, , , , (.南京林業(yè)大學(xué)實驗室與基地建設(shè)管理處, 江蘇 南京 0037;.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 江蘇 南京 0037)
鹽脅迫對紫薇種子萌發(fā)特性的影響
賈永正1,張子晗2,喻方圓2,胡永清1,尤巧紅1
(1.南京林業(yè)大學(xué)實驗室與基地建設(shè)管理處, 江蘇 南京 210037;2.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心,南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 江蘇 南京 210037)
以江西吉安的紫薇種子為材料,通過對比紫薇種子在不同鹽濃度下的各項發(fā)芽指標(biāo)差異,探討鹽脅迫對紫薇種子萌發(fā)特性的影響。結(jié)果表明,隨著鹽濃度的升高,紫薇種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、耐鹽指數(shù)、幼苗根長和幼苗莖長等指標(biāo)均發(fā)生顯著或極顯著變化,鹽濃度對各項發(fā)芽指標(biāo)均有較大的影響,并且隨著鹽濃度的升高,紫薇種子的各項發(fā)芽指標(biāo)逐漸降低。綜合分析表明,在鹽濃度為50 mmol/L時,江西吉安紫薇種子的各項發(fā)芽指標(biāo),如發(fā)芽率,發(fā)芽指數(shù),耐鹽指數(shù),活力指數(shù),幼苗根長和幼苗莖長等均較高,因此可認為,紫薇種子在0~50 mmol/L鹽濃度范圍內(nèi)生長較好,江西吉安紫薇種子可耐輕度鹽脅迫。
紫薇種子; 鹽脅迫; 萌發(fā)特性
紫薇(LagerstroemiaindicaL.),千屈菜科紫薇屬落葉灌木或小喬木。因其樹姿優(yōu)美,樹干光滑潔凈,花色艷麗,花期長,是觀花、觀干、觀根的盆景良材,也是重要的庭園建筑物前、池畔、路旁、草坪邊緣均宜栽植的觀賞園林樹木[1];其根、皮、葉、花皆可入藥[2]。紫薇對二氧化硫、氟化氫和氯氣等有害氣體有較強的抗性[3],但耐鹽堿能力還有待于進一步研究。
許多學(xué)者研究認為,土壤鹽分過多是影響植物正常生長的主要環(huán)境因素之一[4-11]。目前全球約有20%的耕地受到鹽害威脅,尤其是我國屬于干旱半干旱的北方地區(qū),由于降水不足,淋溶作用較弱,地下蒸發(fā)和地表蒸騰強烈引起土壤表層鹽分積累[12]或降雨給土壤帶入鹽分,當(dāng)Na+不斷聚集達到一定濃度時,就會發(fā)生土壤鹽堿化[13]。我國的鹽漬化和次生鹽漬化土地有4 000萬hm2以上,且分布廣,其主要分布于西北、華北和沿海地區(qū),類型多[14-18],土壤含鹽量通常在0.2%~0.5%之間,對植物生長不利,而鹽堿土的含鹽量則高達0.6%~10%,將會對植物體產(chǎn)生嚴重傷害[19],而且破壞土壤結(jié)構(gòu),大面積的鹽堿化土地嚴重制約了農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)。鹽脅迫對于作為觀賞植物的紫薇來說影響也很大,同種植物不同個體之間的耐鹽性有時可能會存在明顯的差異,而種子萌發(fā)期常常是對鹽脅迫十分敏感和脆弱的時期[20-21],因此,研究在不同鹽脅迫條件下紫薇種子的萌發(fā)特性和幼苗的生長狀況,有助于了解紫薇種子的耐鹽特性,為沿海鹽堿地區(qū)紫薇苗木的培育提供理論和實踐依據(jù)。
1.1 材 料
試驗用紫薇種子為2013年11月在江西吉安采收的成熟種子,并將供試的種子裝袋后置于南京林業(yè)大學(xué)生物技術(shù)大樓負一層冷庫里保存待用。
1.2 方 法
本實驗于2014年3—4月在南京林業(yè)大學(xué)南方林木種子檢驗中心實驗室進行。
1.2.1 種子預(yù)處理
播種前用0.2%的高錳酸鉀溶液浸泡種子1~2 d進行滅菌處理后,用清水徹底沖洗。將洗凈的種子放入45~50 ℃的溫水中浸泡2~3 d[22]。
1.2.2 發(fā)芽試驗
