盐碱胁迫和干旱胁迫对紫苏种子萌发及幼苗生长的影响

苏银玲，李易蓉，木万福，吕维梧，杨子祥

（云南省农业科学院热区生态农业研究所/元谋干热河谷植物园，云南 元谋 651300）

紫苏[Perilla frutescens （L.） Britt.]属唇形科紫苏属1年生草本植物，是一种优异的出口创汇型蔬菜。紫苏又名回回苏、白苏、苏叶等，是首批国家卫健委颁布的60种药食兼用植物之一，其幼苗及嫩叶具有独特香味，茎、叶和种子均可入药。紫苏种子油中的α-亚麻酸（人体必需脂肪酸）含量高达65%，因其能够促进大脑发育和治疗心脑血管疾病，国内外研究人员已广泛开展了研究和开发。

种子萌发是植物整个生命活动中的关键步骤，此时对盐碱和干旱等非生物胁迫非常敏感。紫苏种子表面蜡质层较厚，种皮透水、透气性差，导致其休眠时间长，发芽率低。吕桂云等、张华等研究了赤霉素和低温处理对紫苏种子发芽特性和发芽率的影响。余启华研究了紫苏种子发芽检验标准。伴随我国可耕用土地面积的不断减少，土壤干旱和盐碱化程度及面积逐年增加，干旱胁迫和盐碱胁迫成为制约种子萌发的重要因素。本试验使用不同浓度4种钠盐、聚乙二醇（PEG）和甘露醇分别模拟不同程度的盐碱胁迫和干旱胁迫，研究其对紫苏种子萌发的影响，旨在为评价紫苏种子的抗逆性及紫苏的栽培管理等提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

试验于2020年在云南省农业科学院热区生态农业研究所实验室进行。

1.2 试验材料

紫苏种子（丽江市场购买）；PEG、甘露醇、NaCl、NaSO、NaHCO和NaCO试剂均为分析纯。

1.3 试验方法

盐碱胁迫处理，分为3组：中性单盐，为NaCl溶液；中性混合盐，为NaCl和NaSO混合溶液（物质的量浓度比为1∶2）；碱性混合盐，为NaCl、NaSO、NaHCO和NaCO混合溶液（物质的量浓度比为5∶23∶9∶3）。每组分别设置0（去离子水为对照）、25、50、75、100、125、150 mmol/L 7个浓度梯度。

干旱胁迫处理，分为2组：甘露醇溶液设置0（去离子水为对照）、75、150、225、300、375、450 mmol/L 7个浓度梯度；PEG溶液设置0（去离子水为对照）、5%、10%、15%、20%、25%共6个浓度梯度。

选用大小均匀、颗粒饱满的紫苏种子，在0.15%福尔马林溶液中浸泡消毒5 min后用清水冲洗3次。将消毒后的紫苏种子放在铺有2层滤纸的直径为9 cm的培养皿内，加入对应浓度的盐溶液、甘露醇溶液和PEG溶液。每皿平均放置50粒种子，将培养皿放入光照培养箱中进行培养。培养箱温度设置为25 ℃，光照时间为24 h，每个处理3次重复。试验过程中通过称质量法添加去离子水，以补充因蒸发减少的水分。

1.4 调查项目及方法

发芽期间每天记录种子的发芽数，待种子发芽达到高峰时统计发芽势，并在第7天统计发芽率，计算其发芽指数。在第10天测量不同处理紫苏幼苗高度（各重复随机选取10株，共30株），把植株根、茎的分节点作为起点，测量芽长、根长。将发芽种子去掉种皮，测定其鲜质量；计算种子发芽势、发芽率、发芽指数和抗旱指数。

萌发抗旱指数＝处理组萌发指数/对照组萌发指数。式中：Gt为t时间的每日新增发芽数，Dt为相应的天数；S为幼苗平均鲜质量；ndx为第x天的发芽率。

1.5 数据分析

试验数据均采用WPS软件和DPS软件进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 盐碱胁迫和干旱胁迫对紫苏种子萌发的影响

2.1.1 盐碱胁迫和干旱胁迫对种子萌发时间的影响

2.1.1.1 盐碱胁迫对种子萌发时间的影响 由表1可知，紫苏种子起始发芽时间在3种盐碱胁迫下都有不同程度的推迟；碱性混合盐的影响变化最大，当盐浓度为25～50 mmol/L时，发芽起始时间未受影响，75～100 mmol/L盐溶液则推迟了发芽，盐浓度达到125 mmol/L后种子在试验期间未发芽；中性混合盐浓度为25 mmol/L时，对发芽起始时间无影响，50～150 mmol/L时推迟了发芽；中性单盐所有含盐处理均推迟了发芽。

