盐和干旱胁迫对沙葱种子萌发的影响_魏鹏超.pdf
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1、北方农业学报 2022,50(6):1016JOURNAL OF NORTHERN AGRICULTURE魏鹏超,曹镇宇,杨忠仁,等.盐和干旱胁迫对沙葱种子萌发的影响 J.北方农业学报,2022,50(6):10-16.DOI:10.12190/j.issn.2096-1197.2022.06.02收稿日期:2022-09-20基金项目:国家自然科学基金项目(31760081);内蒙古自然科学基金项目(2019MS03055);内蒙古自治区种业科技创新重大示范工程揭榜挂帅项目;内蒙古自治区科技重大专项(2019ZD016);内蒙古自治区应用技术研究与开发项目(2019GC237)作者简介:魏鹏
2、超(1997),男,硕士研究生,研究方向为沙生蔬菜优势抗逆基因筛选。通信作者:杨忠仁(1980),男,教授,博士,主要从事蔬菜种质资源创新与生理生态等研究工作。盐和干旱胁迫对沙葱种子萌发的影响魏鹏超1,曹镇宇1,杨忠仁1,2,张凤兰1,韩旭1,周岩1(1.内蒙古农业大学 园艺与植物保护学院/内蒙古自治区野生特有蔬菜种质资源与种质创新重点实验室,内蒙古 呼和浩特010011;2.内蒙古自治区农牧业大数据研究与应用重点实验室,内蒙古 呼和浩特010011)摘要:【目的】探究盐和干旱胁迫对沙葱种子萌发的影响,为沙葱人工栽培和抗逆性研究提供参考依据。【方法】以沙葱种子为试验材料,采用不同浓度 NaCl
3、、Na2SO4混合的中性盐溶液和 PEG-6000 溶液分别模拟盐和干旱胁迫,测定其发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,并通过相对发芽率与各处理浓度建立的函数方程确定其种子的耐受性。【结果】随着盐和干旱胁迫的增强,沙葱种子的萌发指标均逐渐下降,初始萌发时间延迟。当盐浓度为 75 mmol/L 和 150 mmol/L时,种子萌发时间分别延迟至第 3 天和第 5 天,其发芽率分别下降到 23.33%和 12.66%;当 PEG-6000 浓度为 15%和20%时,种子萌发时间分别延迟至第 3 天和第 4 天,其发芽率分别下降到 38.66%和 25.33%。沙葱种子耐盐和耐旱半致死渗透势分别为-
4、0.20 MPa 和-3.80 MPa,耐盐和耐旱极限渗透势分别为-0.60 MPa 和-7.38 MPa。【结论】轻度干旱环境并未明显抑制沙葱种子的萌发,其耐旱极限渗透势为-7.38 MPa;低渗盐溶液显著抑制沙葱种子的萌发,其耐盐极限渗透势为-0.60 MPa。关键词:沙葱种子;盐胁迫;干旱胁迫;萌发中图分类号:S633.9文献标识码:A文章编号:2096-1197(2022)06001007Effects of salt and drought stress on seed germination of Allium mongolicum RegelWEI Pengchao1,CAO Z
5、henyu1,YANG Zhongren1,2,ZHANG Fenglan1,HAN Xu1,ZHOU Yan1(1.College of Horticulture and Plant Protection,Inner Mongolia Agricultural University/Inner Mongolia Key Laboratory of GermplasmResources and Germplasm Innovation of Wild Specific Vegetables,Hohhot010011,China;2.Inner Mongolia Key Laboratory o
6、fResearch and Application of Agricultural and Animal Husbandry Big Data,Hohhot010011,China)Abstract:【Objective】To explore the effects of salt and drought stress on Allium mongolicum Regel seed germination,and toprovide references for the study of artificial cultivation and stress tolerance of Allium
