水鹽脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

朱敏嘉，黃俊華*，劉 巖，石發智，李典鵬，郭 韻(.新疆農業大學 林學與園藝學院，新疆 烏魯木齊 8005；.新疆農業大學 草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 8005；.北京林業大學 園林學院，北京 0008)

水鹽脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

朱敏嘉1，黃俊華1*，劉 巖1，石發智1，李典鵬2，郭 韻3
(1.新疆農業大學 林學與園藝學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學 草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；3.北京林業大學 園林學院，北京 100083)

選取新疆野生花卉阿爾泰狗娃花為研究對象，對其在水鹽脅迫下種子萌發過程進行研究，旨在探明其種子萌發期的耐鹽耐旱特性。結果表明：(1) 阿爾泰狗娃花具有兩種類型的種子，兩類種子在大小、質量及種子活力上存在差異；(2) 隨鹽脅迫濃度的提高，種子萌發率持續下降，萌發速率降低，萌發時間延長；(3) 在干旱脅迫中，-0.5～-0.9 MPa滲透勢的 PEG對種子萌發具有引發作用，而高滲透勢的 PEG 對種子萌發具有抑制作用；(4) NaCl溶液對種子萌發的抑制程度顯著大于等滲 PEG溶液，種子萌發期的抗旱能力較強，對鹽分脅迫較為敏感。

阿爾泰狗娃花；鹽脅迫；干旱脅迫；種子萌發

新疆地處西北干旱與半干旱區，由于水資源匱乏，氣候干旱，園林植物種類相當貧乏，且多為外來種，鄉土植物應用比例低。加快鄉土植物的開發利用，引種馴化具有抗旱耐鹽等優良抗逆特性的鄉土觀賞植物，對于提高新疆園林植物物種多樣性，培育新疆特色花卉，發展節約型園林有著重要且深遠的意義。阿爾泰狗娃花[Heteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr ]為菊科狗娃花屬多年生草本，花藍紫色，花期長，自繁衍生能力強，自然分布于草原、荒漠地、沙地及干旱山坡等多種生境下，適應性強，是一種具有園林應用潛力的多年生野生花卉資源，在我國新疆、內蒙、甘肅等地均有分布[1]。因此，本研究選取阿爾泰狗娃花為研究對象，對其在水鹽脅迫下種子萌發過程進行研究，旨在探明其種子萌發期的耐鹽耐旱特性，以期在新疆園林綠化中，為開展該種的引種馴化及園林應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

研究所用的種子于 2015年 9月采自烏魯木齊市雅瑪里克山(43°43′42″ N，87°40′64″E，海拔 445 m)。種子從果序上分離后裝入紙袋貯藏于自然通風的室內(溫度 15～30 ℃，相對濕度 10%～40%)備用。

烏魯木齊市雅瑪里克山屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫 6.4 ℃，年平均降水量 236 mm，年平均蒸發量 2 300 mm，年日照時數約 2 500～3 000 h，無霜期約 150～190 d；土壤主要是堿化的淡棕鈣土和灰棕鈣土，質地以沙壤為主[2]。

1.2 實驗方法

萌發實驗均采用具有高活力的帶冠毛瘦果(簡稱種子)。種子用 5%的次氯酸鈉溶液消毒 3 min后，蒸餾水清洗。每重復 20 粒種子，每個處理 3 次重復。每天觀察并統計種子發芽情況，以連續 7 d種子不萌發為實驗終止。

1.2.1 種子的大小和重量的測定

阿爾泰狗娃花具有兩種類型的種子，因此種子形態均按照兩種類型分別測定描述。

種子形態：取 20 粒種子，用精確度為 0.02 mm的游標卡尺測量種子的長度、寬度及冠毛長度，計算平均值。

種子千粒重：取 3 個重復，用 0.001 g的電子天平分別稱千粒重，計算平均值。

種子活力：取 60 粒種子，采用 TTC染色法觀察種子活力，計算活力種子百分比。

1.2.2 鹽脅迫實驗

設置11個NaCl溶液濃度梯度，分別為0(對照組)、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45和0.50 mol/L(10個處理組)，各處理種子均在 20 ℃恒溫箱中進行脅迫實驗。

1.2.3 干旱脅迫實驗

采用聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫，設置6個滲透勢溶液梯度，分別為 0(對照組)、-0.6、-1.6、-3.2、-5.3和-7.9 MPa(4 個處理組)，各處理種子均在20 ℃恒溫箱中進行脅迫實驗。

