彭鉬植，張 科，吉小敏，姜 黎2，*

（1.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊 830063；2.新疆精河荒漠生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，新疆 精河 833300；3.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011）

小葉堿蓬（Suaeda microphyllaPall.）是藜科堿蓬屬多年生小灌木，產(chǎn)于新疆、中亞、俄羅斯等地，生于戈壁、沙丘、湖邊、鹽堿荒漠［1］，作為干旱區(qū)重要荒漠植物，其種群的健康狀態(tài)和更新擴(kuò)大對(duì)抑制西北干旱區(qū)土壤沙化起著重要的作用。受全球氣候變暖以及人類的過度放牧的影響，荒漠植物面臨著環(huán)境溫度升高、水分短缺等問題，小葉堿蓬種群的繁衍受到了嚴(yán)重的威脅［2-3］。因此，研究在不同生境條件下小葉堿蓬種子發(fā)芽的特性對(duì)小葉堿蓬種群擴(kuò)繁和人工種植具有重要意義。然而，目前有關(guān)小葉堿蓬的研究報(bào)道并不多見。

種子發(fā)芽作為植物生長(zhǎng)的起始階段，是對(duì)環(huán)境脅迫抵抗力最弱的時(shí)期［4-5］，也是決定植物能否在環(huán)境中成功定植的最為關(guān)鍵的階段［6］。種子的發(fā)芽、成苗不僅受到自身發(fā)育的調(diào)控，還受外界環(huán)境條件，例如光照、溫度、干旱、鹽分等生態(tài)環(huán)境因子的影響［7-10］。溫度影響著種子發(fā)芽時(shí)的膜透性、膜結(jié)合蛋白以及水解酶的活性等，由此影響著萌發(fā)過程中種子對(duì)水分的吸收和能量的代謝［10-11］。種子發(fā)芽及幼苗期是植物對(duì)干旱脅迫和鹽脅迫最敏感的時(shí)期，干旱脅迫和鹽脅迫所造成的滲透勢(shì)失衡，以及鹽脅迫造成的離子毒害都會(huì)極大的影響種子的發(fā)芽，而在干旱和鹽堿環(huán)境下種子能夠發(fā)芽是植株在干旱和鹽堿脅迫下能夠生長(zhǎng)發(fā)育的前提［10，12-13］因此，探討環(huán)境因子對(duì)種子發(fā)芽及幼苗的生長(zhǎng)的影響用具有重要意義。本研究以小葉堿蓬為材料，通過研究其在不同溫度、光照、NaCl 溶液、PEG-6000 溶液下種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)狀況，探討荒漠植物小葉堿蓬種子在發(fā)芽期和幼苗期對(duì)溫度、光照、鹽分和干旱四種環(huán)境因子的響應(yīng)，為小葉堿蓬在干旱區(qū)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 小葉堿蓬種子采集

于2021年10月，在新疆阜康八一水庫(kù)，選擇長(zhǎng)勢(shì)健康的小葉堿蓬植株，采集完全成熟的種子。將小葉堿蓬種子在室溫下晾干，保存于信封中備用。

1.2 發(fā)芽試驗(yàn)

1.2.1 溫度發(fā)芽試驗(yàn)

取2 張濾紙放入直徑6 cm 的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入25 粒小葉堿蓬種子，蒸餾水2.5 mL，分別置于20/5℃、25/10℃、30/15℃、35/20℃變溫、光照/黑暗交替12 h/12 h 的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每個(gè)溫度4 次重復(fù)。發(fā)芽過程中每日觀察記錄1 次發(fā)芽情況，以胚根露出種皮長(zhǎng)度超過種子直徑一半為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)觀察記錄14日，計(jì)算其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和幼苗芽長(zhǎng)與根長(zhǎng)。

1.2.2 光照發(fā)芽試驗(yàn)

取2 張濾紙放入直徑6 cm 的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入25 粒小葉堿蓬種子，蒸餾水2.5 mL，分別置于四個(gè)變溫（20/5℃、25/10℃、3015℃、35/20℃）培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，4 次重復(fù)，將培養(yǎng)皿用錫紙包裹進(jìn)行避光處理，14日后拆除錫紙，記錄發(fā)芽率、幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)，與1.2.1步驟中光暗交替培養(yǎng)組進(jìn)行對(duì)比。

1.2.3 干旱發(fā)芽試驗(yàn)

取2 張濾紙放入直徑6 cm 的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入25 粒小葉堿蓬種子，加入6 組不同濃度的PEG-6000 溶液各2.5 mL，濃度分別為：5%、10%、15%、20%、25%、30%（W/W），蒸餾水為對(duì)照（CK），4次重復(fù)，置于25/10℃變溫、光照/黑暗交替12 h/12 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。發(fā)芽過程中每日觀察記錄1次發(fā)芽情況，種子發(fā)芽以胚根露出種皮長(zhǎng)度超過種子直徑一半為標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)觀察記錄14日，計(jì)算其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和幼苗芽長(zhǎng)與根長(zhǎng)。

