師 東，張愛勤

(新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

大葉補血草(Limoniumgmelinii)和耳葉補血草(L.otolepis)是白花丹科(藍雪科)補血草屬的多年生草本植物，分布于沙漠、戈壁、灘地、湖盆、鹽化草甸等鹽堿化生境。既是觀賞植物，人們喜愛的一種重要切花，也是鹽堿地指示性植物，對惡劣環(huán)境具有極強的適應(yīng)性，可以改良土壤，是鹽堿地區(qū)的優(yōu)良植被[1]，具有非常重要的生態(tài)價值。然而，連續(xù)幾年的觀察發(fā)現(xiàn),這兩種補血草實生苗的補充非常緩慢。種子休眠及萌發(fā)特性對實生苗的補充具有重要影響。而目前對這兩種補血草種子萌發(fā)的研究和報道較少[2]。我國北方鹽堿地多屬既含有中性鹽又含有堿性鹽的復(fù)合鹽堿地,鹽化與堿化往往相伴發(fā)生,堿性鹽不僅具有中性鹽的脅迫作用,還具有高pH值及明顯降低礦質(zhì)元素可利用性等特殊性能,因而較NaCl等中性鹽具有更大的生態(tài)破壞力[3-4]。所以,鹽堿混合脅迫下的種子萌發(fā)試驗更能反映植物種子的實際萌發(fā)狀況。本研究以分布在新疆呼圖壁境內(nèi)的大葉補血草和耳葉補血草為研究材料，用不同濃度的中性鹽NaCl、堿性鹽NaHCO3和兩者的混合溶液分別對其進行種子萌發(fā)的脅迫試驗，以探討補血草種子的耐鹽性，并為自然狀態(tài)下補血草實生苗補充狀況的研究提供種子萌發(fā)方面的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1供試材料 大葉補血草和耳葉補血草的種子，于2009年9月采自新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)呼圖壁草地生態(tài)站，地處86°7′ E、44°8′ N，海拔439～454 m，年降水量155.2 mm，蒸發(fā)量2 300 mm，屬于溫帶荒漠氣候。因降水少，蒸發(fā)強烈，地下水位較高(潛水深度在1.7～2.0 m)，故表土普遍積鹽，土壤鹽分在0～20 cm的土層內(nèi)為3.58%[5]，大葉補血草和耳葉補血草為此區(qū)域內(nèi)的主要植物種。

1.2試驗方法 試驗所用鹽溶液為NaCl溶液、NaHCO3溶液和兩者的混合溶液3種，每種處理采用8個濃度梯度，清水作為對照，每個濃度梯度設(shè)4次重復(fù)。將配制好的溶液加入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，直至濾紙飽和；再將補血草凈種子用蒸餾水沖洗4次，吸干水分擺放到培養(yǎng)皿中(每皿100粒)，放在溫度為(25±1)℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天用相應(yīng)濃度鹽溶液沖洗種子及培養(yǎng)皿，更換濾紙以保持培養(yǎng)皿中的鹽溶液濃度穩(wěn)定。

單鹽溶液NaCl的濃度為0、50、80、110、150、180、210、250、300 mmol/L；NaHCO3的濃度為0、30、50、70、90、110、130、150、180 mmol/L?；旌消}(NaCl+NaHCO3)溶液的配置：先配置好各濃度的NaHCO3溶液，然后在各濃度的NaHCO3溶液中補加相應(yīng)量的NaCl，以此獲得NaCl+NaHCO3的混合鹽溶液(表1)。

表1 混合鹽溶液的成分及濃度 mmol/L

1.3統(tǒng)計項目與計算方法 參照牧草種子檢驗規(guī)程(GB/T 2930.4-2001)進行發(fā)芽率及其相關(guān)指標的統(tǒng)計。前10 d每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，之后每3 d統(tǒng)計一次發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽時間為21 d。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果計算發(fā)芽勢(GE)、發(fā)芽率(GP)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、相對鹽害率和萌發(fā)恢復(fù)率。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt。