1.2.4 等滲水鹽脅迫實驗

設置6 個NaCl溶液濃度梯度，分別為0(對照組)、0.10、0.20、0.30、0.40和0.50 mol/L(5個處理組，對應滲透勢分別為-0.5、-0.9、-1.4、-1.8和-2.3 MPa)，并設置 6 個與之等滲的 PEG溶液進行干旱脅迫處理，各處理種子均在 20 ℃恒溫箱中進行脅迫實驗。

1.3 相關計算指標

(1) 逐日萌發率(GF)=(每天萌發種子數/供試種子數)×100%

(2) 萌發率(GR)=(最終達到正常發芽的種子數/供試種子數)×100%

(3) 萌發率(η)=(種子發芽總數/供試種子數)×100%

(4) 發芽勢(GI)=(前3天內正常發芽種子數/供試種子數)×100%

(5) 萌發指數(GE)=Σ(Gt/Dt)，其中，Gt為處理t日后的萌發數；Dt為相應發芽天數。

(6) 平均發芽天數(MLIT)=Σ(Gt×Dt)/ΣGt，其中，G為逐日萌發天數；t為與G相對應的天數。

(7) 相對鹽害率(RSH)=(對照萌發率-處理萌發率)/對照萌發率×100%

(8) 耐鹽指數(K)=Σ(η+GI+GE)/mn，其中，m為計算指標項數；n為溶液濃度梯度個數。

(9) 抗旱指數=PEG脅迫下種子萌發指數/對照種子萌發指數

(10) NaCl溶液滲透勢參照溶液滲透勢計算公式計算[3]：ψS=-iCRT

其中，ψS為溶液滲透勢(MPa)；R=0.008 314 MPa·L-1·mol·L-1·K-1，為氣體常數；T=273+t(t為實驗時的恒溫箱的溫度 20 ℃)，為絕對溫度；C為溶液的摩爾濃度(mol·L-1)；i=1.86，為溶液的等滲系數。

(11) PEG溶液滲透勢參照 Bulyn和 Kaufmann有關 PEG溶液濃度與滲透勢的關系式計算[4]：

ψS=-(1.18×10-2)C-(1.18×10-4)C2+(2.67×10-4)CT+(8.39×10-7)C2T

其中，ψS為溶液滲透勢(MPa)；C為PEG6000 濃度(g / kg)；T為實驗時的恒溫箱的溫度20 ℃。

1.4 數據分析方法

所得數據用 SPSS19.0 軟件進行統計分析，Microsoft Excel 2007 軟件繪圖，單因素(One-Way ANOVA)方差分析檢驗。

2 結果與分析

2.1 種子形態與活力

阿爾泰狗娃花種子個體極小，質量輕，從形態上可分為兩種類型：兩類種子的冠毛均呈褐色。第一種種子為倒卵狀矩圓形，淺褐色，種子長(2.47±0.23) mm，種子寬(1.42±0.19) mm，冠毛(3.04±0.30) mm，千粒重(0.520±0.026) g，86.67%種子有活力；第二種種子為圓柱形或倒卵狀矩圓形，灰綠色，種子長(1.64±0.27) mm，種子寬(0.58±0.20) mm，冠毛(2.62±0.29) mm，千粒重(0.346±0.022) g，3.33%種子有活力。

2.2 鹽脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

2.2.1 鹽脅迫對萌發進程的影響

如圖1所示，對照組的種子萌發率均高于處理組的萌發率，隨 NaCl脅迫強度的增加，種子萌發率呈下降趨勢，初始萌發時間和平均萌發天數呈延長趨勢，說明 NaCl對種子萌發具有抑制作用。在較低的NaCl鹽脅迫下(≤0.30 mol/L)種子能在較短時間快速達到較高的累計萌發率。而高于0.35 mol/L的NaCl鹽溶液中種子萌發進程緩慢，累計萌發率也遠低于其它NaCl濃度。0.50 mol/L NaCl則完全抑制種子的萌發。