1.2.4 鹽分發(fā)芽試驗(yàn)

取2 張濾紙放入直徑6 cm 的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿加入25 粒小葉堿蓬種子，加入6 組不同濃度NaCl 溶液各2.5 mL，濃度分別為：50、100、200、300、400、800 mmol·L-1，蒸餾水為對(duì)照（CK），4 次重復(fù)。置于25/10℃變溫、光照/黑暗交替12 h/12 h 的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。發(fā)芽過程中每日觀察記錄1 次發(fā)芽情況，種子發(fā)芽以胚根露出種皮超過種子直徑一半為標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)觀察記錄14日，計(jì)算其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和幼苗芽長(zhǎng)與根長(zhǎng)。

1.3 發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)參數(shù)測(cè)定

發(fā)芽率=每個(gè)培養(yǎng)皿中發(fā)芽的種子總數(shù)/25×100%；發(fā)芽指數(shù)=∑G/t（G 為每日的發(fā)芽率，t為發(fā)芽的總天數(shù)）；發(fā)芽勢(shì)=第5 天累計(jì)發(fā)芽種子數(shù)/25×100%；幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)采用游標(biāo)卡尺測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 16.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差分析，采用Ducan 檢驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 溫度對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽特征的影響

溫度顯著影響了小葉堿蓬種子發(fā)芽率、幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)（表1）。20/5℃（低溫）或25/10℃能顯著降低小葉堿蓬種子發(fā)芽率。綜合比較，小葉堿蓬種子發(fā)芽受溫度影響的變化幅度較大，適宜的溫度區(qū)間較窄。在四組溫度條件下，30/15℃或35/20℃（高溫）條件小葉堿蓬種子發(fā)芽率相對(duì)較高，說明適當(dāng)?shù)奶岣邷囟瓤梢蕴嵘∪~堿蓬種子發(fā)芽的活力。溫度對(duì)小葉堿蓬幼苗根長(zhǎng)的影響是顯著的（P＜0.05），但對(duì)小葉堿蓬幼苗芽長(zhǎng)的影響是不顯著的（P＞0.05）；盡管35/20℃的條件下小葉堿蓬有著較高的種子發(fā)芽率，但此溫度會(huì)導(dǎo)致根的生長(zhǎng)延緩甚至是腐敗，不適宜幼苗的生長(zhǎng)。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，30/15℃為小葉堿蓬最適的發(fā)芽和生長(zhǎng)溫度。

表1 溫度對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響Tab.1 Effects of different temperatures on germination rate，bud length，and root length of S.microphylla

2.2 不同溫度下光照對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率的影響

如圖1所示，光照對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率的影響并不顯著（F=0.08，P＞0.05），光照和溫度的交互作用對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率的影響也是不顯著的（F=0.08，P＞0.05）。在同一溫度下，光暗交替與全黑暗條件相比，種子發(fā)芽率幾乎無差異，且隨著溫度越高兩者差異愈發(fā)不明顯。

圖1 光照對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effect of light on germination rate of S.microphylla seeds under different temperatures

2.3 干旱對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽特性的影響

由表2可知，干旱脅迫對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響均是明顯的。小葉堿蓬種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)隨著干旱脅迫增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，5% PEG-6000 處理顯著增加了發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，其中根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)分別增加了80.13%和17.60%，說明了根對(duì)適度的干旱的響應(yīng)比芽的響應(yīng)更為敏感。當(dāng)PEG-6000 濃度超過5%，小葉堿蓬種子的發(fā)芽就被顯著抑制，發(fā)芽時(shí)間延遲，其能夠耐受的最大PEG-6000的濃度為15%。

表2 干旱脅迫對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響Tab.2 Effects of drought stress on germination rate，germination index，germination potential，bud length，and root length of S.microphylla

2.4 鹽分對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽特性的影響

鹽分顯著影響了小葉堿蓬種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)（表3）。即使是濃度較低的NaCl 溶液（50 mmol·L-1）也能顯著降低小葉堿蓬的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)。與對(duì)照相比，50 mmol·L-1的NaCl 處理下，小葉堿蓬幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)分別下降了77.36%和21.47%，說明了小葉堿蓬根對(duì)鹽脅迫的敏感程度高于芽。

表3 鹽分脅迫對(duì)小葉堿蓬種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響Tab.3 Effects of salinity stress on germination rate，germination index，germination potential，bud length，and root length of S.microphylla