7、 mongolicum Regel.【Methods】TakingAllium mongolicum Regel seeds as test material,different concentrations of NaCl and Na2SO4neutral salt mix solution andPEG-6000 solution were used to simulate salt and drought stress.The germination rate,germination potential,germinationindex and vitality index were
8、tested.The functional equation created by the relative germination rate and each treatmentconcentration was used to determine the seed tolerance.【Results】Allium mongolicum Regel seeds germination indicatorsgradually decreased assalt and drought stress increased,and the initial germination time delay
9、ed.When the saltconcentration was 75 mmol/L and 150 mmol/L,seeds germination time delayed to the day 3 and day 5,respectively,and thegermination rate fell to 23.33%and 12.66%,respectively.When the concentration of PEG-6000 was 15%and 20%,theseeds germination time delayed to day 3 and day 4,respectiv
10、ely,and germination rate fell to 38.66%and 25.33%,respectively.The salt tolerance and drought resistance semi-lethal osmotic potentials were-0.20 MPa and-3.80 MPa,andthe salt tolerance and drought resistance limit osmotic potentials were-0.60 MPa and-7.38 MPa,respectively.【Conclusion】The seeds germi
11、nation of Allium mongolicum Regel was not significantly suppressed under mild drought stress,with droughttolerance limit osmotic potential of-7.38 MPa.Low-permeability salt solution significantly inhibited Allium mongolicumRegel seed germination,with salt tolerance limit osmotic potential of-0.60 MP
12、a.Keywords:Allium mongolicum Regel seeds;Salt stress;Drought stress;Germination土壤盐渍化和干旱化问题日益突出,已成为影响农作物生长的主要非生物胁迫因子1-2。我国盐渍土地和荒漠化面积较大,分布较广,其危害不仅阻碍了农业生产和农业经济发展,还导致环境恶化,严重影响了地区的可持续发展3-5。同时,种子萌发是植物生活史的起点,也是对环境胁迫最敏感的时期,而种子萌发状况直接决定了植物能否成功建植1,6。有研究表明,盐胁迫和干旱胁迫下水杉3、甘青青兰7、紫花苜蓿8和刺槐9等种子萌发延迟,随着胁迫的增强,还会出现萌发指标下降、
13、幼苗生长量降低等情况,而轻度盐与干旱胁迫则会促进某些种子的萌发,如紫花野百合10、神香草11和芝麻12等种子,这可能是作物种类不同所导致。因此,研究植物在盐和干旱环境条件下的种子萌发情况,对深入了解植物的抗旱耐盐性以及实现盐碱和干旱地区的合理种植有重要意义。沙葱(Allium mongolicum Regel)为百合科葱属多年生旱生植物13。由于其生境特殊,主要生长在半荒漠带固定沙地、干旱草原、荒漠草甸和部分盐碱地14,其抗逆性、适应性强,具有很高的营养价值和生态价值。目前,关于沙葱种子的研究主要集中在种子休眠15、贮藏方式16、老化机制13和外源物质对种子萌发的影响等方面17,而盐和干旱胁迫
