向雪純，張?jiān)屏幔钆嘤?/p>

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆維吾爾自治區(qū)草原總站, 新疆 烏魯木齊 830049）

土壤鹽堿化是一個(gè)世界性的資源與生態(tài)問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有各種鹽漬化土地約9.54 × 108hm2，其中我國(guó)鹽漬土總面積約為0.99 × 108hm2[1]。新疆是我國(guó)鹽漬土分布最廣、面積最大的區(qū)域，包括淮河-秦嶺-昆侖山一線以北的準(zhǔn)噶爾盆地、吐魯番-哈密盆地、塔里木盆地[2]。鹽堿地極大地破壞了現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重限制植物的分布與生存，造成草地退化[3]。加強(qiáng)鹽生植物種質(zhì)資源的篩選，通過(guò)補(bǔ)播來(lái)控制土壤次生鹽漬化，是解決新疆鹽堿退化草地的重要手段之一。

我國(guó)鹽生植物共有71 科，其中較大的科有是藜科、豆科等，相比其他鹽生植物，藜科在新疆鹽堿地區(qū)分布最為廣泛[4]。以地中海為起源中心的藜科鹽爪爪屬、鹽節(jié)木屬、鹽穗木屬是荒漠生態(tài)系統(tǒng)最大的建群種，也是鹽漬化地區(qū)生態(tài)恢復(fù)與重建的優(yōu)勢(shì)植物類群。鹽爪爪(Kalidium foliatum)、里海鹽爪爪(K. caspicum)、鹽節(jié)木(Halocnemum strobilaceum)、鹽穗木(Halostachys caspica)均屬藜科多年生灌木，是經(jīng)濟(jì)鹽生植物，在新疆地區(qū)多生長(zhǎng)于極端鹽堿的荒漠沙土中[5]；具有抗寒旱、耐貧瘠及耐鹽堿等優(yōu)良特性，在鹽堿地種植有降低鈉鹽含量、改良土壤性質(zhì)、增加土壤有機(jī)質(zhì)的作用[6]。

種子是鹽生植物最重要的繁殖器官[7]。鹽生植物在鹽堿環(huán)境繁衍生息，首先要求種子要有足夠的耐鹽能力，種子萌發(fā)決定著植物種群的建立更新與穩(wěn)定發(fā)展[8]。植物種子萌發(fā)受到鹽分脅迫，主要表現(xiàn)為大量可溶性鹽提高了土壤溶液的滲透壓，導(dǎo)致植物難以從土壤中獲取水分造成生理干旱，同時(shí)造成Na+、Cl-等鹽分離子的毒害[9]。目前圍繞4 種藜科植物萌發(fā)期耐鹽性，已有學(xué)者對(duì)種子的形態(tài)學(xué)特征[10]、幼芽生理特性[11]、種子萌發(fā)特性[12-13]開展研究，且對(duì)鹽爪爪、鹽節(jié)木與鹽穗木有關(guān)萌發(fā)閾值也進(jìn)行了相應(yīng)報(bào)道[14-16]，但均與本研究所用野生種子的采集地點(diǎn)不同。近年來(lái)新疆鹽堿草地退化嚴(yán)重，亟需采集大量野生種質(zhì)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)播修復(fù)。基于此，本研究于2020 年11 月在新疆北疆烏魯木齊市及呼圖壁縣低地草甸采集其上分布的多年生藜科植物鹽爪爪、里海鹽爪爪、鹽節(jié)木、鹽穗木種子，擬探討不同鹽濃度下的種子萌發(fā)情況，明確其耐鹽萌發(fā)閾值，為后期鹽堿地補(bǔ)播提供可參考的技術(shù)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為健壯飽滿、均勻一致、無(wú)損傷、無(wú)病蟲害的鹽爪爪、里海鹽爪爪、鹽節(jié)木、鹽穗木，供試種子均于2020 年11 月采集，種子常溫保存待用。具體種子信息如表1 所列。

表1 供試材料信息Table 1 Information on experimental conditions and materials

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子預(yù)處理

將供試種子用75%酒精消毒15 s，再用無(wú)菌水沖洗3～5 遍，之后用無(wú)菌濾紙吸干種子表面水分備用。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗(yàn)

