紫罗兰种子萌发及幼苗生长对盐胁迫的响应

2019-08-10和建云杨秀云赵杏锁孙海博司家屹

江苏农业科学 2019年3期

和建云　杨秀云　赵杏锁　孙海博　司家屹

摘要：通过研究不同类别和浓度的盐胁迫对紫罗兰种子萌发和幼苗生长状况的影响，為紫罗兰在盐渍地区种植推广提供理论依据。采用浓度为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的NaCl、Na2SO4、MgCl2、复合盐（NaCl ∶ Na2SO4=2 ∶ 1）溶液及蒸馏水（CK）对紫罗兰种子进行处理，测定不同盐胁迫下紫罗兰种子萌发及幼苗生长指标。结果表明，（1）浓度为0.3%的Na2SO4及浓度为0.3%、0.6%的NaCl、MgCl2胁迫组、浓度为 1.5% 的4种盐处理组，种子发芽率、发芽势均显著小于CK组（P<0.05）。（2）4种盐浓度为0.90、1.2%和 1.5% 时，处理组种子发芽指数均显著小于CK组（P<0.05）。（3）盐胁迫对胚根生长的影响大于对胚芽和叶片生长的影响。（4）浓度小于等于1.20%的NaCl胁迫组及浓度小于等于0.9%的复合盐胁迫组显著促进了叶片生长，且浓度为0.3% NaCl胁迫对胚芽生长起一定积极作用。紫罗兰种子与幼苗均有一定耐盐潜力，紫罗兰种子对MgCl2胁迫耐受性强，幼苗对NaCl胁迫耐受性强。

关键词：盐胁迫;紫罗兰;种子萌发;幼苗生长

中图分类号： S681.204 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）03-0114-04

土壤盐渍化是一个全球问题，据统计，全球约20%的耕地和近半数的灌溉土地都受到不同程度的盐害威胁[1]。在我国有2.001×107 hm2盐荒地和6.670×106 hm2盐渍化耕地，约占可耕地面积的25%[2]。在土地资源日益匮乏的今天，全面了解植物的耐盐机理，挖掘出更多适于盐渍化土壤栽种的植物，对盐渍化土壤改良、开发和利用具有重要意义。

紫罗兰[Matthiola incana （L.） R. Br.]属于十字花科紫罗兰属，2年生或多年生草本。园艺品种多、花色丰富、花朵繁茂、香气浓郁，在欧洲、日本等地应用较广[3]。紫罗兰生长对土壤有一定要求，在盐碱地区有一定生长基础，是盐碱地区有待开发的园林植物。目前对紫罗兰的研究多限于栽培管理、观赏特性及提取物分析[4-6]，对于种子耐盐性的研究还未见报道。本试验研究不同浓度梯度（0.3%、0.6%、0.9%、12%、1.5%）的NaCl、Na2SO4、MgCl2 3种单盐及复合盐溶液（NaCl ∶ Na2SO4=2 ∶ 1）溶液对紫罗兰种子萌发及幼苗生长的影响，以期为紫罗兰在盐碱地区作为园林植物的开发提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择饱满、健康的紫罗兰种子为材料。

1.2 试验方法

试验于2018年4月在山西农业大学林学院实验室进行。试验采用不同浓度梯度（0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%）的NaCl、Na2SO4、MgCl2 3种单盐溶液及复合盐（NaCl ∶ Na2SO4=2 ∶ 1）溶液共20种盐溶液对种子进行胁迫处理（表1），另设蒸馏水作对照处理（CK组），每个处理重复3次。选取健康饱满，形态均匀的紫罗兰种子3 150粒，经01%的KMnO4溶液消毒处理10 min后用蒸馏水冲洗干净，采用滤纸法将种子整齐置于铺有双层滤纸的直径为12 cm的培养皿中，每皿50粒种子，加入相应处理液6 mL后贴好标签，置于恒温光照培养箱（25±1 ℃）中培养，光照12 h，黑暗 12 h，每隔24 h观察记录种子发芽情况，统计发芽数，更换滤纸，补充溶液。新生芽的胚芽长度大于或等于种子直径的1/2时视为发芽[7]，3个重复中任一组种子开始萌发即记为该处理的种子开始萌发，种子连续4 d萌发数不再增加时记为该处理的种子萌发结束[8]。试验期设定为15 d。

