， ，

(聊城大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 山東 聊城 252059)

土壤鹽堿化是制約植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要非生物脅迫之一，是限制農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。全世界約有3.8億hm2土地存在不同程度的鹽漬化,約占可耕地面積的10%。預(yù)計(jì)到2050年，50%以上的耕地會(huì)發(fā)生鹽堿化[2]，嚴(yán)重威脅著土地利用率和作物產(chǎn)量。中國(guó)約有2 600萬(wàn)hm2鹽荒地和700萬(wàn)hm2次生鹽漬化土壤,約占可耕地面積的25%[3]。鹽堿化地區(qū)的土壤pH值高，肥效低，保水性差，造林成活率低，嚴(yán)重制約這些地區(qū)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定[4]。因此，開展耐鹽堿樹種選育，豐富該地區(qū)造林樹種，對(duì)該地區(qū)生態(tài)防護(hù)林、水土保持林和城市生態(tài)景觀林建設(shè)具有重大意義[5]。

白榆(UlmuspumilaL.) 是我國(guó)華北、東北地區(qū)重要的鄉(xiāng)土樹種，生長(zhǎng)快、材質(zhì)好、適應(yīng)性強(qiáng)。 在我國(guó)北方濱海土壤鹽漬化地區(qū)，白榆是用材林、防護(hù)和鹽堿地造林的主要樹種之一[6]。目前，對(duì)白榆抗逆性研究方面主要集中在干旱、鹽、堿脅迫等單一因子的研究[7-9]，復(fù)合脅迫研究相對(duì)較少。本研究以白榆種子為材料，研究9種不同鹽堿脅迫處理對(duì)其種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期了解白榆在鹽堿脅迫下種子萌發(fā)的變化規(guī)律和幼苗生長(zhǎng)的特點(diǎn)，旨在為鹽堿地造林的苗木選擇、培育和引種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料白榆(UlmuspumilaL.)種子由山東省聊城市冠縣園林苗木基地提供。白榆發(fā)芽試驗(yàn)于2017年8月在聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

濃度分別為0,100,200 mmol/L的中性鹽NaCl和濃度分別為0,25,50 mmol/L的堿性鹽Na2CO3，混合模擬出9種不同的鹽堿脅迫處理： 1) 對(duì)照處理； 2) 低鹽脅迫處理； 3) 高鹽脅迫處理； 4) 低堿脅迫處理； 5) 高堿脅迫處理； 6) 低鹽低堿復(fù)合脅迫處理； 7) 高鹽低堿復(fù)合脅迫處理； 8) 低鹽高堿復(fù)合脅迫處理； 9) 高鹽高堿復(fù)合脅迫處理。

1.2 試驗(yàn)方法

選取籽粒飽滿、均一的白榆種子，用濃度為2 g/L的次氯酸鈉溶液消毒種子10 min, 然后用蒸餾水清洗5次，每次3 min。將30粒種子整齊放置于鋪有2層濾紙的直徑90 mm培養(yǎng)皿中，分別加入9種相應(yīng)濃度的處理液25 mL, 用以淹沒(méi)種子直徑的1/2，對(duì)照處理加入相同體積的蒸餾水, 每個(gè)處理4次重復(fù)。將培養(yǎng)皿移入溫度為25 ℃，光照強(qiáng)度為860.8 lx，光照12 h/黑暗12 h的光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行7 d的種子發(fā)芽試驗(yàn)。期間每天每個(gè)培養(yǎng)皿補(bǔ)充10 mL的處理液或蒸餾水并統(tǒng)計(jì)各培養(yǎng)皿中的發(fā)芽種子數(shù)(以芽突破種皮為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)),記錄數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，統(tǒng)計(jì)種子總發(fā)芽數(shù)，計(jì)算相關(guān)指標(biāo)：

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽終期全部正常發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%(白榆為3 d)；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)(式中，Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為對(duì)應(yīng)日發(fā)芽種子數(shù))；

活力指數(shù)(VI)=發(fā)芽指數(shù)×幼苗鮮重。

發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，每處理選取10株幼苗，用剪刀剪下胚根與胚芽，分別對(duì)胚根、胚芽進(jìn)行快速稱重，然后準(zhǔn)確測(cè)量胚根與胚芽的長(zhǎng)度。利用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)不同鹽堿脅迫處理間進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan法對(duì)平均值進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子萌發(fā)的影響