14、对沙葱种子萌发影响的研究鲜有报道。因此,本试验以沙葱种子为材料,分析不同浓度的 NaCl 与 Na2SO4混合中性盐以及聚乙二醇(PEG-6000)胁迫下种子萌发情况,进一步探究盐胁迫和干旱胁迫环境下沙葱种子的耐受能力,以期为沙葱在盐碱与荒漠地区等不良环境中实现人工栽培和规范种植提供理论依据。1材料和方法1.1试验材料贮藏 1 年的沙葱种子,中性盐溶液(NaCl 与Na2SO4物质的量浓度比为 11)、PEG-6000 溶液。1.2试验方法将沙葱种子经 2%的次氯酸钠溶液消毒 10 min后,用蒸馏水反复冲洗,浸种 12 h 后用滤纸吸干其表面水分进行试验。设置盐溶液浓度分别为 25、50、7
15、5、100、125 和150 mmol/L,PEG-6000 溶液浓度分别为 5%、10%、15%、20%,以蒸馏水作为对照(CK)。按预设处理在培养皿中均匀放置 50 粒沙葱种子,每个处理 4 次重复,将培养皿置于 20 的恒温培养箱中培养,采用称重法保持各处理渗透势不变。1.3萌发指标的测定从萌发试验开始,每隔 24 h 观察种子萌发情况,以种子露白为标准,记录每天发芽数直至试验结束,并计算各项萌发指标。选择各处理胚根完整的10 株幼苗,不足 10 株则全部取用,用游标卡尺测量其胚根长。计算公式为逐日萌发率(DGR)/%=t/N100(1)式中,t 为萌发期内每天正常发芽种子数量;N 为供
16、试种子总数。发芽率(GR)/%=n/N100(2)式中,n 代表正常发芽种子数量。发芽势(GP)/%=m/N100(3)式中,m 为萌发第 6 天发芽总数。发芽指数(GI)=(Gt/Dt)(4)6 期11魏鹏超等:盐和干旱胁迫对沙葱种子萌发的影响式中,Gt为每天累计发芽指数;Dt为相应发芽天数。活力指数(VI)=GISx(5)式中,Sx为种子胚根长度。相对发芽率(RGR)/%=(试验组发芽率/对照组发芽率)100(6)参照朱敏嘉等18方法计算不同浓度盐溶液渗透势,公式为S=-iCRT(7)式中,i=1.86,为溶液的等渗系数;C 为溶液的摩尔浓度/(mol/L);R=0.008 314(MPa
17、/L mol/L)/K,为气体常数;T=273+t(t 为试验时的恒温培养箱温度20 ),T 为绝对温度。各浓度盐溶液对应渗透势分别为-0.11、-0.22、-0.33、-0.44、-0.55、-0.66 MPa。参照陈士超等19方法计算不同浓度 PEG-6000溶液渗透势,公式为S=-(1.1810-2)C-(1.1810-4)C2+(2.6710-4)CT+(8.3910-7)C2T(8)式中,C 为 PEG-6000 浓度(g/kg);T 为溶液温度 20。各浓度 PEG-6000 对应渗透势分别为-0.58、-1.66、-3.25、-5.34 MPa。1.4耐盐与耐旱性分析参照刘玉艳等
18、20的方法,分别以盐胁迫和干旱胁迫处理下的相对发芽率为因变量(y)、以各处理渗透势为自变量(x)建立函数方程,以相对发芽率下降75%、50%和 10%时所对应的渗透势作为沙葱种子对各胁迫的适宜渗透势、半致死渗透势和极限渗透势。1.5数据统计与分析采用 Microsoft Excel 2019 软件进行数据统计与整理,IBM SPSS Statistics 22.0 统计学软件进行统计分析(多重比较选择 Duncan 方法),Origin 2021 与Excel 2019 软件绘图。2结果与分析2.1不同盐胁迫下沙葱种子萌发特性的响应2.1.1不同浓度盐溶液处理下沙葱种子逐日萌发率的响应由图 1
19、 可知,随着盐溶液浓度的升高,沙葱种子初始萌发时间延后,当盐溶液浓度75 mmol/L 时,种子初始萌发时间延后至第 3 天;当盐溶液浓度达到 150 mmol/L 时,种子初始萌发时间延后至第5 天。不同浓度的盐溶液对种子萌发均会产生抑制作用,并且各浓度处理下种子逐日萌发率峰值均明显低于对照,当盐溶液浓度高于 50 mmol/L 时,逐日萌发率峰值时间开始延后。2.1.2不同浓度盐溶液处理下沙葱种子发芽率和发芽势的响应由图 2 可知,当盐溶液浓度为 25 mmol/L 时,沙葱种子发芽率与发芽势分别为 42.66%和 20.33%,显著低于对照(P0.05);当盐溶液浓度为 75150 mm
20、ol/L时,沙葱种子发芽率和发芽势为 23.33%12.66%和2.66%1.33%,与 25、50 mmol/L 相比,均显著降低(P0.05)。由此可见,随着盐溶液浓度的增加,抑制沙葱种子萌发的效果也随之增加。图 1不同浓度盐溶液处理下沙葱种子的逐日萌发率小写字母不同表示差异显著(P0.05)。下同。图 2不同浓度盐溶液处理下沙葱种子的发芽率和发芽势发芽势/%发芽率/%盐溶液浓度/(mmol/L)12北 方 农 业 学 报50 卷逐日发芽率/%萌发天数/dCK25 mmol/L50 mmol/L75 mmol/L100 mmol/L125 mmol/L150 mmol/L发芽率发芽势2.1
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