圖1 鹽脅迫下阿爾泰狗娃花種子的萌發進程

2.2.2 鹽脅迫對各項萌發指標的影響

萌發率、發芽勢和萌發指數可以較全面反映種子的發芽能力[5]。表 1顯示，種子的萌發率、發芽勢和萌發指數均隨鹽脅迫程度的增加呈下降趨勢。NaCl濃度高于0.10 mol/L時與對照組的萌發率、發芽勢和萌發指數均存在顯著性差異。萌發率從0.35 mol/L NaCl開始出現大幅度下降。發芽勢則從0.20 mol/L NaCl開始急劇下降，表明這一濃度條件下，種子雖然能夠達到一定的萌發率，但種子出苗的整齊度受到較大影響。NaCl濃度為0.35 mol/L時，較對照組萌發率下降了近70%，發芽勢為零，萌發指數也趨近于零，說明種子開始失去發芽力。通過萌發指數與對應鹽濃度之間的回歸分析，得到萌發指數回歸方程：y=-9.998 2x+4.298 6，R2=0.944(y為萌發指數，x為NaCl濃度)。圖2顯示萌發指數與鹽溶度呈負相關，當萌發指數分別為0%和50%時，計算出種子萌發的耐鹽極限值為0.43 mol/L，耐鹽臨界值為0.38 mol/L，這與實驗結果基本一致。

表1 鹽脅迫下阿爾泰狗娃花萌發指標的方差分析

注：每列標以不同小寫字母的值代表 5%水平差異顯著。

圖2 阿爾泰狗娃花種子萌發指數與鹽濃度的關系

2.2.3 鹽脅迫對耐鹽指數和相對鹽害率的影響

相對鹽害率能比較在不同鹽濃度環境中植物的耐鹽能力，耐鹽指數則可以客觀反映植物的耐鹽能力[5]。表 2中，隨鹽濃度的增加，種子的相對鹽害率呈逐漸上升趨勢，耐鹽指數則緩慢下降。當NaCl濃度為0.35 mol/L時，種子的耐鹽指數較小，相對鹽害率大幅度上升，說明這一濃度鹽脅迫開始對種子的耐鹽能力產生了較大影響。高于0.35 mol/L的鹽脅迫條件下種子萌發的相對害鹽率與其它低濃度鹽處理均存在顯著差異。

表2 鹽脅迫下阿爾泰狗娃花相對鹽害率和耐鹽指數的方差分析

注：每列標以不同小寫字母的值代表 5%水平差異顯著。

2.3 干旱脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

2.3.1 干旱脅迫對萌發進程的影響

由圖3可以看出，隨著滲透勢的增加，萌發率總體呈現降低的趨勢，萌發速度減慢，初始萌發時間和平均萌發天數均與對照組差異不明顯。

圖3 干旱脅迫下阿爾泰狗娃花種子的萌發進程

2.3.2 干旱脅迫對各項萌發指標的影響

由表3可知，種子的萌發率、發芽勢和萌發指數隨干旱脅迫程度的提高，總體呈下降趨勢。-0.6～-3.2 MPa的滲透脅迫下種子萌發率與對照組無明顯差異，≥-3.2 MPa滲透勢的處理中種子發芽勢與對照組差異顯著，說明高于-3.2 MPa滲透勢條件對種子出苗整齊度影響較大。在重度脅迫(-7.9 MPa)時，種子萌發被完全抑制，不再萌發。通過萌發指數與對應鹽濃度之間的回歸分析，得到阿爾泰狗娃花萌發指數回歸方程為：y=-0.565 15x+4.847，R2=0.967 89(y為萌發指數，x為滲透勢)。圖4顯示萌發指數與滲透勢呈負相關，當萌發指數分別為0%和50% 時，可計算種子萌發的抗旱極限值為-8.6 MPa，抗旱臨界值為-7.7 MPa，這與實驗結果基本一致。

表 3 干旱脅迫阿爾泰狗娃花萌發指標的方差分析

注：每列標以不同小寫字母的值代表5%水平差異顯著。

圖4 阿爾泰狗娃花種子萌發指數與PEG滲透勢的關系

2.3.3 干旱脅迫對抗旱指數的影響

由圖 5可見，隨滲透勢的增加，種子抗旱指數則逐漸降低。當滲透勢為-5.3 MPa時，種子的抗旱指數與對照相比出現顯著性差異，說明在該滲透勢的干旱脅迫明顯抑制了種子萌發能力。-7.9 MPa時抗旱指數急劇下降至零，種子基本失去萌發能力。