种子萌发指标测定：待萌发结束后，从对照组、处理组的每个培养皿中随机取出20粒种子平铺于A4纸上，拍照记录，并将图片导入软件中，测定紫罗兰幼苗的叶面积、胚芽长与胚根长。

发芽率（GR）、发芽势（GP）、盐害指数（SII）、发芽指数（GI）等指标计算公式如下：

GR=n/N×100%;

GP=（规定天数内种子发芽数/N）×100%，发芽第7天测定种子发芽数;

SII=（Cn-n）/Cn×100%;

GI=∑Gt/Dt。

式中：Cn为对照种子发芽数;n为胁迫处理发芽种子数;N为固定值50;Gt为不同天数发芽数;Dt为相应发芽天数。

1.3 数据分析

采用Auto-CAD 2014软件对种子生长情况数据进行采集，采用SPSS 17.0软件对数据进行方差分析，采用Excel 2010软件对本试验数据进行录入及图表制作。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对种子萌发的影响

由表2可知，不同盐溶液及同种盐溶液不同浓度梯度对紫罗兰种子发芽率的影响不同。Na2SO4胁迫下，仅浓度为06%处理的种子发芽率与CK组无显著性差异（P>0.05）。浓度为 1.2%、1.5% Na2SO4处理下，发芽率显著低于CK组（P<0.05）;当浓度为0.3%、0.9%时，发芽率显著大于CK组（P<0.05）。NaCl在浓度为0.3%、0.6%时，处理组的发芽率显著大于CK组（P<0.05），浓度为1.5%时，处理组的发芽率显著低于对照组，浓度为0.9%、1.2%时，处理组的发芽率与CK组无显著差异（P>0.05）。同样，MgCl2在浓度为0.3%、0.6%时，处理组显著大于CK组（P<0.05），浓度为1.5%时，处理组的发芽率显著低于对照组，浓度为0.9%、12%时，处理组的发芽率与CK组无显著差异（P>0.05）。复合盐为1.2%及以上浓度时，处理组的发芽率显著低于CK组（P<0.05），其余处理组与CK组无显著差异（P>0.05）。

发芽势和发芽指数是反映种子萌发速度的主要指标，与种子发芽率相比，它们更能够表现出种子的活力[9-10]。本试验结果（表2）显示，各盐胁迫下，随着胁迫浓度增加，处理组种子的发芽势较CK组总体上呈先上升后下降的趋势，且胁迫浓度为1.5%时，各处理组种子发芽势均降到最低。Na2SO4盐胁迫下，仅浓度为0.6%处理组种子发芽势与CK组无显著性差异（P>0.05），胁迫浓度为1.2%、1.5%时，处理组发芽势显著低于CK组（P<0.05），胁迫浓度为0.3%、0.9%时，处理组发芽势显著高于CK组（P<0.05）。浓度为0.3%、0.6%的NaCl盐溶液处理组发芽势显著大于CK组（P<0.05），浓度为1.2%、1.5%的处理组显著小于CK组（P<0.05）。浓度为0.3%、0.6%的MgCl2胁迫下的发芽势显著大于CK组（P<0.05），浓度为1.50%的处理组显著低于CK组（P<0.05）。浓度为0.9%、1.2%和1.5%的复合盐处理组种子发芽势显著低于CK组（P<0.05）。

不同种类盐溶液及同种盐溶液不同胁迫浓度对种子发芽指数影响不同。4种盐溶液在0.9%、1.2%和1.5%的浓度处理下，种子发芽指数均显著小于CK组（P<0.05）。当浓度为0.6%时，Na2SO4、复合盐溶液处理种子发芽指数显著小于CK组（P<0.05）。

