盐胁迫和干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响

(岭南师范学院生命科学与技术学院 ， 广东 湛江 524048)

小叶茼蒿(ChrysanthemumcoronariumL.)是菊科一年或两年生草本植物，又称菊花菜、蓬蒿菜、皇帝菜，原产于我国及地中海地区；半耐寒性，喜湿冷，不适宜高温干旱的环境[1-2]。种子萌发是植物整个生命活动中最初重要的环节，比其他生长阶段对干旱和盐等非生物胁迫更加敏感[3]。目前，我国的耕地面积逐渐减少，土壤干旱和盐碱化面积程度逐渐增加，盐胁迫和干旱胁迫成为影响种子萌发的主要环境因素。关于干旱胁迫及盐胁迫对茼蒿种子萌发的相关研究未见报道。本实验将选用不同浓度PEG-6000(聚乙二醇)和3种钠盐分别模拟不同程度的干旱胁迫和盐胁迫，来分析干旱和盐胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响，旨在为评价茼蒿种子的抗逆性及茼蒿的栽培管理等提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小叶茼蒿种子(黄氏三大菜种行，购于湛江市麻章市场)。试剂为分析纯：KNO3、PEG-6000、NaCl、NaHCO3、Na2CO3。

1.2 方 法

用蒸馏水与PEG-6000固体分别配制成5%、10%、15%、20%、25%5个不同浓度的PEG溶液；与NaCl、NaHCO3、Na2CO3固体分别配制成25 mmol·L-1、50 mmol·L-1、75 mmol·L-1、100 mmol·L-1、125 mmol·L-1、150 mmol·L-16个不同浓度的NaCl、NaHCO3、Na2CO3溶液；与KNO3配制成0.8%的KNO3溶液。

本实验采用培养皿纸上培养法[4]。培养前用0.8%的KNO3溶液浸种24 h。在培养皿中铺上双层滤纸作为发芽床，每个培养皿均匀放置25粒种子，分别加入6 mL蒸馏水(对照)以及各浓度PEG溶液，NaCl、NaHCO3、Na2CO3溶液，盖上培养皿。置于25 ℃恒温培养箱中培养，每天添加0.85 mL蒸馏水，每隔2 d添加0.85 mL相应的溶液以保持恒定PEG浓度，每个处理重复4次。连续培养观察9 d，每天记录每个梯度种子的起始时间、每日发芽数、峰值，种子发芽以胚芽达到种子长度的1/2为准，以连续3 d没有种子露出胚芽作为该处理实验结束时间。在这期间，连续5 d记录每个处理中最先发芽的种子苗期的胚根长和胚芽长(出苗数大于20株的选取20株，小于20株的则测定所有苗)；在发芽的第5天，将培养皿中被测的发芽种子去掉种皮，测定其鲜重；待种子发芽结束后，计算种子发芽势、发芽率、发芽指数、抗旱指数。

发芽势(%)=(发芽高峰期内发芽的种子数/供试种子总数)×100%；

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；

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

活力指数=∑(Gt/Dt)×S，式中：S为幼苗平均鲜重；

抗旱指数=处理组萌发指数/对照组萌发指数；

萌发指数=1.00nd2+0.75nd4+0.5nd6+0.25nd8，式中：ndx为第x天的发芽率；

胚根、胚芽的长度和幼苗鲜重。

实验数据均采用Office 2010软件和DPS软件进行分析处理

2 结果与分析

2.1 盐胁迫和干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响

种子萌发是种子从相对静止的状态吸水活化转变为生理代谢旺盛的生长发育阶段，整个过程需要适宜的温度、水分和充足的空气。干旱胁迫和盐胁迫会引起种子渗透势发生改变，无法正常吸水，从而影响种子萌发过程；这种影响体现在起始发芽时间及规定时间内发芽率。发芽率是指发芽种子数占供试种子总数的百分比，是鉴定种子活力的重要指标之一。

2.1.1盐胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响

采用不同浓度的NaCl、NaHCO3和Na2CO3溶液模拟盐胁迫处理小叶茼蒿种子，用蒸馏水处理作为对照。表1显示，3种盐胁迫未推迟小叶茼蒿种子发芽的起始时间；在NaHCO3浓度大于125 mmol·L-1(包括125 mmol·L-1，下同)，Na2CO3浓度大于100 mmol·L-1时，种子在实验规定时间内不发芽。

