張　晶，喬　星，倪偉超，李　彪，王　超，倪　穗

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211)

不同處理對海蓬子種子萌發(fā)的影響及其最佳萌發(fā)條件的研究

張晶，喬星，倪偉超，李彪，王超，倪穗*

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211)

海蓬子(SalicorniabigeloviiTorr.)是一種耐鹽極強的肉質(zhì)植物，可以開發(fā)改良為直接用海水灌溉的食用和油用經(jīng)濟(jì)植物。本文針對海蓬子種子萌發(fā)率低的問題，采用不同濃度 NaCl浸種、不同濃度海水培育，高鹽脅迫下不同濃度外源GA3處理方法進(jìn)行海蓬子種子萌發(fā)研究，通過單因素實驗和正交試驗，得出最佳的種子萌發(fā)條件。結(jié)果表明：海蓬子種子經(jīng)過 2 g·L-1NaCl浸種1天后，在海水濃度為10%，添加外源GA3為15 mg·L-1條件下，萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)最高，為33%和20.7%。研究發(fā)現(xiàn)，海蓬子種子在低濃度的海水中萌發(fā)效果好，適宜濃度范圍的外源GA3，能夠減弱鹽脅迫的影響，促進(jìn)海蓬子種子的萌發(fā)，一定濃度范圍內(nèi)的NaCl浸種預(yù)處理有助于促進(jìn)海蓬子種子的萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)。

海蓬子；種子萌發(fā)；海水；GA3；NaCl

海蓬子(SalicorniabigeloviiTorr.)屬于藜科(Chenopodiaceae)海蓬子屬(Salicornia)，一般生長在鹽沼地，鹽湖旁及海灘，屬于肉質(zhì)化的真鹽生植物。原產(chǎn)于美國西部海濱，經(jīng)美國亞利桑那大學(xué)培育、改良為耐鹽極強可以直接用海水灌溉的植物。 目前在我國遼寧、河北、山西、陜西、寧夏、甘肅、山東、江蘇等省(區(qū))也有廣泛的分布[1]。海蓬子具耐鹽堿、耐澇等特點，并且具有很高的經(jīng)濟(jì)價值[2-3]；同時，還可以作為生物過濾器去除海水養(yǎng)殖中的營養(yǎng)鹽[4-6]，但海蓬子的種子萌發(fā)率較低，限制了它的推廣應(yīng)用。因此，探討海蓬子種子萌發(fā)問題，對于生態(tài)脆弱的鹽堿地區(qū)的經(jīng)濟(jì)植物種植與養(yǎng)殖廢水的處理凈化具有重要的意義。

有關(guān)海蓬子種子萌發(fā)的研究目前還剛起步，已有資料僅涉及溫度、pH值、NaCl、外源激素等因素對海蓬子種子萌發(fā)的影響[7-13]。但對于海水，GA3，NaCl預(yù)浸種等因素綜合作用影響海蓬子種子萌發(fā)及最適萌發(fā)件等方面的研究還未見報道。本研究采用不同海水濃度脅迫下，經(jīng)過不同濃度GA3和不同濃度的NaCl浸種預(yù)處理后，海蓬子種子萌發(fā)情況，并探究3個因素共同影響下的最佳萌發(fā)條件，實驗結(jié)果對海蓬子的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與預(yù)處理

海蓬子種子購于江蘇鹽城綠苑海蓬子有限責(zé)任公司，固體海水購于浙江省杭州市藍(lán)海星鹽制品有限公司，pH值為6.0，礦化度約為30 g·L-1。

挑選飽滿一致的種子，將種子以3%的KMnO4進(jìn)行表面消毒2 h[14]。將消毒后的種子用蒸餾水清洗，洗去表面殘留的消毒液，晾干，4℃冰箱保存，備用。

1.2研究方法

1.2.1種子萌發(fā)方法采用培養(yǎng)皿紙上法，參照《國際種子檢驗規(guī)程》[15]。在洗凈、烘干的培養(yǎng)皿中放入3張濾紙，用各處理液潤濕，每皿放置25粒種子，各處理有3組重復(fù)。將各處理組的種子放置在人工氣候培養(yǎng)箱，萌發(fā)溫度為25 ℃，相對濕度為70%，光照8 h，光照強度為100 μmol/(m2·s)。每天觀察記錄發(fā)芽種子，并補充蒸發(fā)的溶液，使實驗中溶液濃度維持相對不變。

1.2.2海水處理海水濃度梯度設(shè)置：0(CK )、20%，40%，60%，80%，100%的海水溶液，共6個處理。用不同濃度的海水溶液浸潤濾紙，放入種子。置于培養(yǎng)箱內(nèi)。

1.2.3外源GA3處理在40%濃度海水中加入不同濃度的GA3，濃度梯度設(shè)置：0(CK)，5，10，20， 30，40 mg·L-1，共6個處理組進(jìn)行種子萌發(fā)試驗。

