吉小敏，雷春英，劉 暢，姜 黎

（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)國家定位觀測研究站，新疆 精河 833300；3.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；4.南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 211111）

鹽樺（Belula halophila）屬樺木科樺木屬植物，主要分布新疆北部地區(qū)，被視為國家二級珍稀瀕危植物［1-2］。鹽樺因其獨特的地理分布和耐鹽特征明顯區(qū)別于樺木科其它植物，具有重要的植物系統(tǒng)學與區(qū)系地理學研究和經(jīng)濟開發(fā)價值［3］。鹽樺為我國特有，具有很多應用價值，可應用與園林中培育新品種，不僅增加了城市園林綠地系統(tǒng)的植物物種多樣性，提高生態(tài)效益和觀賞效益，而且對其遷地保存和普及植物學知識，提高人們的環(huán)保意識等方面，都具有重要意義［4-5］。

當前人工培育是合理利用和保護瀕危植物的有效途徑，同時發(fā)展鹽樺人工繁育是開展鹽樺植物保育對策的重要方向。鹽樺繁殖方式主要包括無性繁殖和有性繁殖，其中種子繁殖是一種較經(jīng)濟、快速的繁殖方式［6-7］鹽樺為新疆特有的瀕危種，僅存于新疆阿勒泰地區(qū)。鹽樺生境主要是以Cl-鹽堿土為主的新疆阿勒泰地區(qū)［8］，而其它類型鹽堿地土壤中是否能生長，在這些地區(qū)引種與種植鹽樺成功與否？研究表明1年生鹽樺幼苗的耐鹽閾值約為1.8%，是一種抗鹽能力極強的鹽生植物［9］。但有研究表明相對較低的種子耐鹽閾值（0.2%含鹽量）［7，10］，可能是最終導致其滅絕的重要原因，但尚未有關研究報道不同鹽分對鹽樺種子萌發(fā)的影響?；邴}樺生境條件及前人報道它對鹽分的響應［11］，假設鹽樺種子萌過程中會表現(xiàn)出較高的耐鹽性，但可能會對四種鹽響應不同。

因此，本研究目的主要分析不同形態(tài)鹽分對鹽樺種子萌發(fā)的影響，旨在探索鹽生植物種子萌發(fā)過程中對不同類型鹽脅迫響應與適應，為干旱鹽堿地區(qū)鹽生植物的種群重建和恢復及開發(fā)利用提供理論依據(jù)和技術指導。

1 材料與方法

1.1 鹽樺種子采集

2019年7月，在中國科學院吐魯番沙漠植物園采集完全成熟的鹽樺種子，并在室溫下晾干后，用手清理干凈，然后將清理干凈的鹽樺種子，分別保存于信封中備用。

1.2 萌發(fā)試驗

試驗選取氯化鈉（NaCl）、硫酸鈉（Na2SO4）、碳酸氫鈉（NaHCO3）以及碳酸鈉（Na2CO3）四種不同鹽分類型，設計5個濃度（50、100、150、200、300 mM），以蒸餾水為對照（CK）。2張濾紙放入直徑長5 cm培養(yǎng)皿中，分別加入上述配比的不同濃度NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液至濾紙飽和，置于25℃/10℃變溫、光照12 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天補充蒸發(fā)掉的水分。測定指標：萌發(fā)過程中每天觀察記錄1次萌發(fā)情況，種子萌發(fā)以胚根露出種皮為準，連續(xù)觀察記錄20 d，計算其萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和萌發(fā)率達到50%時間。

1.3 萌發(fā)參數(shù)和芽長測定

累積萌發(fā)率＝每天統(tǒng)計萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)率＝所有萌發(fā)種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)指數(shù)＝Σ（Gt/Dt）（Gt指在時間t日內(nèi)的萌發(fā)數(shù)，Dt為相應的萌發(fā)天數(shù)）；萌發(fā)率達到50%時間（天）=萌發(fā)率達到50%的天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS16.0統(tǒng)計分析軟件進行分析所有試驗數(shù)據(jù)的平均值和標準誤，并對所有試驗數(shù)據(jù)進行差異顯著，采用Ducan檢驗來比較處理間差異。