以NaCl 溶 液 模 擬 鹽 脅 迫，設(shè) 置0 (CK)、100、200、300、400、500、600 mmol·L-17 個(gè)濃度水平。采用直徑為90 mm 的培養(yǎng)皿高壓蒸汽滅菌后，鋪設(shè)兩層無(wú)菌濾紙作為萌發(fā)床，將種子整齊均勻的點(diǎn)播在培養(yǎng)皿中，每皿100 粒種子，加入蒸餾水或相應(yīng)濃度鹽溶液5 mL，以種子表面出現(xiàn)水膜為宜，每個(gè)處理3 次重復(fù)。鹽爪爪與里海鹽爪爪種子萌發(fā)條件為光照25 ℃/16 h、黑暗19 ℃/8 h[17]；鹽節(jié)木與鹽穗木種子萌發(fā)條件為光照35 ℃/12 h、黑暗30 ℃/12 h[12]。此后每天定時(shí)統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)數(shù)，并按照稱重補(bǔ)水法進(jìn)行補(bǔ)水。鹽爪爪與里海鹽爪爪種子萌發(fā)以胚根長(zhǎng)至1 mm 左右作為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)[17]，鹽節(jié)木與鹽穗木以胚根露出種皮為標(biāo)志[12]。

1.2.3 項(xiàng)目測(cè)定與計(jì)算

種子培養(yǎng)14 d 后結(jié)束萌發(fā)試驗(yàn)，隨機(jī)挑選10 株幼芽用游標(biāo)卡尺測(cè)量胚根和胚芽長(zhǎng)，同時(shí)計(jì)算各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)[18]。

萌發(fā)率(GR) = 萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù) × 100%；

萌發(fā)勢(shì)(GP) = 萌發(fā)達(dá)到高峰期時(shí)萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù) × 100%；

耐鹽閾值：與鹽脅迫強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的指標(biāo)降低到對(duì)照的50% 時(shí)所對(duì)應(yīng)的鹽溶液濃度[19]。先對(duì)相應(yīng)指標(biāo)和鹽脅迫進(jìn)行相關(guān)分析，若二者存在相關(guān)性，則進(jìn)行回歸分析，根據(jù)回歸方程求出耐鹽閾值。

1.2.4 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)供試材料耐鹽性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以萌發(fā)率、萌發(fā)勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，首先計(jì)算各材料各指標(biāo)的耐鹽系數(shù)(耐鹽系數(shù) = 6 個(gè)鹽濃度下指標(biāo)測(cè)定均值/對(duì)照均值 × 100%)，然后以耐鹽系數(shù)為基礎(chǔ)計(jì)算其隸屬函數(shù)值(Uij)，Ui j=Xij-Xijmin/(Xijmax-Xijmin)，其中Xij為某材料某指標(biāo)的耐鹽系數(shù)值，Xijmax為4 個(gè)材料中某指標(biāo)耐鹽系數(shù)最大值，Xijmin為4 個(gè)材料中某指標(biāo)耐鹽系數(shù)最小值，再將每種植物各耐鹽指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加求其平均值，平均值越大，耐脅迫性越強(qiáng)[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行各指標(biāo)各鹽濃度間的單因素方差分析，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果；采用Excel 2019 進(jìn)行回歸方程擬合，計(jì)算耐鹽閾值，本研究中由于里海鹽爪爪在鹽濃度為300 mmol·L-1時(shí)萌發(fā)率已低于10%，因此未進(jìn)行各指標(biāo)的回歸方程擬合；采用Origin 2021 軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下 4 種植物種子萌發(fā)率與萌發(fā)勢(shì)

4 種植物對(duì)NaCl 濃度升高響應(yīng)并不一致(圖1)。無(wú)鹽添加時(shí)，4 種植物的萌發(fā)率為96.67%～98.67%。與對(duì)照相比，在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)，4 種植物中僅里海鹽爪爪種子萌發(fā)率顯著降低(P＜ 0.05)，僅為28.33%；鹽節(jié)木、鹽爪爪分別在鹽濃度為200 和300 mmol·L-1時(shí)萌發(fā)率顯著降低(P＜ 0.05)，而鹽穗木在500 mmol·L-1鹽溶液中萌發(fā)率仍為81.67%，表現(xiàn)出對(duì)高鹽濃度的適應(yīng)性。600 mmol·L-1時(shí)僅鹽穗木維持48.00% 的萌發(fā)率，其余3 種植物基本不萌發(fā)。除里海鹽爪爪外，其他3 種植物種子萌發(fā)率耐鹽閾值為310.50～836.00 mmol·L-1，表現(xiàn)為鹽穗木 ＞鹽爪爪 ＞ 鹽節(jié)木(表2)。