式中,∑Gt指t時間內(nèi)的發(fā)芽總數(shù)，Dt指發(fā)芽天數(shù)。

式中，X為復(fù)水時間內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)，W為鹽脅迫下的發(fā)芽種子系數(shù)，Z為發(fā)霉壞死的種子數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)處理 用Excel進行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

2 結(jié)果

2.1不同種類和濃度的鹽溶液作用下兩種補血草種子的萌發(fā)率 用不同濃度的中性鹽NaCl溶液、堿性鹽NaHCO3溶液和兩者的混合鹽溶液分別處理大葉補血草種子和耳葉補血草種子，對照為清水處理。結(jié)果顯示：在NaCl溶液濃度分別為50、80、110、150、180、210、250、300 mmol/L時，大葉補血草種子的萌發(fā)率分別為90%、84%、86%、86%、74%、70%、60%、36%；耳葉補血草種子的萌發(fā)率分別為86%、78%、56%、50%、36%、27%、10%、8%、4%；對照清水中大葉補血草和耳葉補血草的萌發(fā)率分別為98%和86%(表2)。大葉補血草種子和耳葉補血草種子的萌發(fā)率都隨著鹽溶液濃度的升高而降低，但變化幅度不同，大葉補血草種子的萌發(fā)率均顯著高于(P<0.05)耳葉補血草種子的萌發(fā)率。

在濃度為30、50、70、90、110、130、150、180 mmol/L的堿性鹽NaHCO3溶液的脅迫下，大葉補血草種子的萌發(fā)率為92%、90%、86%、84%、80%、74%、60%、51%；耳葉補血草種子的萌發(fā)率為83%、75%、72%、66%、64%、54%、35%、29%(表2)。在相同濃度的NaHCO3溶液處理下，大葉補血草種子的萌發(fā)率從50 mmol/L開始顯著高于(P<0.05)耳葉補血草種子的萌發(fā)率，因而大葉補血草種子更具有耐鹽性。NaHCO3溶液在濃度為50、110、150和180 mmol/L時，對兩種補血草種子萌發(fā)的抑制作用與同濃度的NaCl溶液相比無顯著差異(P>0.05)。

在8個濃度的混合鹽溶液中，大葉補血草種子萌發(fā)率分別為67%、52%、45%、42%、37%、29%、26%、18%;耳葉補血草種子的萌發(fā)率為55%、39%、17%、7%、3%、1%、0、0(表3)。隨著混合鹽溶液濃度的升高，大葉補血草種子和耳葉補血草種子的萌發(fā)率都在降低。從整個萌發(fā)過程來看，混合鹽溶液對兩種補血草的抑制作用比單鹽顯著，而且大葉補血草種子表現(xiàn)出較強的耐鹽性。

2.2不同種類和濃度的鹽溶液作用下兩種補血草種子的萌發(fā)動態(tài) 在不同鹽脅迫下，各選擇5個濃度或處理組合觀察兩種補血草種子的萌發(fā)動態(tài)(圖1～3)。不同種類和濃度的鹽溶液對兩種補血草種子萌發(fā)的抑制強度不同，主要表現(xiàn)在種子初始萌發(fā)時間、發(fā)芽高峰期及萌發(fā)率。

在NaCl溶液中(圖1)，當濃度為50、110 mmol/L時，大葉補血草種子和耳葉補血草種子都從第1天開始萌發(fā)，第2天出現(xiàn)發(fā)芽高峰期，與對照一致，但峰值低于對照。當濃度為180、250、300 mmol/L時，兩種補血草的初始萌發(fā)時間均被推遲，其中大葉補血草種子的初始萌發(fā)時間都推遲到第2天，發(fā)芽高峰分別出現(xiàn)在第3、4、4天；耳葉補血草種子的初始萌發(fā)時間分別出現(xiàn)在第2、3、4天，發(fā)芽高峰出現(xiàn)的時間推遲到第3、4、5天。

