向 亮， 陳佳勃， 陳 龍， 王艷杰， 趙 迎

(1.遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 2.盤錦市氣象局， 遼寧 盤錦 124000；3.遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院， 遼寧 撫順 113001)

翅堿蓬(Suaedasalsa)是廣泛分布于濱海潮灘濕地的先鋒植物[1-3]，在降低土壤鹽分[2-3]、改善土壤理化性質(zhì)[4-6]、修復(fù)石油烴污染[7-8]和維持濕地生態(tài)系統(tǒng)正常演替[9-10]等方面具有重要作用。遼河口濕地屬于國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，翅堿蓬是遼河口濱海濕地植被的重要組成部分[11]；國(guó)家5 A級(jí)景區(qū)盤錦紅海灘風(fēng)景廊道就是以翅堿蓬為主要元素。

近十幾年來(lái)，隨著人類活動(dòng)影響逐漸加劇，遼河口濕地翅堿蓬出現(xiàn)嚴(yán)重退化現(xiàn)象，導(dǎo)致濕地面積大幅度減少，造成濕地生態(tài)功能明顯降低、生物多樣性銳減[11-12]。保護(hù)和恢復(fù)遼河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，特別是開(kāi)展翅堿蓬等典型濕地植物的保護(hù)與恢復(fù)工作，對(duì)保障遼河口濕地的生態(tài)安全、提高濕地的生物多樣性具有十分重要的意義。翅堿蓬在種子萌發(fā)期對(duì)土壤中鹽度[13]、水分[14]、重金屬[15]和多環(huán)芳烴[16]等污染物較為敏感，極大地限制了翅堿蓬濕地的生態(tài)恢復(fù)與重建。適宜的種子預(yù)處理方式可以提高種子萌發(fā)率，加速種子萌發(fā)[17]，縮短萌發(fā)期種子在污染環(huán)境條件下的滯留時(shí)間，進(jìn)而提高退化濕地生態(tài)恢復(fù)與重建的效率。

促進(jìn)種子萌發(fā)的預(yù)處理方法一般分為物理法和化學(xué)法。物理方法如機(jī)械破壞種皮、低溫層積、沙藏和光照等，雖然能夠在一定程度上促進(jìn)種子的萌發(fā)，但存在工作量大、處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和作用不明顯等缺陷[18-20]?；瘜W(xué)方法是利用化學(xué)藥劑破壞種皮，改變種子的休眠狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)種子的萌發(fā)。研究表明，硫酸、氫氧化鈉、高錳酸鉀、雙氧水和硝酸鉀等化學(xué)藥劑能夠打破植物種子的休眠，提高種子萌發(fā)率[17,21-26]，但用氧化劑處理翅堿蓬種子的研究未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究通過(guò)水培實(shí)驗(yàn)分析不同氧化劑對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)的影響，旨在探究翅堿蓬種子快速萌發(fā)和提高萌發(fā)率的方法，為遼河口翅堿蓬濕地退化區(qū)的恢復(fù)與重建提供科技支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

翅堿蓬種子采自遼河口翅堿蓬濕地，挑選成熟飽滿的種子供本實(shí)驗(yàn)所用。采用的高錳酸鉀(KMnO4)、雙氧水(H2O2)和硝酸鉀(KNO3)為分析純?cè)噭?，用?shí)驗(yàn)室制備的去離子水配制需要的濃度。

1.2 研究方法

1.2.1種子千粒重的測(cè)定

隨機(jī)取翅堿蓬種子1 000粒，用精確度0.000 1 g的電子天平稱量其質(zhì)量，重復(fù)8次，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)[19]。

1.2.2種子吸水率的測(cè)定

隨機(jī)稱取翅堿蓬種子，加入去離子水浸泡并置于25 ℃的培養(yǎng)箱中。在浸種0～2 h內(nèi)每0.5 h取一次，浸種2～6 h內(nèi)每2 h取一次，浸種6 h以后每6 h取一次，從培養(yǎng)箱中取出種子并用濾紙吸干表面水分，測(cè)定種子質(zhì)量，直至種子質(zhì)量不再發(fā)生變化，設(shè)置3個(gè)重復(fù)[19]。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種子吸水率為縱坐標(biāo)繪制種子吸水曲線(圖1)。

1.2.3氧化劑處理

隨機(jī)取翅堿蓬種子88份，每份20粒。用去離子水配置0(對(duì)照)、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、1%和3%的KMnO4、H2O2和KNO3溶液，分別浸泡上述種子，時(shí)間為12 h、24 h、36 h和48 h。實(shí)驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.2.4種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)