低鹽脅迫處理對(duì)白榆種子萌發(fā)沒(méi)有抑制作用，但高鹽脅迫處理顯著抑制了白榆種子發(fā)芽率, 且這種抑制作用在種子萌發(fā)第1天即表現(xiàn)出來(lái)，且隨著脅迫時(shí)間加長(zhǎng)，抑制作用持續(xù)(圖1)。

低堿脅迫處理對(duì)白榆種子的萌發(fā)沒(méi)有明顯抑制，但高堿處理抑制作用顯著，發(fā)芽率大大降低, 開始2 d白榆種子幾乎不發(fā)芽, 種子外觀顏色變深，且隨著脅迫時(shí)間加長(zhǎng)，抑制作用持續(xù)(圖1)。

注：系列1，對(duì)照處理；系列2，低鹽脅迫處理；系列3，低堿脅迫處理；系列4，低鹽低堿脅迫處理；系列5，高鹽低堿脅迫處理；系列6，高鹽脅迫處理；系列7，高堿脅迫處理； 系列8，低鹽高堿脅迫處理；系列9，高鹽高堿脅迫處理。圖1 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子萌發(fā)的影響

復(fù)合鹽堿處理下，發(fā)芽率均比單獨(dú)鹽、堿脅迫處理時(shí)顯著降低，且堿脅迫作用明顯強(qiáng)于鹽脅迫，低鹽低堿和高鹽低堿處理時(shí)，對(duì)種子萌發(fā)有較小的抑制作用；但低鹽高堿和高鹽高堿處理下，白榆種子萌發(fā)率進(jìn)一步降低，在高鹽高堿處理下，發(fā)芽率非常低(圖1)。

2.2 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的影響

低鹽脅迫處理對(duì)白榆種子發(fā)芽率沒(méi)有抑制作用，但顯著降低了發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)；高鹽脅迫處理則顯著抑制了白榆種子發(fā)芽率, 且發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)比低鹽脅迫均進(jìn)一步降低(圖2、圖3、圖4、圖5)。

注：1為對(duì)照處理；2為低鹽脅迫處理；3為高鹽脅迫處理；4為低堿脅迫處理；5為高堿脅迫處理；6為低鹽低堿復(fù)合脅迫處理；7為高鹽低堿復(fù)合脅迫處理；8為低鹽高堿復(fù)合脅迫處理；9為高鹽高堿復(fù)合脅迫處理。不同字母表示在p<0.05水平下差異顯著。以下圖、表相同。圖2 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子發(fā)芽率的影響

低堿脅迫處理與低鹽脅迫處理效應(yīng)一致,但高堿脅迫處理對(duì)白榆種子萌發(fā)的抑制效果極顯著，白榆種子在高堿脅迫下發(fā)芽率極低，發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)基本為零, 且脅迫過(guò)程中未發(fā)芽種子外觀顏色變深(圖2、圖3、圖4、圖5)。

復(fù)合鹽堿處理下，低鹽低堿與高鹽低堿復(fù)合脅迫對(duì)白榆種子發(fā)芽率沒(méi)有顯著影響，但低鹽高堿和高鹽高堿復(fù)合脅迫顯著抑制了白榆種子發(fā)芽率(圖2)：4種復(fù)合脅迫對(duì)白榆種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均顯著抑制，且高堿的脅迫效應(yīng)表現(xiàn)更顯著(圖3、圖4、圖5)。

圖3 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子發(fā)芽勢(shì)的影響

圖4 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖5 鹽堿脅迫對(duì)白榆種子活力指數(shù)的影響

2.3 鹽堿脅迫對(duì)白榆幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1可知，同對(duì)照相比，無(wú)論是鹽、堿單獨(dú)脅迫還是鹽堿復(fù)合脅迫處理，均顯著降低了白榆的胚芽長(zhǎng)、胚芽重、胚根長(zhǎng)及胚根重；同鹽堿單獨(dú)脅迫處理相比，復(fù)合脅迫處理抑制效應(yīng)更為明顯；且堿脅迫效應(yīng)明顯強(qiáng)于鹽脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)，特別是對(duì)胚根的抑制更為顯著。