表1 不同浓度盐胁迫对起始发芽时间的影响

处理浓度/(mmol·L-1)起始发芽时间/dNaClNaHCO3Na2CO3011125111501117511110011—1251——1501——

注：“—”指种子不发芽。

由图1～图3可知，对照组与处理组的累计发芽率均随时间的推移逐渐增大，在第7天达到峰值后趋于稳定；其中，在发芽试验的第1天，对照组与处理组的发芽率无显著差异，第2天，对照组与处理组的发芽率差异迅速增大。结合图4可知，3种盐对小叶茼蒿种子的萌发过程均有抑制作用，累计发芽率总体随着盐溶液浓度的升高呈下降趋势。当盐浓度为25～50 mmol·L-1时，种子均有发芽；当盐浓度为75～100 mmol·L-1时，Na2CO3处理的种子不发芽；当盐浓度为125～150 mmol·L-1时，NaHCO3和Na2CO3处理的种子均不发芽。说明Na2CO3对小叶茼蒿种子的萌发过程抑制作用最大，NaHCO3次之，NaCl最小。

图1 不同浓度NaCl盐胁迫下的累计发芽率

图2 不同浓度NaHCO3盐胁迫下的累计发芽率

图3 不同浓度Na2CO3盐胁迫下的累计发芽率

2.1.2干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响

从表2可以看出，在本试验设定的PEG模拟干旱胁迫的范围内，小叶茼蒿种子的起始发芽时间表现为低浓度PEG(0～15%，下同)胁迫下不影响起始发芽时间，而在高浓度PEG(≥20%，下同)胁迫下，浓度越高推迟发芽时间越长。说明PEG对小叶茼蒿种子的萌发过程有抑制作用。

由图5可知，随着发芽天数的增加，对照组和处理组的小叶茼蒿种子累积发芽率均逐渐增大；种子在第1～2天迅速萌发，并在第7天达到峰值。随着PEG浓度升高，模拟干旱胁迫程度加剧，小叶茼蒿种子的累计发芽率呈下降趋势，浓度越高，种子发芽率越低。由图6可知，处理组的发芽率明显低于对照组(p<0.05)，低浓度PEG处理明显抑制种子发芽过程，高浓度PEG处理下出现严重抑制。

表2 干旱胁迫对起始发芽时间的影响

处理浓度/%起始发芽时间/d0151101151202254

图4 不同盐浓度对发芽率的影响

图5 不同浓度PEG模拟干旱胁迫下的累计发芽率

2.2 盐胁迫和干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发特性的影响

发芽势是影响发芽率的主要因素，也是影响种子品质的重要指标之一。当种子遭受胁迫时，发芽势受到的影响高于发芽率[5]。发芽指数和活力指数也是衡量种子发芽能力和活力大小的重要指标之一。因此本实验选用发芽势、发芽指数、活力指数作为检验干旱胁迫和盐胁迫对小叶茼蒿种子萌发特性影响的指标。

2.2.1盐胁迫对小叶茼蒿种子萌发特性的影响

植物的发芽速度和发芽整齐度一定程度上受植物种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的影响。通过表3可知，随着3种盐浓度的升高，发芽势、发芽指数和活力指数总体呈下降趋势。高浓度处理均对种子的萌发具有严重抑制作用，Na2CO3影响最大，NaHCO3次之，NaCl最小。NaHCO3和Na2CO3为碱性盐，且Na2CO3的碱性大于NaHCO3的，说明小叶茼蒿种子在萌发时对中性盐的耐受性较强，对碱性盐较敏感，受影响较大，碱性越大受损越严重。

