摘 要:以罗布麻(Apocynum venetum)和白麻(Apocynum pictum)种子为研究对象,分别对其在6个NaCl浓度梯度[0(CK),0.05,0.1,0.2,0.4,0.6mol·L-1]下的发芽率?发芽势?发芽指数?盐害指数和盐害级别的特征进行分析,以期揭示罗布麻和白麻耐盐特性?结果表明,随着NaCl浓度的逐渐升高,罗布麻和白麻种子发芽率?胚根长度?胚芽长度及发芽指数均呈显著下降趋势,尤其是在0.2~0.6mol·L-1的NaCl环境下,随着盐浓度的增加,各生长指标受抑制程度更加显著,盐害指数逐渐增加,盐害级别也在逐渐加深,丙二醛(MDA)的含量呈现出显著上升的趋势,过氧化氢酶(CAT)?过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性则表现出先上升后下降的变化趋势?罗布麻和白麻在相同NaCl浓度下,其盐害指数和盐害级别表现出不同差异,耐盐性表现为白麻>罗布麻?本研究结果可为罗布麻和白麻在盐碱地区种植,改良生态环境提供参考?
关键词:盐胁迫;罗布麻;白麻;种子萌发;生理特性
新疆的地质主要由沙漠?戈壁和绿洲组成?新疆的沙漠和戈壁不仅面积大,而且分布广泛,是一个“沙碛大半,壤土狭隘”的地区[1]?另一方面,在塔里木盆地蒸发量远远大于降雨量,进一步引发地表强烈积盐,造成土壤盐渍化,同时,一些不当的人为影响也会加剧土壤次生盐渍化[2-3]?土壤盐渍化已成为制约植物栽培的重要因素之一?研究植物对盐胁迫的适应机制,培育耐盐植物,有利于改良盐渍土壤?保护生态环境和提高农业产量?耐盐植物为了减缓盐害,会启动一系列的调控机制来适应环境?
盐环境对植物生长发育有显著影响,盐分是限制药用植物罗布麻和白麻的主要逆境因子之一[4-6]?王鹏山等在对罗布麻种子萌发阶段的耐盐性进行比较发现,随盐浓度的逐渐升高,罗布麻种子的发芽率?发芽势以及发芽指数均呈现降低的变化趋势?低盐胁迫对种子发芽的抑制作用相对较小,但在高盐胁迫下抑制作用显著,这可能是由于种子细胞膜受损,在膨胀过程中渗透性和溶质流动增加,导致种子萌发死亡和发芽暂停[7-9]?随着胁迫时间延长,罗布麻细胞膜透性逐渐增加,同时,SOD活性也随胁迫时间延长而增强,这一现象表明罗布麻在盐环境下具有较强的适应能力及生长调控能力[9]?在盐环境下,罗布麻种子细胞膜结构的稳定性会受到损伤,导致细胞内电解质外渗,而膜中脂质氧化的产物是MDA则能够显示细胞膜损伤的程度[10]?低盐浓度下促进罗布麻种子萌发,随着浓度的增加,种子萌发率受到抑制[11]?目前,比较盐环境对药用植物罗布麻和白麻生长的影响尚不系统?因此,本研究以药用植物罗布麻和白麻作为研究对象,通过测定罗布麻和白麻种子的萌发及生长指标,分析其对盐环境的耐受程度,为在盐渍土壤种植罗布麻?白麻提供科学依据?
1 材料与方法
1.1 试验材料
罗布麻种子与白麻种子均由中国科学院新疆生态与地理研究所姜黎老师采集,种子处理后,放置在4℃下保存,备用?
1.2 试验设计
设置6个NaCl浓度梯度,分别为0(CK),0.05,0.1,0.2,0.4,0.6mol·L-1,每个处理选40粒种子,3次重复,先用10%的NaClO溶液消毒10min,再用蒸馏水清洗3~5次,将种子播种在直径为90mm垫有两层湿润滤纸的培养皿中,置于25℃?14h光照/10h黑暗条件下培养?以胚根突破种皮作为种子萌发的标志,每24h记录一次当天萌发的种子数量,连续观察并记录10d,统计罗布麻和白麻种子的发芽率?发芽势和发芽指数?待种子发芽后第10d,从每个处理中各取10株幼苗,测量各幼苗的胚根长度?胚芽长度?鲜重等?
