PEG模拟干旱胁迫对四种荒漠植物种子萌发的影响

试验以内蒙古阿拉善荒漠4种优势植物:梭梭、红砂、驼绒藜和碱蓬种子为材料,在-3.0～0 MPa 的PEG渗透势下,研究了干旱胁迫对种子萌发的影响,探讨了经PEG浸种预处理后种子的萌发恢复能力。结果表明,随PEG渗透势的下降,梭梭、红砂、驼绒藜和碱蓬种子的萌发和初生根生长均受到不同程度的抑制,总体来看,PEG渗透势越低,抑制作用越明显。但是,轻度的干旱胁迫能促进红砂、驼绒藜和碱蓬种子的萌发,提高红砂和碱蓬种子的发芽指数,刺激了4种荒漠植物的初生根生长。4种荒漠植物种子萌发的最低渗透势阈值分别为-3.0,-2.1,-2.1和-1.5 MPa,说明梭梭种子萌发的抗旱性最强,而碱蓬的抗旱性最弱。经PEG浸种预处理的种子在适宜条件下可以恢复萌发,但浸种时间越长,种子受干旱胁迫的影响越大,甚至其萌发完全被抑制。短时间的PEG浸种预处理提高了红砂种子的发芽率,并显著提高了其发芽指数,刺激了梭梭、红砂、驼绒藜的初生根生长,而碱蓬的初生根生长则一直受到PEG浸种预处理的抑制。     

NaCl和PEG对华北驼绒藜和梭梭种子萌发的影响

采用不同浓度NaCl和等渗PEG 6000处理华北驼绒藜(Ceratoides arborescens(Losinsk.)Tsien et C.C.Ma)和梭梭(Haloxylon ammodendron(Mey.)Bunge)2种旱生植物种子。结果表明,盐胁迫和水分胁迫对其萌发均具有明显的抑制作用,降低种子萌发率,推迟种子初始萌发时间、延长种子萌发时间;在700 mmol/L NaCl处理时,华北驼绒藜和梭梭种子萌发率分别为0和49.33%,说明梭梭比华北驼绒藜种子具有更强的耐盐性。PEG6000(-3.2MPa)溶液处理后,2种旱生植物种子萌发恢复率高于等渗NaCl溶液处理;在NaCl(-3.2MPa)溶液中处理10 h后,华北驼绒藜和梭梭种子中Na⁺含量增加,K⁺含量减少,表明种子中Na⁺的大量累积,能够抑制种子的萌发。     

外源物质浸种对NaCl胁迫下盐地碱蓬发芽的影响

用不同浓度的CaCl2（5.0、10.0、20.0、40.0 mmol·L-1）、水杨酸（0.05、0.5、1.0、2.0 mmol·L-1）和甜菜碱（5.0、10.0、20.0、40.0 mmol·L-1）3种外源物质对盐地碱蓬（Suaeda salsa）种子进行浸种处理,通过分析400 mmol·L-1NaCl胁迫下盐地碱蓬种子的发芽势、发芽率、平均发芽天数、发芽指数、幼芽长、幼根长、幼苗鲜质量等指标,探究外源物质对NaCl胁迫下盐地碱蓬种子发芽与幼苗生长的影响。结果表明,400 mmol·L-1 NaCl胁迫显著降低了盐地碱蓬种子的发芽率和发芽速度,严重抑制了盐地碱蓬幼苗生长。适宜浓度范围的外源物质浸种,均可显著提高盐地碱蓬种子的发芽率和发芽速度,促进盐地碱蓬幼苗生长,明显缓解植物受到的盐胁迫伤害。NaCl胁迫下,CaCl2、水杨酸和甜菜碱的最佳浸种浓度分别是20.0、1.0和20.0 mmol·L-1,3种外源物质对比分析结果显示,选用甜菜碱对盐地碱蓬种子进行浸种处理的应用效果最好。     

华北驼绒藜种子萌发特性研究

研究华北驼绒藜种子在室内不同温度和贮藏时间处理条件下的萌发试验和田间发芽与温度的关系.试验结果表明,华北驼绒藜种子不存在休眠,种子萌发完全响应于某一次降水,种子萌发对成苗没有障碍;随着种子贮藏年限的增加,发芽率明显下降;在干旱的荒漠草原地区,田间种子发芽需要时间积累,一般为22℃.     