图6 不同浓度PEG对发芽率的影响

表3 不同浓度各种盐处理对发芽势、发芽指数、活力指数的影响

处理浓度/(mmol·L-1)发芽势/%发芽指数活力指数036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01ab2523±3.00b3.59±0.50b0.095±0.02a5026±3.48ab3.24±0.32b0.064±0.01abNaCl7517±6.61b2.61±0.81bc0.055±0.02b10019±3.42b2.78±0.55b0.053±0.01b12518±2.58b2.76±0.33b0.050±0.01b1504±2.83c0.84±0.47c0.013±0.01c036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a2517±1.63b2.98±0.49b0.047±0.01b5014±3.46b2.46±0.62b0.019±0.00cNaHCO37514±2.58b2.71±0.39b0.007±0.00cd10011±1.00b2.10±0.46b0.000d1250.000c0.000c0.000d1500.000c0.000c0.000d036±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a2523±5.74b4.43±1.15a0.038±0.01b5013±1.91c1.92±0.40b0.000cNa2CO3751±1.00d0.25±0.25b0.000c1000.000d0.000b0.000c1250.000d0.000b0.000c1500.000d0.000b0.000c

注：表中数据为平均值±标准误差，不同字母表示显著差异，相同字母表示差异不显著(p<0.05)。下同。

图8 不同浓度的NaCl对胚根长和胚芽长的影响

图9 不同浓度的NaHCO3对胚根长和胚芽长的影响

图10 不同浓度的Na2CO3对胚根长和胚芽长的影响

表4 不同浓度PEG处理对发芽势、发芽指数、活力指数的影响

处理浓度/%发芽势/%发芽指数活力指数ck36±2.31a5.62±0.97a0.069±0.01a517±2.52b3.43±0.58b0.056±0.01ab1019±1.91b3.09±0.65b0.037±0.01bc1517±1.00b2.55±0.13bc0.022±0.00d208±1.63c0.98±0.13cd0.003±0.00e250.000d0.10±0.06d0.000e

2.2.2干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发特性的影响

由表4可知，随PEG质量浓度的增加，小叶茼蒿种子的发芽势、发芽指数、活力指数均呈现降低趋势。低浓度PEG处理时，明显降低了种子的萌发活力；高浓度PEG处理下，种子的萌发活力受到严重抑制。说明不同干旱处理对小叶茼蒿种子萌发均有一定的影响，使种子萌发受到抑制，影响发芽能力、发芽速度以及活力水平。

2.3 小叶茼蒿种子的抗旱能力

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[6]。图7表明，随着PEG溶液浓度增大，小叶茼蒿种子的抗旱指数呈先增加后减少的趋势。当PEG浓度为15%时，种子的抗旱指数达到最大值；随着PEG浓度的进一步增大其抗旱指数呈下降趋势，这表明低浓度 PEG溶液可增强小叶茼蒿种子的萌发抗旱指数，即抗旱能力；而高浓度的PEG溶液会使其抗旱指数降低。

2.4 盐胁迫和干旱胁迫对小叶茼蒿幼苗生长的影响

植物抗性的衡量标准之一是胁迫环境下植物胚根和胚芽的长度，原因在于种子萌发后胚根和胚芽就开始生长，胚根作为吸收水分的器官，其长度对整个植物幼苗的生长发挥着重要作用，胚芽将发育成幼苗的茎和叶，其长度与幼苗出苗后的强健程度[7]。

图7 不同浓度PEG处理对萌发抗旱指数的影响

2.4.1盐胁迫对小叶茼蒿幼苗生长的影响

图8～图11分别为3种盐在不同浓度下小叶茼蒿幼苗的胚根长、胚芽长和鲜重，体现3种盐对其幼苗生长的影响。结果显示，当NaCl浓度为150 mmol·L-1时，才开始抑制胚根和胚芽的生长，其他浓度胁迫下促进幼苗生长；当NaHCO3浓度高于50 mmol·L-1时，抑制幼苗胚根、胚芽的生长，鲜重降低；当Na2CO3浓度大于50 mmol·L-1时，小叶茼蒿生长过程中会出现蔫死。说明3种盐处理对小叶茼蒿幼苗生长影响不同，NaCl主要为促进幼苗生长；NaHCO3和Na2CO3均抑制小叶茼蒿幼苗生长，Na2CO3对幼苗的损害较NaHCO3严重。

