水分与盐分对荒漠植物种子萌发的影响

赵丽珍 韩 路

(塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300)

种子在开花植物的生活史中不仅处于承上启下的关键阶段，也为其适应异质的生境提供了丰富的遗传基础[1]。从种子到幼苗阶段是荒漠植物种群生活史中亏损最严重的时期，也是其更新过程中最薄弱的环节[2]。这一时期植物个体较为弱小，抵抗胁迫的能力低，植物死亡至少有95%发生在种子阶段[3]，因此成为影响植物种群定居、更新和分布最为关键的时期[4]。不同生境植物种子能否萌发、产生正常幼苗，受外界生态条件诸如水分、温度、氧气、光照、土壤酸碱、土壤盐分和埋深等的影响[5]。塔里木干旱荒漠区气候干旱、降水稀少、土壤贫瘠与盐碱普遍、环境严酷[6]，因此，有必要探讨影响荒漠植物种子萌发这一关键阶段的限制因子，深入研究干旱荒漠区环境因子对荒漠植物种子萌发的影响。前人曾探讨了盐爪爪、盐穗木、盐节木、铃铛刺和疏叶骆驼刺种子的萌发与生长特性[7－11]，但不同学者研究结果略有出入。同时，大多数研究集中于NaCl和其它单盐实验[8－11]，在某种程度上可能脱离了植物生境的实际情况。不同盐类，特别是复合盐对荒漠植物种子萌发的影响研究相对缺乏，且对塔里木优势灌草植物研究较少。因此，本文采用聚乙二醇(PEG－6000)模拟干旱胁迫与不同浓度的天然土盐溶液作为基质对5种荒漠植物种子进行渗透胁迫处理，观测种子在干旱与盐胁迫下的萌发能力，探讨荒漠植物种子萌发期的抗旱、抗盐能力及种子萌发的适宜水分含量及盐分浓度，为干旱荒漠区物种更新与生境改造及植被恢复提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选择塔里木荒漠区重要的荒漠植物，其中包括骆驼刺、铃铛刺、苦马豆、苦豆子、黑果枸杞，于种子成熟季节选择分布于不同生境下的荒漠植物种群，在每种生境下采集植株上成熟且无虫叮咬的果实，将其混合，带回实验室，自然晾干。在实验开始之前，单粒分拣，挑选饱满、无病虫害的种子用于实验。

1.2 种子萌发水分与盐分处理

在催芽实验之前进行预实验，实验结果表明，75%硫酸处理种子20分钟其萌发率最高。本文采用此方法进行种子处理。

根据GB 2772－1999国家标准进行发芽实验。将PEG－6000用蒸馏水配制成5%、10%、15%、20%、25%、30%和提纯土盐配制成1%、2%、3%、4%、5%、6%不同浓度的溶液，以蒸馏水作为对照(CK)。挑选颗粒饱满新鲜的种子，用75%酒精表面消毒1～2 min，再用无菌水冲洗3次、晾干。将培养皿(直径9cm)清洗干净，烘干，内置两层滤纸，加入PEG－6000或土盐溶液至滤纸饱和(10ml)，每皿50粒种子，盖好盖子，每处理设3次重复。然后放入(28±1)℃光照培养箱内(RXZ型、宁波东南仪器厂)，湿度为70%，每天光照16h，黑暗8h。每天用与各种处理液浓度相对应的PEG、盐溶液冲洗培养皿内滤纸，且3天更换一次滤纸及各溶液。同时，每天观察并统计种子发芽情况，连续培养7天至不出现发芽种子，实验终止。种子萌发以胚根突破种皮，肉眼可见为标准。

1.3 测定项目与方法

发芽率(GR):GR=最终达到正常发芽的种子数/供试种子数×100%

发芽势(GT):GT=发芽达到高峰期时发芽种子数(前3天)/供试种子数×100%

发芽指数GI:GI=∑(Gt/Dt)Gt:在t天内的发芽数，Dt:为相应发芽天数

干旱伤害率(%)=(A0－A1)/A0×100%，其中A0—CK值;A1－PEG胁迫值

种子萌发抗旱指数=PEG胁迫下萌发指数/对照萌发指数

耐盐指数(K):K=∑(RGR+GT+GI)/mn;式中m为计算指标项数，n为盐浓度梯度个数

相对盐害率(RSH):RSH=(对照萌发率－处理萌发率)/对照萌发率×100%

1.4 统计分析

数据处理和作图采用Microsoft Excel 2003进行，并对所得百分比数据进行反正弦转换，数据分析采用DPS软件进行，通过单因素方差分析检验差异显著性，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对种子萌发影响

