子发芽势Figure 6 Germination potential of seeds in NaCl solition treatments

由图6可知，2种金鸡菊对照组的发芽势均为最高，沙漠金鸡菊为84%，鬃毛金鸡菊为64%。当NaCl浓度≥2 g/L时，沙漠金鸡菊的发芽势出现先上升再下降的单峰波动情况，峰值为76.3%，此时NaCl浓度为6 g/L。当NaCl浓度为12 g/L时，2种金鸡菊的发芽势均明显降低，分别为24.0%、4.7%。

盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子发芽指数的影响，见图7。

图7 不同浓度NaCl处理的种子发芽指数Figure 7 Germination index of seeds in NaCl solition treatments

由图7可知，2种金鸡菊的发芽指数随NaCl浓度升高而降低，沙漠金鸡菊对照组的发芽指数与其他组差异显著，当NaCl浓度为12 g/L时，沙漠金鸡菊的发芽指数最低，为8.3。当NaCl浓度≤6 g/L时，鬃毛金鸡菊的发芽指数与对照组差异不显著，随溶液浓度的升高，其发芽指数开始降低，最终为1.7。

盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子活力指数的影响，见图8。

图8 不同浓度NaCl处理的种子活力指数Figure 8 Vitality index of seeds in NaCl solition treatments

由图8可知，2种金鸡菊对照组的发芽活力最高，均与其他组差异显著。沙漠金鸡菊的活力指数随NaCl浓度升高而降低，各处理间差异显著，当NaCl浓度为12 g/L时最低，为0.007。鬃毛金鸡菊各处理组中，溶液浓度为4 g/L时最高，为0.122，在溶液浓度为12 g/L时最低，为0.005。

盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子萌发生长指标的影响，见表2。

表2 不同浓度NaCl处理的胚根长度、胚芽长度、鲜重Table 2 Radicle length, germ length and fresh weight in different NaCl solition treatments

由表2可知，2种金鸡菊对照组的各项指标均明显高于其他各组，差异显著，并且随着NaCl浓度的升高，各项指标整体呈现下降的趋势。沙漠金鸡菊胚根长度在NaCl浓度为8 g/L时与6 g/L相比差异显著，下降了7.1 mm，而其胚根长度和鲜重差异不显著，当NaCl浓度≥10 g/L，沙漠金鸡菊的胚芽长度和鲜重与其他组差异显著，此时沙漠金鸡菊的生长状态受阻严重。鬃毛金鸡菊胚根长度、胚芽长度和鲜重随着NaCl浓度的升高均呈下降趋势，在NaCl浓度≥10 g/L时，3种指标均与其他组别差异显著。

3 讨论

3.1 干旱胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子萌发的影响

干旱胁迫和盐胁迫对植物的危害是多方面的，包括渗透胁迫、离子毒害和细胞内离子平衡的破坏等，使植物光合速率下降、生长受抑制、衰老加速。胁迫的危害程度可以通过种子萌发情况表现出来，如发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等指标[13-15]。本试验发现，沙漠金鸡菊的发芽指数和活力指数整体上明显大于鬃毛金鸡菊。2种金鸡菊的各项指标整体上随PEG-6000浓度的升高而降低，这与张涛、刘克彪对小叶茼蒿和罗布麻的研究结果一致[16-17]。沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊对PEG-6000模拟的干旱胁迫具有较强的适应性，2种金鸡菊均能耐受0%～15%浓度PEG-6000溶液的胁迫，此浓度区间内金鸡菊生长受到一定影响，但成苗情况差异不大。而在PEG-6000浓度超过20%时，2种金鸡菊的各项生长指标均明显下降。对照组的沙漠金鸡菊种子活力指数远高于其他组，而其发芽指数在PEG-6000浓度为5%时最高，为37.5，而PEG-6000浓度为10%时，幼苗的鲜重、胚根长度、胚芽长度均为最高值，可在一定程度上说明，适宜沙漠金鸡菊种子萌发和幼苗生长的水分含量不一样。试验表明，2种金鸡菊都能适应一定程度的缺水环境，这对干旱地区的园林建设、绿化发展工作具有积极意义。