华北驼绒藜种子萌发特性研究

研究华北驼绒藜种子在室内不同温度和贮藏时间处理条件下的萌发试验和田间发芽与温度的关系。试验结果表明,华北驼绒藜种子不存在休眠,种子萌发完全响应于某一次降水,种子萌发对成苗没有障碍;随着种子贮藏年限的增加,发芽率明显下降;在干旱的荒漠草原地区,田间种子发芽需要时间积累,一般为22℃。     

华北驼绒藜种子萌发特性的研究

本文对华北驼绒藜种子室内不同温度和贮藏时间处理条件下的萌发试验和田间发芽与温度关系的试验研究认为，华北驼绒藜种子不存在休眠，种子萌发完全响应于某一次降水，种子萌发对成苗没有阻碍，随着种子贮存年限增加，发芽率明显下降。在干旱荒漠草原地区，田间种子发芽需要时间积累，一般为22℃。     

PEG与NaCl等渗胁迫对华北驼绒藜种子萌发及幼苗生长影响的差异

设置不同等渗梯度(0MPa、-0.4MPa、-0.6MPa、-0.8MPa、-1.0MPa)模拟研究生理干旱(采用NaCl模拟)与土壤干旱(采用PEG模拟)对华北驼绒藜种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明:与对照(CK,0MPa)相比,轻度NaCl胁迫(-0.4MPa)对种子发芽率、发芽指数和幼苗活力指数无显著影响,中度胁迫(-0.6MPa)使三者均大幅增加,重度胁迫(-0.8～-1.0MPa)使种子平均发芽率、发芽指数显著降低但对幼苗活力指数无明显影响;轻度和中度PEG胁迫(-0.4～-0.6MPa)对发芽率、发芽指数无显著影响,但显著提高了幼苗活力指数,重度PEG胁迫(-1.0MPa)使发芽率和发芽指数均显著降低。对幼苗而言,NaCl胁迫对其无明显影响,但轻度、中度、重度PEG胁迫使根长度均显著增加。总而言之,两种胁迫对种子萌发的影响极为不同,轻度、中度生理干旱促进种子萌发,重度生理干旱抑制种子萌发,而土壤干旱胁迫对萌发无明显影响;两种胁迫对幼苗生长的影响主要与二者能否促进根系生长有关,生理干旱不影响根系生长,土壤干旱促进根生长。     

不同强度干旱胁迫对红砂种子萌发的影响

采用培养皿纸上发芽床实验设计,设置PEG6000 0(CK)、25 g/L、50 g/L、75 g/L、100 g/L、125 g/L、150g/L、200 g/L、250 g/L、300g/L 10个干旱胁迫处理,NaCl 0(CK)、50 mmol/L 2个处理,研究了不同干旱胁迫条件下红砂种子的萌发率、萌发势、萌发指数、活力指数等指标的变化特点。结果表明,PEG6000浓度低于75 g/L时萌发率随PEG6000浓度升高有上升的趋势,但高于125 g/L时萌发率随着PEG6000浓度的升高而下降,直至0;种子能够萌发的最高PEG6000浓度为200 g/L。干旱胁迫对种子胚芽生长有抑制作用,但轻度干旱可促进初生根生长。PEG6000浓度高于100时可以显著延缓种子的初始发芽时间,降低种子的发芽势。NaCl处理对红砂种子萌发率无显著影响,但对萌发指数、萌发势、和活力指数均有显著影响。     

