姜 黎，彭鉬植，田長(zhǎng)彥*

（1.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；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100039；3.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；4.新疆林科院造林治沙研究所，新疆 烏魯木齊 830063）

土壤中的鹽堿是干旱區(qū)植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中面臨的主要非生物脅迫之一［1，2］。不斷加劇的土壤鹽堿化限制了我國(guó)農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)［3，4］。我國(guó)鹽堿化土壤面積正不斷增大，一方面歸因于自然過程中不斷的鹽分積累，另一方面則是由于人類過度放牧和農(nóng)田復(fù)墾等活動(dòng)引起［5-10］，鹽堿草地的修復(fù)和改良是目前亟需解決的生態(tài)課題之一［11］。在此背景下，對(duì)優(yōu)勢(shì)植物在鹽漬環(huán)境下種子發(fā)芽特性的研究對(duì)于鹽堿地的修復(fù)具有重要的意義。

種子發(fā)芽階段是植物最重要和最脆弱的時(shí)期，植物能否成功建植很大程度上取決于種子發(fā)芽狀況的好壞［12，13］。光照、溫度、水分以及鹽分等諸多非生物因素影響著種子的發(fā)芽［14-16］，鹽漬化土壤中高于正常土壤的鹽堿含量會(huì)對(duì)植物種子的發(fā)芽以及植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生重要的影響。

鹽 生 草［Halogeton glomeratus（Bieb.）C.A.Mey.］為藜科（Chenopodiaceae）鹽生草屬（HalogetonC.A.Mey.）、一年生草本植物，主要生長(zhǎng)于西北荒漠地區(qū)，如甘肅、青海、新疆、內(nèi)蒙古、寧夏等，其肉質(zhì)化程度高，耐旱、耐鹽性極強(qiáng)，被視為荒漠地區(qū)抗逆先鋒植物［19-21］，然而關(guān)于鹽生草種子發(fā)芽期溫度和鹽分的響應(yīng)卻較少有研究報(bào)道?；诖?，本研究模擬了不同溫度下鹽脅迫對(duì)鹽生草種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響，通過測(cè)定發(fā)芽指標(biāo)、幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)來分析鹽生草種子在不同溫度下對(duì)鹽脅迫的耐受能力，以期為鹽生草在鹽堿地的種植及生態(tài)治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 鹽生草種子采集

2020年11底月，在新疆哈密七角井農(nóng)田邊采集鹽生草種子。放置陰涼處晾干后，將鹽生草種皮清理干凈，用信封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 模擬溫度與鹽分脅迫發(fā)芽試驗(yàn)

取2 張濾紙放入直徑長(zhǎng)6 cm 培養(yǎng)皿中，設(shè)置0、50、100、200、300、400、600 mmol·L-1NaCl 濃度，再分別置于20 / 5oC、25 / 10oC、30 / 15oC、35 / 20oC 變溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照/黑暗交替（12 h / 12 h）。，發(fā)芽過程中觀察記發(fā)芽情況，當(dāng)胚根露出種皮即記錄為發(fā)芽，連續(xù)觀察記錄14 d。

1.3 發(fā)芽參數(shù)和芽長(zhǎng)測(cè)定

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

發(fā)芽速率 = ΣG/t（G 指每天發(fā)芽率，t 為發(fā)芽的總天數(shù)，此值越大表明速度越大）；

發(fā)芽勢(shì) = 前5天累計(jì)發(fā)芽種子數(shù) / 供試種子數(shù) ×100%。

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

使用SPSS 16.0 軟件分析所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤，并對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著分析，采用Ducan 檢驗(yàn)來比較處理間差異；此外，采用雙因素方差分析法分析不同溫度和鹽濃度對(duì)鹽生草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，同時(shí)使用線性回歸來建立萌發(fā)率與不同濃度鹽之間的關(guān)系。

2 結(jié)果分析

2.1 鹽分與溫度對(duì)鹽生草種子發(fā)芽率的影響

如表1 所示，鹽分濃度和溫度對(duì)鹽生草種子發(fā)芽率的影響均為極顯著。與CK 相比，20 / 5℃和35 / 20℃溫度中鹽生草種子發(fā)芽率在50 mmol·L-1鹽分處理下分別下降了13.58% 和29.41%，而在25 / 10℃和30 / 15℃條件下，鹽生草種子發(fā)芽率在50 mmol·L-1鹽分處理下卻略有升高，說明了低溫或高溫（20 / 5℃和35 / 20℃）均顯著降低了鹽生草種子的耐鹽性（圖1）。25 / 10℃和30 / 15℃條件下，即使在200 mmol·L-1NaCl 的高濃度鹽分脅迫下，鹽生草種子發(fā)芽率超過50%，表明在適宜的溫度下鹽生草能夠表現(xiàn)出較高的耐鹽性。