在不同濃度的NaHCO3溶液的作用下(圖2)，兩種補血草種子在30和70 mmol/L時初始萌發(fā)時間為第1天，發(fā)芽高峰出現(xiàn)在第2天，與對照相同；當溶液濃度為110、150 mmol/L時，兩種補血草種子的初始萌發(fā)時間都推遲到第2天，大葉補血草種子的發(fā)芽高峰出現(xiàn)在第2、3、4天；而耳葉補血草種子的發(fā)芽高峰分別出現(xiàn)在第2、4、5天。當NaHCO3溶液濃度為180 mmol/L時，大葉補血草種子初始萌發(fā)時間推遲到第2天，萌發(fā)高峰出現(xiàn)在第4天，耳葉補血草種子的初始萌發(fā)時間推遲到第3天，萌發(fā)高峰出現(xiàn)在第5天。

表2 單鹽脅迫下種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對鹽害率、恢復(fù)率

表3 混合鹽脅迫下種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、相對鹽害率、恢復(fù)率

圖1 兩種補血草種子在不同NaCl溶液濃度下的萌發(fā)動態(tài)度

圖2 兩種補血草種子在不同NaHCO3溶液濃度下的萌發(fā)動態(tài)

圖3 兩種補血草種子在不同混合鹽溶液濃度下的萌發(fā)動態(tài)

當用混合鹽溶液脅迫兩種補血草種子時，在處理1的作用下只有大葉補血草種子的初始萌發(fā)時間和出現(xiàn)日發(fā)芽高峰的時間與對照相同，而耳葉補血草種子的初始萌發(fā)時間在第2天，發(fā)芽高峰推遲至第4天(圖3)；在處理3、5的作用下，大葉補血草種子的初始萌發(fā)時間推遲到第2天，發(fā)芽高峰都出現(xiàn)在第3天；而耳葉補血草種子的初始萌發(fā)時間推遲到第4 天和第10天之后(第13天)，發(fā)芽高峰都出現(xiàn)在第7天和第10天之后(第13天)。在處理7、8的作用下，大葉補血草種子的初始萌發(fā)時間推遲到第3、4天，發(fā)芽高峰出現(xiàn)在第4、5天；而耳葉補血草種子在整個發(fā)芽期都無種子萌發(fā)(圖3)。

2.3不同種類和濃度的鹽溶液對兩種補血草種子相關(guān)萌發(fā)指標的影響 在3種鹽溶液中，混合鹽溶液對補血草種子發(fā)芽指數(shù)的影響最為明顯，中性鹽NaCl溶液對發(fā)芽指數(shù)的影響作用較小(表2、3)。種子的發(fā)芽指數(shù)是反映種子發(fā)芽強度的指標，體現(xiàn)了種子在受到環(huán)境脅迫時的反應(yīng)。在本研究中，隨著鹽溶液濃度的增加，種子發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢，高濃度處理液對補血草種子的萌發(fā)有較強的抑制作用；大葉補血草種子較耳葉補血草種子表現(xiàn)出較強的抗抑制性。

隨著鹽溶液濃度的增大，相對鹽害率在逐步升高，如在不同濃度的中性鹽NaCl溶液的處理下，大葉補血草種子的相對鹽害率從8%升高到63%；耳葉補血草種子的相對鹽害率從9%上升到95%(表2)。NaCl溶液對耳葉補血草種子造成的鹽害要高于大葉補血草種子。在混合鹽溶液處理下，大葉補血草種子的相對鹽害率從32%升高到82%，耳葉補血草種子的相對鹽害率從36%上升到100%(表3)。混合鹽溶液對兩種補血草種子的鹽害程度最高。

通過復(fù)水試驗，各濃度鹽溶液處理后的新鮮未萌發(fā)的種子基本都能恢復(fù)萌發(fā)，萌發(fā)率在98%以上(表2、3)，顯然鹽脅迫并沒有使補血草種子完全失去萌發(fā)活力，高濃度鹽溶液對補血草種子造成的脅迫也是暫時的，當這種脅迫被解除或者被緩解時，種子基本都可以重新萌發(fā)。

