四种钠盐对盐桦种子萌发特性的影响

吉小敏，雷春英，刘 畅，姜 黎

（1.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 乌鲁木齐 830063；2.新疆精河荒漠生态系统国家定位观测研究站，新疆 精河 833300；3.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；4.南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京 211111）

盐桦（Belula halophila）属桦木科桦木属植物，主要分布新疆北部地区，被视为国家二级珍稀濒危植物［1-2］。盐桦因其独特的地理分布和耐盐特征明显区别于桦木科其它植物，具有重要的植物系统学与区系地理学研究和经济开发价值［3］。盐桦为我国特有，具有很多应用价值，可应用与园林中培育新品种，不仅增加了城市园林绿地系统的植物物种多样性，提高生态效益和观赏效益，而且对其迁地保存和普及植物学知识，提高人们的环保意识等方面，都具有重要意义［4-5］。

当前人工培育是合理利用和保护濒危植物的有效途径，同时发展盐桦人工繁育是开展盐桦植物保育对策的重要方向。盐桦繁殖方式主要包括无性繁殖和有性繁殖，其中种子繁殖是一种较经济、快速的繁殖方式［6-7］盐桦为新疆特有的濒危种，仅存于新疆阿勒泰地区。盐桦生境主要是以Cl-盐碱土为主的新疆阿勒泰地区［8］，而其它类型盐碱地土壤中是否能生长，在这些地区引种与种植盐桦成功与否？研究表明1年生盐桦幼苗的耐盐阈值约为1.8%，是一种抗盐能力极强的盐生植物［9］。但有研究表明相对较低的种子耐盐阈值（0.2%含盐量）［7，10］，可能是最终导致其灭绝的重要原因，但尚未有关研究报道不同盐分对盐桦种子萌发的影响。基于盐桦生境条件及前人报道它对盐分的响应［11］，假设盐桦种子萌过程中会表现出较高的耐盐性，但可能会对四种盐响应不同。

因此，本研究目的主要分析不同形态盐分对盐桦种子萌发的影响，旨在探索盐生植物种子萌发过程中对不同类型盐胁迫响应与适应，为干旱盐碱地区盐生植物的种群重建和恢复及开发利用提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 盐桦种子采集

2019年7月，在中国科学院吐鲁番沙漠植物园采集完全成熟的盐桦种子，并在室温下晾干后，用手清理干净，然后将清理干净的盐桦种子，分别保存于信封中备用。

1.2 萌发试验

试验选取氯化钠（NaCl）、硫酸钠（Na2SO4）、碳酸氢钠（NaHCO3）以及碳酸钠（Na2CO3）四种不同盐分类型，设计5个浓度（50、100、150、200、300 mM），以蒸馏水为对照（CK）。2张滤纸放入直径长5 cm培养皿中，分别加入上述配比的不同浓度NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液至滤纸饱和，置于25℃/10℃变温、光照12 h的培养箱中培养。每天补充蒸发掉的水分。测定指标：萌发过程中每天观察记录1次萌发情况，种子萌发以胚根露出种皮为准，连续观察记录20 d，计算其萌发率、萌发指数和萌发率达到50%时间。

1.3 萌发参数和芽长测定

累积萌发率＝每天统计萌发种子数/供试种子数×100%；萌发率＝所有萌发种子数／供试种子数×100%；萌发指数＝Σ（Gt/Dt）（Gt指在时间t日内的萌发数，Dt为相应的萌发天数）；萌发率达到50%时间（天）=萌发率达到50%的天数。

1.4 数据分析

使用SPSS16.0统计分析软件进行分析所有试验数据的平均值和标准误，并对所有试验数据进行差异显著，采用Ducan检验来比较处理间差异。

2 结果分析

2.1 NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3对盐桦种子萌发特性的影响

盐桦种子萌发率和指数均受到NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的显著影响（表1）。随着NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3浓度增加，盐桦种子萌发率均显著降低（图1A）。在较低浓度NaHCO3和Na2CO3（50 mM），盐桦种子萌发率显著降低，分别降低了21.62%和58.97%，但同样浓度的NaCl和Na2SO4并未显著降低萌发率；在较高浓度NaHCO3和Na2CO3（100 mM），盐桦种子萌发率降低程度急剧加强，同样浓度的Na2SO4显著降低萌发率，但同样浓度的NaCl并未显著降低萌发率；试验表明了不同盐分对种子萌发的抑制程度高度顺序依次为NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。即使在100 mMNaCl，盐桦种子萌发率仍为52%，说明了盐桦的耐盐性较低。

图1 四种钠盐对盐桦种子萌发率的影响Fig.1 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on germination percent of B.halophila seeds

表1 四种钠盐对盐桦种子萌发率和萌发指数的影响Tab.1 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on germination percentage and germination index of B.halophila