NaHCO3和Na2CO3胁迫对藜种子萌发的影响

用两种钠盐不同浓度对藜种子进行了发芽试验,研究了两种钠盐胁迫对藜种子萌发的影响,探讨其耐盐性。结果表明：两种钠盐胁迫对藜种子的萌发有抑制作用,随着盐浓度的增加,种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈显著下降趋势（p〈0．01）,盐浓度过高会抑制种子萌发,NaHCO3浓度250mmol／L、Na2CO3浓度200mmol／L时,藜种子无发芽能力。两种钠盐对藜种子发芽后的胚根及胚芽生长的抑制作用表现不同,NaHCO3对藜种子的抑制：胚根〉胚芽,Na2CO3对种子的抑制：胚根〈胚芽。     

8种山蚂蝗种子萌发期耐盐耐旱性差异分析

为比较不同山蚂蝗（Desmodium Desv.）种子萌发期耐盐耐旱性差异,本研究选用8种山蚂蝗种子为材料,采用培养皿纸上发芽法观测了NaCl和聚乙二醇（Polyethylene glycol,PEG）处理对其发芽率、发芽势、发芽指数、胚根和胚芽的影响,并探讨了8种山蚂蝗种子在萌发期耐盐耐旱性能差异。结果表明山蚂蝗种子对NaCl胁迫较敏感。当NaCl浓度为50 mmol·L^-1时,发芽指数均明显下降;当NaCl浓度为100 mmol·L^-1时,胚根和胚芽生长均受到明显抑制;当NaCl浓度≥150 mmol·L^-1时,胚根胚芽均不能正常生长,甚至出现腐烂。低浓度的PEG胁迫对山蚂蝗种子发芽无显著影响,但可促进胚根和胚芽生长。在PEG浓度≤15%时,山蚂蝗种子均能正常萌发且生长良好;当PEG浓度为20%时,种子萌发和生长均显著受到抑制;当PEG浓度为25%时,仅糙伏山蚂蝗发芽率为86.00%,其它种子不能萌发。在8种山蚂蝗种子中,山蚂蝗、赤山绿豆和异果山绿豆耐盐性较好,糙伏山蚂蝗和异叶山蚂蝗抗旱能力较强,南美山蚂蝗耐盐性和抗旱均较差。     

降水变化和生长方式对红砂和珍珠化学计量特征的影响

为揭示典型荒漠植物不同器官养分利用和调控策略对降水变化和生长方式的响应规律，本研究以红砂（Reaumuria soongorica）与珍珠（Salsola passerina）为材料，测定了不同降水梯度（年降水量50~300 mm，Δ=50）下单生和混生红砂和珍珠不同器官中的有机碳（C）、全氮（N）含量。结果表明：随降水量的减少（干旱胁迫增加），单生红砂叶C，C/N和茎N含量逐渐减小；单生珍珠茎和根C含量整体呈增大趋势，表明干旱胁迫加剧时，单生红砂茎受N限制作用增强，但红砂会通过降低叶片有机C含量和C/N以提高生长速率；单生珍珠会选择适当地增加地下部分根系的C分配比例，并将多余的C储藏在茎中。各降水量条件下，混生红砂叶C，C/N和根C，N含量均大于单生，茎C含量小于单生；混生珍珠茎C，C/N和根C，N含量均小于单生，叶C，C/N含量大于单生，表明混生后红砂倾向于向根系分配更多C，N，而珍珠主要通过降低茎的C/N来提高地上部分生长速率。     

降水量和生长方式对红砂和珍珠根系形态特征的影响研究

为揭示典型荒漠植物地下根系对降水变化和种间关系的响应,本研究以红砂（Reaumuria soongorica）和珍珠（Salsola passerina）为材料,通过人工模拟降水变化,测定不同降水量（年降水量50 mm~300 mm,Δ=50）下单生和混生红砂和珍珠的根系形态特征指标。结果表明：随着降水量的增加,单生、混生红砂和单生珍珠的细根生物量均呈现增-减-增的趋势;两种植物混生提高了珍珠细根生物量的比重,降低了粗根生物量的比重;在150~300 mm降水量范围内,混生珍珠细根比根长和比根面积均大于单生珍珠;同一降水量条件下,单生红砂根冠比大于混生红砂和单生珍珠。可见,两种植物混生更有利于珍珠塑造良好的根系形态,且在混生生长时其地下部分主要通过调整细根根系形态来适应水分变化,而红砂在单生生长时其根系对水分养分的吸收效率更强。     