處理過的紫薇種子在不同鹽濃度(NaCl濃度分別為0,50,100,150,200 mmol/L)下進行發(fā)芽試驗。將種子置于鋪有1層脫脂棉的發(fā)芽盒(25 cm×14.5 cm×6.5 cm)內(nèi),每盒可放2個重復(fù)的種子,每重復(fù)100粒,分別加入90 mL不同濃度的NaCl溶液。共5組處理,每組處理4×100粒種子。置床后的種子放入25 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)進行培養(yǎng),每天16 h光照。每2~3 d添加適量蒸餾水,以保證鹽脅迫條件穩(wěn)定。每天觀察種子萌發(fā)狀況,并做好記錄,以胚根超過種子長度的1/2作為種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn),發(fā)芽測定持續(xù)21 d,結(jié)束后統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、相對鹽害率、幼根長度、幼莖長度、幼苗干重和活力指數(shù)等指標(biāo)[23-24]。
1.2.3 種子萌發(fā)指標(biāo)的計算[23]
發(fā)芽率(%)=種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%;
發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt(式中:Gt為發(fā)芽實驗期內(nèi)相應(yīng)各日正常發(fā)芽的種粒數(shù),Dt為從置床之日算起的日數(shù))。
活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×幼苗干重;
其中,幼苗干重的測定方法如下:
將幼苗放入鋁盒中,先在70 ℃的條件下恒溫20 min殺青,再在103 ℃的條件下烘干至恒重。取出迅速用千分之一電子天平稱重。
耐鹽指數(shù)(%)=處理組種子發(fā)芽率/對照組種子發(fā)芽率×100%。
1.2.4 幼苗形態(tài)指標(biāo)的測定
根長、莖長用直尺直接量取,單位為mm。
1.3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007和SPSS 18.0軟件進行圖表處理和統(tǒng)計分析。利用SAS軟件的ANOVA程序進行方差分析,以檢驗不同濃度鹽脅迫下種子萌發(fā)指標(biāo)的差異顯著性,并采用LSD法進行多重比較。
2.1 鹽脅迫對紫薇種子發(fā)芽率的影響
從圖1可以看出,不同程度鹽脅迫下,紫薇種子萌發(fā)各指標(biāo)均受到不同程度的抑制。方差分析(表1)和Duncan多重比較結(jié)果顯示,不同程度鹽脅迫下,紫薇種子的發(fā)芽率差異達極顯著水平。當(dāng)NaCl溶液濃度為50 mmol/L時,紫薇種子發(fā)芽率比對照下降了13.2%。當(dāng)NaCl溶液濃度為100 mmol/L時,紫薇種子發(fā)芽率比對照下降了32.9%;NaCl溶液濃度達到150 mmol/L時,紫薇種子發(fā)芽率降低了41.7%;NaCl溶液濃度達200 mmol/L時,紫薇種子發(fā)芽率比對照下降了55.4%。
2.2 鹽脅迫對紫薇種子發(fā)芽指數(shù)的影響
圖2表明,隨著鹽脅迫程度的加劇,紫薇種子的發(fā)芽指數(shù)呈降低的趨勢。方差分析(表2)和Duncan多重比較結(jié)果表明,不同程度鹽脅迫下,紫薇種子發(fā)芽指數(shù)間差異極顯著。當(dāng)NaCl溶液濃度較低(50 mmol/L)時,對紫薇種子的發(fā)芽指數(shù)的影響達到極顯著水平,發(fā)芽指數(shù)下降了27.2%;當(dāng)NaCl溶液濃度為100 mmol/L時,與NaCl溶液濃度為50 mmol/L的處理相比,紫薇種子的發(fā)芽指數(shù)也發(fā)生極顯著變化,下降了23.4%。當(dāng)NaCl溶液濃度達到150 mmol/L時,紫薇種子的發(fā)芽指數(shù)與NaCl溶液濃度為50 mmol/L的處理相比下降了37.2%,差異極顯著;與NaCl溶液濃度為100 mmol/L的處理相比僅下降了18.1%,但也達到極顯著水平。當(dāng)NaCl溶液濃度高達200 mmol/L時,紫薇種子的發(fā)芽指數(shù)與NaCl溶液濃度為150 mmol/L的處理相比,下降了27.7%,差異極顯著,與NaCl溶液濃度為100 mmol/L的處理相比,下降了40.7%。
注:圖中不同大小寫字母表示在1%和5%水平上差異顯著。下同。圖1 NaCl脅迫對紫薇種子發(fā)芽率的影響