表1 鹽堿脅迫對(duì)白榆幼苗生長(zhǎng)的影響

脅迫處理胚芽長(zhǎng)(mm)胚芽重(g)胚根長(zhǎng)(mm)胚根重(g)143.93±1.75a 0.31 ± 0.01a33.27 ± 3.37a0.07 ± 0.01a210.63 ± 0.57b0.22 ± 0.00bc15.20 ± 1.04b0.02 ± 0.00b35.37 ± 0.24c0.11 ± 0.00d4.97 ± 0.18cd0.00 ± 0.00c410.10 ± 0.72b0.17 ± 0.01bcd7.50 ± 0.90c0.01 ± 0.00c51.90 ± 0.35d0.01 ± 0.01e0.00 ± 0.00e0.00 ± 0.00c610.13 ± 0.73b0.22 ± 0.01b7.13 ± 0.15c0.02 ± 0.00b75.90 ± 0.12c0.15 ± 0.01cd2.87 ± 0.23de0.00 ± 0.00c84.50 ± 0.00c0.13 ± 0.06cd4.87 ± 0.52cd0.03 ± 0.00b91.00 ± 0.00d0.00 ± 0.00e0.00 ± 0.00e0.00 ± 0.00c

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)能力和幼苗長(zhǎng)勢(shì)是植物耐鹽堿性早期鑒定及耐鹽堿個(gè)體、品種早期選擇的基礎(chǔ)。生長(zhǎng)在鹽堿環(huán)境中的植物，當(dāng)土壤溶液中鹽堿成分超過(guò)一定含量時(shí)就會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生危害，主要包括離子毒害、滲透脅迫和營(yíng)養(yǎng)不均衡等方面[10]。本研究中，低濃度鹽堿脅迫幾乎沒(méi)有抑制白榆種子萌發(fā)，可能是由于低濃度鹽堿溶液促進(jìn)了細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)，或是微量無(wú)機(jī)離子(Na+)對(duì)呼吸酶有刺激作用[11]；而高濃度鹽堿脅迫及鹽堿復(fù)合脅迫顯著抑制種子萌發(fā)可能是由于鹽堿離子的滲透效應(yīng)和毒性效應(yīng)[12]；且這種效應(yīng)隨著鹽堿脅迫濃度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，表現(xiàn)出白榆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都呈顯著下降趨勢(shì)。

本研究中，低濃度鹽、堿脅迫下白榆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)都沒(méi)有顯著下降，而高濃度鹽、堿脅迫及復(fù)合鹽堿脅迫時(shí)，白榆種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)均出現(xiàn)顯著抑制，且高堿脅迫的危害強(qiáng)度更大。說(shuō)明鹽脅迫和堿脅迫均有“低促高抑”的特點(diǎn)，且是2種不同性質(zhì)的脅迫；堿脅迫強(qiáng)度較低時(shí)鹽脅迫起主導(dǎo)作用，堿脅迫強(qiáng)度較高時(shí)堿脅迫起主導(dǎo)作用；在混合鹽堿脅迫中，既有鹽脅迫也有堿脅迫，二者間具有協(xié)同效應(yīng)。類似結(jié)果在栓皮櫟(Quercusvariabilis)[13]、紅堅(jiān)木(Dysoxylumspp.)[14]種子等研究中均有報(bào)道。

鹽堿脅迫容易造成植物明顯的發(fā)育遲緩[15]。本研究中，鹽、堿脅迫及復(fù)合鹽堿脅迫均顯著抑制了白榆幼苗胚根和胚芽的長(zhǎng)度及重量的增長(zhǎng)，特別是對(duì)胚根的影響?？赡芨侵苯咏佑|鹽堿溶液的部分，根周圍土壤pH值升高時(shí)，一些金屬離子如Fe2+、Mg2+、Ca2+等沉積，伴隨著無(wú)機(jī)陰離子減少，植物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收受阻，進(jìn)而造成嚴(yán)重營(yíng)養(yǎng)脅迫, 抑制整株植株生長(zhǎng)[16]。

本研究結(jié)果表明，在低鹽和低堿單獨(dú)及復(fù)合脅迫下，白榆種子可以正常萌發(fā)生長(zhǎng)，但在高鹽和高堿單獨(dú)及復(fù)合脅迫下，白榆種子萌發(fā)及生長(zhǎng)受到顯著抑制，特別是在50 mmol/L Na2CO3的高堿脅迫下，白榆種子萌發(fā)率極低，且很難成苗。