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海水盐度对冰菜种子萌发影响的实验研究

王琛 程爽 刘千铭 牟晋华 申旭红

摘要:本文旨在探究不同海水盐度对冰菜种子萌发的影响,以期为盐碱地、全海水冰菜栽培提供参照,并为后续冰菜研究提供参考。通过设置0-10盐度的海水处理冰菜种子,统计各组种子萌发率,研究盐度对冰菜种子萌发的影响。结果表明冰菜种子的发芽势在0-3盐度范围内呈现上升趋势,在盐度为3时发芽势最高(12.96%),盐度超过3后,发芽势随盐度的升高而降低;种子的发芽率在0-5的盐度范围内呈现波动趋势,在盐度为5时发芽率最高(34.26%),盐度超过5后,发芽率随盐度的升高而降低。本实验条件下冰菜种子在盐度为5的培养条件中具有最高的发芽率,通过对照他人的研究结果,本次实验也为后续研究提供了两点思路:1.探究光照强度对冰菜种子萌发率的影响。2.探究除Na、Cl外海水中哪些元素会对冰菜种子萌发产生影响,并探究该些元素对冰菜生长发育的意义。

关键词:盐度;冰菜种子;发芽势;发芽率;展望

基金项目:中国农业大学烟台研究院校内基金项目(YT201808);中国农业大学烟台研究院URP项目(U20183030)。

引言

冰菜(Mesembry-anthemumcrystallinumLinn.)属番杏科日中花属番杏科日中花属,全名为冰叶日中花,是一种新型稀缺特色营养保健蔬菜,具有较高的营养价值和经济价值,在非洲、亚洲西部和欧洲均有分布。冰叶日中花是一类耐盐碱植物,含氨基酸、抗酸化物质等机能性高的物质成分,略带有天然苹果的酸味,富含钠、钾等矿物质,凝聚了白菜、卷心菜、莴苣等的特性,在欧洲一些地方作为蔬菜,是一种高营养价值的蔬菜[1]。冰菜具有极强的抗旱性和耐盐性,可在与海水同盐浓度的水溶液中生长,并吸收土壤里的盐分,可在岛礁区域及海水倒灌田推广种植[2]。

盐度是海水含盐量的一个标度,是指每千克海水中溶解固体物的总克数,用S表示。目前已知海水中的元素有80种以上,这些元素在海水中的含量是极不平衡的,其主要元素(含量在1mg/L以上的)有11种(氯、硫、碳、溴、硼、钠、镁、钙、钾、锶、氟),它们在海水中溶解盐类中的占比超过99%。海水中除含有Na、Cl元素外还含约有80种元素,其对植物的生长发育将会产生重要的影响[3]。

目前国内对于冰菜种子萌发的研究有种子采收期蒴果成熟度烘干温度和时间[4]、NaCl浓度[5-6],以及播种穴盘规格[7]对种子萌发率的影响等。其中刘慧颖[5]的研究表明NaCl对冰菜种子的萌发有抑制作用,荣海燕[6]的研究表明一定浓度的NaCl对冰菜种子萌发有促进作用。国外对于冰菜生长的研究多集中在冰菜耐盐机理的研究,如冰菜内多倍性[8]、NaCl促进生长机制[9]以及盐分适应性响应过程中能量变化[10]等,也有部分关于各非生物因素对多种盐沼植物的生长影响实验[11-13]。其中包含关于土壤盐分含量对于冰菜种子萌发、生长影响的研究,但其研究中只考虑NaCl含量对冰菜种子萌发的影响,仅设置四组盐度梯度,且各组之间NaCl含量相差较大,冰菜种子萌发率皆随盐分的升高而降低。

冰菜具有极强的抗旱性和耐盐性,可在与海水同盐浓度的水溶液中生长,并吸收土壤里的盐分,可在岛礁区域及海水倒灌田推广种植。目前,中国热带农业科学院热带生物技术研究所已针对冰菜耐海水性做了相关生理生化研究,明确冰菜可适应全海水灌溉栽培[2];同时,随着我国土壤盐地面积的不断扩大,土壤盐渍化问题正严重制约着农业生产的可持续发展及良好生态环境的维持[14],冰菜作为一种耐盐碱作物,展现了广阔的应用前景。本次研究主要通过设置系列浓度梯度海水,探究海水盐度对于冰菜种子萌发的影响,为冰菜全海水培育、海水倒灌田引种修复提供参考,同时根据实验结果提出两点后续研究的思路。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用冰菜种子购自寿光金鹏种业公司,经过福美双灭菌。使用浙江蓝海星盐制品有限公司生产的速溶海水晶配置不同盐度的海水。

供试仪器:一次性培养皿,无菌纱布,光学盐度计,镊子。

1.2 试验方法

1.2.1 种子放置

设置0-10号共11个组别,每组设置三次平行,共33个培养皿,每个培养皿内垫四层无菌纱布,纱布上放置36粒种子将装置至于背阴室内板架上,在开口一侧加遮光板,使种子处于全遮光状态。

1.2.2 海水溶液配置

使用蓝海星研制品有限公司生产的“蓝海星”牌速溶海水晶,配制盐度为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10(单位:ppt下同)(ppt是Part per-thousand的缩写,是指千分当量,也可用‰替代,有关文献会用ppt表示盐度)的海水,贴标签、备用。以蒸馏水作对照,编号0。实验时定时将所配置溶液对应滴加到0-10组,使纱布始终处于濕润状态。