1.2.4NaCl浸種預(yù)處理后種子的萌發(fā)NaCl溶液梯度設(shè)置： 0(CK)，4，6，8，12 ，14 g·L-1，浸種1天，然后將種子置于40%的海水中進(jìn)行萌發(fā)試驗。

1.2.5海蓬子種子萌發(fā)的正交試驗在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以海水濃度、GA3濃度、NaCl浸種預(yù)處理濃度為變量，以海蓬子種子的最終萌發(fā)率為指標(biāo)，選取各因素較優(yōu)區(qū)，采用L9(33)正交表，對海蓬子種子最佳萌發(fā)處理進(jìn)行研究。

1.3測定方法

發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt(Gt為在第t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相對的種子發(fā)芽天數(shù))

所有數(shù)據(jù)均用Sigma Plot統(tǒng)計并制圖。應(yīng)用SAS 8.1統(tǒng)計分析軟件對不同處理下的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同海水濃度對海蓬子種子萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)的影響

2.1.1不同海水濃度對海蓬子種子萌發(fā)率的影響

由圖1可見，海蓬子種子的萌發(fā)率隨著海水濃度的升高，先增加后降。在培養(yǎng)12天后，發(fā)芽率基本穩(wěn)定。

海蓬子種子在清水中的萌發(fā)率為17.3%，在20%濃度的海水中萌發(fā)率最高為24%，當(dāng)海水濃度為40%時，海蓬子種子的萌發(fā)率明顯降低，發(fā)芽率僅為14%，并且隨著海水濃度的增加，其萌發(fā)率降低?？梢?，20%左右的海水有利于海蓬子種子的萌發(fā)。海水對海蓬子種子萌發(fā)的抑制，不僅表現(xiàn)在降低萌發(fā)率，還表現(xiàn)在使海蓬子種子的萌發(fā)時間受到推遲，海水濃度越高，推遲時間越長。海蓬子種子在清水中，第3天開始萌發(fā)，在海水濃度為20%時，萌發(fā)時間在第4天，當(dāng)海水濃度達(dá)到100%時，海蓬子種子在第8天萌發(fā)，并且萌發(fā)受到嚴(yán)重抑制，僅為2%。

圖1　海蓬子種子在不同濃度海水中的萌發(fā)率

2.1.2不同海水濃度對海蓬子種子發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)體現(xiàn)了種子的發(fā)芽速度和整齊度。圖2為培養(yǎng)12天，海蓬子種子的發(fā)芽指數(shù)。海蓬子種子的發(fā)芽指數(shù)隨著海水濃度的增加也是呈先增后降的趨勢，清水中海蓬子種子的發(fā)芽指數(shù)為19.16%，20%海水中發(fā)芽指數(shù)最高為20.72%，當(dāng)海水濃度為40%時，其發(fā)芽指數(shù)為9.8%，顯著降低，100%海中發(fā)芽指數(shù)最低為1%。

圖2　海蓬子種子在不同海水濃度中的發(fā)芽指數(shù)

2.2不同濃度GA3對海蓬子種子萌發(fā)和發(fā)芽率的影響

2.2.1不同濃度GA3對海蓬子種子萌發(fā)的影響

圖3是不同濃度GA3加入到在40%濃度海水的海蓬子種子中，其萌發(fā)情況。由圖3可見加入不同濃度GA3后，海蓬子種子的萌發(fā)率隨著赤霉素濃度的增加先增高后降低。在第12天赤霉素添加濃度為10 mg·L-1和20 mg·L-1時海蓬子種子萌發(fā)率分別為18%和16%，均高于對照組(14%)。赤霉素濃度達(dá)到3 mg·L-1時，萌發(fā)率為10%，明顯低于對照組，并且降低趨勢明顯。實驗結(jié)果可見，赤霉素的添加有助于緩解鹽脅迫對海蓬子種子萌發(fā)的影響，在一定程度上提高其萌發(fā)率。

圖3　不同濃度GA3+海水處理下海蓬子種子的萌發(fā)率

2.2.2不同濃度GA3對海水中的海蓬子種子發(fā)芽指數(shù)的影響

從圖4可以明顯看出，在40%濃度海水中隨著赤霉?jié)舛鹊脑黾訉Ｅ钭臃N子發(fā)芽指數(shù)的同樣呈先增加后降低的趨勢，在赤霉素濃度為10 mg·L-1時，發(fā)芽指數(shù)最高為13.3%。當(dāng)赤霉素添加濃度超過20 mg·L-1時，海蓬子種子的發(fā)芽指數(shù)低于對照，生長開始受到抑制。

圖4　不同濃度GA3+海水處理下海蓬子種子的發(fā)芽指數(shù)