图12 不同浓度的PEG对胚根长和胚芽长的影响

图13 不同浓度PEG对鲜重的影响

图11 不同盐浓度对幼苗鲜重的影响

2.4.2干旱胁迫对小叶茼蒿幼苗生长的影响

由图12可知，低浓度PEG处理对小叶茼蒿幼苗胚根生长有促进作用，高浓度处理下为抑制作用；胚根长随PEG浓度升高先增加后减小。除5%PEG对胚芽生长有促进作用以外，其他浓度处理均抑制胚芽生长；胚芽长度随处理浓度升高呈降低趋势。由图13可知，幼苗鲜重也是随PEG浓度变化先升高后降低，低浓度处理促进生长，高浓度抑制。胚根、胚芽可表明作物对干旱环境的适应性，一般在干旱情况下，植物会先长出细长的根以更好吸水。本实验结果说明，不同干旱处理对小叶茼蒿种子均有的影响，适当轻度干旱胁迫有助于锻炼种子的耐旱性，利于幼苗的生长，但高浓度会对种子造成伤害，抑制其生长发育。

3 讨 论

植物能否正常生长及最终产量如何主要取决于种子能否正常萌发、出苗、发育。水分是植物种子萌发阶段所必须的物质之一，干旱胁迫和盐胁迫会由于渗透效应或离子效应影响种子的吸水作用，从而影响发芽特征；通常会引起发芽率降低、种子失去活力、鲜重下降或致死等现象[8]。研究表明，在种子萌发、生长阶段进行不同程度的干旱胁迫或盐胁迫处理，对种子萌发和植株生长有不同的抑制程度[9-12]。

3.1 盐胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响

盐是植物生长所需要的土壤中常有的营养元素，但是土壤中含盐量过高并不益于植物的生长，可通过多种生理效应对植物造成一定的伤害[13-14]。本实验表明，小叶茼蒿种子对NaCl的耐受性最强，NaHCO3次之，Na2CO3最弱。主要体现在NaCl处理的发芽率等的降低幅度较2种碱性盐处理的小；低浓度处理提高小叶茼蒿幼苗的鲜重，促进胚根、胚芽的生长；NaHCO3及Na2CO3低浓度时对小叶茼蒿就出现抑制现象甚至致死。本实验结果与叶景学等[15]，张晶晶等[16]的研究结果一致。原因可能是在碱性盐胁迫下，种子除了对抗渗透胁迫和离子毒害外，还要对抗pH效应。含有碳酸氢根和碳酸根离子时使环境中pH值升高，导致离子堆积，使根周围营养供应和离子失衡，破坏根细胞质膜的渗透性，使根丧失选择吸收离子的功能。

3.2 干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发的影响

在种子发芽的过程中，随PEG浓度升高，小叶茼蒿种子萌发起始时间推迟，发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均出现下降。这与尹秀等[17]的研究结果相似。这可能因为水分不足时抑制吸水作用，延长吸水萌发时间，消耗种子内贮存物质，从而导致种子萌发后早期生长所需营养物质不足，活力指数降低。

在低浓度PEG处理下胚根比对照组的长，高浓度处理则较短；芽长和鲜重随PEG浓度先升高后下降，浓度为5%时均高于对照组；与曹凤娇等[18]和高昆等[19]的研究结果不一致。与李涛等[20]的研究结果类似。根长、芽长及鲜重是种子抗旱能力的重要指标，本实验结果表明，小叶茼蒿种子的抗旱能力在PEG浓度在0～25%范围内，先升高后降低，在PEG浓度为15%时达到最大值。说明小叶茼蒿种子可能比菘蓝种子更能适应干旱环境；在PEG低浓度时可锻炼小叶茼蒿种子的抗旱性，但高浓度时则会产生迫害。

4 结 论

盐胁迫和干旱胁迫对小叶茼蒿种子萌发过程具有抑制作用，且随胁迫程度越高抑制作用越明显，碱性盐的抑制作用比中性盐的更强。在本实验设计的溶液浓度范围内，低浓度NaCl、NaHCO3处理促进小叶茼蒿幼苗的生长，高浓度NaCl、NaHCO3及各浓度Na2CO3盐胁迫处理均对小叶茼蒿幼苗的生长具有抑制作用，且随胁迫程度越高抑制作用越强。干旱胁迫程度较低时促进幼苗生长，程度较高时则抑制生长。由此可知，小叶茼蒿种子的耐受性不强；其幼苗适宜在低浓度的中性盐胁迫和干旱胁迫中生长，因此在实际种植过程中种子萌发过程应注意适宜水分的补充。