1.3 项目测定

本实验正式实验时间为2019.9.21-2019.9.29,试验期间于每日同一时间记录各组的发芽率和发芽势。

发芽势和发芽率的测定:每隔24h记录一次各组发芽种子数,发芽的标准为胚芽与胚轴等长[4]。在试验过程中使纱布保持湿润状态。分别以3d、8d内各组发芽状况作为各组种子的发芽势与发芽率[15]。

发芽势 =3d内发芽种子数/供试种子数 ×100%发芽率 = 8d内发芽种子数/供试种子数 ×100%

1.4 数据测定

使用Microsoft Excel2010进行数据记录、并作图,使用SPSS V18进行数据分析。

2 结果与分析

本实验测得冰菜种子在不同盐度条件下的发芽势和发芽率如表1所示。

从实验结果可以看出各组发芽势在0.05水平上没有显著性差异;盐度为5的组别发芽率与盐度为2、8、9、10的组别在0.05水平上差异显著。

图1和图2分别展示了盐度为0-10范围冰菜种子发芽势与发芽率的变动情况。从整体实验结果来看,0-3盐度内冰菜种子的发芽势呈现上升趋势,在盐度为3时,发芽势最高,为12.96%,盐度大于3后种子的发芽势随盐度的增加呈现下降趋势。在0-5盐度内,冰菜种子的萌发率随盐度增加呈现上下波动的现象,在盐度为5时发芽率最高,为34.26%,盐度大于5后,种子的发芽率基本随盐度的增加而呈现降低趋势。无论发芽势还是发芽率,均在低盐度范围内分布有较高的数值。

3 讨论

实验结果中冰菜整体萌发率相对于大多数经济作物品种较低。NOE&ZEDLER研究发现冰菜与其他盐沼作物相比有较低的发芽率[11-12]。本次实验整体发芽率也与NOE&ZEDLER和UYEDA关于冰菜种子萌发研究结果相近[12-13]。与刘慧颖研究相比,空白对照组萌发率显著低于其实验中萌发率,但海水胁迫组与其实验中萌发率相近;与荣海燕实验研究结果相比,整体萌发率显著低于其实验中整体发芽率[5-6]。

NOE&ZEDLER、UYEDA、刘慧颖和荣海燕等人的研究结果见图3。

NOE&ZEDLER所做的实验结果,展示了不同含水量土壤中盐度对冰菜种子萌发率的影响(图3a),其中,低土壤含水量组发芽率随盐度增加呈现逐渐变低的整体趋势,与本实验结果整体趋势一致,并且发芽率数据较为接近。

UYEDA所做实验结果,展示了不同湿度条件下盐度对冰菜种子萌发率的影响(图3b)。在盐度为0-10范围内,各组萌发率均低于40%,与本实验结果分布范围一致。UYEDA研究结果显示,20、30盐度处理组萌发率为0。其研究结果表明土壤中NaCl含量过高会抑制冰菜种子萌发。

刘慧颖等人研究了不同浓度NaCl溶液处理组冰菜萌发数随时间的变化情况(图3c)。可以看出冰菜种子萌发率随NaCl浓度升高而降低,其实验中空白对照组萌发率较高,高于70%,NaCl处理组均低于40%,0.5%、0.7% NaCl浓度处理组萌发率低于20%,盐分胁迫处理组总体萌发率与本次实验海水胁迫处理组总体萌发率相近。

荣海燕等人研究了不同浓度NaCl溶液处理下冰菜萌发数随时间的变化[6]。在NaCl质量分数分别为0%,0.3%,0.6%,0.9%时,其萌发率总体较高,均高于80%,远远高于本实验结果。

本次实验冰菜种子萌发率分布范围與荣海燕[6]等人研究结果差距较大,初步认为与实验过程中光照条件有直接关系。冰菜为番杏科植物,而番杏科为喜光植物,喜强光,通常在全光下才能正常生长[16]。同样,需光(或喜光)种子的萌发需要一定的光照,光照不足会对此类种子的萌发率造成影响[17],大多数小粒种子特别是杂草种子是需光种子,这些小粒种子在没受光照之前即使在含水量高的情况下也保持休眠状态[18]。目前已经证实光照对部分盐生植物种子萌发有影响,如费尔干猪毛菜[19]、聚盐植物盐节木、里海盐爪爪、盐爪爪等[20],全遮光条件下种子的萌发率低于黑暗与光照交替的环境。国内关于光照强度对冰菜种子萌发影响的研究尚未见报道,鉴于本研究结果与个别学者的研究结果存在较大差异,建议在后期实验中适当增加光照强度因素以进一步探究光照强度对冰菜种子萌发的影响机制。

本实验中盐度为5时萌发率最高(34.3%),在荣海燕探究NaCl对冰菜种子萌发率的影响结果中[6],通过换算得出盐度为5-6时发芽率最高,与本实验结果基本吻合。本实验冰菜种子萌发率随盐度变化所做趋势线与刘慧颖研究结果[5]有一定差异,原因可能为海水中含有的除Na、Cl元素外的其他元素对冰菜种子萌发产生影响,但目前尚未见有相关报道。

4 结论

本次实验研究了海水条件下冰菜种子的萌发情况。在本实验条件下,在盐度为3时,发芽势最高,为12.96%,在盐度为5时发芽率最高,为34.26%。通过与他人实验结果比对,为接下来对冰菜种子萌发及生长发育研究提供两点思路。一是探究光照强度对冰菜种子萌发率的影响;二是探究除Na、Cl外海水中哪些元素会对冰菜种子萌发产生影响,并探究这些元素对于冰菜生长发育的影响表现及规律,为盐碱地冰菜培育提供参考。

参考文献

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