2.3不同濃度NaCl浸種處理后對海蓬子種子的萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)的影響

2.3.1不同濃度NaCl浸種處理后對海蓬子種子的萌發(fā)率的影響

圖5是不同濃度NaCl浸種處理后的海蓬子種子在40%海水中的萌發(fā)率。從圖5可見不同濃度的NaCl浸種預(yù)處理對海蓬子種子在高濃度海水中的萌發(fā)有促進(jìn)作用。其萌發(fā)率呈先增加后降低趨勢，在 NaCl預(yù)處理濃度為12 g·L-1時，種子的萌發(fā)率達(dá)到最高為18%。在濃度為14 g·L-1時，萌發(fā)率開始降低為16%，但均高于對照組(14%)。但是NaCl浸種預(yù)處理對海蓬子種子的萌發(fā)存在有滯后效應(yīng)，從圖5可以看出，當(dāng)NaCl濃度高于6 g·L-1后，海蓬子種子滯后一天，也就是在第5天開始萌發(fā)。

圖5　不同濃度NaCl浸種預(yù)處理后海蓬子種子 在海水中的萌發(fā)率

2.3.2不同濃度NaCl浸種預(yù)處理后對海蓬子種子的發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖6 可見，不同濃度的NaCl浸種預(yù)處理，提高了海蓬子種子在高濃度海水中的發(fā)芽指數(shù)。其發(fā)芽指數(shù)與萌發(fā)率同樣呈先增加后降低趨勢，但均高于對照組發(fā)芽指數(shù)9%，在 NaCl預(yù)處理濃度為12 g·L-1時，種子的發(fā)芽指數(shù)達(dá)到最高為11.72%。

圖6　不同濃度NaCl浸種預(yù)處理后海蓬子種子 在海水中的發(fā)芽指數(shù)

2.4海蓬子種子萌發(fā)的正交試驗及其方差分析

從三組單因素實驗中，選出3個不同影響因素合適的水平范圍，建立成因素水平表1。

表1　正交實驗水平表

按照正交實驗L9(33)設(shè)計的方案，以海蓬子種子培養(yǎng)12天的最終萌發(fā)率為指標(biāo)，得出正交分析表，如表2。

表2　正交實驗L9(33)設(shè)計及其結(jié)果分析

選擇各因子在同一水平下的平均試驗指標(biāo)之和k最高的為最優(yōu)水平，從結(jié)果分析中挑選最佳的萌發(fā)試驗條件，為A1B2C3，即海水濃度為10%，添加濃度為15 mg·L-1外源GA3，12 g·L-1NaCl浸種預(yù)處理。因素的影響順序為：NaCl預(yù)浸種濃度>海水濃度>外源GA3濃度。

從方差分析表3中，可以看出對于因素A：P<0.001，對于因素B：P=0.001 5<0.05，對于因素C：P<0.001，說明選擇的三個因素對海蓬子種子萌發(fā)的影響顯著。

表3　方差分析表

2.5驗證實驗

以最優(yōu)萌發(fā)條件，按照1.2.1中的培養(yǎng)方法，計算海蓬子種子12天最終萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)。結(jié)果見表4。

表4　萌發(fā)最優(yōu)條件的驗證

3　討論與結(jié)論

3.1低濃度的海水有助于海蓬子種子的萌發(fā)

海蓬子在種植時可以用全海水灌溉也可以用不同濃度的海水灌溉。從研究結(jié)果來看，海蓬子種子在萌發(fā)時全海水對其有一定的抑制作用，許多研究有類似的發(fā)現(xiàn)[8,10,16]。而低濃度的海水則有助于海蓬子種子的萌發(fā)，由實驗結(jié)果看海蓬子種子在20%的海水中，萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)均高于清水對照組。原因可能是由于低鹽環(huán)境能夠刺激海蓬子種子中脯氨酸等其他可溶性物質(zhì)的積累，提高細(xì)胞內(nèi)部的滲透壓，增加種子的吸水能力，還有可能改變細(xì)胞膜質(zhì)蛋白的功能，細(xì)胞從外界環(huán)境中吸收無機(jī)離子，降低細(xì)胞水勢，促進(jìn)種子吸水萌發(fā)。盡管一定濃度的鹽分有助于鹽生植物海蓬子的萌發(fā)，但其萌發(fā)時間會受到延遲，這是其種子在萌發(fā)階段受到鹽脅迫時發(fā)生休眠所致。鹽生植物在鹽分較高時不萌發(fā)，當(dāng)環(huán)境適宜時再萌發(fā)，這樣可以在一定程度上避免植株受到高濃度鹽分脅迫致死的可能，是鹽生植物自我保護(hù)的機(jī)制[17]。