1.3 种子发芽指标的测定
1.4 罗布麻和白麻种子耐盐性评价
盐害指数的计算:
当处理组发芽率≥对照组时,表明无盐害影响,盐害指数记为0?
盐害级别判定标准为:1级盐害(盐害指数≤20%);2级盐害(20%<盐害指数≤40%);3级盐害(40%<盐害指数≤60%);4级盐害(60%<盐害指数≤80%);5级盐害(盐害指数>80%)?
1.5 生理指标测定
采用索莱宝的试剂盒对罗布麻和白麻幼苗的相关酶(CAT,POD,SOD)的活性和MDA含量进行测定?
1.6 数据统计分析
在试验数据处理和分析过程中,采用Excel2013进行初步统计和整理,应用SPSS27.0进行单因素方差分析及LSD检验(P<0.05),采用Origin2022作图?
2 结果与分析
2.1 盐分对罗布麻和白麻种子萌发的影响
由图1A可知,对照组(CK)种子起始萌发时间为第2d,随着NaCl浓度的升高,种子的起始萌发时间会出现滞后现象,且种子发芽率不断下降?与对照组相比,在0.05mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻和白麻种子发芽率均无显著变化,但是白麻种子发芽率要高于罗布麻种子发芽率,二者的发芽率分别为82.5%和67.5%;在0.1mol·L-1的NaCl环境下,白麻种子发芽率无显著变化,罗布麻种子发芽率则显著下降,其发芽率为52.5%;在0.2mol·L-1的NaCl环境下,白麻和罗布麻种子的发芽率均显著下降,分别降至71.6%和43%;在0.4mol·L-1的NaCl环境下,白麻与罗布麻种子萌发率均显著下降,分别下降了59.47%和42.58%;在0.6mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻和白麻种子萌发率均为4.2%?通过比较两种植物发现,在0~0.4mol·L-1的NaCl环境下,白麻种子发芽率显著高于罗布麻种子发芽率,说明前者较后者更耐盐?
由图1B还可知,盐环境下不仅会降低种子萌发率,还会延缓种子起始萌发时间和降低种子萌发速率?在0.05~0.2mol·L-1的NaCl环境下,在处理的第2d和第3d罗布麻和白麻种子开始萌发,而在0.4~0.6mol·L-1的NaCl盐环境下,处理第3d天和第4d罗布麻和白麻种子开始萌发?
图1 盐分对罗布麻和白麻种子萌发率的影响
表1 盐分对罗布麻和白麻的发芽特征的影响
由图1和表1可知,与对照相比,在0.05mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻的发芽率?发芽指数和发芽势均无显著变化,但是在0.1和0.2mol·L-1的NaCl的环境下罗布麻的发芽率?发芽势和发芽指数均显著下降?与对照相比,在0.1mol·L-1的NaCl环境下,白麻的发芽率?发芽势均无显著变化,但其发芽指数表现出不一样的规律,相比对照其发芽指数则显著下降,发芽指数为42.76;在0.2mol·L-1的NaCl环境下,白麻的发芽势?发芽率?发芽指数均发生显著变化?根据罗布麻和白麻种子的各指标比较发现,在对照中,相较于白麻,罗布麻的发芽势?发芽指数显著降低,二者分别为79.17%和50.28与60.83%和38.79?在0.05~0.1mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻的发芽势与活力指数与对照无显著差异,而罗布麻在0.1mol·L-1的NaCl环境下,其发芽势和发芽指数显著下降,分别为42.5%和26.7?在0.2mol·L-1的NaCl环境下,白麻的发芽势和发芽指数也开始显著下降,分别为60.83%?36.07?在0.6mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻和白麻的发芽势分别为4.17和3.3,几乎不发芽?
2.2 盐分对罗布麻和白麻胚根?胚芽生长的影响
由表2可知,随着盐浓度的逐渐上升,罗布麻和白麻种子的胚根?胚芽及其幼苗鲜重均呈现显著的下降趋势?表明盐环境抑制了胚根和胚芽的正常生长?更具体地说,盐环境对胚根的抑制程度要大于对胚芽的抑制?此外,与对照组(CK)相比,各个NaCl浓度处理均呈显著差异(P<0.05),这进一步证明了盐环境对这两种植物幼苗生长有抑制作用?
