盐胁迫对2种基因型波斯菊种子萌发和幼苗生长的影响

杜 艳， 裴 蕾， 高志英， 邹大方

(1.山西运城农业职业技术学院，山西运城 044000； 2.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010； 3.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城 044000)

种子在植物生长的整个生活史中占有重要地位，是植物生活周期中最关键的阶段之一。相对于植物成年阶段，植物种子在萌发时期，其抵抗力弱，对盐碱、干旱等逆境胁迫极为敏感[1]；而逆境胁迫将导致植物种子萌发率低、成苗率低、幼苗质量差、生物量积累减少，最终影响植株的生理和形态建成[2-4]。随着全球环境不断恶化，土壤盐碱化已成为全球共同面临的环境问题。据不完全统计，世界盐渍土面积约9.5亿hm2，其中我国约占全球10%[1]。在我国北方，不少地区土壤含盐碱量较高，这危害了植物的生长和发育[5]。研究表明，植物的基因型不同，其耐盐性也有较大的差异[6]。

波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)隶属于菊科(Compositae)秋英属(Cosmos)，俗称秋英、大波斯菊、扫帚梅，原产于美洲的墨西哥及巴西等地区[7]。该植物植株高大，叶形、花色丰富，花期较长，且全草可入药，具有重要的观赏价值和一定的药用价值。目前，波斯菊已被广泛应用于道路、边坡、小区、公园等城市园林绿化[8]。研究表明，波斯菊幼苗对盐胁迫较为敏感，低浓度会具有抑制种子萌发、幼苗株高、根长，高浓度则可使作物出现停止生长的趋势[9]。有关不同基因型波斯菊对盐胁迫响应方面的研究尚未见报道。本试验以不同基因型波斯菊种子为试验材料，研究盐胁迫对供试材料萌发特性的影响，以期为盐碱地区的耐盐性植物品种选择、植被恢复、土壤改良以及城市园林绿化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以不同基因型的白色波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)、粉色波斯菊(CosmosbipinnatusCav.)为试材。种子购自于北京花儿朵朵花仙子农业有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 种子处理 筛选出颗粒饱满、大小合适的种子；随机选择100粒种子，重复3次，分别称质量，计算供试材料的千粒质量。用浓度为1%的高锰酸钾溶液对其消毒15 min，用适量的无菌水冲洗3～5遍，确保无高锰酸钾溶液残留。用无菌滤纸将残留的水分吸干，留待备用。

1.2.2 试验设计 以NaCl模拟盐胁迫环境，共设置5个浓度水平：0(CK)、15、35、100、180 mmol/L。试验所用的盐溶液均以去离子水配制。每个培养皿铺2层滤纸，每皿放置30粒种子，分别加入6 mL不同浓度的处理液，每个处理重复3次。将培养皿放置于温度为25 ℃、光照周期为12 h—12 h 的光照培养箱中进行萌发试验；每间隔24 h，以种子萌发突破种皮为发芽标准，统计种子的萌发情况，并适量补充水分。

1.3 项目测定

发芽试验结束后，每个处理随机选取5株幼苗，测其鲜质量、芽长、根长；若萌发数不足于5，则测定该处理所有幼苗的各指标，除以幼苗的数量，再乘以5；并分别采用NBT光化还原法[10]、TBA显色法[11]测定幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等部分生理指标。计算种子的发芽率、发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数等参数，计算公式分别为[2，12]：

发芽率=n/N×100%(n为最终发芽的种子数，N为供试种子数)；

发芽势=nt/N×100%(nt为前4 d发芽的种子数之和，N为供试种子数)；

相对发芽率=试验组种子发芽率/对照组种子发芽率×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)×100%(Gt为第t天发芽的种子数，Dt为相应的发芽天数)；

简化活力指数=相对发芽率×鲜质量。

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2007软件和SPSS软件对数据进行统计处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同基因型波斯菊的千粒质量

白色波斯菊3组100粒种子的质量分别为0.625、0.631、0.640 g，平均为0.632 g，千粒质量为6.320 g。粉色波斯菊3组100粒种子的质量分别为0.838、0.835、0.848 g，平均为 0.840 3 g，千粒质量为8.403 g。粉色波斯菊的千粒质量大于白色波斯菊。

