陈金元，陈学林，满吉琳，郭楠楠

(西北师范大学 生命科学学院，甘肃 兰州 730070)



混合盐碱胁迫对红砂种子萌发的影响

陈金元，陈学林，满吉琳，郭楠楠

(西北师范大学 生命科学学院，甘肃 兰州 730070)

[摘要]【目的】 研究红砂种子在混合盐碱胁迫下的萌发行为。【方法】 将2种中性盐(NaCl、Na2SO4)和2种碱性盐(NaHCO3、Na2CO3)按不同的物质的量比配制成pH分别为6.26，8.45，9.09，9.93和10.73的混合盐溶液，在每个pH下又设置盐浓度分别为50，100，200，300和400 mmol/L，以蒸馏水处理为对照(pH=7.08)，比较不同盐碱胁迫处理下红砂种子的萌发情况及幼苗生长状况。【结果】 (1)红砂种子在蒸馏水和低盐浓度(50，100，200 mmol/L)下萌发迅速而集中，在高盐浓度(300和400 mmol/L)下萌发迟缓；在蒸馏水和50 mmol/L盐溶液中，红砂种子均在第4天开始萌发，随着盐浓度增大红砂种子开始萌发的时间逐渐延迟。(2)红砂种子在蒸馏水中初始萌发率最高(92%)；在pH为6.26～10.73时，50，100，200 mmol/L盐碱胁迫对红砂种子萌发的抑制作用较弱，初始萌发率与对照差异不显著；与对照相比，300，400 mmol/L盐碱胁迫显著抑制红砂种子萌发。(3)盐浓度是影响红砂种子萌发的主要因素，pH值对红砂种子萌发的影响次之。(4)红砂种子在400 mmol/L盐碱条件下可长时间(40 d)保持萌发潜力，一旦抑制条件解除，短时间内(1～2 d)即可恢复萌发。(5)红砂种子在蒸馏水中萌发形成的幼苗初生根长和胚轴长显著高于混合盐碱胁迫组；同一pH值下随着盐浓度逐渐增大或同一盐浓度下随着pH值逐渐增大，红砂幼苗初生根和胚轴受抑制程度均逐渐增大。【结论】 混合盐碱胁迫对红砂种子的萌发和幼苗生长均有明显的抑制作用。

[关键词]红砂；混合盐碱胁迫；种子萌发

红砂(Reaumuriasongarica(Pall.) Maxim.)为柽柳科(Tamaricaceae)红砂属超旱生小灌木[1]，广泛分布于我国青海、新疆、甘肃、内蒙古、宁夏以及原苏联、蒙古，为荒漠和草原区域的重要建群种，是荒漠区羊和骆驼采食的主要小灌木，也是沙苁蓉(CistanchesinensisG.Beck)、兰州肉苁蓉(CistanchelanzhouensisZ.Y.Zhang)、盐生肉苁蓉(Cistanchesalsa(C.A.Mey.) G.Beck)的寄主植物[2]。红砂主要生长于荒漠地区的山前冲积、洪积平原上和戈壁侵蚀面上，土壤都有不同程度的盐渍化[3]。红砂为典型的泌盐植物，能将体内多余的盐分通过茎、叶表面密布的盐腺排出来。红砂一般以种子、根基劈裂和不定根3种方式进行繁殖[4]。在自然选择压力下，种子繁殖对物种的延续尤为重要[5]。

自然界中盐土和碱土通常同时存在。我国盐碱地分布广泛，主要在东北、华北、华东及西北地区[6]。盐碱地伤害植物组织，特别是根系，过多盐积累会导致植物代谢混乱，引起植物生理干旱，进而影响植物的营养状况[7]。以往国内外对红砂种子胁迫的研究主要是其对单盐胁迫及干旱胁迫的响应，结果表明单盐胁迫会降低红砂种子的萌发率，抑制胚根和胚轴生长[8-9]；王芳等[10]得出碱性盐对红砂种子萌发的抑制程度比中性盐大；也有研究认为，适度干旱有助于提高红砂种子的萌发率和活力，促进幼苗干物质量的积累[8，11]。有关混合盐碱胁迫对红砂种子萌发的影响尚未见报道。因此，本试验研究了红砂种子在不同pH的混合盐碱胁迫条件下的萌发行为，并与单盐胁迫下红砂种子的萌发行为进行比较，以期为盐碱地改良和盐碱地植被恢复提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

红砂种子于2015年3月采自兰州北山(N 36° 07′，E 103° 43′)，为2014年成熟的种子，千粒质量为(1.49±0.07) g。试验所用NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3均为分析纯。

