許凌欣 嚴(yán)俊鑫 鄧雅楠 胡鵬敏 牟元鋆

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

二月蘭(OrychophragmusviolaceusL.)又名諸葛菜，為十字花科諸葛菜屬1年生或2年生草本植物[1]。它返青早，披綠時(shí)期長，對生境條件要求不高，生命力旺盛[2]，適宜在林下、林邊、路邊或草地成片栽植，且能與其他植物混種[3]，自播能力強(qiáng)，毋需過多養(yǎng)護(hù)，是理想的園林地被植物。同時(shí)，二月蘭為高亞油酸低芥酸種質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的油料作物[4-6]。二月蘭的莖葉水解提取物還具有藥用價(jià)值[7-8]。因此，二月蘭具有廣泛的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

土壤鹽堿化是一個(gè)世界性生態(tài)問題。目前，對鹽堿土壤進(jìn)行改良和防治的措施有很多，其中最為經(jīng)濟(jì)有效的措施就是種植耐鹽植物[9-10]。二月蘭有一定的抗鹽堿性，有望成為應(yīng)用于鹽堿地的優(yōu)良植物。研究表明：CaSO4和GA3可以提高經(jīng)濟(jì)作物的抗鹽能力，但CaSO4和GA3是否能提高觀賞植物二月蘭的耐堿能力還未證實(shí)。本試驗(yàn)研究CaSO4和GA3對NaHCO3脅迫下二月蘭種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期提高二月蘭抗鹽堿能力，為二月蘭在鹽堿地的栽培和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

二月蘭(Orychophragmusviolaceus)種子購買于世紀(jì)天緣生物科技有限公司千綠種業(yè)。凈種后種子千粒質(zhì)量為2.87 g,含水量為5.51%。試驗(yàn)于東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院進(jìn)行。

1.2 種子預(yù)處理

選取均勻、飽滿、無病蟲害的二月蘭種子，用75%酒精浸泡消毒3 min，然后用蒸餾水沖洗4次，再用蒸餾水浸泡2 h后用無菌濾紙吸干待用。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

用NaHCO3溶液模擬堿脅迫，參照前期預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)設(shè)置了T1(25 mmol·L-1)、T2(50 mmol·L-1)、T3(75 mmol·L-1)的NaHCO3溶液；CaSO4設(shè)置3、6、9、12、15 g·L-1共5個(gè)質(zhì)量濃度梯度；GA3設(shè)置0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g·L-1共5個(gè)質(zhì)量濃度梯度；以蒸餾水為對照。采用培養(yǎng)皿濾紙發(fā)芽法，將三層濾紙置于Φ=10 cm培養(yǎng)皿中，分別加入上述溶液后，再將處理好的種子均勻置于其中，每皿50粒，每種處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為光照強(qiáng)度1 000 lx,濕度50%，溫度25 ℃，每天14 h光照和10 h黑暗。每24 h用稱質(zhì)量法補(bǔ)充蒸餾水以維持一定的溶液濃度和一定的濕度。以胚根突破種皮作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，從種子置皿之日起每天14:00觀察和記錄種子的萌發(fā)及生長情況，連續(xù)3 d沒有新種子萌發(fā)時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，本試驗(yàn)培養(yǎng)時(shí)間為12 d。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 種子萌發(fā)指標(biāo)

發(fā)芽率(GR)=(萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

發(fā)芽勢(GE)=(規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；Gt為當(dāng)天發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間。

活力指數(shù)(VI)=S×發(fā)芽指數(shù)(GI)；S為10株幼苗平均單株干質(zhì)量，單位為mg[11]。

1.4.2 幼苗生長指標(biāo)

發(fā)芽結(jié)束期后，測定胚根胚軸長度和干質(zhì)量。

胚根胚軸長度測定：用刻度尺測量幼苗的胚軸和胚根長度，每種處理分別隨機(jī)取5株幼苗(幼苗少于5株的組，取所有的幼苗)，每組3次重復(fù)。

干質(zhì)量測定：測定株高后，每種處理分別隨機(jī)取5株整株幼苗(幼苗少于5株的組，取所有的幼苗)，用濾紙吸干其表面水分，置于烘箱中烘干至恒質(zhì)量，稱量其干質(zhì)量，每組重復(fù)3次[12]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)采用SPSS 22.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，制圖采用WPS Office軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 CaSO4和GA3對堿脅迫下二月蘭種子萌發(fā)的影響