2.1.1 不同浓度PEG处理对荒漠植物种子发芽率和发芽势的影响

图1 PEG胁迫对4种荒漠植物种子发芽率与发芽势的影响

发芽率和发芽势是反映种子发芽能力的主要指标。由图1可见，随PEG浓度增加，4种荒漠植物种子萌发率与发芽指数均呈下降趋势，PEG浓度越高，种子萌发率越低。不同植物种子萌发对水分胁迫程度的反应明显不同。PEG胁迫浓度小于15%时，苦豆子、骆驼刺与苦马豆种子萌发率均超过50%，而黑果枸杞种子萌发率在10%PEG胁迫下基本接近0。由表1可见，苦豆子、骆驼刺与苦马豆、黑果枸杞的发芽率、发芽势分别在20%、15%与5%PEG与对照差异达显著水平，4种植物种子发芽率在不同PEG浓度下差异均达显著水平，浓度越高差异越明显。抗旱性强弱依次为苦豆子＞骆驼刺＞苦马豆＞黑果枸杞。

种子萌发对水分的抗性不同，为进一步了解二者种子萌发的耐旱范围，假设当种子萌发率分别为75%、50%和25%时[12]，计算所对应的PEG浓度为种子萌发的适宜值、临界值和极限值。苦豆子种子萌发PEG浓度适宜值、临界值与极限值分别为15.76%、26.37%与28.19%;骆驼刺分别为14.36%、20.83%与22.92%;苦马豆分别为2.68%、15.34%、17.89%;黑果枸杞种子萌发的PEG浓度极限值为3.75%。通过对比初步确定苦豆子耐干旱能力最强。

表1 PEG胁迫下荒漠植物种子发芽率与发芽势的方差分析

种子萌发对干旱的抗性不同，为进一步了解二者种子萌发的耐旱范围，假设当种子萌发率分别为75%、50%和25%时[14]，计算所对应的PEG浓度为种子萌发的适宜值、临界值和极限值。苦豆子种子萌发PEG浓度极限值为28.19%，临界值为26.37%，种子萌发适宜值为15.76%;骆驼刺种子萌发PEG浓度极限值为22.92%，种子萌发临界值为20.83%，种子萌发适宜值为14.36%;苦马豆种子萌发PEG浓度极限值为17.89%，临界值为15.34%，适宜值为0.68%;黑果枸杞种子萌发的PEG浓度极限值为3.75%。通过对比各种子的种子萌发适宜值、临界值和极限值，初步判定在四种植物中，苦豆子种子耐干旱胁迫能力最强。

2.1.2 不同浓度PEG处理对荒漠植物种子发芽指数的影响

由图2可见，4种荒漠植物种子发芽指数变化趋势与发芽率相似。苦豆子、骆驼刺与苦马豆分别在PEG浓度高于25%、20%与15%，其发芽指数均迅速降低，表明种子萌发明显受抑制。各PEG浓度下苦豆子种子发芽指数均最高，其次骆驼刺。不同浓度PEG对4种荒漠种子的发芽指数均有显著影响(P＜0.05，表2)。苦豆子、骆驼刺和苦马豆、黑果枸杞的发芽指数分别在30%、15%和5%PEG浓度下与对照差异达显著水平，相同PEG浓度处理下4种植物发芽指数均达显著差异水平。表明水分胁迫下，发芽指数大小依次为苦豆子＞骆驼刺＞苦马豆＞黑果枸杞。

图2 PEG胁迫对4种荒漠植物种子发芽指数的影响

表2 PEG胁迫下4种荒漠植物种子发芽指数的方差分析

2.1.3不同浓度PEG处理下荒漠植物的干旱伤害率与及抗旱指数

由图3可见，随PEG浓度的增加，4种荒漠植物种子干旱伤害率呈上升趋势，而抗旱指数则逐渐下降。其中，黑果枸杞干旱伤害率上升最快、其次为苦马豆。黑果枸杞种子伤害率在PEG＞10%以上其干旱伤害率均超过90%，而苦豆子、骆驼刺、苦马豆的干旱伤害率分别在PEG为30%、25%和20%时均超过90%，表明4种荒漠植物的抗旱性差异明显。种子抗旱指数变化趋势正好与干旱伤害率相反。15%PEG处理下除黑果枸杞外均表现出较高的抗旱特性，抗旱指数均大于0.5;而5%PEG下黑果枸杞抗旱指数已下降至0.5以下;15%PEG其抗旱指数接近0。不同PEG浓度处理下4种荒漠植物种子干旱伤害率与抗旱指数均达显著差异水平(表3)。根据2种指标大小，4种荒漠植物耐旱性依次为苦豆子＞骆驼刺＞苦马豆＞黑果枸杞。