1.2试验设计

分别将不同质量的NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3加入蒸馏水中并定容，测定各溶液的pH值(如表1)。各溶液按pH由小到大的顺序依次用A、B、C、D和E标记，在每个pH下再设定盐浓度依次为50，100，200，300和400 mmol/L的处理，以蒸馏水处理作为对照(CK)。

表 1　红砂种子盐碱胁迫试验下各处理组盐分组成的物质的量比与pH值

1.3试验方法

选整齐、饱满的种子用质量分数0.5% KMnO4消毒10 min后，蒸馏水冲洗5次，无菌滤纸吸去水分，均匀摆入直径9 cm的培养皿发芽床，恒温(25 ℃)、黑暗条件下发芽；分别在培养皿中加入5 mL蒸馏水或相应的盐碱溶液，每处理设置3个重复，每重复50粒种子。试验过程中每天更换1次相应溶液，以确保溶液浓度的一致性。以种子露白为萌发的标志，每24 h统计1次萌发数，连续培养40 d。开始萌发后第8天分别测量幼苗胚轴与初生根长度。对于40 d后仍未萌发的种子用蒸馏水冲洗5次，然后在相同条件下用蒸馏水进行培养，每24 h统计1次萌发数，持续培养10 d。恢复萌发后第8天分别测量恢复生长形成的幼苗胚轴与初生根长度，萌发结束后计算萌发势、萌发率、根冠比，各指标计算公式如下：

初始萌发率=b/a；恢复萌发率=c/(a-b)；

累积萌发率=(b+c)/a；萌发势=d/a；

根冠比=初生根长/胚轴长。

式中：a为供试种子总数，b为混合盐碱胁迫条件下萌发的种子总数，c为恢复萌发条件下萌发的种子总数，d为每天萌发的种子数。

1.4数据处理

萌发率数据采用“平均值±标准差”表示，用Excel 2007和SPSS Statistics 17.0进行数据分析，Origin Pro 8.5绘图。用Duncan’s多重比较确定各处理间的差异显著性水平。

2结果与分析

2.1混合盐碱胁迫对红砂种子萌发率的影响

表2为混合盐碱胁迫对红砂种子初始萌发率、恢复萌发率及累积萌发率的影响。由表2可知，红砂种子在蒸馏水(CK)中初始萌发率较高；同一pH值下，50，100，200 mmol/L盐浓度下初始萌发率与对照组差异不显著，300和400 mmol/L时则显著低于对照组。盐浓度为50，100，200 mmol/L时，不同pH组的初始萌发率均达到80%以上，300 mmol/L时在39.33%～58%，400 mmol/L时在10%以下。

表 2　混合盐碱胁迫对红砂种子萌发率的影响

注：同列数据后标不同小写字母表示同一pH不同盐浓度之间差异显著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters indicate significant difference at each pH value (P<0.05).

在pH为6.26，8.45和9.09时，400 mmol/L盐浓度下恢复萌发率显著大于300 mmol/L处理；pH为9.93时，400 mmol/L盐浓度处理的恢复萌发率大于300 mmol/L处理，但差异不显著；pH为10.73时，400 mmol/L盐浓度处理的恢复萌发率小于300 mmol/L处理，差异也不显著。300 mmol/L盐浓度下，pH为8.45时种子恢复萌发率显著高于其他4个pH组，且这4组之间差异不显著；400 mmol/L盐浓度下，恢复萌发率随pH增大而下降，其中pH=6.26与pH=8.45、pH=9.09与pH=9.93 这2组间差异均不显著。

在相同pH条件下，50，100，200 mmol/L 盐浓度处理的累积萌发率均与对照组无显著差异；在盐浓度为300 mmol/L时，各pH组间累积萌发率无显著差异，均在57%～74%；盐浓度为400 mmol/L时，随pH值的增大累积萌发率逐渐减小，其中pH=6.26与pH=8.45间无显著差异，pH=9.09、pH=9.93和pH=10.73 三组之间也无显著差异，但pH=6.26和pH=8.45组的累积萌发率显著大于另外3组。

2.2混合盐碱胁迫对红砂种子萌发势的影响

混合盐碱胁迫对红砂种子萌发势的影响见图1。

图 1　混合盐碱胁迫对红砂种子萌发势的影响

2.3盐浓度、pH值及其交互作用对红砂种子萌发率的影响

盐浓度、pH值及其交互作用对红砂种子萌发率的影响见表3。由表3可以看出，红砂种子的初始萌发率受到pH值(F=2.907，P<0.05)的显著影响，受到盐浓度(F=338.198，P<0.01)的极显著影响，但二者的交互作用对红砂种子初始萌发率的影响不显著。由此得出，盐浓度是影响红砂种子萌发的主要因素，pH值对红砂种子萌发的影响次之。

表 3　盐浓度、pH值及其交互作用

注：**表示差异极显著(P<0.01)；*表示差异显著(P<0.05)。

Note：** means highly significant difference(P<0.01)；* means significant difference(P<0.05).