表1 不同鹽濃度下紫薇種子發(fā)芽率的方差分析
變異來源誤差平方和自由度均方F值p值組間1272.2504318.06387.609??0.000組內(nèi)54.457153.630總和1326.70719
注:“*”表示plt;0.05差異極顯著,“**”表示plt;0.01差異極顯著。下同。
表2 紫薇種子在不同鹽濃度下發(fā)芽指數(shù)的方差分析
變異來源誤差平方和自由度均方F值p值組間24.92546.231720.189??0.000組內(nèi)0.130150.009總和25.05519
圖2 NaCl脅迫對紫薇種子發(fā)芽指數(shù)的影響
2.3 鹽脅迫對紫薇種子活力指數(shù)的影響
圖3表明,隨著鹽脅迫程度的加劇,紫薇種子的活力指數(shù)均逐漸降低。方差分析(表3)和Duncan多重比較結(jié)果顯示,不同程度鹽脅迫下,紫薇種子的活力指數(shù)間差異達顯著或極顯著水平。與圖1比較可以看出,當(dāng)NaCl溶液濃度較低(50 mmol/L)時,對紫薇種子的發(fā)芽率影響較小,但是其活力指數(shù)卻比對照下降了46.6%,差異達極顯著水平,說明種子活力的下降先于發(fā)芽率的下降。當(dāng)NaCl溶液濃度為100 mmol/L時,紫薇種子的活力指數(shù)與NaCl溶液濃度為50 mmol/L的處理相比下降了74.8%;NaCl溶液濃度達到150 mmol/L時,與NaCl溶液濃度為100 mmol/L的處理相比下降了54.6%,達到了極顯著水平。但當(dāng)NaCl溶液濃度為200 mmol/L時,與NaCl溶液濃度為150 mmol/L的處理相比,紫薇種子的活力指數(shù)變化未達到顯著水平。但總體來講,NaCl脅迫對紫薇種子的活力指數(shù)影響較其他發(fā)芽指標(biāo)來說更顯著。
圖3 NaCl脅迫對紫薇種子活力指數(shù)的影響
表3 紫薇種子在不同鹽濃度下活力指數(shù)的方差分析
變異來源誤差平方和自由度均方F值p值組間1.20740.3021065.716??0.000組內(nèi)0.004150.000總和1.21119
2.4 鹽脅迫對紫薇種子耐鹽指數(shù)的影響
圖4表明,隨著鹽脅迫程度的加劇,紫薇種子的耐鹽指數(shù)呈下降趨勢。方差分析(表4)和Duncan多重比較結(jié)果顯示,不同程度鹽脅迫下,紫薇種子的耐鹽指數(shù)間差異顯著或極顯著。由圖4可知,NaCl溶液濃度為50 mmol/L時,紫薇種子耐鹽指數(shù)高達86.9%,而當(dāng)NaCl溶液濃度升高為100 mmol/L時,與NaCl溶液濃度為50 mmol/L的處理相比,耐鹽指數(shù)發(fā)生了極顯著變化,下降了22.7%;NaCl溶液濃度升高為150 mmol/L時,與鹽溶液濃度為50 mmol/L的處理相比,耐鹽指數(shù)降低了32.8%,達極顯著水平,而與NaCl溶液濃度為100 mmol/L的處理相比,其耐鹽指數(shù)僅降低了13.1%,未達到極顯著水平,但也達到了顯著水平。當(dāng)NaCl溶液濃度從150 mmol/L升高為200 mmol/L時,紫薇種子的耐鹽指數(shù)下降程度達到極顯著水平,下降了23.8% 。
圖4 NaCl脅迫對紫薇種子耐鹽指數(shù)的影響
表4 不同鹽濃度下紫薇種子耐鹽指數(shù)的方差分析
變異來源誤差平方和自由度均方F值p值組間0.49030.16336.395??0.000組內(nèi)0.054120.004總和0.55415
2.5 鹽脅迫對紫薇幼苗根長的影響
圖5表明,隨著鹽脅迫程度的加劇,紫薇幼苗的根長迅速降低。方差分析(表5)和Duncan多重比較結(jié)果顯示,不同程度鹽脅迫下,紫薇幼苗的根長間差異均達到極顯著水平。由圖5可知,NaCl溶液濃度為50 mmol/L時,紫薇幼苗根長下降率高達46.8%,達到極顯著水平,當(dāng)NaCl溶液濃度升高為100 mmol/L時,其根長的變化也達極顯著水平,下降了23.2%;NaCl溶液濃度升高為150,200 mmol/L時,與NaCl溶液濃度為100 mmol/L的處理相比,其根長下降了100%,差異達到極顯著水平。說明當(dāng)NaCl溶液濃度升高為150 mmol/L和200 mmol/L時,紫薇種子基本不生根。
圖5 NaCl脅迫對紫薇幼苗根長的影響
表5 不同鹽濃度下紫薇幼苗根長的方差分析