翅堿蓬種子水培實(shí)驗(yàn)參照趙肖依等[15]、李香等[16]的方法，將各處理組的種子放入墊有雙層濾紙直徑為90 mm的培養(yǎng)皿中，加入去離子水以保持濾紙濕潤(rùn)，置于植物培養(yǎng)箱(PRX-450 A，江蘇天翎儀器有限公司)中進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)條件為光照12 h，光強(qiáng)3 000 lx，溫度(25±1)℃；黑暗12 h，溫度(20±1)℃；相對(duì)濕度均為75%。每天定時(shí)記錄各處理組種子萌芽個(gè)數(shù)，以種子破皮作為萌芽標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)期間適時(shí)向培養(yǎng)皿定量添加去離子水以保持濾紙濕潤(rùn)。

1.3 種子萌發(fā)指標(biāo)

翅堿蓬種子萌發(fā)指標(biāo)有萌發(fā)率和萌發(fā)速率[17]，萌發(fā)率指種子發(fā)芽的比例，萌發(fā)速率反映種子發(fā)芽的快慢程度，公式如下。

式中：Nt為t日內(nèi)翅堿蓬種子萌發(fā)率。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0軟件，數(shù)據(jù)圖像的繪制采用Excel 2010軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 翅堿蓬種子的千粒重與吸水率

翅堿蓬種子外觀呈黑色，近似球形，粒徑較小。種子千粒重為(0.240 2±0.007 3)g，變異系數(shù)為3.0 (小于4.0)，符合試驗(yàn)要求。種子含水率對(duì)種子萌發(fā)意義重大，含水率達(dá)到一定程度，種子內(nèi)部原生質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)，且種子的呼吸作用顯著增強(qiáng)，打破種子的休眠狀態(tài)[27]。由圖1可以看出，翅堿蓬種子吸水率呈先快后慢，而后趨于穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。在0～6 h內(nèi)吸水率快速提高，于6 h時(shí)達(dá)到28.54%；在6 h以后，種子吸水率增速明顯減緩，于18 h吸水率穩(wěn)定，為34.60%。

表1 KMnO4、H2O2和KNO3處理翅堿蓬種子的萌發(fā)率

2.2 不同氧化劑處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)率的影響

由表1可知，3種氧化劑處理翅堿蓬12 h、24 h、36 h和48 h的種子萌發(fā)率均無(wú)顯著差異(p>0.05)，4種浸種時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)率無(wú)明顯作用。與對(duì)照相比，不同濃度的KMnO4、H2O2和KNO3處理組均能提高翅堿蓬種子的萌發(fā)率(表1)。在12 h處理?xiàng)l件下(表1)，與對(duì)照相比，KMnO4處理組最高提高11.67%，但各濃度處理組與對(duì)照的萌發(fā)率均無(wú)顯著差異(p>0.05)；H2O2處理萌發(fā)率比對(duì)照最高提高15.00%，除0.05%和1%濃度外各處理組與對(duì)照均呈顯著性差異(p<0.05)；KNO3處理萌發(fā)率比對(duì)照最高提高15.00%，除0.2%濃度外各處理組與對(duì)照均呈顯著性差異(p<0.05)；不同濃度的氧化劑處理效果：H2O2=KNO3>KMnO4。在24 h處理?xiàng)l件下(表1)，KMnO4處理組萌發(fā)率比對(duì)照最高提高13.33%，除0.05%、0.3%和3%濃度外各處理組與對(duì)照均呈顯著性差異(p<0.05)；H2O2處理組最高提高11.66%，各處理組與對(duì)照均呈顯著性差異(p<0.05)；KNO3處理最高提高13.33%，只有0.3%和3%濃度處理組與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)；不同濃度的氧化劑處理效果：KMnO4=KNO3>H2O2。在36 h處理?xiàng)l件下(表1)，與對(duì)照相比，KMnO4處理組最高提高15.00%，除0.3%和3%濃度外各處理組與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)；H2O2處理組最高提高13.34%，只有0.2%、0.5%和3%濃度處理組與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)；KNO3處理最高提高13.34%，除0.1%、0.2%和0.5%濃度外各處理組與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)；不同濃度的氧化劑處理效果：KMnO4>KNO3=H2O2。在48 h處理?xiàng)l件下(表1)，與對(duì)照相比，KMnO4處理組最高提高15.00%，各處理組與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異(p>0.05)；H2O2處理最高提高18.33%，除0.05%和0.1%濃度外，各處理組與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)；KNO3處理最高提高16.66%，各處理組與對(duì)照呈顯著性差異(p<0.05)；不同濃度的氧化劑處理效果：H2O2>KNO3>KMnO4。

結(jié)果(表1)表明，氧化劑濃度是影響翅堿蓬種子萌發(fā)率的主要因素。依照浸種處理時(shí)間最優(yōu)原則，12 h處理時(shí)間翅堿蓬種子萌發(fā)率最佳，依照濃度最優(yōu)原則，0.2% H2O2和0.3% KNO3處理翅堿蓬種子萌發(fā)率最佳。