2.4混合盐碱胁迫对红砂幼苗初生根长、胚轴长及根冠比的影响

图2显示，各混合盐碱胁迫处理下，红砂幼苗的初生根长和胚轴长均小于对照组(分别为(3.16±0.26) cm和(1.55±0.15) cm)；同一pH下，随着盐浓度的增大或同一盐浓度下随着pH值的增大，初生根长均逐渐减小；300和400 mmol/L盐浓度下种子露白后均停止生长。同一pH下随盐浓度增大，胚轴长逐渐减小；50 mmol/L盐浓度下，pH=8.45时胚轴长最长，其他4组随pH的增大胚轴长逐渐减小；100 mmol/L盐浓度下，胚轴长也随pH的增大逐渐减小；200 mmol/L时各组之间差别不大。

图 2　混合盐碱胁迫对红砂幼苗初生根长、胚轴长及根冠比的影响

各混合盐碱胁迫处理下，红砂幼苗的根冠比均小于对照组(2.36±0.35)；盐浓度为50 mmol/L时，随着pH值的增大根冠比逐渐减小；盐浓度为100 mmol/L时，根冠比先减小后逐渐增大至1.0；盐浓度为200 mmol/L时，根冠比变化不明显，均为1.0左右。

图3为解除胁迫(恢复萌发)后红砂种子萌发形成的幼苗的初生根长、胚轴长及根冠比。由图3可知，恢复萌发形成的幼苗初生根长和胚轴长均小于对照组(分别为(3.16±0.26) cm和(1.55±0.15) cm)；在pH为6.26，8.45和9.09时，400 mmol/L盐浓度下初生根长和胚轴长均大于300 mmol/L；pH为9.93和10.73时，二者初生根长和胚轴长差别不大。盐浓度为300 mmol/L时，各pH条件下初生根长和胚轴长均接近0；盐浓度为400 mmol/L时，pH为8.45条件下初生根长和胚轴长最大，然后依次是pH为6.26，9.09，9.93和10.73。

各混合盐碱胁迫处理下红砂种子恢复萌发形成的幼苗根冠比均小于对照组(2.36±0.35)；相同的盐浓度下，随pH值的增大，根冠比先减小后增大至1.0。

图 3　解除胁迫(恢复萌发)对红砂幼苗初生根长、胚轴长及根冠比的影响

3讨论

土壤盐碱度影响渗透压，高浓度的可溶性盐往往会抑制种子发芽和出苗。红砂种子在蒸馏水对照中萌发最好，低盐碱胁迫条件(50,100,200 mmol/L)下种子萌发率与对照组无显著性差异，但对红砂种子幼苗初生根长、胚轴长均产生了抑制。这与前人对盐穗木和盐爪爪研究得出的低浓度盐溶液可明显促进种子萌发的结论[12]不一致，可能是因为盐穗木与盐爪爪为盐生植物，低浓度盐胁迫对其具有促进作用，而红砂不是盐生植物，因而低浓度盐胁迫对其种子萌发没有促进作用。在400 mmol/L盐浓度下，pH=6.26和8.45时，红砂种子能保持较高的萌发潜力，但pH=9.93或10.73时，种子恢复萌发率很低，这可能是因为种子受到的伤害超过了自身的耐盐碱范围，因而导致了不可逆的损伤。植物种子萌发对干旱荒漠区环境具有2种适应机制：需要外界较高水分供应，萌发迅速而集中；不需要外界较高水分的供应，萌发持续而分散[13]。红砂种子在蒸馏水中萌发集中而迅速，在高浓度盐溶液中萌发持续很长时间。这表明红砂种子可能具有这2种适应机制：在外界水分含量较高时迅速萌发、生长，实现成功定居；而在外界水分含量较低时萌发持续而分散，防止“闪苗”现象的发生。