2.2 盐胁迫对不同基因型波斯菊发芽势、发芽率的影响

从表1可以看出，不同基因型波斯菊对于盐胁迫的响应程度有差异。粉色波斯菊盐胁迫表现低剂量刺激效应，即低浓度可刺激粉色波斯菊种子萌发，提高发芽势。当NaCl浓度为15 mmol/L时，发芽率为76.67%，高于对照组30百分点，与对照相比差异极显著；发芽势也高达70.00%，与对照差异极显著。当NaCl浓度大于35 mmol/L时，种子的萌发率、发芽势均显著降低，表明随着盐浓度的升高，种子的萌发受到抑制，表现出盐害现象。白色波斯菊对盐胁迫极其敏感，低剂量的盐浓度就对其种子萌发具有明显的抑制作用。不同盐胁迫水平下，其萌发率极显著降低，但发芽势则在盐浓度大于35 mmol/L 时显著降低。总体上随着NaCl浓度的提升，白色波斯菊种子的发芽率、发芽势呈下降趋势。低浓度盐胁迫有利于促进粉色波斯菊萌发，抑制白色波斯菊萌发，表明低浓度盐胁迫可以提高粉色波斯菊种子发芽的整齐性，促进幼苗生长。

表1 不同浓度盐胁迫对不同基因型波斯菊种子发芽的影响

注：同列数据后不同小写、大写字母分别表示差异显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)，表3～表5同。

2.3 盐胁迫对不同基因型波斯菊相对发芽率、发芽指数的影响

种子发芽率高低提示出种子生命活力的大小，而相对发芽率则可直观反映出不同胁迫处理下种子的萌发状况。从表2可以看出，在4个不同盐浓度胁迫下，粉色波斯菊相对萌发率分别是对照组的164.28%、104.76%、80.95%、61.90%；而白色波斯菊相对发芽率分别为对照的79.25%、73.58%、64.15%、16.98%。粉色波斯菊在盐浓度为15、35 mmol/L之外，供试波斯菊的萌发均受到盐胁迫抑制，萌发率低于对照。

发芽指数是判断种子萌发能力的重要指标，其高低可以综合反映出种子的萌发情况与生长状况[13]。从表2可以看出，随着盐胁迫浓度的提高，供试材料的发芽指数出现了明显的变化。当盐浓度为0～35 mmol/L时，粉色波斯菊的发芽指数较对照组高；而浓度高于100 mmol/L时，供试材料的发芽指数较对照下降幅度接近35%，表明波斯菊种子萌发的种子耐盐半致死浓度(临界值)接近于100 mmol/L。不同基因型波斯菊发芽指数差异明显，表明受到盐胁迫的程度不同，而重度胁迫则对它们产生明显影响。

2.4 盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗鲜质量、活力指数的影响

从表3可以看出，轻度盐胁迫下，粉色波斯菊幼苗鲜质量高于对照，但处理间差异不显著；当盐浓度为 180 mmol/L 时，幼苗的鲜质量显著降低，整体上粉色波斯菊的鲜质量呈现先上升后下降的趋势。白色波斯菊对盐胁迫较为敏感，盐浓度为100 mmol/L时，幼苗的鲜质量就显著降低。尽管白色波斯菊的鲜质量变化也表现先上升后下降，但白色波斯菊试验组均低于对照组。表明在不同盐浓度胁迫下，粉色波斯菊幼苗鲜质量明显大于白色波斯菊，这可能与二者的遗传背景有关。

表2 不同浓度盐胁迫对不同基因型波斯菊种子相对发芽率、发芽指数的影响

简化活力指数的趋势也有类似的结果，即随着盐浓度的升高而逐渐下降。当盐浓度≤35 mmol/L时，粉色波斯菊的简化活力指数大于对照，白色波斯菊则反之；当盐浓度 ≥180 mmol/L 时，二者的活力指数下降幅度大，粉色波斯菊为3.14，白色波斯菊则为0.91。