2 結(jié)果分析

2.1 NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3對鹽樺種子萌發(fā)特性的影響

鹽樺種子萌發(fā)率和指數(shù)均受到NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的顯著影響（表1）。隨著NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度增加，鹽樺種子萌發(fā)率均顯著降低（圖1A）。在較低濃度NaHCO3和Na2CO3（50 mM），鹽樺種子萌發(fā)率顯著降低，分別降低了21.62%和58.97%，但同樣濃度的NaCl和Na2SO4并未顯著降低萌發(fā)率；在較高濃度NaHCO3和Na2CO3（100 mM），鹽樺種子萌發(fā)率降低程度急劇加強，同樣濃度的Na2SO4顯著降低萌發(fā)率，但同樣濃度的NaCl并未顯著降低萌發(fā)率；試驗表明了不同鹽分對種子萌發(fā)的抑制程度高度順序依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。即使在100 mMNaCl，鹽樺種子萌發(fā)率仍為52%，說明了鹽樺的耐鹽性較低。

圖1 四種鈉鹽對鹽樺種子萌發(fā)率的影響Fig.1 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on germination percent of B.halophila seeds

表1 四種鈉鹽對鹽樺種子萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)的影響Tab.1 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on germination percentage and germination index of B.halophila

2.2 萌發(fā)率與鹽濃度之間的回歸分析

為便于研究鹽樺種子萌發(fā)時的耐NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3程 度，分 別 計 算 出 在 不 同NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3處理下的萌發(fā)率后，以對照的萌發(fā)率為基數(shù)，其他濃度下的萌發(fā)率與其相比，然后將萌發(fā)率與NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度之間，分別進行回歸分析。結(jié)果表明，NaCl脅迫下的萌發(fā)率，隨NaCl溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與NaCl溶液濃度表現(xiàn)出顯著負相關，其相關系數(shù)為R2=88%，回歸方程為：y=-0.245 7x+73.928 6（圖2A）；Na2SO4脅迫下的萌發(fā)率，隨Na2SO4溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與Na2SO4溶液濃度表現(xiàn)出顯著負相關關系，其相關系數(shù)為R2=90%，回歸方程為：y=0.000 9x2-0.5817x+85.502 4（圖2B）；NaHCO3脅迫下的萌發(fā)率，隨NaHCO3溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與NaHCO3溶液濃度表現(xiàn)出顯著負相關，其相關系數(shù)為R2=96%，回歸方程為：y=0.000 9x2-0.594 6x+77.714 3（圖2C）；Na2CO3脅迫下的萌發(fā)率，隨Na2CO3溶液濃度的升高而降低，萌發(fā)率與Na2CO3溶液濃度表現(xiàn)出顯著負相關，其相關系數(shù)為R2=94%，回歸方程為：y=0.0024x2-0.848x+75.60（圖2D）。根據(jù)已有文獻，分別以鹽樺種子的發(fā)萌發(fā)為50%、0%時所對應的NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度，作為種子萌發(fā)時，鹽濃度的臨界值、極限值，將其代入方程分別計算。由計算結(jié)果可知，鹽樺種子對NaCl在萌發(fā)期的耐鹽臨界值為97.4 mM、極限值為300.9 mM；鹽樺種子對Na2SO4在萌發(fā)期的耐鹽臨界值為68.2 mM、極限值為226.0 mM；鹽樺種子對NaHCO3在萌發(fā)期的耐鹽適宜值為50.5 mM、極限值為179.4 mM；鹽樺種子對Na2CO3在萌發(fā)期的耐鹽臨界值為33.3 mM、極限值為159.7 mM；其結(jié)果均與圖2中的試驗結(jié)果基本一致。不同鹽分對種子萌發(fā)萌發(fā)期的耐鹽臨界值和臨界值大小表明鹽樺耐鹽高低順序依次為Na2CO3＜NaHCO3＜Na2SO4＜NaCl。

圖2 鹽樺萌發(fā)率與NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3濃度之間的回歸分析Fig.2 Relationship between germination percentages of B.halophila seeds and concentrations of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3

2.3 NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3對鹽樺種子萌發(fā)時間的影響

鹽樺萌發(fā)率達到50%時間均受到NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的顯著影響（圖3）。伴隨著NaCl濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達到50%時間增加，即使在50 mM NaCl，鹽樺萌發(fā)率達到50%時間增加才達到顯著水平。伴隨著Na2SO4濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達到50%時間增加，50 mM Na2SO4使得其萌發(fā)率達到50%時間顯著增加；伴隨著NaHCO3濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達到50%時間增加，但100 mM NaHCO3鹽樺種子萌發(fā)率未達到50%；伴隨著Na2CO3濃度增加，鹽樺萌發(fā)率達到50%時間增加，在較低濃度Na2CO3（50 mM），鹽樺萌發(fā)率未達到50%。試驗結(jié)果表明不同鹽分對種子萌發(fā)率達到50%時間的抑制程度高低順序依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。