3.2GA3對海水處理下的海蓬子種子萌發(fā)有促進(jìn)作用

一定濃度的GA3有助于海蓬子種子在鹽脅迫下的萌發(fā)，研究表明GA3濃度為10 mg·L-1時，海蓬子種子在40%海水中的萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)最高。赤霉素能夠提高鹽脅迫下海蓬子種子的萌發(fā)率。這可能是由于GA3能夠打破鹽脅迫下種子的休眠，可以增加體內(nèi)脯氨酸的積累，增強海蓬子種子自身抗脅迫能力[18-19]。赤霉素濃度超過20 mg·L-1時，其發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)明顯下降，表現(xiàn)為抑制作用，外源赤霉素的加入可以調(diào)節(jié)海蓬子種子中的激素水平，但是種子的萌發(fā)還受多種激素的共同調(diào)控，加入過多的外源赤霉素，可能會破海蓬子種子的激素調(diào)控機(jī)制，反而不利于種子的萌發(fā)。

3.3NaCl浸種預(yù)處理后對海蓬子種子的萌發(fā)有一定影響

鹽脅迫下，植物種子的萌發(fā)生長與滲透脅迫和離子毒害有關(guān)，曾幼玲等[20]研究認(rèn)為鹽生植物中起主要抑制作用的是滲透脅迫而不是離子毒害，而張萬鈞等[21]認(rèn)為影響鹽生植物種子萌發(fā)的因素不僅僅是滲透脅迫，NaCl可能對在種子萌發(fā)中起關(guān)鍵作用的一些酶的活動有抑制作用。經(jīng)NaCl短時間浸種預(yù)處理后海蓬子種子的萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為增加，說明一定濃度短時間的NaCl浸種有利于提高海蓬子種子的耐鹽性，在NaCl濃度為12 g·L-1處理下，其萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)最大，濃度高于12 g·L-1后，種子的萌發(fā)率和發(fā)芽指數(shù)呈下降趨勢。這可能與種子在鹽浸種下，種子內(nèi)部調(diào)節(jié)滲透平衡的物質(zhì)積累有關(guān)。楊景寧等[13]研究發(fā)現(xiàn)短時間NaCl浸種預(yù)處理能夠促進(jìn)黎科的某些植物的復(fù)萌，其機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。

3.4海蓬子種子最佳萌發(fā)條件的確定

通過單因素實驗及其正交實驗，確定海蓬子種子萌發(fā)的最佳條件為：10%海水， 15 mg·L-1外源GA3，12 g·L-1NaCl浸種預(yù)處理。三中因素的影響順序為：NaCl浸種預(yù)處理濃度﹥海水濃度﹥外源GA3濃度，在最優(yōu)條件下，海蓬子的萌發(fā)率為33.3%，發(fā)芽指數(shù)為20.7%。

綜上所述，海蓬子種子的萌發(fā)受季節(jié)的顯著，且發(fā)芽率不高。在實驗室培養(yǎng)條件下，低濃度海水對其種子萌發(fā)比較有利，添加一定濃度外源GA3，有助于促進(jìn)種子的在高濃度海水中的萌發(fā)，減輕鹽脅迫作用，并且短時間的NaCl浸種預(yù)處理，能夠提高海蓬子種子的耐鹽性，但其具體機(jī)理研究尚少，有待于進(jìn)一步深入探討。

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Study on Effects of Different Treatments on Seed Germination ofSalicorniabigeloviiand Its Optimum Germination Conditions

Zhang Jing, Qiao Xing, Ni Weichao, Li Biao, Wang Chao, Ni Sui*

(School of Marine Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China)

This article aims at the question ofSalicorniabigeloviilow germination rate, its seed germination was studied by using different concentration NaCl solutions soaking, different concentration sea water and different concentrations of exogenous GA3with high salt stress. The optimum germination conditions were analyzed through a single-factor test and orthogonal experiment. The results indicated that theS.bigeloviiseed germination percentage and index were the best under concentration of 10 % sea water and 15 mg·L-1exogenous GA3after one day presoaking in 2 g·L-1NaCl solution, which was 33% and 20.7%. The study also found thatS.bigeloviiseed germination was better in low concentration sea water, appropriate concentration range of exogenous GA3could weaken the influence of salt stress and promote theS.bigeloviiseed germination capability, the seeds presoaked in appropriate concentration NaCl solutions could improve their germination percentage and index.

Salicorniabigelovii; seed germination; sea water; GA3; NaCl

2015-03-18

浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃項目(2015C32004)；寧波市科技富民項目(2015C10062)。

張晶(1990—)，女，碩士。E-mail：13857478403@163.com

*通訊作者：倪穗(1965—)，女，教授，研究方向：植物生物技術(shù)。E-mail：nisui@nbu.edu.cn

10.3969/j.issn.1006-9690.2015.06.009

Q945.34

A

1006-9690(2015)06-0032-05