無(wú)鹽添加時(shí)，4 種植物種子萌發(fā)勢(shì)為87.33%～96.67% (圖1)。與對(duì)照相比，在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)，鹽節(jié)木與里海鹽爪爪萌發(fā)勢(shì)顯著下降(P＜0.05)，分別為80.00%和13.33%，而鹽爪爪和鹽穗木萌發(fā)勢(shì)在鹽濃度為200 mmol·L-1時(shí)顯著下降。隨著鹽濃度升高，4 種植物種子萌發(fā)勢(shì)持續(xù)下降，當(dāng)鹽濃度為600 mmol·L-1時(shí)，萌發(fā)勢(shì)均低于2.67%。3 種植物種子萌發(fā)勢(shì)耐鹽閾值為274.26～311.67mmol·L-1，表現(xiàn)為鹽爪爪 ＞ 鹽穗木 ＞ 鹽節(jié)木(表2)。

表2 鹽脅迫下3 種植物種子萌發(fā)率、萌發(fā)勢(shì)與鹽濃度的回歸分析Table 2 Regression analysis of the germination rate, germination potential, and salt concentration of three seed species

圖1 鹽脅迫對(duì)4 種植物種子萌發(fā)率及萌發(fā)勢(shì)的影響Figure 1 Effect of salt stress on germination rate and potential of four seed species

2.2 鹽脅迫下4 種植物種子萌發(fā)指數(shù)與活力指數(shù)

與對(duì)照相比，鹽爪爪與里海鹽爪爪的萌發(fā)指數(shù)在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)顯著下降(P＜ 0.05) (圖2)，且里海鹽爪爪萌發(fā)指數(shù)由27.82 迅速下降至5.50；鹽節(jié)木在鹽濃度小于200 mmol·L-1時(shí)，萌發(fā)指數(shù)下降較緩慢，當(dāng)鹽濃度達(dá)到300 mmol·L-1時(shí)，其值迅速下降至9.27 (對(duì)照為19.10)；鹽穗木在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)萌發(fā)指數(shù)達(dá)到最大，比對(duì)照高27.26%，鹽濃度為600 mmol·L-1時(shí)，其萌發(fā)指數(shù)才顯著低于對(duì)照，但仍可達(dá)5.61。除里海鹽爪爪外，其他3 種植物種子萌發(fā)指數(shù)耐鹽閾值為297.78～581.62 mmol·L-1，排序?yàn)辂}穗木 ＞ 鹽爪爪 ＞ 鹽節(jié)木(表3)。

圖2 鹽脅迫對(duì)4 種植物種子萌發(fā)指數(shù)及活力指數(shù)的影響Figure 2 Effect of salt stress on germination and vigor indices of four seed species

當(dāng)鹽濃度為200 mmol·L-1時(shí)，鹽爪爪種子的活力指數(shù)比對(duì)照顯著降低(P＜ 0.05) (圖2)，由32.85降為21.06，在鹽濃度為500 mmol·L-1時(shí)下降為0；里海鹽爪爪種子活力指數(shù)對(duì)鹽脅迫反應(yīng)極為敏感，在低鹽脅迫(0～100 mmol·L-1)范圍內(nèi)就大幅度下降，降幅達(dá)88.34%，之后下降趨于平緩；鹽節(jié)木與鹽穗木活力指數(shù)整體低于其他兩種植物，但隨鹽濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在鹽濃度為100 mmol·L-1時(shí)，兩種植物的種子活力指數(shù)分別為10.34 和18.18，比對(duì)照高37.97%和115.20%。3 種植物種子活力指數(shù)耐鹽閾值為253.84～353.50 mmol·L-1，其 排 序 為 鹽 穗 木 ＞ 鹽 節(jié) 木 ＞ 鹽 爪 爪(表3)。

表3 鹽脅迫下3 種植物種子萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)與鹽濃度的回歸分析Table 3 Regression analysis of the germination index, vigor index, and salt concentration of three seed species