表3 不同浓度盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗鲜质量和简化活力指数的影响

2.5 盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗芽长、根长的影响

盐胁迫对植物种子萌发芽长、根长的影响可以反映植物的早期抗逆性。盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗的芽长、根长都具有明显抑制作用。随着盐浓度的提高，芽长、根长与之呈负相关；而根芽比值大体上呈现上升的趋势(表4)。在不同盐胁迫水平下，与对照相比，试验组的芽长、根长均极显著变短，不存在低剂量刺激效应的现象。植物为了获得足够的养分和水分，尤其是在受到环境胁迫时，根系往往需要向四周延伸。在2个供试材料中，粉色波斯菊根芽比值较白色波斯菊大，表明其根系较为发达，适应性较强。进一步比较2个材料，在相同盐胁迫水平处理下，粉色波斯菊的芽长、根长较白色波斯菊长。

表4 不同浓度盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗芽长和根长的影响

2.6 盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗生理活性的影响

超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)是植物对逆境胁迫应答的直接反映，SOD活性越高，表明植物的抗性越强；而MDA的含量高低，则反映了植物细胞膜受损程度的大小[14]。从表5可以看出，在盐胁迫下波斯菊的SOD活性降低。当盐浓度≥35 mmol/L时粉色波斯菊SOD活性极显著降低；而白色波斯菊的SOD活性在盐浓度≥15 mmol/L时就极显著降低。MDA的含量也随着盐浓度的升高而逐渐变大，与对照组相比，试验组的MDA含量均极显著升高，表明在盐胁迫下植株就胁迫产生了应答，高盐环境直接使得植物细胞膜受到损害，影响植物生长。

3 讨论

植物种子在萌发时，逆境胁迫将影响植物种子的萌发率、发芽势、发芽指数、成苗率、幼苗质量、生物量积累等指标，影响植株的生理和形态建成[2-4]。杨凤军等研究发现， 植物的基因型不同，其耐盐性也有较大的差异[6]。因此，植物种子能够在盐碱环境中萌发，并长出幼苗是植物在盐碱条件下生长发育的前提，也是筛选耐盐植物的常用方法之一[15-16]。

表5 不同浓度盐胁迫对不同基因型波斯菊幼苗SOD活性和MDA含量的影响

应。参透效应指盐分降低了溶液渗透势使种子吸水下降，从而影响种子发芽；毒性效应指盐离子对细胞质膜产生毒害，干扰代谢从而影响种子萌发[6]。本试验结果，低剂量盐浓度可以刺激粉色波斯菊的种子萌发，提高发芽势，促进幼苗植株的形态建成，盐浓度高于100 mmol/L时，种子萌发则受到明显抑制，与相关研究结果[15，17]相一致。低盐浓度环境可以调整细胞膜的渗透，刺激细胞中的呼吸酶，促进种子萌发；但高盐浓度则造成细胞内外渗透压差值较大，影响自由水在细胞膜内外之间的交换，且离子浓度过高，容易形成盐害，导致种子萌发受到影响[18]。白色波斯菊对盐胁迫极为敏感。试验结果表明，与对照比较，盐胁迫导致白色波斯菊种子萌发率下降，发芽势低，成苗率低，幼苗质量差，生物量积累减少。这可能是盐胁迫导致白色波斯菊细胞膜结构受到破坏，引起α-淀粉酶活性降低，影响种子的萌发与生长[2]。

对不同基因型的波斯菊进行比较，在相同盐浓度胁迫下，粉色波斯菊的种子萌发率、发芽势、发芽指数、幼苗鲜质量、耐盐半数抑制浓度(临界值)等指标均大于白色波斯菊，而且SOD活性较高，MDA含量较低，盐害影响的程度小，表明粉色波斯菊的耐盐性极强，可广泛用于盐碱化程度较高区域的绿花和修复。这可能与二者的千粒质量有一定的关系。千粒质量是种子活力的重要指标之一，千粒质量越大，其内部贮藏的营养物质越多，发芽所需的时间较短，发芽率高[19]。但也有研究表明，同一个属的植物，其千粒质量越小，萌发率越高[20]。这是因为小粒种子的幼苗植株抵抗力弱，容易遇到外界逆境的影响，高萌发率的繁殖机制有利于物种的延续。2种基因型波斯菊对盐胁迫的响应程度不同，可能与其遗传背景不同有关，相关机制还有待进一步研究阐明。

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