圖1 溫度與鹽分對(duì)鹽生草種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of temperature and salinity on germination percent of Halogeton glomeratus

表1 鹽生草種子發(fā)芽率、發(fā)芽速率、發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)雙因素分析結(jié)果Tab.1 Two ANOVA of germination percent， germination rate， germination potential， shoot length and root length in Halogeton glomeratus seeds

2.2 鹽分與溫度對(duì)鹽生草種子發(fā)芽速率的影響

如表1所示，鹽分濃度和溫度及其交互作用對(duì)鹽生草種子發(fā)芽速率的影響均為極顯著。50 mmol·L-1鹽分處理下，20 / 5℃和35 / 20℃處理下的鹽生草種子發(fā)芽速率與CK 相比分別下降了19.17% 和33.97%（圖2）。在同一濃度的鹽溶液中，25 / 10℃和30 / 15℃處理下鹽生草種子發(fā)芽率均顯著超過20 / 5℃和35 / 20℃處理下鹽生草種子發(fā)芽率，說明適宜的溫度對(duì)鹽生草種子發(fā)芽具有顯著的促進(jìn)作用，溫度過高或過低均不利于鹽生草種子發(fā)芽。

圖2 溫度與鹽分對(duì)鹽生草種子發(fā)芽速率的影響Fig.2 Effects of temperature and salinity on germination rate of Halogeton glomeratus

2.3 鹽分與溫度對(duì)鹽生草種子發(fā)芽勢(shì)的影響

如表1 所示，鹽分濃度和溫度及其交互作用對(duì)鹽生草種子發(fā)芽勢(shì)的影響均為極顯著。50 mmol·L-1鹽分處理下，與CK 相比，僅有20 / 5℃和35 / 20℃條件下的鹽生草種子發(fā)芽勢(shì)顯著下降，分別下降了27.94%和40.96%；相反，25 / 10℃和30 / 15℃處理下的鹽生草種子發(fā)芽勢(shì)略有升高，說明了低溫或高溫（20 / 5℃或35 / 20℃）減緩了鹽生草種子的發(fā)芽進(jìn)程（圖3）。高濃度鹽分脅迫下，鹽生草種子在25 / 10℃和30 / 15℃條件下的發(fā)芽勢(shì)均顯著超過20 / 5℃和35 / 20℃條件下，說明適宜的溫度能夠提高鹽生草種子在脅迫環(huán)境下的發(fā)芽活力。

圖4 溫度與鹽分對(duì)鹽生草幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of temperature and salinity on shoot and root lengths of Halogeton glomeratus young seedlings

2.4 不同溫度下鹽生草發(fā)芽率與鹽分濃度之間的回歸分析

將鹽生草在不同20 / 5℃、25 / 10℃、30 / 15℃和35 / 20℃處理下的發(fā)芽率與鹽溶液濃度之間進(jìn)行回歸分析，其相關(guān)系數(shù)和回歸方程如表2所示：

表2 不同變溫條件下鹽濃度與發(fā)芽率之間的回歸相關(guān)分析Tab.2 The regression analysis of salinity concentrations with germination percent under different temperature

將鹽生草種子發(fā)芽率為50%、0%時(shí)所對(duì)應(yīng)的鹽濃度作為鹽生草種子所能耐受的鹽脅迫臨界值、極限值［11］。回歸分析結(jié)果顯示，30 / 15℃處理下鹽生草種子耐鹽的臨界值、極限值最大，分別為215.0 mmol·L-1和465.0 mmol·L-1，可 推 斷30 / 15℃為鹽生草種子發(fā)芽時(shí)最適宜的溫度。

2.5 溫度與鹽分對(duì)鹽生草幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響

如表1 所示，鹽脅迫和溫度對(duì)鹽生草幼苗芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)的影響是極顯著的。4 組溫度條件下，50 mmol·L-1鹽分處理的鹽生草芽長(zhǎng)與CK 相比均略有增加，但當(dāng)鹽分濃度提高為100 mmol·L-1后，鹽生草芽長(zhǎng)均有所下降，溫度從低到高分別下降了41.83%、11.44%、35.21%和22.74%，僅25 / 10℃處理下的鹽生草幼苗下降不顯著。在100 mmol·L-1鹽分處理下，鹽生草幼苗根長(zhǎng)均顯著下降，溫度從低到高分別下降了79.44%、43.33%、55.77%和58.02%。相同處理下根長(zhǎng)的下降幅度比芽長(zhǎng)更為強(qiáng)烈，表明根受到的毒害比芽受到的更嚴(yán)重。