2.3 鹽脅迫對(duì) 4 種植物種子幼芽生長(zhǎng)的影響

對(duì)于胚根而言，低鹽下(100 mmol·L-1)里海鹽爪爪胚根長(zhǎng)較對(duì)照顯著降低50.00%，其余3 種植物均表現(xiàn)出低鹽促進(jìn)胚根生長(zhǎng)現(xiàn)象，且與對(duì)照相比，鹽爪爪與鹽穗木在鹽濃度為300 mmol·L-1時(shí)，其胚根長(zhǎng)才開始顯著降低(P＜ 0.05) (表4)。對(duì)于胚芽而言，鹽對(duì)其抑制效果低于胚根，表現(xiàn)出高鹽濃度下雖有抑制，但降低比率較低。除里海鹽爪爪外，其他3 種植物種子胚根長(zhǎng)耐鹽閾值為336.69～378.38 mmol·L-1，表現(xiàn)為鹽節(jié)木 ＞ 鹽爪爪 ＞ 鹽穗木(表5)；胚芽長(zhǎng)耐鹽閾值為344.67～587.87 mmol·L-1，表現(xiàn)為鹽節(jié)木 ＞ 鹽穗木 ＞ 鹽爪爪。

表4 鹽脅迫對(duì)4 種植物種子幼芽生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of salt stress on bud growth of four seed species

表5 鹽脅迫下3 種植物種子胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)與鹽濃度的回歸分析Table 5 Regression analysis of the seed radicle length, plumule length, and salt concentration of three seed species

2.4 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

耐鹽性是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，不同物種對(duì)某一具體指標(biāo)的耐鹽性反應(yīng)不一定相同，單一指標(biāo)又難以全面準(zhǔn)確地反映耐鹽性強(qiáng)弱，所以采用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)更具有可行性和可靠性。隸屬函數(shù)值平均評(píng)價(jià)法可以消除單一指標(biāo)的片面性，使各物種耐鹽性差異具有可比性[20]。本研究利用隸屬函數(shù)法對(duì)鹽脅迫下鹽爪爪、里海鹽爪爪、鹽節(jié)木、鹽穗木種子耐鹽性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)4 種植物耐鹽隸屬函數(shù)值為0.110 0～0.893 3，表現(xiàn)為鹽穗木 ＞ 鹽節(jié)木 ＞ 鹽爪爪 ＞ 里海鹽爪爪(表6)。

表6 隸屬函數(shù)值及綜合排序Table 6 Values of membership function and comprehensive ranking

3 討論

3.1 鹽分脅迫對(duì)4 種植物種子萌發(fā)的影響

通常將萌發(fā)率、萌發(fā)勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)與活力指數(shù)作為衡量種子萌發(fā)期耐鹽性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，反映鹽分對(duì)種子萌發(fā)或出苗的影響[18]。萌發(fā)勢(shì)能夠判定種子質(zhì)量?jī)?yōu)劣，反映種子萌發(fā)的整齊度[21]，萌發(fā)指數(shù)能夠反映種子萌發(fā)的速度和田間出苗的一致性，與萌發(fā)勢(shì)共同反映種子萌發(fā)能力，活力指數(shù)反映種子活力大小[22]。鹽分脅迫下，種子萌發(fā)的各項(xiàng)指標(biāo)均會(huì)受到不同程度的影響，其值的高低決定種子是否能夠適應(yīng)鹽漬環(huán)境，通常認(rèn)為隨著鹽濃度的增加，植物種子萌發(fā)受抑制程度隨之增加[23]，本研究中，4 種植物的種子萌發(fā)率隨NaCl 脅迫的增加整體呈降低趨勢(shì)，高鹽脅迫損害種子萌發(fā)活力甚至使種子失活。但也有研究顯示，低鹽可以促進(jìn)部分植物種子萌發(fā)及生長(zhǎng)[24-25]。本研究顯示低于100 mmol·L-1鹽濃度，鹽穗木表現(xiàn)出低鹽促進(jìn)種子萌發(fā)現(xiàn)象，說(shuō)明鹽穗木萌發(fā)期存在一定的耐鹽性，此現(xiàn)象與霧冰藜(Bassia dasyphylla)、白莖鹽生草(Halogeton arachnoideus)等鹽生植物萌發(fā)期耐鹽性表現(xiàn)一致[26]。而同一濃度下鹽爪爪和鹽節(jié)木表現(xiàn)為一定抑制，里海鹽爪爪表現(xiàn)為顯著抑制，這與植物本身的耐鹽能力有關(guān)。不同鹽生植物種子萌發(fā)對(duì)鹽分的響應(yīng)因物種的不同耐受閾值也不同，本研究中鹽節(jié)木的種子萌發(fā)閾值為310.50 mmol·L-1，低于房娟娟等[16]在MS 培養(yǎng)基上NaCl 脅迫萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)果，可能是因?yàn)镸S 培養(yǎng)基確實(shí)有降低鹽害的作用，因而導(dǎo)致其閾值升高；但與房娟娟等[16]關(guān)于鹽濃度對(duì)胚根生長(zhǎng)影響研究結(jié)果相似，即NaCl 濃度低于200 mmol·L-1時(shí)，對(duì)其胚根生長(zhǎng)無(wú)影響。其次鹽爪爪萌發(fā)率耐鹽閾 值 為399.24 mmol·L-1，且 低 于100 mmol·L-1NaCl可促進(jìn)胚根生長(zhǎng)，而雷春英等[14]認(rèn)為鹽爪爪的萌發(fā)率耐鹽閾值為325.00 mmol·L-1，且無(wú)低濃度促進(jìn)胚根生長(zhǎng)現(xiàn)象，這可能由于種子采集地不同，本研究材料耐鹽性高于上述材料。且本研究發(fā)現(xiàn)，鹽穗木的萌發(fā)率耐鹽閾值為836 mmol·L-1，高于曾幼玲等[15]的研究結(jié)果(540 mmol·L-1)。上述結(jié)果說(shuō)明不同采集地點(diǎn)對(duì)其種子的耐鹽性存在一定影響，因而應(yīng)加大對(duì)不同生境鄉(xiāng)土植物的收集。李利和張希明[27]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaCl 達(dá)300 mmol·L-1時(shí)，里海鹽爪爪種子完全不萌發(fā)，與本研究結(jié)果基本一致。