圖5 干旱脅迫對阿爾泰狗娃花種子抗旱指數的影響

2.4 等滲條件下水鹽脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

2.4.1 等滲條件下水鹽脅迫對萌發進程的影響

圖6顯示，在等滲水鹽脅迫下，PEG溶液中的種子均于第3天開始萌發并且平均萌發天數較短，而鹽溶液中大多數種子的初始萌發時間集中在前5天且平均萌發天數較長，說明PEG處理較等滲鹽脅迫的初始萌發時間早，平均萌發天數短，萌發進程結束早。

圖6 等滲下水鹽脅迫對阿爾泰狗娃花萌發進程的影響

2.4.2 等滲水鹽脅迫對各項萌發指標的影響

圖7 等滲下水鹽脅迫對阿爾泰狗娃花各項萌發指標影響的比較

分析圖7可知，鹽脅迫下種子的各項活力指標均低于相同水勢下的干旱脅迫。種子累積萌發率隨PEG濃度的升高呈先上升后下降的趨勢，隨NaCl濃度的升高呈均勻下降趨勢。-0.5～-0.9 MPa滲透勢條件下，種子在PEG溶液中萌發率上升，說明低滲透勢下，PEG促進了種子的萌發。-1.4 MPa的滲透勢條件下，種子在PEG溶液中萌發率與對照組差異不大，在鹽溶液中萌發率卻遠低于對照組。-2.3 MPa滲透勢條件下，種子在PEG溶液中萌發率開始下降，卻在鹽溶液中停止萌發。

3 討論與結論

阿爾泰狗娃花作為一種具有園林應用潛力的新疆野生觀賞植物資源，目前尚處于待開發狀態，本研究對阿爾泰狗娃花種子萌發其的耐鹽性和抗旱性進行研究，初步獲得以下幾點進展：

3.1 種子形態與活力

阿爾泰狗娃花具有兩種形態的種子，其種子大小及千粒重有所差異，種子活力更是相差甚遠，兩種種子的形成可能是種子成熟度不同，但在菊科植物中異型性種子的形成也可能是受基因型的影響[6]。根據宗文杰[7]將百粒重為0.003 4～0.400 0 g的菊科種子劃分為小種子的標準，阿爾泰狗娃花屬于小型種子，同科植物花花柴[8][Kareliniacaspia(Pall.) Less.]的種子也屬于小型種子，菊科植物種子小，且附帶的冠毛大而輕，成熟的種子能夠很容易地憑借冠毛隨風傳播，從而提高在逆境下的存活率，這可能是植物在干旱鹽堿環境中所采取的一種生存策略。

3.2 鹽脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

阿爾泰狗娃花種子不存在休眠現象，在沒有鹽分及水分脅迫條件下萌發率最高，并且在萌發第3天萌發率就可達到80%，這種萌發特點有利于植物在適合環境條件下大量萌發，迅速建立新的種群。阿爾泰狗娃花種子在鹽脅迫下的種子萌發率均低于對照，未出現類似鹽生植物如堿蓬[9][Suaedaglauca(Bunge) Bunge]和花花柴[8][Kareliniacaspia(Pall.) Less.]中低濃度NaCl促進種子萌發的現象。與其它植物的耐鹽力相比，紫花蠅子草[2](SilenekaraczukuriB.Fedtsch.)在0.25 mol/L NaCl溶液中不萌發，鈉豬毛菜[10](SalsolanitrariaPall.)在1.00mol/L NaCl溶液中仍具29.17%的萌發率，阿爾泰狗娃花的耐鹽能力強于紫花蠅子草弱于鈉豬毛菜。隨鹽脅迫強度的增強種子萌發率持續降低，說明鹽脅迫能夠抑制阿爾泰狗娃花種子的萌發，其原因可能是一方面隨鈉離子的增多，外界溶液滲透勢升高，細胞內自由水含量減少阻礙種子吸水萌發，另一方面是單鹽離子毒害作用使細胞膜受損從而抑制種子萌發[11]。根據萌發指數與對應鹽濃度的回歸方程式，計算得到種子萌發的耐鹽極限值為0.43 mol/L，耐鹽臨界值為0.38 mol/L，這與實驗結果基本一致。