图3 PEG胁迫下4种荒漠植物种子干旱伤害率与抗旱指数

表3 PEG胁迫下4种荒漠植物种子干旱伤害率与抗旱指数的方差分析

2.2 盐分对种子萌发的影响

2.2.1 不同浓度土盐处理对荒漠植物种子发芽率和发芽势的影响

由图4可见，3种荒漠植物种子发芽率与发芽势随土盐浓度的增加而降低。土盐浓度为1%时，3种植物种子发芽率均大于75%;土盐浓度2%时，苦豆子与铃铛刺种子发芽率均大于60%，而苦马豆发芽率则小于30%。种子发芽势变化趋势与发芽率相似，均随土盐浓度增加而下降，苦马豆下降最快。1%土盐溶液对3种荒漠植物种子发芽率与发芽势均无明显影响，而大于2%时则差异达显著水平(表4)。2%以上土盐溶液处理下3种荒漠植物种子发芽率均达显著差异水平。种子萌发对盐的抗性不同，为进一步了解3种种子萌发的耐盐范围，假设当种子萌发率分别为75%、50%和25%时[12]，计算所对应的盐浓度为种子萌发的适宜值、临界值和极限值。苦豆子种子萌发的盐分适宜值、临界值和极限值分别为1.66g%、2.24%和2.62%;苦马豆分别为1.03%、2.10%和1.55%;铃铛刺分别为2.20%、2.95%、3.52%。以上可见，铃铛刺耐盐能力最强。耐盐能力大小依次为铃铛刺＞苦豆子＞苦马豆。

图4 土盐胁迫对3种荒漠植物种子发芽率和发芽势的影响

表4 土盐胁迫下3种荒漠植物种子发芽率与发芽势的方差分析

2.2.2 不同浓度土盐处理对荒漠植物种子萌发指数的影响

由图5可见，3种荒漠植物种子发芽指数随着土盐浓度的增加而下降，苦豆子与苦马豆种子发芽指数呈直线下降，2%土盐下分别比CK下降了61.12%和81.25%，而铃铛刺则仅降低了20%。表明2%盐浓度下3种荒漠植物种子均具有一定的萌发能力，但苦豆子与苦马豆种子萌发能力已严重受抑制。不同浓度土盐溶液对3种植物种子的萌发均有显著影响(P＜0.05，表5)。相同土盐浓度处理下，3种植物种子发芽指数均达显著差异水平。1%土盐浓度对铃铛刺和苦马豆发芽指数影响不显著，而对苦豆子影响达显著水平。

图5 盐胁迫对3种荒漠植物种子发芽指数的影响

表5 盐胁迫下3种荒漠植物种子萌发指数的方差分析

2.2.3 不同浓度盐处理对荒漠植物种子耐盐指数和相对盐害率的影响

相对盐害率可比较不同植物间及同一植物对不同盐浓度的耐盐能力[13]。由图6、表4可见，3种荒漠植物种子相对盐害率随土盐浓度增加而逐渐增大。土盐浓度3%时，苦豆子、苦马豆与铃铛刺相对盐害率分别71.3%、100%与51.7%。低浓度盐胁迫下(1%)，铃铛刺的相对盐害率明显低于其它2种植物，反映出铃铛刺对荒漠盐化环境的适应性较强。耐盐指数可以较客观地反映植物的耐盐能力[14]。3种荒漠植物种子耐盐指数与相对盐害率相反，铃铛刺下降幅度最小。相同浓度土盐处理下(1%～3%)，3种植物相对盐害率与耐盐指数均达显著差异水平(表6)。耐盐指数大小依次为铃铛刺(1.5834)＞苦豆子(1.3362)＞苦马豆(0.9613)。

图6 盐胁迫对3种荒漠植物种子相对伤盐率和耐盐指数的影响

表6 盐胁迫下3种荒漠植物种子相对盐害率和耐盐指数的方差分析

3 结论与讨论

土壤含水量是调节种子萌发的重要因素之一[14]。聚乙二醇是常用来造成水分胁迫的渗透剂，它使组织失水而起到类似自然的干旱作用。水分胁迫显著影响荒漠植物种子的萌发，随着土壤水分含量的增加，各种子发芽率、发芽势、发芽指数、抗旱指数明显下降，结果与张占江等人[8－9]研究结果一致。通过各指标综合分析表明，苦豆子相对于其它3种植物最耐旱，其次为骆驼刺、苦马豆、黑果枸杞。

本实验采用的土盐是在植物生长地周围土壤中采集提取的天然盐，在最大程度上模拟植物在自然状态下的盐环境。研究利用浓度1%、2%、3%、4%、5%、6%的天然盐进行盐胁迫萌发实验，2%土盐浓度下各荒漠植物种子的发芽率、发芽势、发芽指数与耐盐指数显著降低。综合分析各指标得出3种荒漠植物中铃铛刺耐盐能力最强，其次为苦豆子、苦马豆。通过实验数据还可以得出，随着PEG和盐浓度增加，各荒漠植物种子的萌发率达到最高时的PEG和盐浓度不同，说明植物在特殊环境中已经形成了适应环境的萌发策略。综合荒漠植物种子萌发的水分与盐分阈值来看，苦豆子抗旱能力最强，铃铛刺最耐盐。

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