3.2 鹽分脅迫對(duì)4 種植物種子胚根及胚芽的影響

植物的耐鹽性大小由其遺傳特性決定，其中與耐鹽性密切相關(guān)的是植物發(fā)育階段與種類等，因種的不同，胚根和胚芽分別表現(xiàn)出不同的對(duì)鹽分脅迫的應(yīng)激作用[28]。本研究中，根據(jù)各植物的耐鹽閾值可以看出胚根長(zhǎng)對(duì)NaCl 脅迫的敏感程度高于胚芽長(zhǎng)。在低濃度鹽分脅迫下，4 種植物胚芽長(zhǎng)與對(duì)照相比均有不同程度的升高，之后隨著鹽濃度升高而緩慢降低。除里海鹽爪爪外，其他3 種植物胚根長(zhǎng)也表現(xiàn)出低鹽促進(jìn)、高鹽抑制現(xiàn)象。且當(dāng)鹽濃度超過(guò)500 mmol·L-1時(shí)，4 種植物胚根幾乎不能生長(zhǎng)，造成這一現(xiàn)象的原因可能是滲透脅迫嚴(yán)重抑制了種子萌發(fā)起始階段的吸漲作用[19]，細(xì)胞不能突破種皮，從而使萌發(fā)受到抑制。

4 結(jié)論

隨鹽濃度增加，除鹽穗木表現(xiàn)為一定的低鹽促進(jìn)萌發(fā)外，其余3 種植物基本表現(xiàn)出隨鹽濃度增加，萌發(fā)率、萌發(fā)勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)與活力指數(shù)逐漸降低；且除里海鹽爪爪外，其余3 種植物在低鹽脅迫(＜ 100 mmol·L-1)下的胚根長(zhǎng)與胚芽長(zhǎng)均高于對(duì)照，表現(xiàn)出低鹽促進(jìn)其生長(zhǎng)作用。對(duì)于6 項(xiàng)指標(biāo)而言，萌發(fā)勢(shì)、活力指數(shù)萌發(fā)閾值較高，而萌發(fā)率萌發(fā)閾值最高；4 種植物中，鹽穗木萌發(fā)閾值最高，其值為836.00 mmol·L-1；里海鹽爪爪最低，在300 mmol·L-1NaCl 溶液中種子萌發(fā)已完全受到抑制。隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)表明，4 種植物隸屬函數(shù)值為0.110 0～0.893 3，耐鹽性排序?yàn)辂}穗木 ＞ 鹽節(jié)木 ＞ 鹽爪爪 ＞里海鹽爪爪。