圖3 四種鈉鹽對鹽樺萌發(fā)率達到50%時間的影響Fig.3 Effects of NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3 on Time of 50%germination in B.halophila seeds

3 討論

關于瀕危植物鹽樺研究報道并不多，且主要集中 報道 鹽 堿環(huán) 境中 鹽 樺的 繁殖 學［2，12-13］、生理 生態(tài)［9，14-15］和分子生物學［16，17-18］研究。然而最先報道了有關鹽樺對不同類型鈉鹽的種子萌發(fā)響應，結(jié)果表明四種鈉鹽均顯著地抑制了鹽樺種子萌發(fā)，且鹽樺種子萌發(fā)過程中對這四種鈉鹽并未表現(xiàn)出超強的耐性；堿性鈉鹽毒害能力強于中性鈉鹽毒害能力，特別對Na2CO3；鹽樺幼苗僅在低濃度（50mM）NaCl或Na2SO4可正常生長。

植物種子萌發(fā)耐鹽的實質(zhì)主要是種子萌發(fā)過程中適應鹽溶液引起的滲透效應與離子效應的強弱，從而種子耐鹽性受到影響［19］。結(jié)果表明鹽樺種子萌發(fā)時對NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3的臨界值分別為97.4、68.2、50.5、33.3 mM，其極限值分布為300.9、226.0、179.4、159.7 mM，相對于堿性鹽，鹽樺種子萌發(fā)過程中對中性鹽表現(xiàn)出超強的耐性，且根據(jù)鹽分對種子萌發(fā)的抑制程度高低順序依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。研究結(jié)果表明鹽樺在萌發(fā)過程中對不同形態(tài)鹽分表現(xiàn)顯著的差異，特別耐受中性鈉鹽，也說明了堿性鹽對鹽樺的毒害性強于中性鹽，相似研究結(jié)果表明如鹽爪爪（Kalidium folia?tum）［20］、剛毛檉柳（Tamarix hispida）［21］和野榆錢菠菜（Atriplex aucheri）［22］對不同類型鈉鹽毒害的響應不同。

中性鹽（NaCl和Na2SO4），或堿性鹽（NaHCO3和Na2CO3），鹽樺在萌發(fā)過程中對四種鹽均未表現(xiàn)出超強的耐性，然而鹽樺種子萌發(fā)對不同鈉鹽脅迫的響應不同，且種子萌發(fā)受到不同鈉鹽的抑制程度高低順序，依次為NaCl＜Na2SO4＜NaHCO3＜Na2CO3。在植物的生活史中，種子階段是對極端環(huán)境耐受性最高的時期，同時也是植物生命周期的關鍵時期。相對較低鹽分，鹽樺在萌發(fā)過程中并未表現(xiàn)出高耐NaCl，即使在較低的100 mM NaCl處理下鹽樺種子萌發(fā)率顯著下降。植物對各種非生物脅迫耐性的差異主要源于對生長環(huán)境長期適應的結(jié)果。而有關鹽樺生境的文獻報道不多，其生境為鹽沼澤，該植物的生境特征土壤含鹽度極高［1，23］。本研究表明相同濃度的4種鈉鹽對鹽樺種子萌發(fā)的毒害不同，Na2CO3脅迫對鹽樺種子萌發(fā)的危害最大，NaHCO3脅迫對鹽樺種子萌發(fā)的危害次之，NaCl脅迫對鹽樺種子萌發(fā)的危害最小。

綜上所述，鹽樺種子萌發(fā)時對鈉鹽呈并未現(xiàn)出較強的耐性，即使NaCl，但鹽樺對四種鹽脅迫響應呈現(xiàn)出顯著的差異；鹽樺種子可較高濃度（50 mM NaCl或Na2SO4）鹽堿地上正常發(fā)芽。因此，瀕危植物鹽樺適宜在含鹽量較輕的鹽堿地上遷地保育與繁殖。