變異來源誤差平方和自由度均方F值p值組間3096.544774.1261029.742??0.000組內(nèi)11.277150.752總和3107.70819
2.6 鹽脅迫對紫薇幼苗莖長的影響
圖6表明,隨著鹽脅迫程度的加劇,紫薇幼苗的莖長逐漸降低。方差分析(表6)和Duncan多重比較結(jié)果顯示,不同程度鹽脅迫下,紫薇幼苗的莖長間差異均達到極顯著水平。由圖6可知,NaCl溶液濃度為50 mmol/L時,紫薇幼苗的莖長下降了17.7%,已達極顯著水平;NaCl溶液濃度升高為100 mmol/L時,莖長的變化也達顯著水平,下降了22.6%;NaCl溶液濃度升高為150 mmol/L時,與NaCl溶液濃度為100 mmol/L的處理相比,莖長下降了39.4%,達極顯著水平。當(dāng)NaCl溶液濃度升高為200 mmol/L時,莖長下降了56.6%,達極顯著水平。
圖6 NaCl脅迫對紫薇幼苗莖長的影響
表6 不同鹽濃度下紫薇幼苗莖長的方差分析
變異來源誤差平方和自由度均方F值p值組間814.6424203.661631.264??0.000組內(nèi)4.839150.323總和819.48219
3.1 鹽脅迫對紫薇種子發(fā)芽率的影響
種子萌發(fā)是植物生長的起點[25],萌發(fā)過程中種子會發(fā)生一系列形態(tài)和生理變化,這對植物的后期生長發(fā)育將產(chǎn)生一定影響。發(fā)芽能力是林木種子最重要的播種品質(zhì),林木種子播種價值的高低主要取決于種子的發(fā)芽率[10,26];發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是評價種子萌發(fā)能力的主要指標(biāo),反映種子發(fā)芽的快慢、整齊度和幼苗的生長潛能[27]。
鹽脅迫主要通過降低土壤水勢以阻止種子的吸水[28]和對種胚離子的毒害作用[29-30]來影響其發(fā)芽。本研究中紫薇種子的發(fā)芽率總體指標(biāo)值較低(對照組僅為34.0%),這與陳彥[31]對山東聊城地區(qū)紫薇種子發(fā)芽試驗結(jié)果相類似。在低鹽脅迫(鹽溶液濃度為50 mmol/L)下對江西吉安紫薇種子發(fā)芽抑制程度不明顯,仍為對照的86.76%,且隨著鹽濃度的增大,其發(fā)芽能力表現(xiàn)為緩慢降低,表現(xiàn)為紫薇種子的不耐鹽性,陳彥對紫薇種子耐鹽性的研究結(jié)果也得出相似的結(jié)論。但與對照組相比發(fā)芽率下降水平極為顯著,說明鹽脅迫對紫薇種子發(fā)芽有顯著的抑制作用,這與大多數(shù)學(xué)者[9,23-24,32]的研究結(jié)果相一致。其原因是在鹽堿初期,種胚開始吸收Na+和Cl-,使種子內(nèi)部水勢低于外部環(huán)境,種子還可持續(xù)吸水萌發(fā)。但隨著鹽脅迫的加劇,種子內(nèi)部較高的Na+和Cl-開始影響種胚的吸水,導(dǎo)致種子發(fā)芽能力逐漸降低。
3.2 鹽脅迫對紫薇種子活力的影響
種子活力是反映種子在發(fā)芽和幼苗生長期間其內(nèi)在活性及表現(xiàn)性能的潛在水平的所有特征之和[3]。發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)反應(yīng)的是發(fā)芽的快慢、整齊程度及長成正常幼苗的潛在能力[34],而活力指數(shù)比單獨用發(fā)芽指數(shù)更能表示種子活力的有效性[35],是衡量種子活力水平的一個較全面的指標(biāo)[36]。即種子活力是評價植物耐鹽性的重要指標(biāo)之一,它能更全面地反映種子萌發(fā)期的耐鹽能力。試驗結(jié)果表明,鹽脅迫下的紫薇種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)隨著NaCl濃度的增大,各梯度指數(shù)值顯著下降,與對照相比活力指數(shù)下降幅度分別為46.6%、86.54%、93.89%和96.25%,發(fā)芽指數(shù)下降幅度分別為27.2%、44.24%、54.28%和66.95%。當(dāng)NaCl濃度達到200 mmol/L時,其發(fā)芽被強烈抑制,耐鹽指數(shù)則降為44.5%,這可能是由于高濃度的NaCl的毒害作用,使江西吉安紫薇種子內(nèi)開始積累較多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),如可溶性糖、蛋白質(zhì)、脯氨酸等,使細胞內(nèi)水勢低于土壤水勢,使得種子正常吸水萌發(fā)。
