不同濃度nacl和na2so4脅迫對烏拉爾甘草種子萌發(fā)的影響

不同濃度nacl和na2so4脅迫對烏拉爾甘草種子萌發(fā)的影響

鹽的壓力是限制植物生長的主要因素之一。對植物的損害主要是離子中毒、滲透壓力和養(yǎng)分不足。滲透調(diào)節(jié)是耐鹽植物適應(yīng)鹽漬的重要機制。鹽分脅迫影響著植物產(chǎn)量、蛋白質(zhì)合成和光合作用以及能量代謝,隨鹽分升高,種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均降低,鹽濃度過高會抑制種子萌發(fā)。Patterson指出在鹽脅迫條件下,植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)失去平衡,引起種子細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的損傷。鹽分脅迫降低種子儲藏物質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化速率,損傷膜脂和膜蛋白,抑制種子萌發(fā)。甘草(GlycyrrhizauralensisFisch)在生物學(xué)上屬豆科甘草屬多年生草本植物,全球約有15種,分布于亞洲、歐洲南部、美洲中部、北非和澳大利亞等地區(qū)的溫帶或亞熱帶區(qū)域,中國有10種。甘草屬植物用途廣,是干旱地區(qū)維護生態(tài)平衡的一種優(yōu)良冬春牧草,莖葉為飼料,是優(yōu)良的防風(fēng)固沙,保持水土、改善土壤結(jié)構(gòu)具有重要的作用。以根和根莖入藥,是中國傳統(tǒng)的中藥材,素有“十方九草”、“國老”之美譽[8~10],同時在食品及輕工業(yè)等方面也有廣泛應(yīng)用。甘草是集生態(tài)效益和經(jīng)濟效益于一體的資源植物,是西北地區(qū)具有開發(fā)利用前景的重要資源。近年來,對于甘草種子抗逆性及種子發(fā)芽條件(包括溫度、水分、pH值、鹽分、機械處理)有所報道,但以烏拉爾甘草為材料的研究未見報道。本試驗用不同濃度的NaCl和Na2SO4兩種中性鹽,模擬天然鹽堿生態(tài)條件對種子和幼苗進行脅迫處理,觀察對其萌發(fā)和生長的影響,以期探索甘草種子萌發(fā)和生長對不同鹽的生理適應(yīng)特點,找到它們比較適宜的濃度,為烏拉爾紅皮甘草種子研究和生產(chǎn)提供理論依據(jù),并為指導(dǎo)甘草生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。1材料和方法1.1烏拉爾甘草種子生產(chǎn)裝置供試甘草品種為烏拉爾紅皮甘草,種子由新疆阜康市烏拉爾甘草種植有限公司提供,種子千粒重為10.135g。幼苗為用該種子育苗鹽處理所用試劑NaCl、Na2SO4,均為分析純。1.2硫酸系的基因文化預(yù)處理選大小均勻、無病蟲害烏拉爾紅皮甘草種子,先將曬干的種子洗凈,去除浮在水面上的癟種子,得到較為均一健康的種子。將挑選好的種子用1%高錳酸鉀溶液浸種消毒10min,再用無菌水沖洗干凈,吹干后將種子置于小燒杯中,按10∶1(種子∶濃硫酸)的比例,用移液管加入80%的硫酸,并用玻璃棒攪拌5min,使種子與硫酸充分混勻,浸泡1.5h后用自來水反復(fù)沖洗直至達中性,陰干后備用。將NaCl和Na2SO4中性鹽分別配制80、160、200、240、280、320、360、400(ck)mmol/L8個濃度的單鹽溶液。選用直徑6cm的培養(yǎng)皿,蒸餾水沖洗干凈后放入2層定向濾紙,壓平。每皿放入250粒經(jīng)過預(yù)處理的種子,加入20ml相應(yīng)濃度的單鹽溶液,3次重復(fù),并以蒸餾水處理為對照(ck)。用上述濃度的單鹽溶液浸泡種子24h,讓種子充分吸足水分,然后將培養(yǎng)皿立起垂直,傾出多余的鹽堿溶液,保持種子有氧呼吸。放入恒溫箱內(nèi)催芽,溫度(24±1)℃,光照4000lx,12h/d。24h后開始逐日觀察,直到催芽結(jié)束,同時用稱重法補充蒸發(fā)的水分,使各處理鹽濃度維持不變。1.3萌芽標志的測定處理好的培養(yǎng)皿放入恒溫箱后,每隔24h觀察1次并統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù),以芽長達到0.2cm作為萌芽標志。因為發(fā)芽率和發(fā)芽勢是檢驗種子質(zhì)量的常規(guī)指標,發(fā)芽指數(shù)是上述兩個指標的綜合,既反映發(fā)芽率,又反映發(fā)芽速度。