盐胁迫对蒙古黄芪种子萌发与幼苗生长的影响

马彦军, 倪 强, 杨永义, 卢 瑜, 马 瑞

(甘肃农业大学 林学院, 甘肃 兰州 730070)

盐碱地是一种广泛分布的低产土壤，随着全球环境的不断恶化，日益严重的土壤盐碱化威胁着人类赖以生存的土地资源[1-2]。甘肃省盐碱地总面积为1.41×106hm2，其中盐碱耕地面积32.25 hm2，盐碱荒地面积为1.09×106hm2[3]。如何有效利用这些盐碱化土地已成为一个重要课题和研究方向。盐碱地改良可以通过合理水土管理和化学改良，但成本高，效果很难持久，不易推广[4-5]。国内外许多研究证明，筛选耐盐性品种，利用生物治盐、改盐是盐碱地改良和提高盐碱化土地利用率的一条有效途径[6-7]。种子萌发期是植物生活史中对盐胁迫十分敏感的时期，植物能否在盐碱环境中生存，首先取决于它能否发芽、发芽率的高低以及发芽速度的快慢[8-9]。盐生环境中，种子萌发是植物生存和延续至关重要的阶段[10]，是植物适应环境变化并成功建殖于盐生环境中的关键前提[11]。残酷的生存条件导致植物出现不同的成长过程，而种子萌发和幼苗生长对盐胁迫的响应是反映其适应环境的重要生态机制[12]。

蒙古黄芪(Astragalusmongholicus)为豆科黄芪属多年生草本植物，又名绵芪、箭黄芪、箭芪，因其根长，形似箭杆，故有箭芪和箭黄芪之称，产于甘肃定西、山西绵山等地。其干燥根为重要的中药材[13]。随着生活和医疗水平的提高，对黄芪的需求量逐步增加，导致人们对野生资源的过度采挖，野生黄芪资源已濒临灭绝，不能满足人们的需求[14-15]。本试验拟以甘肃省陇西地区栽培的蒙古黄芪种子为材料，研究不同种类和浓度的盐胁迫对其种子萌发和幼苗生长的影响，探索蒙古黄芪在种子萌发和幼苗阶段对不同种类盐胁迫的耐受阈值，以期为蒙古黄芪在甘肃盐碱土地上的引种、驯化和大面积种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2017年8月在甘肃省陇西县首阳中药材科技示范园采集黄芪成熟种子。种子千粒重6.38 g。选取健壮饱满、无损伤和无虫害的种子进行试验。将供试种子用0.1%高锰酸钾消毒1 h，用无菌水冲洗干净，浸泡在75 ℃水中，自然冷却，放置24 h后进行不同盐胁迫处理。

1.2 试验方法

2017年10月14日利用发芽盒进行种子萌发出苗试验。将蛭石清洗干净，用高压灭菌锅灭菌，然后在干燥箱烘干，平铺在发芽盒内，厚3 cm。用等量的不同种类和浓度的盐溶液将蛭石浇透作为苗床，以蒸馏水处理的蛭石苗床为对照(CK)。将种子均匀的条播在发芽盒里，覆蛭石0.5 cm左右。每个处理50粒种子，重复3次。在培养室进行发芽观测。以肉眼看到种子出土为判断标准，每24 h记录一次种子萌发数，10月21日种子连续3 d没有新的萌发时结束试验。种子萌发试验结束后从每个处理中取前3 d萌发的幼苗测定其根长以及苗长。

本试验用于测试的盐为NaCl，Na2SO4和NaHCO3，根据预试验，设置NaCl和Na2SO4的浓度为0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%共8个梯度；NaHCO3浓度为0.1%，0.3%，0.6%，0.9%，1.2%共5个梯度。

1.3 数据处理

利用Excel 2010和SPSS 17.0统计软件对数据进行计算，差异显著性分析及绘图。相关指标的计算公式如下：

萌发率[16-17](GP)=GN/SN×100%

(1)

式中：GN——种子萌发总数；SN——种子总数。

(2)

式中：n1——前3 d内正常发芽种子粒数；N——供试种子数。

根冠比[16-17](RSR)=根长/苗长

(3)