發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、耐鹽指數(shù)與發(fā)芽率相比較可以看出,雖然在低鹽脅迫下,江西吉安紫薇種子發(fā)芽率受抑制情況較平緩,但其發(fā)芽指數(shù)、種子活力、耐鹽指數(shù)均受到極顯著的抑制??傊?,從實驗結(jié)果總體來看,在鹽脅迫環(huán)境中隨著鹽溶液濃度的升高,紫薇種子活力呈下降趨勢,且活力的下降先于發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的下降, 這與鄭興蓮[24]等的研究結(jié)果一致。
3.3 鹽脅迫對紫薇幼苗生長的影響
鹽脅迫對種子萌發(fā)后幼苗地上和地下部分生長的影響不同,并且因植物不同而有所變化,這在前人的研究中已有報道[23,37,38],其原因可能與不同植物吸收Na+和(或)Cl-后的區(qū)域特異分布有關(guān)。鹽脅迫下耐鹽大豆幼苗從環(huán)境中吸收的Na+主要積累在根、莖中,而向葉片運輸較少[39]。本試驗顯示不同濃度NaCl溶液對紫薇幼苗的生長均有不同程度的抑制作用,隨鹽脅迫的加劇,抑制作用逐漸增強。本研究認為,鹽脅迫抑制紫薇種子萌發(fā)后的幼苗生長,且胚根和胚軸所受到的抑制程度不同,導(dǎo)致其幼苗結(jié)構(gòu)隨著鹽濃度的升高而產(chǎn)生相應(yīng)變化。在0~50 mmol/L低濃度鹽脅迫下,紫薇幼苗胚根、胚軸受抑制程度相似;在50~100 mmol/L濃度鹽脅迫下,紫薇幼苗胚根生長受抑制程度高于胚軸,說明胚軸生長更耐鹽,這可能是由于種子的提前萌發(fā),過早暴露在鹽環(huán)境中的胚根受到的Na+和(或)Cl-毒害作用更顯著,使得其生長被抑制;在濃度為100 mmol/L及以上時,紫薇種子的胚根幾乎不發(fā)育,100%受到抑制,而胚軸的生長也受到了一定程度的抑制,但能反映紫薇種子胚軸生長具有較高的耐鹽性。這一結(jié)論與張子晗[9]的研究結(jié)論相異,這可能是由于不同研究地區(qū)種源特異性導(dǎo)致其耐鹽性出現(xiàn)一定的差異性。
綜合分析表明,在鹽濃度為50 mmol/L時,江西吉安紫薇種子的各項發(fā)芽指標(biāo),如發(fā)芽率,發(fā)芽指數(shù),耐鹽指數(shù),活力指數(shù),根長,莖長等均較高,因此可認為紫薇種子在0~50 mmol/L鹽濃度范圍內(nèi)生長良好,江西吉安紫薇種子可耐輕度鹽脅迫。
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Effects of Salt Stress on Germination Characteristics ofLagerstroemiaindicaSeeds
JIAYongzheng1,ZHANGZihan2,YUFangyuan2,HUYongqing1,YOUQiaohong1
2016-05-30
江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(PAPD);江蘇省農(nóng)業(yè)三項工程“苦楝優(yōu)良耐鹽品種選育及標(biāo)準(zhǔn)化快繁技術(shù)示范與推廣”項目(編號:lysx(2009)45)。
賈永正(1967—),男,甘肅渭源人;工程師,農(nóng)推碩士,主要從事林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、指導(dǎo)學(xué)生實習(xí)以及參與科研等相關(guān)工作;E-mail:jyz@njfu.com.cn。
喻方圓(1965—),男,江西南昌人;博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:林木種苗教學(xué)和種子檢驗等研究工作;E-mail:fyyu@njfu.com.cn。
10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.10.087
S 793.9; S 722.3+6
A
1001-4705(2016)10-0087-06