由表1可見，在T1脅迫下，3、6、9、12 g·L-1的CaSO4處理可以促進(jìn)種子的萌發(fā)，其整體的發(fā)芽指標(biāo)均高于對照。且隨著CaSO4質(zhì)量濃度的升高，促進(jìn)效果呈先上升后下降的趨勢。其中以9 g·L-1的CaSO4處理效果最佳，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別較對照提高了13.34%、32.01%、26.19%、49.80%，差異顯著(P<0.05)。當(dāng)CaSO4的質(zhì)量濃度達(dá)到15 g·L-1時(shí)會(huì)抑制二月蘭種子的萌發(fā)。0.1、0.2、0.3、0.4 g·L-1的GA3處理會(huì)促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)。隨著GA3質(zhì)量濃度的增加，其促進(jìn)效果先上升后下降，且有兩個(gè)峰值。總體以0.3 g·L-1的GA3處理效果最佳，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別較對照提高了41.34%、36.00%、25.51%、54.58%，差異顯著(P<0.05)。當(dāng)GA3質(zhì)量濃度達(dá)到0.5 g·L-1時(shí)不能促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)。在T1脅迫下，經(jīng)GA3處理的二月蘭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均高于經(jīng)CaSO4處理的二月蘭種子，GA3對二月蘭種子萌發(fā)的促進(jìn)作用效果明顯優(yōu)于CaSO4對其的促進(jìn)作用。

由表1可見，在T2脅迫下，3、6、9、12 g·L-1的CaSO4處理均可促進(jìn)二月蘭種子萌發(fā)。其中以9 g·L-1的CaSO4處理效果最佳，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別較對照提高了17.65%、56.25%、53.94%、148.86%，差異顯著(P<0.05)。當(dāng)CaSO4的質(zhì)量濃度達(dá)到15 g·L-1時(shí)會(huì)抑制二月蘭種子的萌發(fā)。0.1、0.2、0.3、0.4 g·L-1的赤霉素處理均可促進(jìn)二月蘭種子萌發(fā)，其整體發(fā)芽指標(biāo)均高于對照。其中以0.3 g·L-1的赤霉素處理效果最佳，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別較對照提高了50.01%、39.59%、58.79%、176.14%，差異顯著(P<0.05)。當(dāng)赤霉素質(zhì)量濃度達(dá)到0.5 g·L-1時(shí)，對二月蘭種子萌發(fā)影響不大。在T2脅迫下，GA3處理的二月蘭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均高于CaSO4處理的二月蘭種子，GA3對二月蘭種子萌發(fā)的促進(jìn)作用效果更好。

由表1可見，在T3脅迫下，CaSO4處理可顯著促進(jìn)二月蘭種子萌發(fā)，其整體的發(fā)芽指標(biāo)均高于對照。且以12 g·L-1的硫酸鈣處理效果最佳，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別較對照提高了272.25%、477.83%、353.49%、779.25%，差異顯著(P<0.05)。0.1、0.2、0.3 g·L-1的赤霉素處理均可促進(jìn)二月蘭種子萌發(fā)，其整體發(fā)芽指標(biāo)均高于對照。其中以0.3 g·L-1的赤霉素處理效果最佳，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別較對照提高了138.01%、200.00%、167.44%、486.79%，差異顯著(P<0.05)。當(dāng)赤霉素質(zhì)量濃度達(dá)到0.4 g·L-1時(shí)二月蘭種子幾乎不能萌發(fā)。在T3脅迫下，GA3處理的二月蘭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均低于CaSO4處理的二月蘭種子，CaSO4對二月蘭種子萌發(fā)的促進(jìn)作用效果更好。

表1 NaHCO3脅迫下不同質(zhì)量濃度CaSO4、GA3對二月蘭種子萌發(fā)的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示各指標(biāo)在同一處理同一外源物不同質(zhì)量濃度條件下差異性顯著(P<0.05)。

結(jié)果表明，在3種脅迫下，適宜的CaSO4和GA3處理均可顯著促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)，且不同質(zhì)量濃度的CaSO4和GA3處理對二月蘭種子的萌發(fā)影響不同。隨著CaSO4質(zhì)量濃度的增加，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都呈先上升后下降的趨勢。而隨著GA3質(zhì)量濃度的增加，二月蘭種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的變化為先上升再下降，再上升后下降的雙峰趨勢，并在0.3 g·L-1時(shí)達(dá)到最佳效果。在T1、T2脅迫下，GA3處理可顯著促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)，且促進(jìn)效果優(yōu)于CaSO4處理。而在T3脅迫下，GA3處理幾乎不能促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)，而經(jīng)CaSO4處理的促進(jìn)效果明顯。