圖1 翅堿蓬種子的吸水曲線

2.3 不同氧化劑處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率的影響

由圖2可知，在12 h處理?xiàng)l件下，與對(duì)照相比，不同濃度KMnO4、H2O2和KNO3處理萌發(fā)速率最高分別增加9.86%、14.45%和24.61%；在24 h處理?xiàng)l件下，與對(duì)照相比，不同濃度KMnO4、H2O2和KNO3處理萌發(fā)速率最高分別增加7.45%、6.64%和17.78%；在36 h處理?xiàng)l件下，與對(duì)照相比，不同濃度KMnO4、H2O2和KNO3處理萌發(fā)速率最高分別增加3.73%、3.06%和17.89%；在48 h處理?xiàng)l件下，與對(duì)照相比，不同濃度KMnO4、H2O2和KNO3處理萌發(fā)速率最高分別增加3.5%、-2.33%和12.64%。因此，隨著浸種處理時(shí)間的延長(zhǎng)，KMnO4、H2O2和KNO3處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率的促進(jìn)作用逐漸減弱，在48 h處理時(shí)間下，各濃度的H2O2處理甚至低于對(duì)照組的萌發(fā)速率。

圖2 KMnO4(a)、H2O2(b)和KNO3(c)處理對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率的影響

結(jié)果(圖2)表明，在12 h處理?xiàng)l件下，3種氧化劑處理翅堿蓬種子的萌發(fā)速率：KNO3>H2O2>KMnO4。最佳處理?xiàng)l件為0.2% KNO3處理12 h，其次為0.3% KNO3處理12 h，兩個(gè)處理?xiàng)l件對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)速率的影響無(wú)顯著差異(p>0.05)。

3 討 論

表1顯示，3種氧化劑浸種不同時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子的萌發(fā)率均無(wú)顯著差異(p>0.05)，但12～24 h處理萌發(fā)率呈小幅上升，24 h以后呈小幅下降，說(shuō)明過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的浸種處理對(duì)種子萌發(fā)率并沒(méi)有意義[28]。種子萌發(fā)速率分析結(jié)果(圖2)顯示，氧化劑處理的種子萌發(fā)速率顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明氧化劑處理對(duì)翅堿蓬種子快速萌發(fā)有促進(jìn)作用，能夠打破種子休眠狀態(tài)，加快種子萌發(fā)的進(jìn)程。

KMnO4、H2O2和KNO3均屬于氧化劑，能夠氧化種子的種皮，提高種子的通透性，使種子內(nèi)部能夠進(jìn)行良好的水、氣交換，進(jìn)而影響種子萌發(fā)的進(jìn)程[17]。KMnO4作為一種強(qiáng)氧化劑，高濃度處理反而會(huì)降低翅堿蓬種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率，說(shuō)明隨著濃度升高，KMnO4對(duì)種子內(nèi)部破壞程度增強(qiáng)，導(dǎo)致種子萌發(fā)進(jìn)程受阻[29]。H2O2作為一種氧化能力弱于KMnO4的氧化劑，對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率反而優(yōu)于KMnO4處理，說(shuō)明不同植物種子對(duì)氧化劑的種類和濃度有不同程度的響應(yīng)[30-33]。KNO3處理翅堿蓬種子的萌發(fā)率和萌發(fā)速率優(yōu)于KMnO4和H2O2處理，主要是因?yàn)镵NO3對(duì)種子起氧化作用，K+作為種子內(nèi)部生理活動(dòng)的參與者，對(duì)酶的活性有增強(qiáng)作用，因此表現(xiàn)出對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)明顯的促進(jìn)作用[17,34]。綜合3種氧化劑對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率的影響，0.3%KNO3處理12 h翅堿蓬種子萌發(fā)效果最好。

4 結(jié) 論

1) 采用適宜濃度的氧化劑處理能夠明顯提高翅堿蓬種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率；3種氧化劑處理時(shí)間對(duì)翅堿蓬種子萌發(fā)率無(wú)明顯影響，對(duì)萌發(fā)速率有一定影響。

2) 3種氧化劑處理翅堿蓬種子的最佳處理時(shí)間為12 h；3種氧化劑處理翅堿蓬種子，萌發(fā)率順序?yàn)椋篕NO3>H2O2>KMnO4，萌發(fā)速率順序?yàn)椋篕NO3>H2O2>KMnO4。最佳的處理?xiàng)l件為0.3% KNO3處理12 h，與對(duì)照相比，翅堿蓬種子萌發(fā)率和萌發(fā)速率分別提高15.00%和24.06%。