值得一提的是,当NaCl浓度为0.05mol·L-1时,白麻的胚芽长度显著长于罗布麻,但在其他浓度下,两者之间的差异并不显著?当NaCl浓度>0.1mol·L-1时,胚根?胚芽生长受到抑制,胚根的相对长度≤0.60;在0.4和0.6mol·L-1的NaCl的环境下,种子胚根突破种皮后,根尖变成黑色,然后不再生生长?在盐环境下,幼苗鲜重也随着盐浓度的增加而减小?
NaCl浓度>0.1mol·L-1时,胚根?胚芽开始受到一定程度抑制,且两种植物的生长表现出显著差异;并且在0.05mol·L-1的NaCl环境下,白麻的胚根?胚芽的生长较罗布麻胚根?胚芽的生长的更耐盐?但在0.4mol·L-1的NaCl环境下,白麻的胚根相对长度较罗布麻的胚根相对长度低,这时后者的胚根?胚芽较前者更耐盐?在0.1mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻的相对鲜重为0.64,在NaCl环境下生长得到一定促进,而白麻的相对鲜重为0.80,由此可知,白麻的胚根长度?胚芽长度较罗布麻的高,且两者鲜重也有相似规律?
2.3 不同浓度下罗布麻和白麻种子的盐害指数和盐害级别
由表3可知,随着NaCl浓度的升高,盐害指数和盐害级别就越高?罗布麻和白麻种子在≤0.1mol·L-1的NaCl环境下,盐害指数逐渐增加;在0.4mol·L-1的NaCl环境下则大幅度增加,均超过40%,且盐害指数的大小顺序为:白麻>罗布麻?罗布麻盐害级别在0.05~0.1mol·L-1的NaCl环境下均为1级,在0.2mol·L-1的NaCl环境下盐害级别为2级,白麻盐害级别在0.05~0.2mol·L-1的NaCl环境下均为1级?罗布麻和白麻在相同NaCl浓度下,其盐害指数和盐害级别表现出不同差异?综上,通过对NaCl环境下罗布麻和白麻种子的盐害指数?盐害级别的分析,耐盐性强弱表现为:白麻>罗布麻?
表3 不同浓度下罗布麻和白麻种子的盐害指数和盐害级别
2.4 盐分对罗布麻和白麻幼苗生理指标的影响
2.4.1 盐分对罗布麻和白麻幼苗CAT活性的影响
从图2可以看出,罗布麻和白麻幼苗的CAT活性在不同浓度NaCl环境条件下的变化趋势类似,均随NaCl浓度的增加表现先上升后降低的变化趋势?罗布麻和白麻幼苗的CAT活性在0.1mol·L-1的NaCl环境下达到最高值,分别为195.96和153.00U·g-1?在0.1mol·L-1的NaCl环境下的罗布麻幼苗CAT活性较0.05和0.2mol·L-1的NaCl环境下,降低了17.07和13.70U·g-1;白麻幼苗CAT活性较0.05和0.2mol·L-1的NaCl环境下,降低了16.15和10.7U·g-1?罗布麻和白麻幼苗CAT活性均在0.1mol·L-1的NaCl环境下开始下降;罗布麻和白麻幼苗CAT活性在0.2mol·L-1的NaCl环境下的CAT活性分别为185.26和129.71U·g-1?罗布麻和白麻幼苗对高于0.2mol·L-1的NaCl环境抵抗能力较弱?
2.4.2 盐分对罗布麻和白麻幼苗POD活性的影响
从图3可以看出,同CAT酶活性规律相似,罗布麻和白麻幼苗的POD酶活性在不同浓度NaCl环境条件下的变化趋势相似,两者在NaCl浓度递增的过程中呈现先上升后降低的变化趋势?在0.05,0.1,0.2mol·L-1的NaCl的环境下,罗布麻幼苗POD酶活性均高于白麻幼苗的POD的酶活性?罗布麻和白麻的幼苗在0.1mol·L-1的NaCl环境下达到最高值,分别为1.35×104和1.90×104U·g-1?且罗布麻和白麻的幼苗在0.1mol·L-1的NaCl浓度环境下开始逐渐下降,在0.2mol·L-1的NaCl环境下,分别降低了3.66×103和3.9×103U·g-1?