選取發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)等作為甘草種子在單鹽溶液處理下的評價指標進行了統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1甘草種子發(fā)芽用蒸餾水處理下,甘草種子第3天開始發(fā)芽,在第6天出現(xiàn)日發(fā)芽數(shù)高峰,第15天后新增發(fā)芽種子粒數(shù)量為0。NaCl較佳發(fā)芽濃度(160mmol/L)條件下,甘草種子第2天開始發(fā)芽,第5天出現(xiàn)日發(fā)芽率高峰,第12天后新增發(fā)芽種子粒數(shù)為0,多數(shù)種子出現(xiàn)發(fā)霉腐爛。此時發(fā)芽率已達到本條件下的最大值,因此12d和15d作為鹽溶液處理和對照處理的甘草種子累計發(fā)芽天數(shù)。2.2不同濃度na2so4溶液對種子萌發(fā)的影響從2種中性鹽脅迫溶液pH值隨不同濃度變化結(jié)果(圖1)可以看出,NaCl溶液的pH值小于同等濃度的Na2SO4溶液,表明同等濃度條件下,Na2SO4溶液對種子的萌發(fā)抑制作用大于NaCl;隨著鹽脅迫溶液濃度的增加,2種鹽溶液的pH值逐漸提高,呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。2.3不同nacl和na2so4對種子發(fā)芽率的影響在對照條件下,甘草種子的發(fā)芽率可以達到91.2%;由圖2可見,在同等濃度下,NaCl溶液處理過的種子發(fā)芽率比同等濃度的Na2SO4溶液處理的分別高出6.3%、8.8%、10.0%、9.1%、47.7%、79.5%、100.0%、100.0%。種子發(fā)芽率高于60%的條件為NaCl和Na2SO4濃度均為小于280mmol/L(即NaCl為13.85g/kg,Na2SO4為33g/kg);360mmol/L的NaCl處理種子發(fā)芽率為18.6%、Na2SO4的為0;80mmol/LNaCl處理發(fā)芽率比對照高3.4%,Na2SO4處理低2.6%。這表明高濃度的Na2SO4抑制種子發(fā)芽強于NaCl,低濃度NaCl有利于甘草種子發(fā)芽。對中性鹽NaCl和Na2SO4濃度與發(fā)芽率之間進行了相關(guān)分析,結(jié)果見圖3。由圖3可以看出,甘草種子發(fā)芽率與中性鹽NaCl和Na2SO4濃度之間呈極顯著的負相關(guān),即NaCl和Na2SO4溶液含鹽量越高,對甘草種子發(fā)芽的抑制越大。2.4中性鹽對發(fā)芽期的影響圖4是不同中性鹽處理下的種子發(fā)芽天數(shù)及對發(fā)芽高峰期影響。其中,對照發(fā)芽天數(shù)為15d,NaCl和Na2SO4處理的發(fā)芽天數(shù)為12d,對照的發(fā)芽完成時間比NaCl和Na2SO4處理長3d。對照的發(fā)芽高峰期出現(xiàn)在處理的第7天,80、160mmol/LNaCl處理發(fā)芽高峰期均出現(xiàn)在第5天,比對照早2d;隨NaCl濃度的提高,發(fā)芽高峰期出現(xiàn)的時間延遲,200、240mmol/LNaCl處理的為7d,400mmol/LNaCl處理的延遲到第10天。不同濃度Na2SO4處理的高峰期比對照早3~5d出現(xiàn),比NaCl處理的早2~6d;當(dāng)360、400mmol/L的Na2SO4處理時種子沒有發(fā)芽,發(fā)芽高峰期沒有出現(xiàn)。對中性鹽NaCl和Na2SO4濃度與發(fā)芽高峰期之間進行了相關(guān)分析,結(jié)果見圖5。由圖5可看出,NaCl和Na2SO4處理濃度越高,2種中性鹽處理的甘草種子發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時間具有完全相反的趨勢,NaCl濃度增加,發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時間推遲,發(fā)芽高峰期早出現(xiàn)與NaCl濃度之間呈正相關(guān);Na2SO4濃度增加,發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時間提前,發(fā)芽高峰期早出現(xiàn)與Na2SO4濃度之間呈負相關(guān)。2.5na2so4對發(fā)芽勢的影響在對照條件下,甘草種子的發(fā)芽勢可以達到30.4%;由圖6可見,80mmol/L和160mmol/L的NaCl處理的發(fā)芽勢比對照分別高出1.2%和0.8%;80、160mmol/L和200mmol/L的Na2SO4處理的發(fā)芽勢比對照分別高出3.8%、4.8%和2.4%;濃度80~240mmol/L之間時,Na2SO4處理種子的發(fā)芽勢大于相同濃度的NaCl,分別高出2.6%、4%、5.4%和0.4%;濃度280~400mmol/L之間時,Na2SO4處理種子的發(fā)芽勢小于相同濃度的NaCl,分別低于5.5%、9.2%、6.2%和3.1%;Na2SO4濃度320mmol/L時,發(fā)芽勢為0。