2.2 CaSO4和GA3對堿脅迫下二月蘭幼苗生長的影響

由表2可見，在T1脅迫下，6、9、12、15 g·L-1的CaSO4處理可以促進(jìn)二月蘭幼苗的生長。其中以9 g·L-1的CaSO4處理效果最佳，二月蘭幼苗的胚根長度、胚軸長度、干質(zhì)量分別較對照提高了43.20%、162.83%、19.47%，差異顯著(P<0.05)。0.1、0.2、0.3、0.4 g·L-1的GA3會(huì)促進(jìn)二月蘭幼苗的生長。其中0.2 g·L-1的GA3對二月蘭胚軸生長處理效果最佳，較對照提高220.33%，差異顯著(P<0.05)；0.3 g·L-1的GA3對二月蘭胚根生長和干質(zhì)量增加的處理效果最佳，分別較對照提高56.07%、23.89%，差異顯著(P<0.05)。在T1脅迫下，GA3處理的二月蘭幼苗比CaSO4處理的二月蘭幼苗胚根、胚軸的增長量更大，干質(zhì)量積累更多，在此條件下GA3對二月蘭幼苗生長的促進(jìn)作用效果更好。

由表2可見，在T2脅迫下，CaSO4處理可以促進(jìn)二月蘭幼苗的生長，其整體的形態(tài)指標(biāo)均高于對照。其中以9 g·L-1的CaSO4處理效果最佳，二月蘭幼苗的胚根長度、胚軸長度、干質(zhì)量分別較對照提高了88.56%、139.58%、61.25%，差異顯著(P<0.05)。0.1、0.2、0.3 g·L-1的GA3處理能促進(jìn)二月蘭幼苗的生長。其中0.2 g·L-1的GA3對二月蘭胚軸生長處理效果最佳，較對照提高138.33%，差異顯著(P<0.05)；0.3 g·L-1的GA3對二月蘭胚根生長和干質(zhì)量增加的處理效果最佳，分別較對照提高103.00%、73.75%，差異顯著(P<0.05)。在T2脅迫下，GA3處理比CaSO4處理對二月蘭幼苗生長的促進(jìn)作用效果更好。

表2 NaHCO3脅迫下不同質(zhì)量濃度CaSO4、GA3對二月蘭幼苗生長的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同字母表示各指標(biāo)在同一處理同一外源物不同質(zhì)量濃度條件下差異性顯著(P<0.05)。

由表2可見，在T3脅迫下，CaSO4處理可以增長二月蘭幼苗的胚根長度、胚軸長度和干質(zhì)量。12 g·L-1的硫酸鈣處理對二月蘭胚根長度和干質(zhì)量處理效果最佳，分別較對照提高了93.08%、91.94%，差異顯著(P<0.05)。0.1、0.2、0.3 g·L-1的GA3處理能促進(jìn)二月蘭幼苗的生長。其中0.2 g·L-1的GA3對二月蘭胚軸生長處理效果最佳，較對照提高120.47%，差異顯著(P<0.05)；0.3 g·L-1的赤霉素對二月蘭胚根生長和干質(zhì)量增加的處理效果最佳，分別較對照提高66.89%、117.74%，差異顯著(P<0.05)。在T3脅迫下，經(jīng)GA3處理的比CaSO4處理的對二月蘭幼苗生長的促進(jìn)作用效果更好。

結(jié)果表明，在3種堿脅迫下，適宜的CaSO4和GA3處理均可顯著促進(jìn)二月蘭幼苗的生長。在3種脅迫下，二月蘭幼苗胚根、胚軸長度及干質(zhì)量隨CaSO4質(zhì)量濃度的增加呈先上升后下降的趨勢。二月蘭幼苗胚根、胚軸長度及干質(zhì)量隨GA3質(zhì)量濃度的增加呈先上升再下降，且有兩個(gè)峰值。GA3質(zhì)量濃度為0.3 g·L-1時(shí)對胚根和干質(zhì)量的促進(jìn)效果最佳，而0.2 g·L-1時(shí)對胚軸的促進(jìn)效果最佳。隨著NaHCO3濃度的上升，CaSO4處理的最佳質(zhì)量濃度也上升。而GA3處理的最佳質(zhì)量濃度不隨NaHCO3濃度的改變而變化。在T1、T2、T3脅迫下，GA3處理對二月蘭幼苗生長的促進(jìn)效果與CaSO4處理的效果差別不大，但GA3處理對二月蘭幼苗生長的促進(jìn)作用更明顯。