图2 盐分罗布麻和白麻幼苗CAT活性的影响
图3 盐分对罗布麻和白麻幼苗POD活性的影响
2.4.3 盐分对罗布麻和白麻幼苗SOD活性的影响
从图4可以看出,罗布麻和白麻幼苗的SOD活性在不同浓度的NaCl环境下呈现先上升后下降的趋势?白麻和罗布麻SOD活性均在0.1mol·L-1的NaCl环境达到最大值,分别为171.37和139.6U·g-1?白麻幼苗在不同浓度NaCl环境下SOD活性高于罗布麻幼苗在不同浓度NaCl环境下的SOD活性?白麻在0.2mol·L-1的NaCl环境下,较0.1mol·L-1的NaCl环境下减少了42.58U·g-1,较CK(0)和0.05mol·L-1的NaCl环境下增加了75.45和50.36U·g-1?罗布麻在0.2mol·L-1的NaCl环境下,较0.1mol·L-1的NaCl环境下减少了22.69U·g-1,较CK(0)和0.05mol·L-1的NaCl环境下增加了76.21和30.87U·g-1?
2.4.4 盐环境对罗布麻和白麻幼苗MDA含量的影响
由图5可以看出,罗布麻和白麻随NaCl环境浓度的增加呈现不断上升趋向?且白麻幼苗和罗布麻幼苗的MDA的活性在0.2mol·L-1的NaCl浓度环境下达到最大值,分别为38.39和27.99nmol·g-1?罗布麻幼苗在0.2mol·L-1的NaCl环境下MDA含量,较0(CK),0.05和0.1mol·L-1的NaCl环境下分别高了12.60,3.65和3.28nmol·g-1?白麻幼苗在0.2mol·L-1的NaCl环境下MDA含量,较0(CK),0.05和0.1mol·L-1的NaCl浓度梯度下分别高了18.33,9.46和4.08nmol·g-1?
图4 盐环分对罗布麻和白麻幼苗SOD活性的影响
图5 盐分罗布麻和白麻幼苗MDA含量的影响
3 讨论
耐盐植物的种植是盐碱地利用和修复的有效途径之一,盐环境下植物的萌发指标?生长指标和生理指标等可以用来评价和筛选耐盐种质资源[12-13]?本研究发现,随着NaCl盐浓度的增加,罗布麻和白麻种子在盐环境下的敏感程度表现出显著的差异性,罗布麻种子对盐环境更敏感,这与欧文静等[14]研究结果相似?当盐浓度逐步增加时,罗布麻和白麻种子的萌发率?发芽指数,胚根及胚芽的长度均表现降低的变化趋势,起始萌发时间也出现延缓,这与王鹏山等[8]的研究结果相似?
在盐环境下对罗布麻和白麻幼苗生理影响方面,本研究发现,在盐环境下,罗布麻和白麻的萌发与生理指标都会受到显著影响,且两者之间的表现存在一定的差异,罗布麻和白麻幼苗的MDA含量随着NaCl浓度的递增而呈现出上升的趋势,而二者的SOD,POD和CAT活性则随NaCl浓度的增加呈现先上升后降低趋势,这与方婧雯等[10]对罗布麻的研究结果一致?
与对照相比,在0.05mol·L-1的NaCl环境下,罗布麻和白麻种子的萌发率无显著变化;在0.1~0.6mol·L-1的NaCl环境下,随着NaCl浓度的升高,罗布麻和白麻种子的发芽速率?发芽趋势?胚根和胚芽的长度以及发芽指数均显著降低;在同一NaCl浓度下,白麻的发芽率要高于罗布麻;罗布麻和白麻的幼苗的MDA含量均随NaCl浓度的增加呈现上升趋势,而罗布麻和白麻的POD?SOD和CAT活性则在NaCl浓度增加的过程中表现先增高后降低的变化趋势?综合种子萌发率?盐害指数?盐害级别等分析发现,白麻的耐盐性要略高于罗布麻,这可能跟它们的生境中土壤盐分含量高低有关[15-18]?
4 结论
在盐胁迫下,罗布麻和白麻其种子萌发与生理指标均会受到影响,且两者之间的表现存在一定的差异,为耐盐碱胁迫罗布麻的筛选和盐碱地的改良提供了一定参考?
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文章摘自:韩占江,赵晴晴,姜黎.药用植物罗布麻和白麻的耐盐特性研究[J].草地学报,2025,33(06):1800-1806.