3 討論

鹽生荒漠植物的繁殖方式多為種子繁殖, 種子萌發(fā)行為及在荒漠環(huán)境中能否順利萌發(fā)對荒漠植物的種群維持和種群動態(tài)起著關(guān)鍵作用，是荒漠植物生存并得以延續(xù)的重要影響因素[6]。從本研究結(jié)果看，補血草實生苗的補充緩慢與補血草種子在萌發(fā)過程中受鹽分脅迫密切相關(guān)。在試驗中所設(shè)的混合鹽處理8(300 mmol/L NaCl+180 mmol/L NaHCO3)脅迫下的兩種補血草種子基本不萌發(fā)，而觀測點呼圖壁生態(tài)站的土壤鹽含量約為3.58%[5]，與所設(shè)鹽濃度相當。從對照的發(fā)芽情況看，在沒有鹽脅迫的條件下兩種補血草從第1天開始大量萌發(fā)，3～5 d就可以結(jié)束發(fā)芽，說明兩種補血草種子沒有休眠或后熟現(xiàn)象。自然環(huán)境中鹽分脅迫是種子難以萌發(fā)的重要影響因素。

不同種類和濃度的鹽溶液對種子萌發(fā)的抑制強度不同。從本研究結(jié)果看，在中性鹽NaCl、堿性鹽NaHCO3和混合鹽的脅迫作用下，混合鹽溶液對補血草種子萌發(fā)的抑制作用最大。這是由于混合鹽溶液不僅具有中性鹽的滲透和以Na+為主的毒害等因素的作用，同時具有堿性鹽所造成的高pH值以及與此有關(guān)的環(huán)境條件的變化對植物種子的作用，通常表現(xiàn)出比單鹽更大的脅迫作用[6]。本研究也充分說明了這一點。

鹽分抑制植物種子萌發(fā)的原因因植物種和鹽分類型而異[7-8]。歸納起來有兩個方面[9-13]：一是形成滲透勢以阻止水分吸收所造成的滲透脅迫；二是離子毒害作用。離子毒害引發(fā)的膜損傷、代謝途徑改變、營養(yǎng)缺乏以及有毒物質(zhì)的積累等都可以抑制種子的萌發(fā)[14-17]。從復(fù)水試驗來看：當抑制條件被解除或緩解時，種子還可以繼續(xù)萌發(fā)，且萌發(fā)率與清水對照相當。鹽溶液處理并沒有真正的殺死種子，只是暫時的抑制了補血草種子的萌發(fā)。這表明在補血草種子中，鹽分對種子的原初效應(yīng)是滲透脅迫而不是離子毒害，這一點在濱藜(Atriplexhalimum)等鹽生植物中也有類似的報道[9]。

種子出現(xiàn)是植物界演化至最高階段的標志，種子是種子植物生活史中的一個階段，它比其他任何一個時期都具有更強的抵抗不良環(huán)境的本領(lǐng)。種子具有較為完善的保護結(jié)構(gòu)和內(nèi)在多途徑的特殊代謝功能，這些結(jié)構(gòu)和功能能很好地控制種子的休眠和萌發(fā)，以實現(xiàn)個體的繁育。同一種植物在不同環(huán)境或同一環(huán)境條件下不同植物的種子對環(huán)境條件的反應(yīng)不同，這一方面受自身遺傳特性的影響，如與耐鹽性相關(guān)的基因?qū)Σ煌柠}堿濃度的反應(yīng)不同[18]；另一方面是由于種子在形成或保存過程中受環(huán)境因素的影響，或者是由兩種因素相互作用的結(jié)果。各種植物種子在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上的差異，顯示了其生命活動的基本規(guī)律及其在不同生態(tài)環(huán)境條件下對進化結(jié)果的適應(yīng)[19]。