2.2 萌发率与盐浓度之间的回归分析

为便于研究盐桦种子萌发时的耐NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3程 度，分 别 计 算 出 在 不 同NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3处理下的萌发率后，以对照的萌发率为基数，其他浓度下的萌发率与其相比，然后将萌发率与NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3浓度之间，分别进行回归分析。结果表明，NaCl胁迫下的萌发率，随NaCl溶液浓度的升高而降低，萌发率与NaCl溶液浓度表现出显著负相关，其相关系数为R2=88%，回归方程为：y=-0.245 7x+73.928 6（图2A）；Na2SO4胁迫下的萌发率，随Na2SO4溶液浓度的升高而降低，萌发率与Na2SO4溶液浓度表现出显著负相关关系，其相关系数为R2=90%，回归方程为：y=0.000 9x2-0.5817x+85.502 4（图2B）；NaHCO3胁迫下的萌发率，随NaHCO3溶液浓度的升高而降低，萌发率与NaHCO3溶液浓度表现出显著负相关，其相关系数为R2=96%，回归方程为：y=0.000 9x2-0.594 6x+77.714 3（图2C）；Na2CO3胁迫下的萌发率，随Na2CO3溶液浓度的升高而降低，萌发率与Na2CO3溶液浓度表现出显著负相关，其相关系数为R2=94%，回归方程为：y=0.0024x2-0.848x+75.60（图2D）。根据已有文献，分别以盐桦种子的发萌发为50%、0%时所对应的NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3浓度，作为种子萌发时，盐浓度的临界值、极限值，将其代入方程分别计算。由计算结果可知，盐桦种子对NaCl在萌发期的耐盐临界值为97.4 mM、极限值为300.9 mM；盐桦种子对Na2SO4在萌发期的耐盐临界值为68.2 mM、极限值为226.0 mM；盐桦种子对NaHCO3在萌发期的耐盐适宜值为50.5 mM、极限值为179.4 mM；盐桦种子对Na2CO3在萌发期的耐盐临界值为33.3 mM、极限值为159.7 mM；其结果均与图2中的试验结果基本一致。不同盐分对种子萌发萌发期的耐盐临界值和临界值大小表明盐桦耐盐高低顺序依次为Na2CO3＜NaHCO3＜Na2SO4＜NaCl。

图2 盐桦萌发率与NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3浓度之间的回归分析Fig.2 Relationship between germination percentages of B.halophila seeds and concentrations of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3

2.3 NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3对盐桦种子萌发时间的影响

盐桦萌发率达到50%时间均受到NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的显著影响（图3）。伴随着NaCl浓度增加，盐桦萌发率达到50%时间增加，即使在50 mM NaCl，盐桦萌发率达到50%时间增加才达到显著水平。伴随着Na2SO4浓度增加，盐桦萌发率达到50%时间增加，50 mM Na2SO4使得其萌发率达到50%时间显著增加；伴随着NaHCO3浓度增加，盐桦萌发率达到50%时间增加，但100 mM NaHCO3盐桦种子萌发率未达到50%；伴随着Na2CO3浓度增加，盐桦萌发率达到50%时间增加，在较低浓度Na2CO3（50 mM），盐桦萌发率未达到50%。试验结果表明不同盐分对种子萌发率达到50%时间的抑制程度高低顺序依次为NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。

图3 四种钠盐对盐桦萌发率达到50%时间的影响Fig.3 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on Time of 50%germination in B.halophila seeds

3 讨论

关于濒危植物盐桦研究报道并不多，且主要集中 报道 盐 碱环 境中 盐 桦的 繁殖 学［2，12-13］、生理 生态［9，14-15］和分子生物学［16，17-18］研究。然而最先报道了有关盐桦对不同类型钠盐的种子萌发响应，结果表明四种钠盐均显著地抑制了盐桦种子萌发，且盐桦种子萌发过程中对这四种钠盐并未表现出超强的耐性；碱性钠盐毒害能力强于中性钠盐毒害能力，特别对Na2CO3；盐桦幼苗仅在低浓度（50mM）NaCl或Na2SO4可正常生长。

植物种子萌发耐盐的实质主要是种子萌发过程中适应盐溶液引起的渗透效应与离子效应的强弱，从而种子耐盐性受到影响［19］。结果表明盐桦种子萌发时对NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的临界值分别为97.4、68.2、50.5、33.3 mM，其极限值分布为300.9、226.0、179.4、159.7 mM，相对于碱性盐，盐桦种子萌发过程中对中性盐表现出超强的耐性，且根据盐分对种子萌发的抑制程度高低顺序依次为NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。研究结果表明盐桦在萌发过程中对不同形态盐分表现显著的差异，特别耐受中性钠盐，也说明了碱性盐对盐桦的毒害性强于中性盐，相似研究结果表明如盐爪爪（Kalidium folia⁃tum）［20］、刚毛柽柳（Tamarix hispida）［21］和野榆钱菠菜（Atriplex aucheri）［22］对不同类型钠盐毒害的响应不同。

中性盐（NaCl和Na2SO4），或碱性盐（NaHCO3和Na2CO3），盐桦在萌发过程中对四种盐均未表现出超强的耐性，然而盐桦种子萌发对不同钠盐胁迫的响应不同，且种子萌发受到不同钠盐的抑制程度高低顺序，依次为NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。在植物的生活史中，种子阶段是对极端环境耐受性最高的时期，同时也是植物生命周期的关键时期。相对较低盐分，盐桦在萌发过程中并未表现出高耐NaCl，即使在较低的100 mM NaCl处理下盐桦种子萌发率显著下降。植物对各种非生物胁迫耐性的差异主要源于对生长环境长期适应的结果。而有关盐桦生境的文献报道不多，其生境为盐沼泽，该植物的生境特征土壤含盐度极高［1，23］。本研究表明相同浓度的4种钠盐对盐桦种子萌发的毒害不同，Na2CO3胁迫对盐桦种子萌发的危害最大，NaHCO3胁迫对盐桦种子萌发的危害次之，NaCl胁迫对盐桦种子萌发的危害最小。

综上所述，盐桦种子萌发时对钠盐呈并未现出较强的耐性，即使NaCl，但盐桦对四种盐胁迫响应呈现出显著的差异；盐桦种子可较高浓度（50 mM NaCl或Na2SO4）盐碱地上正常发芽。因此，濒危植物盐桦适宜在含盐量较轻的盐碱地上迁地保育与繁殖。