3 討論

3.1 溫度

種子對(duì)溫度的感應(yīng)是其發(fā)芽的重要環(huán)節(jié)［4-6］。對(duì)許多鹽生植物來說，20～30℃是種子發(fā)芽的最適溫度范圍，而5～15℃和30～35℃的溫度不利于種子發(fā)芽［4-6］。植物可以感應(yīng)晝夜溫度的變化，晝夜溫度的變化對(duì)鹽生植物的種子發(fā)芽具有促進(jìn)作用，使種子在能夠在一年中最適的季節(jié)和最適的時(shí)間發(fā)芽［10］，故本研究采用晝夜變溫條件對(duì)小葉堿蓬種子的發(fā)芽特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，小葉堿蓬種子發(fā)芽和幼苗根的生長(zhǎng)對(duì)溫度的適應(yīng)變化范圍較狹窄，溫度較低時(shí)（20/5℃、25/10℃）小葉堿蓬種子的發(fā)芽受到嚴(yán)重抑制，而當(dāng)溫度過高時(shí)（35/20℃），則嚴(yán)重影響著小葉堿蓬幼苗根的生長(zhǎng)。比較不同溫度處理組之間的種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)情況得出小葉堿蓬種子發(fā)芽的最適宜溫度為30/15℃，且小葉堿蓬對(duì)低溫脅迫尤為敏感。干旱荒漠地區(qū)初春時(shí)，溫度過低抑制了小葉堿蓬發(fā)芽速率，阻止了種群更新，這可能是引起小葉堿蓬瀕危的原因之一。

3.2 光照

光照可作為植物種子發(fā)芽過程中的重要影響因子，但卻并不是調(diào)控種子發(fā)芽的必要條件［5-6，10］。光照影響鹽生植物種子發(fā)芽的機(jī)制與植物基因有關(guān)［5-6，10］。許多報(bào)道有關(guān)鹽生植物種子發(fā)芽過程中對(duì)光照的影響敏感，例如羅布麻（Apocynum venetum）［5］、鹽樺（Belula halophila）［6］在光照與黑暗條件下的種子發(fā)芽率的差異顯著。但小葉堿蓬發(fā)芽過程在光照與黑暗條件下的差異不大，對(duì)光照不敏感，屬于非光敏感型種子。這可能與小葉堿蓬種皮較厚有關(guān)，種皮阻止了種子對(duì)光的感應(yīng)，致使小葉堿蓬種子發(fā)芽過程中某些特有的感光酶因感受不到光或感受的光強(qiáng)度不夠，而不能很快被激活，表現(xiàn)為發(fā)芽受到抑制。因此，光照不是小葉堿蓬種子發(fā)芽過程中對(duì)其產(chǎn)生主要影響的生態(tài)環(huán)境因子。

3.3 干旱

水分是影響干旱荒漠植物種子發(fā)芽、種群穩(wěn)定的主要生態(tài)因子之一［12-13］?；哪参锓N子的發(fā)芽特性是其對(duì)生存環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果［14-16］，小葉堿蓬種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)隨著干旱脅迫增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)；與對(duì)照相比，5%PEG-6000 處理顯著促進(jìn)小葉堿蓬種子的發(fā)芽，這在其他鹽生植物中也曾有過報(bào)道［8］，這可能是由于適度的干旱促進(jìn)了種子淀粉酶活性的提高引起的；同時(shí)，在5% PEG-6000 處理下，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)分別增加了80.13%和17.60%，說明適度的干旱脅迫還能促進(jìn)小葉堿蓬幼苗的生長(zhǎng)，這一現(xiàn)象符合“干生根、濕生芽”規(guī)律。

3.4 鹽分

鹽脅迫可以通過造成鹽離子毒害和離子滲透勢(shì)失衡的方式抑制植物種子的發(fā)芽［17-18］。當(dāng)外界鹽濃度超出細(xì)胞所能承受極限值時(shí)，就會(huì)造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損、細(xì)胞失水、生理代謝速率下降，從而抑制種子發(fā)芽，并且毒害作用與鹽濃度呈正相關(guān)，鹽分濃度越高，對(duì)種子發(fā)芽的抑制作用越強(qiáng)［19-21］。本研究表明，小葉堿蓬種子發(fā)芽過程中對(duì)環(huán)境中的鹽脅迫較為敏感，50 mmol·L-1NaCl 處理下，小葉堿蓬種子發(fā)芽率僅為11%，隨著鹽濃度的增加發(fā)芽率逐漸降低，在200 mmol·L-1NaCl 的高鹽環(huán)境中小葉堿蓬無法發(fā)芽，與堿蓬屬其它植物相比，如囊果堿蓬在200 mmol·L-1NaCl 處理下發(fā)芽率依舊可以達(dá)到50%［7］，小葉堿蓬耐鹽性相對(duì)較低。鹽漬環(huán)境下種子發(fā)芽是鹽生植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵及敏感階段，其發(fā)芽能力和耐鹽能力往往影響著植物種群的分布范圍。因此，相對(duì)較低的種子耐鹽閾值和自然界發(fā)芽時(shí)為低溫時(shí)期，可能是最終導(dǎo)致其瀕危的重要原因。

4 結(jié)論

綜上所述，溫度、水分與鹽分可作為小葉堿蓬種子發(fā)芽期和幼苗期的主要限制性生態(tài)環(huán)境因子，而光照不作為主要生態(tài)因子。小葉堿蓬耐鹽和耐旱性較差，但適宜的水分脅迫能顯著促進(jìn)小葉堿蓬發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)。