2.2 盐胁迫对盐害指数的影响

盐溶液种类及同种盐溶液不同浓度梯度对紫罗兰种子萌发盐害指数的影响不同（表3）。浓度为0.6%的Na2SO4处理组盐害指数与CK组差异不显著（P>0.05），浓度为 0.3%、0.9%的处理组显著小于CK组（P<0.05），浓度为12%、1.5%的处理组显著大于CK组（P<0.05）。浓度为0.9%及以下浓度的NaCl处理组，盐害指数均低于CK组，浓度为1.5%的处理组显著高于CK组（P<0.05）。MgCl2胁迫下，浓度为1.5%的处理组盐害指数最大，且显著高于CK组（P<0.05），浓度为0.3%和0.6%的处理组最小，显著低于CK组（P<0.05）。浓度为1.2%、1.5%的复合盐处理组，盐害指数显著高于CK组（P<0.05）。

2.3 盐胁迫对幼苗生长的影响

各盐胁迫下，胚根长度均显著低于CK组（P<0.05），且随盐浓度的升高胚根长呈降低的趋势（表4）。在浓度为 0.3% 的4种盐胁迫中，MgCl2处理的胚根长最短，是CK组的1810%。浓度为1.5%的复合盐处理组，胚根长度最短，显著低于CK组（P<0.05）。

Na2SO4、NaCl和復合盐胁迫下，胚芽长度随盐浓度的升高均呈整体降低趋势。各浓度Na2SO4溶液处理组胚芽长均显著低于对照组（P<0.05）。浓度为0.3%的NaCl处理组胚芽长显著高于CK组（P<0.05），浓度为1.2%、1.5%的处理组显著低于CK组（P<0.05），分别是CK组的56.49%、2850%。浓度为0.6%、0.9%、1.2%和1.5%的MgCl2处理组，胚芽长均显著低于CK组（P<0.05）。浓度为0.9%、1.2%和1.5%的复合盐处理组胚芽长显著低于CK组（P<0.05）。

不同种类盐溶液及同种盐溶液不同浓度梯度对紫罗兰幼苗叶片生长的影响不同。各浓度Na2SO4胁迫对紫罗兰叶面积影响均不显著（P>0.05）。NaCl胁迫下，仅浓度为 1.5% 的处理组与CK组无显著性差异，其余处理组均显著高于CK组（P<0.05）。浓度为1.2%、1.5%的MgCl2处理组，叶片面积分别是CK组的75.29%、77.93%，显著低于CK组（P<005）。0.3%、0.6%和0.9%复合盐处理的幼苗叶片面积显著高于CK组（P<0.05）。