對兩種補血草種子萌發(fā)后的營養(yǎng)器官結(jié)構(gòu)與耐鹽生理的相關(guān)指標進行比較分析[20]表明，大葉補血草在相對電導(dǎo)率、脯氨酸含量、葉綠素總含量、質(zhì)膜透性等指標上都表現(xiàn)出較耳葉補血草更強的耐鹽性。而在本研究中，相同的鹽脅迫條件下，大葉補血草種子的耐鹽性均高于耳葉補血草種子，說明植物種子的耐鹽性與植物營養(yǎng)器官的耐鹽性具有高度的一致性。

[1]羅廣元，唐志紅.甘肅省補血草屬植物的分布與利用[J].特種經(jīng)濟動植物，2001，4(9)：30.

[2]劉萍，周玲玲，王軍.鹽分和水分脅迫對補血草種子萌發(fā)的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26(4)：167-171.

[3]石德成，盛艷敏，趙可夫.復(fù)雜鹽堿條件對向日葵脅迫作用主導(dǎo)因素的實驗確定[J].作物學(xué)報，2002，28(4)：461-467.

[4]李玉明，石德成，李毅丹，等.混合鹽堿脅迫對高粱幼苗的影響[J].雜糧作物，2002，22(1)：41-45.

[5]馬茂華，孔令韶.新疆呼圖壁種牛場地區(qū)13種優(yōu)勢植物水溶性鹽分含量特點及數(shù)據(jù)分析[J].生態(tài)學(xué)報，1996，16(5)：509-516.

[6]楊春武，賈娜爾·阿汗，石德成，等.復(fù)雜鹽堿條件對星星草種子萌發(fā)的影響[J].草業(yè)學(xué)報，2006，15(5)：45-51.

[7]楊遠昭.新疆三種鹽生植物種子萌發(fā)對主要生態(tài)因子響應(yīng)的研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[8]馮建永，龐民好，張金林，等.復(fù)雜鹽堿對黃頂菊種子萌發(fā)和幼苗生長的影響及機理初探[J].草業(yè)學(xué)報，2010,19(5)：77-86.

[9]Khan A A.種子休眠和萌發(fā)的生理生化[M].王沙生，譯.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1989.

[10]劉彥，丁榮榮，汪峰，等.19個苜蓿品種的耐鹽堿試驗研究[J].草業(yè)科學(xué)，2010，27(5)：62-66 .

[11]何國強，馬宗仁，劉方超，等.4種處理方法對三點金種子萌發(fā)效果的影響[J].草業(yè)科學(xué)，2010，27(5)：91-96.

[12]Pujol J A，Calvo J F，Ramírez-Díaz L.Recovery of germination from different osmotic conditions by four halophytes in Southeastern Spain[J].Annals of Botany,2000,85:279-286.

[13]Tobe K，Li X M，Omasa K.Effects of five different salts on seed germination and seedling growth ofHaloxylonammodendron(Chenopodiaceae)[J].Seed Science Research,2004,14:345-353.

[14]閆先喜，馬小杰.鹽脅迫對大麥種子細胞膜透性的影響[J].植物學(xué)通報，1995，12(1)：53-54.

[15]王果平，康喜亮，陶錦，等.不同鹽濃度對芨芨草種子萌發(fā)過程中幾種生理指標的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24(2)：139-142.

[16]趙可，李法曾.中國鹽生植物[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

[17]曾洪學(xué)，王俊.鹽害生理與植物抗鹽性[J].生物學(xué)通報，2005，9(40)：1-3.

[18]賈庚祥.BHDH基因轉(zhuǎn)化番茄提高耐鹽性的研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院，2002.

[19]邢詒旺，符文英，符懋修，等.海巴戟的種子結(jié)構(gòu)及發(fā)芽試驗[J].海南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，25(2)：156-162.

[20]劉萍.兩種補血草的營養(yǎng)器官結(jié)構(gòu)及耐鹽生理的適應(yīng)性研究[D].石河子：石河子大學(xué),2006.