盐碱环境对种子造成的主要伤害有渗透胁迫和离子毒害。盐浓度和pH值2个影响因素中，盐浓度是影响红砂种子萌发的主要因素。在pH=6.26和8.45时，400 mmol/L盐浓度下红砂种子可以长时间(40 d)保持萌发潜力。因此对红砂种子来说，在pH=6.26和8.45时，渗透胁迫是主要的抑制因素。原因可能是红砂种子进入了由渗透胁迫引起的休眠状态，在一定程度上避免了高盐的毒害甚至致死作用[14-15]。在pH=9.93和10.73时，400 mmol/L盐浓度条件下红砂种子的恢复萌发率很小，说明红砂种子可能受到了渗透胁迫和离子毒害的不可逆伤害。

红砂种子萌发形成的幼苗在混合盐碱胁迫下初生根长和胚轴长均小于对照组，抑制程度随盐碱浓度的增加而增大；各pH条件下，随着盐浓度的增大，根冠比均逐渐减小，说明混合盐碱胁迫抑制了红砂种子的生长和发育，导致红砂对根发育的营养投入减少，或者说根的生长受到了抑制。

4结论

蒸馏水最适宜红砂种子萌发，初生根、胚轴生长最好；红砂种子在400 mmol/L混合盐碱胁迫下可长时间(40 d)保持萌发潜力；在pH为6.26～10.73时，50，100，200 mmol/L混合盐碱胁迫对红砂种子萌发的抑制作用较弱，而300和400 mmol/L混合盐碱胁迫显著抑制了红砂种子萌发；同一盐浓度下随着pH值逐渐增大或同一pH值下随着盐浓度逐渐增大，红砂幼苗初生根和胚轴生长受抑制程度也逐渐增大。

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Effects of mixed saline-alkali stress on germination ofReaumuriasongaricaseeds

CHEN Jin-yuan,CHEN Xue-lin,MAN Ji-lin,GUO Nan-nan

(CollegeofLifeScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

Abstract：【Objective】 This paper studied the germination behavior of Reaumuria songarica seeds under mixed saline-alkali stresses.【Method】 Different combinations of two neutral salts (NaCl and Na2SO4 ) and two alkaline salts (NaHCO3 and Na2CO3) were used to simulate the saline-alkali mixed solutions with pH values of 6.26,8.45,9.09,9.93 and 10.73,respectively.Under each pH,salt concentrations of 50,100,200,300 and 400 mmol/L were set and distilled water treatment was used as control (pH=7.08).The germination of R.songarica seeds and seedling growth under different saline-alkali mixed stresses were compared.【Result】 (1) R.songarica seeds germinated quickly and concentrated in distilled water and salt solutions with low concentrations(50,100,and 200 mmol/L),but they germinated lately and sporadicly under high concentrations(300 and 400 mmol/L).R.songarica seeds started to germinate on the fourth day in distilled water and salt solutions with low concentration of 50 mmol/L.As the salt concentration increased gradually,the start time delayed gradually.(2) The initial germinate rate of R.songarica seeds was the highest in distilled water(92%).In pH of 6.26-10.73 low concentrations of saline-alkali stress (50,100,and 200 mmol/L) had little inhibition on seed germination and the seed initial germinate rate was close to control group.High saline-alkali stresses (300 and 400 mmol/L) had significantly suppression on initial seed germination rate.(3) Salt concentration was major factor influencing R.songarica seeds germination followed by pH.(4) R.songarica seeds could keep germinate potential for long time (40 d) in saline-alkali solution (400 mmol/L).Once the inhibition condition disappears,it could quickly start germinate in a short period of time (1-2 d).(5) The length of seedling root and shoot axis in distilled water were significantly higher than those in salt solutions.As the salt concentration increased gradually,the inhibition level increased gradually at each pH value;As the pH value increased,the inhibition degree also increased gradually at each salt concentration.【Conclusion】 Seed germination rate and seedlings growth of R.songarica were inhibited by saline-alkali mixed stress.

Key words：Reaumuria songarica;saline-alkali mixed stress;seed germination

DOI：网络出版时间:2016-04-0709:0010.13207/j.cnki.jnwafu.2016.05.015

[收稿日期]2015-09-25

[基金项目]国家中医药管理局中医药公共卫生专项(财社[2011]76号)；国家中医药管理局中医药行业科研专项(201207002)

[作者简介]陈金元(1990-)，男，甘肃永登人，在读硕士，主要从事系统与进化植物学研究。E-mail:18993176162@189.cn[通信作者]陈学林(1963-)，男，甘肃永登人，教授，博士，硕士生导师，主要从事系统与进化植物学和种子生态学研究。E-mail:chenxuelin63@163.com

[中图分类号]S793.905；Q945.78

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)05-0113-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160407.0900.030.html