3 讨论

3.1 盐胁迫对种子萌发影响的讨论

从种子萌发到幼苗定植是植物生活周期中极其脆弱而又非常关键的阶段，是植物适应环境变化、保持自身繁衍的重要时期[11]，也是植物生活史中最敏感的时期，极易受外界环境因子的影响[12]，该阶段对种子耐盐性的研究是植物耐盐性早期鉴定、选择的基础。众多研究表明，盐胁迫对植物种子萌发的抑制程度常与盐浓度、盐类型、胁迫时间、pH值及种子自身耐受能力等因素相关[13-16]。盐胁迫对种子萌发的伤害作用主要归结为渗透效应和离子效应[17]。本试验中，浓度为 0.3% 的NaCl、Na2SO4及MgCl2处理组发芽率显著大于CK组（P<0.05），盐害指数显著低于CK组（P<0.05），低浓度（0.3%、0.6%）NaCl、MgCl2处理的发芽势显著大于CK组（P<0.05），这与大部分研究结果[18-21]一致，表现为低浓度盐溶液对种子萌发有促进作用，可能是由于低浓度的盐处理激活了植物体内某些酶活性并刺激了其营养生长[20]，细胞中离子转运蛋白和各种离子通道蛋白可以参与细胞离子稳态重建，提高植物的生存能力[21]。浓度为0.3%、0.6%、0.9% 的复合盐溶液处理组的发芽率与CK组无显著性差异（P>005），反映了紫罗兰种子萌发对盐胁迫反应的敏感性。浓度为1.2%的MgCl2溶液对种子无盐害作用，这可能是由于紫罗兰种子对Mg2+对耐受性强，与高战武等的研究结果[22]一致。相对于CK组，浓度为1.5%的NaCl、Na2SO4、MgCl2溶液处理组发芽率、发芽势显著降低（P<0.05），抑制了种子萌发。浓度为0.9%、1.2%、1.5%的4种盐溶液处理下，种子发芽指数均显著小于CK组（P<0.05），其中在浓度为1.5%的4种盐溶液胁迫下，紫罗兰种子的盐害指数均显著大于CK组，这与大部分研究结果[23-27]一致。可能因为较高浓度的盐溶液已对种子造成渗透胁迫，引起细胞质壁分离，抑制了种子的吸涨作用[24]，或是高浓度盐离子的毒害作用，抑制了酶系统活性，进而影响胞内的新陈代谢，最终导致各项萌发指标下降[24-25]。

3.2 胚芽长、胚根长及叶面积对盐胁迫的响应

本试验中盐胁迫对胚根生长产生的影响大于对胚芽和葉片生长的影响。不同浓度、不同种类盐胁迫均对胚根生长产生显著抑制作用，这可能是因为胚根直接接触盐溶液，且胚根比胚芽和叶片对盐胁迫更敏感[28]。吴成龙等认为，由根部吸收的大量离子在运输过程中被区域化在茎部，从而向代谢活性较高的叶片运输量相对较少，使其耐盐能力较强[29]。浓度为0.9%的Na2SO4、MgCl2及复合盐溶液显著抑制胚芽生长，表现为高浓度盐胁迫抑制胚芽生长，而该浓度NaCl胁迫对胚芽生长无显著影响。盐溶液浓度为0.6%时，Na2SO4、MgCl2胁迫组胚芽长显著低于CK组，而其他2种盐胁迫无显著影响，究其原因，可能是由于相同浓度NaCl溶液比Na2SO4和复合盐溶液中的Na+含量低，离子效应不显著，也表明不同离子盐可能有不同的离子毒害作用，SO42-比Cl-对胚芽生长的抑制作用强[22]，或是Na+对胚芽的毒害作用比Mg2+小，其原因有待进一步探究。在浓度为0.3%、0.6%和0.9%盐溶液处理下，NaCl、复合盐溶液促进了叶片生长，与孙海博等研究结果[30]一致，在一定浓度下NaCl和复合盐溶液对叶片生长有促进作用。高浓度下仅MgCl2盐溶液抑制叶片生长。这可能是由于Mg2+对叶片的毒害作用明显。

4 结论

4种盐溶液在胁迫浓度为0.3%时对紫罗兰种子萌发均有促进作用。浓度为1.5%的MgCl2溶液处理组，紫罗兰种子发芽率、发芽势均大于等于 60.00%，说明其对MgCl2胁迫耐受性强。因幼苗器官不同，对盐种类及盐浓度的响应不同。浓度在0.3%～1.2%的NaCl胁迫组及0.3%～0.9%的复合盐胁迫组显著促进了叶片生长，且浓度为0.3%的NaCl显著促进了胚芽的生长，说明紫罗兰幼苗对NaCl复合盐耐受性强。所有处理下，胚根生长均受到了抑制，但试验中幼苗可以进行正常的生长发育，表现出一定的耐盐能力。综上所述，紫罗兰种子及幼苗在盐胁迫中，均对一定浓度范围内的盐胁迫表现出积极的响应，这对紫罗兰在干旱半干旱盐碱地区的育种及园林应用有现实的指导意义。

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