3.2 盐分胁迫对沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊种子萌发的影响

盐是植物生长所需要的土壤中常有的营养元素，但过高浓度的土壤盐分抑制植物的生长，通过多种生理效应对植物造成一定的伤害[18]。2种金鸡菊对照组的发芽率和发芽势均高于试验组，说明盐分胁迫对2种金鸡菊的发芽和种子活力具有较大影响。2种金鸡菊的发芽率在NaCl浓度为2～8 g/L时表现出上下波动的情况，但发芽率都在80%左右，说明在这个浓度区间内，盐浓度对2种金鸡菊的萌发影响较小，而当NaCl浓度为8 g/L的时候，2种金鸡菊的发芽指数、活力指数、各幼苗生长指标明显降低，且幼苗出现明显变黄、萎蔫的情况，表明2种金鸡菊种子的萌发和幼苗的生长无法耐受高于8 g/L的NaCl胁迫。试验数据显示，种子胚根长度变化明显大于茎长和鲜重的变化，这证明盐分胁迫对金鸡菊幼根生长的影响要大于对幼苗苗高的影响，表明幼根对盐分胁迫更加敏感，可能与根直接接触盐溶液，从盐溶液吸收养分有关，这与刘卓等人对苜蓿种子萌发耐盐性的研究结果相同[19]。

2种金鸡菊能在2～6 g/L的NaCl胁迫下生长，远高于小叶茼蒿(150 mmol/L)、夏枯草(250 mmol/L)等植物的承受范围，体现了2种金鸡菊较强的耐盐分胁迫能力[1，16]。

植物能否正常生长、创造价值取决于种子能否正常萌发和生长。土壤水分和含盐量制约了大多数植物的生长。植物对胁迫的响应通常会表现在发芽率、发芽势、活力指数、发芽指数、胚根长度、胚芽长度、幼苗鲜重等方面[14]。通过研究发现，沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊对PEG-6000模拟的干旱胁迫和NaCl模拟的盐分胁迫均产生了较强的适应性。2种胁迫对2种金鸡菊种子起始萌发时间的影响较小，其中，沙漠金鸡菊发芽时间约为9 h，其发芽指数和活力指数偏高，很可能是由于发芽时间短观测不及时而导致的。本试验采用12 h光暗交替的方式模拟自然条件，目的是使试验数据尽可能直接应用于实际生产活动，不足的地方是未选用土壤基质进行试验。

4 结论

由本研究发现，在试验设计的浓度范围内，较低浓度的胁迫对种子的萌发和幼苗的生长影响不明显，而随着胁迫程度的加强，金鸡菊的生长受到明显的抑制，直至不能存活。沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊能够耐受20%浓度的PEG-6000胁迫和6 g/L NaCl溶液胁迫。PEG-6000浓度为5%时鬃毛金鸡菊的发芽率最高，为92.7%。当PEG-6000浓度为25%时，沙漠金鸡菊的发芽率为10.7%，鬃毛金鸡菊为50.0%，但此浓度下，2种金鸡菊均无法正常生长。2种金鸡菊的各项指标整体随着NaCl浓度的升高而降低，但在NaCl浓度为6 g/L时，鬃毛金鸡菊的发芽率为84.0%、发芽势为76.3%，仅次于对照组。NaCl浓度为12 g/L时，沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊的发芽率为25.3%、10.0%，此时幼苗均无法正常生长。

综上所述，沙漠金鸡菊和鬃毛金鸡菊对干旱胁迫和盐分胁迫有较强的适应能力，并且这2种金鸡菊具有发芽快、发芽整齐、生活力强等特点，可达到快速成景的效果，具有很好的园林应用前景。