對中性鹽NaCl和Na2SO4濃度與發(fā)芽勢之間進行了相關(guān)分析,結(jié)果見圖7。由圖7可看出,甘草種子發(fā)芽勢與中性鹽NaCl和Na2SO4濃度之間呈極顯著的負相關(guān),即NaCl和Na2SO4溶液含鹽量越高,發(fā)芽高峰期的發(fā)芽種子數(shù)越少。2.6種子發(fā)芽指數(shù)在對照條件下,甘草種子的發(fā)芽指數(shù)為可以達到30.4%;由圖8可見,用80~200mmol/L的NaCl和Na2SO4處理發(fā)芽指數(shù)比對照分別高8.6、8.6、3.6和6.6、5.6、0.6;用240~400mmol/L的NaCl和Na2SO4處理發(fā)芽指數(shù)比對照分別高5.4、12.4、22.4、26.4和17.4、26.4、30.4、30.4。也就是說處理濃度80~200mmol/L時,中性鹽溶液處理的發(fā)芽指數(shù)高于對照,大于200mmol/L的中性鹽溶液處理時,甘草種子發(fā)芽指數(shù)小于對照。這表明小于等于200mmol中性鹽濃度對甘草種子發(fā)芽有一定的刺激,促進種子發(fā)芽,超過200mmol/L時反而抑制種子發(fā)芽。NaCl溶液各梯度處理下的發(fā)芽指數(shù)均高于相應(yīng)濃度的Na2SO4,360mmol/L和400mmol/L的NaCl處理發(fā)芽指數(shù)分別為8和4,而Na2SO4的均為0。這說明隨著濃度的增加,發(fā)芽指數(shù)逐漸下降,特別是在高濃度(≥360mmol/L)條件下,Na2SO4抑制種子發(fā)芽的作用強于NaCl。對中性鹽NaCl和Na2SO4濃度與發(fā)芽指數(shù)之間進行了相關(guān)分析,結(jié)果見圖9。由圖9可看出,甘草種子發(fā)芽指數(shù)與中性鹽NaCl和Na2SO4濃度之間呈極顯著的負相關(guān),即NaCl和Na2SO4濃度越高,在種子發(fā)芽時期內(nèi),發(fā)芽的種子數(shù)量越少。3中性鹽對甘草種子發(fā)芽的影響3.1在低濃度的NaCl溶液處理下,發(fā)芽率高于對照,說明低溶液NaCl有利于甘草種子發(fā)芽。隨著鹽溶液濃度的增加,種子發(fā)芽率逐漸下降,在Na2SO4溶液處理下,種子發(fā)芽率下降幅度大于相應(yīng)濃度的NaCl溶液處理;在同等濃度下,NaCl溶液處理過的種子發(fā)芽率高于同等濃度Na2SO4溶液的處理,表明高濃度的Na2SO4抑制種子發(fā)芽強于NaCl。種子發(fā)芽率高于60%的條件為NaCl和Na2SO4濃度均為280mmol/L(即NaCl為13.85g/kg,Na2SO4為33g/kg)。甘草種子發(fā)芽率與中性鹽NaCl和Na2SO4濃度之間呈極顯著的負相關(guān)。3.2對照發(fā)芽天數(shù)為15d,NaCl和Na2SO4處理的發(fā)芽天數(shù)為12d,對照的發(fā)芽完成時間比NaCl和Na2SO4處理長3d。對照的發(fā)芽高峰期出現(xiàn)在處理的第7天,80、160mmol/LNaCl處理發(fā)芽高峰期均出現(xiàn)在第5天,比對照早2d;隨NaCl濃度的提高,發(fā)芽高峰期出現(xiàn)的時間延遲。不同濃度Na2SO4處理的高峰期比對照早3~5d出現(xiàn),比NaCl處理的早2~6d。NaCl和Na2SO4處理濃度越高,2種中性鹽處理的甘草種子發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時間具有完全相反的趨勢,NaCl濃度增加,發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時間推遲,發(fā)芽高峰期早出現(xiàn)與NaCl濃度之間呈正相關(guān);Na2SO4濃度增加,發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時間提前,發(fā)芽高峰期早出現(xiàn)與Na2SO4濃度之間呈負相關(guān)。3.3在對照條件下,甘草種子的發(fā)芽勢可以達到30.4%;NaCl和Na2SO4溶液處理下,種子發(fā)芽勢高于對照。Na2SO4處理種子的發(fā)芽勢小于相同濃度的NaCl,Na2SO4濃度320mmol/L時,發(fā)芽勢為0。種子發(fā)芽勢與中性鹽NaCl和Na2SO4濃度之間呈極顯著的負相關(guān),即NaCl和Na2SO4溶液含鹽量越高,發(fā)芽高峰期的發(fā)芽種子數(shù)越少。3.4在對照條件下,甘草種子的發(fā)芽指數(shù)為可以達到30.4%;濃度80~200mmol/L時,NaCl和Na2