相对盐害率=(对照发芽率—处理发芽率)/对照发芽率×100%

(4)

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对黄芪种子萌发的影响

由图1可知，蒙古黄芪种子在不同浓度的3种盐胁迫下均能萌发。当NaCl，Na2SO4和NaHCO3盐浓度分别为0.2%，0.6%和0.3%时，蒙古黄芪种子萌发率达最大，分别为61.23%，49.33%和40.13%，比对照(对照萌发率为39.33%)分别高出21.9%，10.0%和0.8%，超过此浓度后，萌发率开始下降，当NaCl浓度为0.6%，Na2SO4浓度为0.8%时，蒙古黄芪种子萌发率仍高于对照(对照萌发率为39.33%)，但差异不显著(p<0.05)，这表明适当浓度的盐溶液处理蒙古黄芪种子，能促进其萌发。蒙古黄芪种子在NaCl胁迫下的萌发率低于Na2SO4而高于NaHCO3。蒙古黄芪种子对不同类型盐的耐受性各异，不同盐分对蒙古黄芪种子萌发的抑制程度为Na2SO4

注：不同小写字母表示不同浓度下在p<0.05水平上差异显著。下同。

由图2可看出，不同种类和浓度的盐胁迫对蒙古黄芪种子的发芽势均有影响，在NaCl浓度为0.2%,Na2SO4浓度为0.2%和NaHCO3浓度为0.3%下，发芽势分别为55.33%，48.66%和41.67%，分别是对照(28.67%)的1.98,1.70和1.49倍，其余盐浓度胁迫下，黄芪种子发芽势比对照低，但没有明显的变化规律。这表明黄芪种子在低浓度的盐土中能够正常发芽，出苗也相对整齐，在高浓度的盐土中蒙古黄芪种子虽能萌发，但出苗不整齐。从发芽势来看，蒙古黄芪种子在NaHCO3胁迫下，发芽势低，出苗不整齐，蒙古黄芪种子在NaCl，Na2SO4胁迫下发芽势较高，出苗较整齐。

图2 盐胁迫对蒙古黄芪种子发芽势的影响

2.2 盐胁迫对黄芪种子相对盐害率的影响

相对盐害率用来反映种子萌发期盐胁迫对种子的伤害程度。由图3可知，蒙古黄芪种子的相对盐害率随着NaCl，NaHCO3浓度的增加呈先下降后上升的趋势，随着Na2SO4浓度的增加先增大，浓度达到0.8%之后趋于稳定。由图3可知，在低浓度下(NaCl<0.6%,Na2SO4<0.8%,NaHCO3<0.3%)，蒙古黄芪种子相对盐害率均为负值，这说明3种盐在低浓度时均可促进种子萌发，而高浓度时(相对盐害率均为正值)则抑制黄芪种子的萌发。结果分析表明在3种盐胁迫下，NaHCO3胁迫对蒙古黄芪种子的伤害作用最大，严重抑制了种子的萌发，Na2SO4胁迫对蒙古黄芪种子的伤害作用最小，NaCl胁迫对蒙古黄芪种子的伤害作用介于二者之间。

图3 盐胁迫对蒙古黄芪种子相对盐害率的影响

2.3 盐胁迫对黄芪幼苗的影响

由图4(a，b，c，d)可看出，黄芪幼苗的苗长和根长随着NaCl和Na2SO4浓度的增大而增大，当NaCl和Na2SO4浓度分别在0.4%和0.6%时，黄芪幼苗的苗长(47.40，41.14 mm)和根长(64.54，60.71 mm)达最大，且与对照(苗长37.06 mm、根长40.45 mm)相比差异显著(p<0.05)，超过此浓度黄芪幼苗的苗长和根长开始减小。但当NaCl和Na2SO4浓度分别在0.6%和1.0%时，黄芪幼苗的苗长、根长仍大于对照，但与对照相比差异不显著(p<0.05)。