3 結(jié)論與討論

植物是否能在所處環(huán)境中生存受到許多因素的影響，植物種子能否萌發(fā)是其中重要的影響因素。堿性環(huán)境會(huì)抑制種子萌發(fā)和幼苗的生長，嚴(yán)重影響植物的生存。本試驗(yàn)研究了CaSO4和GA3對堿脅迫下二月蘭種子萌發(fā)和幼苗生長的影響。毛桂蓮等[13]對油葵的研究結(jié)果表明，加入CaSO4使溶液的pH值發(fā)生了改變，減輕了鹽堿脅迫對油葵萌發(fā)和生長的抑制作用。而且Ca2+作為第二信使對受鹽堿脅迫的植物有重要的作用，它可以增加膜結(jié)合Ca2+量，從而提高逆境下膜的穩(wěn)定性。同時(shí)CaSO4作為硫肥對植物生長也有促進(jìn)作用[14]。阿依夏木等[14]對甘草種子的研究結(jié)果表明，加入CaSO4可顯著促進(jìn)甘草的萌發(fā)和生長。本試驗(yàn)中，在NaHCO3脅迫條件下，加入CaSO4可促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)和二月蘭幼苗的生長。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)較對照上升，胚根長度、胚軸長度、干質(zhì)量較對照增多?？赡苁且?yàn)镃aSO4中和了NaHCO3的堿性，降低了pH值，引入的Ca2+提高膜的穩(wěn)定性，從而減輕了傷害。這與毛桂蓮等[13]對油葵種子和阿依夏木等[14]對甘草種子的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，在相同脅迫下，隨著CaSO4質(zhì)量濃度的升高，種子的活力呈先上升后下降的趨勢。但當(dāng)加入過多的CaSO4時(shí)不僅不能促進(jìn)二月蘭萌發(fā)和幼苗的生長，而且還會(huì)抑制其萌發(fā)和生長?？赡苁且?yàn)楫?dāng)加入過多的CaSO4時(shí)，懸濁液中未溶解的CaSO4附著在種子表面，阻礙了種子對水分的吸收和種子的呼吸作用，從而抑制了種子的萌發(fā)和幼苗生長。但是其影響種子萌發(fā)和幼苗生長的作用，以及對堿脅迫的緩解機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

高春智等[15]的研究表明，GA3浸種可以促進(jìn)樟子松種子萌發(fā)。徐芬芬等[16]、張韻等[17]的研究表明，GA3浸種可以緩解鹽堿脅迫對小白菜[16]、黃瓜[17]等種子的萌發(fā)抑制。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在NaHCO3脅迫條件下，加入GA3能促進(jìn)二月蘭種子的萌發(fā)和幼苗的生長。與高春智等[15]徐芬芬等[16]、張韻等[17]研究結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)镚A3可以調(diào)節(jié)種子體內(nèi)激素平衡。還有研究表明，GA3能修復(fù)細(xì)胞膜完整性，減少營養(yǎng)物質(zhì)外滲。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，相同質(zhì)量濃度的GA3處理對二月蘭胚根和胚軸的影響效果不同。這可能是因?yàn)榕吒团咻S對GA3的敏感程度不同。高春智等[15]、徐芬芬等[16]、張韻等[17]的研究結(jié)果表明，最佳的GA3處理質(zhì)量濃度不同。本試驗(yàn)結(jié)果表明，0.3 g·L-1的GA3對二月蘭種子萌發(fā)和生長的促進(jìn)效果最明顯。這與高春智等[15]、徐芬芬等[16]、張韻等[17]的結(jié)果不同。可能是因?yàn)镚A3處理的方法不同導(dǎo)致結(jié)果不同。且不同植物對GA3的敏感程度不同也是產(chǎn)生差異的原因。雖然CaSO4和GA3能夠促進(jìn)鹽堿脅迫下的植物萌發(fā)和生長。但是其影響種子活力的生理、生化機(jī)制和分子機(jī)理和對堿脅迫的緩解機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，適宜質(zhì)量濃度的CaSO4和GA3對NaHCO3脅迫下二月蘭種子萌發(fā)及幼苗生長有促進(jìn)作用?？梢詾槎绿m在鹽堿地的應(yīng)用提供參考。本研究還具有一定的局限性，單一的堿脅迫并不能代表自然狀態(tài)下的鹽堿脅迫，有必要進(jìn)行鹽堿混合交叉脅迫處理下二月蘭種子和幼苗的生理理化性質(zhì)的研究。

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