由图1可知，随着时间的推移，对照组与处理组的累计发芽率均逐渐增大，在第5天前后达到峰值后逐渐稳定；其中，在发芽试验的前2天，对照组与处理组都很少发芽，从第3天开始，对照组与处理组的累计发芽率差别快速扩大。结合图2可知，紫苏种子的萌发过程均受到3种盐的抑制，随着盐溶液浓度的升高累计发芽率总体呈下降趋势。当盐浓度为25～50 mmol/L时，种子均可发芽；当盐浓度为75～100 mmol/L时，碱性混合盐和中性混合盐处理的种子发芽率显著降低；当盐浓度为125～150 mmol/L时，所有含盐处理的种子发芽率均显著降低，其中碱性混合盐对紫苏种子的萌发过程抑制作用最大，发芽率随盐浓度增加下降幅度最大，中性混合盐次之，中性单盐最小。

图1 不同浓度盐溶液胁迫下的累计发芽率变化

图2 不同盐浓度对发芽率的影响

2.1.1.2 干旱胁迫对种子萌发时间的影响 从表1还可以看出，在模拟干旱胁迫的浓度范围内，紫苏种子的起始发芽时间在低浓度甘露醇（0～150 mmol/L，下同）作用下未受影响，而在高浓度甘露醇（＞150 mmol/L，下同）和PEG胁迫下，随着浓度升高发芽时间不断推迟。说明甘露醇和PEG对紫苏种子的萌发过程有抑制作用。

表1 不同浓度盐胁迫对种子起始发芽时间的影响

由图3可知，随着发芽天数的增加，对照组和处理组的累计发芽率均不断增大；种子在第3～5天迅速萌发，并在第8天达到峰值。随着甘露醇、PEG浓度增大，模拟干旱胁迫程度加重，同一处理时间紫苏种子的累计发芽率不断下降，浓度越高发芽率越低。

图3 不同浓度干旱胁迫下的累计发芽率变化

2.1.2 盐碱胁迫和干旱胁迫对种子萌发特性的影响

2.1.2.1 盐碱胁迫对种子萌发特性的影响 植物种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数将影响发芽速度和发芽整齐度。由表2可知，伴随3种盐浓度的增大，发芽势、发芽指数和活力指数均呈下降趋势。中性单盐浓度达到25 mmol/L后，发芽指数和活力指数显著降低，达到125 mmol/L后，发芽势显著下降。中性混合盐浓度达到25 mmol/L后，活力指数显著降低，达到50 mmol/L后，发芽指数显著降低，达到75 mmol/L后，发芽势显著下降。碱性混合盐浓度达到25 mmol/L后，发芽势、发芽指数和活力指数均显著降低。高浓度处理严重抑制种子的萌发，碱性混合盐影响最大，中性混合盐次之，中性单盐最小，表明紫苏种子在萌发过程中对中性单盐的耐受性较强，对碱性混合盐较敏感，碱性越大胁迫程度越高。

表2 不同浓度盐处理对种子发芽势、发芽指数、活力指数的影响

2.1.2.2 干旱胁迫对种子萌发特性的影响 由表3可知，随甘露醇、PEG浓度的增大，紫苏种子的发芽势、发芽指数、活力指数均不断下降。甘露醇浓度达到75 mmol/L后，发芽指数和活力指数显著下降，达到375 mmol/L后，发芽势显著降低。PEG浓度达到5%后，发芽指数和活力指数显著下降，达到25%后，发芽势显著降低。低浓度甘露醇、PEG胁迫下，种子的萌发活力明显降低；高浓度甘露醇、PEG胁迫下，严重抑制种子的萌发活力。表明干旱胁迫在不同程度上抑制了紫苏种子萌发，并影响发芽能力、发芽速度以及活力大小。

萌发抗旱指数是检验干旱胁迫对种子萌发影响情况的常用指标，随着甘露醇、P E G溶液浓度升高，紫苏种子的萌发抗旱指数显著下降（表3），这说明紫苏种子萌发情况随着甘露醇、P E G溶液浓度增加而受到抑制作用增大。

表3 不同干旱胁迫对发芽势、发芽指数、活力指数和萌发抗旱指数的影响

2.2 盐碱胁迫和干旱胁迫对紫苏幼苗的影响

胚根和胚芽在种子萌发后开始生长，胚根是吸取水分的器官，其长短在植物幼苗生长过程中起着重要作用，胚芽可发育成幼苗的茎和叶，其长短决定了幼苗出苗后的强健程度，因此胁迫环境下植物胚根和胚芽的长度可以作为植物抗性的一项衡量标准。