3.3 干旱脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

隨著干旱脅迫強度的提高，對阿爾泰狗娃花種子萌發的抑制作用越顯著，這與決明[12][Sennatora(Linnaeus) Roxburgh ]和紫花蠅子草[2](SilenekaraczukuriB.Fedtsch.)一些植物萌發規律相同，可能與 PEG能模擬干旱條件導致種子失水從而影響種子活力有關[9]。阿爾泰狗娃花種子在萌發期時，在滲透勢≤-5.3 MPa時抗旱指數均大于 0.5，而荒漠植物鹽爪爪[13][Kalidiumfoliatum(Pall.) Moq.]種子萌發期在滲透勢 ≤-0.6 MPa時抗旱指數才大于0.5，說明阿爾泰狗娃花具較強的抗旱能力。根據萌發指數與對應滲透勢的回歸方程式，計算得到種子萌發的抗旱極限值為-8.6 MPa，抗旱臨界值為-7.7 MPa，這與實驗結果基本一致。

3.4 等滲水鹽脅迫對阿爾泰狗娃花種子萌發的影響

相同滲透勢脅迫下，高濃度NaCl和PEG均能抑制阿爾泰狗娃花種子的萌發，但低濃度NaCl抑制作用不大，而低濃度PEG卻能促進其種子的萌發，說明PEG對阿爾泰狗娃花種子的萌發具有一定的引發作用。當水勢為-2.3 MPa時，種子在NaCl溶液中停止萌發，卻在PEG溶液中仍然具有較高的萌發率，在鹽脅迫下種子的各項活力指標也均低于干旱脅迫，說明離子脅迫是影響種子萌發的主要因素，同時也說明阿爾泰狗娃花種子萌發期的抗旱能力更加突出，對鹽分脅迫則較為敏感。

4 展 望

在自然環境中，阿爾泰狗娃花可分布于濱海至海拔4 000 m的草原、荒漠、沙地及石質山坡[1]，適應極為多樣化的生境。本研究表明該種在種子萌發期也表現出一定的耐鹽和較強的抗旱能力，是一種優良的野生觀賞植物資源。在園林中應用對于降低栽培養護管理的成本，節約水資源，保障園林綠化成果均具有重要的意義。阿爾泰狗娃花在適宜條件下萌發率可達86.67%，但在鹽環境下，種子萌發受到明顯抑制，在播種繁殖中，應注意避免在鹽堿含量高的土壤中播種。由于研究僅對種子萌發期的抗逆性進行了探討，水鹽脅迫對其苗期生理特性的影響仍需進一步深入研究，以期提出該種栽培管理措施，為阿爾泰狗娃花的引種馴化奠定基礎。

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Effect of Water and Salt Stress on Seed Germination ofHeteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr

Zhu Minjia1，Huang Junhua1*，Liu Yan1，Shi Fazhi1，Li Dianpeng2，Guo Yun3
(1.School of Forestry and Landscape Architecture，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；2.School of Pratacultural and Environmental Sciences，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；3.School of Landscape Architecture，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China)

TakingHeteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr，a species of wild flower native to Xinjiang，as the object of study，we look into the process of the seed germination under salt stress and water stress，in order to learn the tolerance of drought and salt of the seed during its germination. The experimental result shows，(1)Heteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr possesses two types of seeds which differ from each other in respects of size，weight and vigor；(2) As the salt stress rises，the germination rate falls continually. In the same way，the germination speed decreases and the time of germination lengthens. (3) As for water stress，PEG of -0.5—-0.9 MPa performs auxo-action on seed germination while PEG of higher osmotic potential performs inhibitory action. (4) NaCl solution performs evidently higher inhibitory action on seed germination compared to isotonic PEG solution. Relatively，the seed is inferred to has high drought resistance capability during germination while it is sensitive to salt stress.

Heteropappusaltaicus(Willd.) Novopokr；salt stress；water stress；seed germination

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.03.008

2016-09-28

國家級大學生創新創業訓練計劃項目—粗柄獨尾草等三種新疆鄉土抗旱觀賞植物的繁育特性及園林觀賞特性的研究(201410758005)。

朱敏嘉(1993—)，女，在讀碩士研究生。研究方向：風景園林植物資源應用。E-mail：464622907@qq.com

*通訊作者： 黃俊華(1973—)，女，博士，教授，研究生導師。研究方向：植物分類學和植物地理。E-mail：huangjunhua﹣7311@163.com

Q945.78

A

1006-9690(2017)03-0031-06