图4 盐胁迫对蒙古黄芪幼苗的影响

黄芪幼苗的苗长和根长随着NaHCO3浓度的增大而增大，当NaHCO3浓度分别在0.6%和0.3%时，黄芪幼苗的苗长(47.00 mm)和根长(59.15 mm)达最大，且与对照(苗长37.06 mm，根长40.45 mm)相比差异显著(p<0.05)，超过此浓度黄芪幼苗的苗长和根长开始减小，虽然黄芪幼苗的根长、苗长仍大于对照，但与对照间差异不显著(p<0.05)。这表明不同类型的盐和不同浓度的盐对黄芪幼苗的影响不同，总的来讲，在低浓度时盐胁迫能促进黄芪幼苗的生长，当盐溶液浓度过高则抑制黄芪幼苗的生长。

图4(e，f)可看出在NaCl，Na2SO4和NaHCO3不同浓度处理下，黄芪根茎比随着盐浓度的增大而增大，当盐浓度分别达到0.6%，0.8%和0.3%时，根茎比达到最大值，分别为1.658，1.709，1.291，且与对照(1.07)相比差异显著(p<0.05)，超过此浓度，根长开始下降，但均大于1，这说明不同浓度盐胁迫对黄芪幼苗的影响茎大于根。结果分析表明在3种盐胁迫下，蒙古黄芪幼苗生长都受到抑制，NaHCO3抑制作用最强，Na2SO4在抑制作用最弱，NaCl抑制作用介于二者之间。

3 讨论与结论

种子阶段是植物生命周期中最能忍受不利环境因素的阶段，幼苗期是其最脆弱的时期[18]。植物种子在萌发期对逆境的适应能力是决定该种群分布及延续的关键因素[19]。本研究中，黄芪种子对NaCl，Na2SO4和NaHCO3共3种单盐胁迫的响应基本一致，表现为高盐浓度下，种子的萌发率、相对盐害率、发芽势、根长、苗高均受到抑制，但在较低盐浓度下，有促进萌发的作用，这与膜荚黄芪种子萌发特性[20]一致。从种子萌发率、相对盐害率、发芽势、根长、苗高等指标来看，蒙古黄芪种子萌发时对Na2SO4(浓度为0.8%)耐受性最强，对NaHCO3(浓度为0.3%)耐受性最小，对NaCl(浓度为0.6%)耐受性介于二者之间。这表明高浓度的Na+对种子萌发和幼苗的生长具有抑制作用外，碱性盐的高pH值也会对种子萌发和幼苗生长造成危害，碱性盐对蒙古黄芪种子萌发和幼苗的生长危害大于中性盐，这与其他植物研究结果一致[21-23]。

苗高是植物地上生长性状的外在表现，根长是植物地下生长性状的外在表现[24]，这些指标能够从不同的角度反映出蒙古黄芪幼苗在不同盐处理下的生长状况。本研究表明，低浓度盐胁迫条件下能促进蒙古黄芪种子的萌发和幼苗的生长，表现为萌发率、根长及茎长均大于对照，且差异显著(p<0.05)。但高浓度盐胁迫则抑制蒙古黄芪种子的萌发和幼苗生长，其萌发率、根长、茎长值均降低。

由于植物种类的不同，不同器官对盐胁迫的反应及盐胁迫对植物不同部位的影响差异较大[25]。相关研究表明，盐分对植物地上部的抑制作用较地下部明显[26]。但也有研究得出相反的结论，认为在根系相对比较幼嫩时地下部分对盐分更敏感[27]。本研究得出的结果与前者更相近。在不同浓度盐胁迫下黄芪的根冠比均大于1，可以看出盐胁迫对地上部分的影响更明显，这表明黄芪幼苗在不良环境条件下生长时将更多的能量分配到根部，促进根的生长，这有利于其在恶劣环境中定植生存。这可能是由于盐浓度增大，根系周围水势降低，根系对水分的吸收受到抑制无法很好吸收水分，蒙古黄芪通过增加相对根长(根长/茎长)来吸收水分。

综合盐胁迫对蒙古黄芪种子的萌发率、发芽势、相对盐害率以及幼苗根长、茎长以及根茎比可知，蒙古黄芪在NaCl<0.6%,Na2SO4<0.8%和NaHCO3<0.3%的盐胁迫下种子和幼苗能够正常萌发和生长；3种盐对蒙古黄芪种子萌发和幼苗生长影响程度为：Na2SO4