3 討論

植物種子的膜透性、膜結(jié)合蛋白的活力以及物質(zhì)能量代謝等多方面都受到環(huán)境溫度的影響，不同植物的種子在發(fā)芽階段對(duì)環(huán)境溫度變化的響應(yīng)不同［12，13，22］。本研究采用晝夜交替的變溫條件進(jìn)行種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，相比恒溫條件而言，更能真實(shí)地反映種子在自然條件下的發(fā)芽狀況［12，17，22］。在30 / 15℃條件下，鹽生草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率和發(fā)芽勢(shì)均顯著高于20 / 5℃和35 / 20℃。可見，適當(dāng)?shù)臏囟仁沟名}生草種子發(fā)芽活性提高，相對(duì)的低溫或高溫則會(huì)抑制鹽生草種子的發(fā)芽，這充分體現(xiàn)出鹽生草對(duì)西北干旱荒漠區(qū)氣候特點(diǎn)的適應(yīng)。

環(huán)境溫度、鹽分以及二者的交互作用對(duì)荒漠植物種子的發(fā)芽率和發(fā)芽速度存在顯著影響。低溫、高溫及鹽脅迫會(huì)抑制種子的發(fā)芽，甚至?xí)狗N子徹底死亡［12，17，22］。適宜的溫度及適度的鹽脅迫對(duì)許多植物種子的發(fā)芽具有促進(jìn)作用。本研究中，溫度與鹽分以及二者的交互作用對(duì)鹽生草種子的發(fā)芽產(chǎn)生了顯著影響：在鹽脅迫下，鹽生草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率和發(fā)芽勢(shì)總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且在高溫處理下，下降幅度進(jìn)一步增大；但在適宜溫度下，低濃度鹽脅迫條件下，鹽生草種子的發(fā)芽率和發(fā)芽速率均高于對(duì)照組?？梢?，高溫與鹽分對(duì)種子發(fā)芽產(chǎn)生了雙重脅迫，高溫加劇了鹽分對(duì)種子發(fā)芽的抑制作用；而適宜的溫度與適當(dāng)?shù)柠}脅迫提高了種子活性，促進(jìn)了鹽生草種子的發(fā)芽，這些現(xiàn)象進(jìn)一步解釋了鹽生草適應(yīng)能力強(qiáng)且主要分布干旱荒漠區(qū)的原因。在實(shí)際應(yīng)用中，如需利用鹽生草進(jìn)行退化鹽堿草地的恢復(fù)，最宜在溫度較高的春末以及輕度或中度鹽堿化的鹽堿地中播種，將更有利于鹽生草的定植，進(jìn)而提升鹽堿草地的修復(fù)效果。

種子中貯藏的有機(jī)物可以為植物提供從種子轉(zhuǎn)化到幼苗過程中所需的物質(zhì)及能量［22］。因此，植物早期芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的生長(zhǎng)情況可以反映植物幼苗對(duì)脅迫耐受的狀況［16，18］。根長(zhǎng)更適合作為評(píng)價(jià)鹽生草耐鹽性的指標(biāo)。在同一鹽分濃度脅迫處理下，鹽生草幼苗根長(zhǎng)的下降程度均顯著高于芽的下降，表明根受到毒害比芽更為嚴(yán)重。這可能由于鹽生草作為典型的荒漠植物，其生長(zhǎng)發(fā)育過程要生根后長(zhǎng)芽，幼苗根長(zhǎng)對(duì)鹽分變化的響應(yīng)最為敏感。因此，相對(duì)于芽長(zhǎng)，根長(zhǎng)更作為鹽生草萌發(fā)時(shí)的抗逆指標(biāo)。

4 結(jié)論

綜上所述， 溫度與 NaCl 處理及其互作均可顯著影響鹽生草種子的發(fā)芽及早期幼苗的生長(zhǎng)。低濃度 NaCl 處理下，低溫是抑制其發(fā)芽的主要原因；當(dāng) NaCl 濃度較高時(shí)，高溫加劇了鹽分對(duì)種子發(fā)芽的傷害作用，在30 / 15℃下，大多數(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，表明該溫度為鹽脅迫下鹽生草種子發(fā)芽及早期幼苗生長(zhǎng)的最適溫度。