2.2.1 盐碱胁迫对紫苏幼苗的影响

从表4可以看出，3种盐均对紫苏幼苗有抑制作用，随着盐浓度的增加，胚芽长、胚根长和幼苗鲜质量均呈下降趋势。盐浓度达到25 mmol/L后，胚芽长、胚根长和鲜质量均显著降低；当盐浓度达到50 mmol/L后，中性单盐胚芽长和胚根长均不再有显著变化，中性混合盐胚根长不再有显著变化；碱性混合盐的损害最为严重，表现在同样浓度的中性单盐、中性混合盐和碱性混合盐环境下，碱性混合盐的胚芽长、胚根长和鲜质量均最低，且盐浓度达到75 mmol/L后，幼苗不能正常生长。

表4 不同盐浓度对幼苗生长的影响

2.2.2 干旱胁迫对紫苏幼苗的影响

由表5可知，甘露醇和PEG对幼苗胚芽长、胚根长和幼苗鲜质量均有抑制作用，且随着处理浓度升高抑制作用加强。当甘露醇浓度达到75 mmol/L后，胚芽长、胚根长和幼苗鲜质量均显著降低；当PEG浓度达到5%后，胚根长均显著降低，达到10%后，幼苗鲜质量显著降低，达到15%后，胚芽长显著降低。结果表明，不同干旱处理对紫苏种子均造成了伤害，生长发育均受到抑制。

表5 不同干旱胁迫对幼苗生长的影响

3 讨论

种子能否正常萌发、出苗、发育取决了植物正常生长与否及最终产量大小。水分作为植物种子萌发时期所必须的物质，盐碱胁迫和干旱胁迫因为渗透或离子效应影响种子的吸水作用，从而影响种子发芽，最终导致发芽率下降、种子失活、幼苗鲜质量降低或致死等现象。

盐分是土壤中常有的营养元素，但是过高的含盐量会通过多个生理反应对植物造成伤害，阻碍植物的生长。本试验结果表明，紫苏种子对中性单盐的耐受性最强，中性混合盐次之，碱性混合盐最弱。主要体现在中性单盐处理的种子发芽率等的降低程度较中性混合盐和碱性混合盐处理的小；中性混合盐及碱性混合盐低浓度时抑制紫苏种子萌发甚至致死，这与叶景学等、张晶晶等、左婵等的研究结果一致。可能原因是在碱性盐胁迫下，种子不仅要抵制渗透胁迫和离子毒害，还要抵制pH值效应。碳酸氢根和碳酸根离子导致环境中pH值增大，促使离子堆积，引发根际营养供应和离子失衡，阻碍根细胞质膜的渗透，使根失去选择吸收离子的能力。

在种子发芽过程中，随甘露醇和PEG浓度增大，紫苏种子起始萌发时间推迟，并降低了发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。这大概是由于水分缺乏抑制了吸水作用，增加了吸水萌发时间，损耗了种子内贮存物质，最终导致种子萌发后早期生长所需营养物质缺乏，活力指数降低。

4 结论

紫苏种子萌发过程受盐碱胁迫和干旱胁迫抑制，且随胁迫程度增加而抑制作用增强，碱性混合盐的抑制作用比中性混合盐更明显。本试验中，紫苏种子起始发芽时间在3种盐碱胁迫和2种干旱胁迫下均有不同程度的推迟；当碱性混合盐浓度达到125 mmol/L后，种子在试验期间未发芽。种子萌发过程均受到3种盐的抑制，随着盐溶液浓度的升高，累计发芽率总体呈下降趋势。当盐浓度为125～150 mmol/L时，中性混合盐和碱性混合盐处理的种子发芽率均显著降低；当中性单盐浓度达到25 mmol/L后，发芽指数和活力指数均显著降低；当中性混合盐浓度达到50 mmol/L后，发芽指数和活力指数显著降低；当碱性混合盐浓度达到25 mmol/L后，发芽势、发芽指数和活力指数均显著降低。当甘露醇浓度达到75 mmol/L后，发芽指数和活力指数显著下降；当PEG浓度达到5%后，发芽指数和活力指数显著下降。

3种盐胁迫和2种干旱胁迫处理均对紫苏幼苗有抑制作用，随着处理浓度的升高其抑制作用加强，胚芽长、胚根长和幼苗鲜质量均呈下降趋势。

低浓度中性单盐和中性混合盐对紫苏种子及幼苗生长的抑制作用较小，高浓度中性单盐、中性混合盐和低浓度碱性混合盐的抑制作用较大，说明紫苏种子及幼苗对盐碱和干旱的耐受性不高。因此，在大田操作中，要选择适宜的地块进行种植，且在种子萌发时要注意及时补充水分。