内蒙古乌拉特荒漠草原红砂灌丛林引入柠条后地面节肢动物群落结构分布特征

在内蒙古乌拉特荒漠草原退化红砂灌丛林地内,引入柠条灌丛已成为一种重要的生态恢复措施。关于人工种植柠条灌丛对天然红砂灌丛林地地面节肢动物群落结构及其多样性分布的影响研究,是该区域生物多样性保育和退化生态系统恢复过程研究的重要科学问题。本研究以红砂和柠条灌丛作为研究对象,以灌丛间裸露地为对照。于2018年春季（5月）、夏季（8月）和秋季（10月）,利用陷阱诱捕法,调查柠条和红砂灌丛微生境内地面节肢动物的群落结构分布及其与环境因子间的关系。结果显示：1）试验调查期间,共捕获地面节肢动物560只,隶属于10目23科。其中,优势类群有拟步甲科和蚁科,其个体数分别占总个体数的41.07%和22.14%;常见类群有10类,其个体数共占总个体数的32.68%;稀有类群有11类,其个体数共占总个体数的4.11%。2）地面节肢动物的群落组成在红砂灌丛、柠条灌丛和裸露地微生境内存在较大差异,狼蛛科和管巢蛛科仅在柠条灌丛微生境内存在,蜉金龟科和木伪蝎科仅在裸露地微生境内存在。3）地面节肢动物的个体数、类群数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数在红砂灌丛、柠条灌丛和裸露地微生境间均无显著差异（P>0.05）。4）红砂灌丛、柠条灌丛和裸露地微生境间的Jaccard相似性指数均处于较高水平,为0.65~0.71,属于高度相似。5）冗余对应分析（RDA）和偏RDA结果表明,土壤pH是影响地面节肢动物个体数分布的主要环境因子。研究表明,在乌拉特荒漠草原红砂灌丛林地内种植柠条灌丛,虽然会对地面节肢动物的群落组成产生一定的影响,但对其个体数、类群数和多样性分布的影响较小,说明种植柠条灌丛对地面节肢动物多样性恢复乃至生物多样性恢复均存在局限性。     

碱蓬和三角叶滨藜幼苗生长、光合特性对不同盐度的响应

为了探讨碱蓬和三角叶滨藜对不同盐度的响应机制,采用砂培试验,用含不同浓度NaCl的Hoagland营养液处理其幼苗30 d,分析其生物量、株高、含水量(WC)、叶绿素(Chl)含量、类胡萝卜素(Car)含量、Chl/Car、Chl a/Chl b、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、细胞间CO₂浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)和气孔限制值(Ls)的变化。结果表明,1)和对照(不加NaCl)相比,低盐(100 mmol/L NaCl)显著提高碱蓬幼苗的干重(DW)、株高和地上部WC,三角叶滨藜的株高不受明显影响,而其地上部DW和WC显著下降;中盐(400 mmol/L NaCl)胁迫下,碱蓬株高、地上部DW和WC无显著变化,而三角叶滨藜地上部DW和WC显著下降;高盐(800 mmol/L NaCl)下,两植物DW和含水量均明显降低,且碱蓬干重和含水量的降幅要显著低于三角叶滨藜。2)低盐对两植物的Chl含量没有明显影响,随着盐度的增加,其Chl含量均显著下降,碱蓬Chl含量的降幅显著大于三角叶滨藜。低盐明显提高碱蓬叶片的Car含量,但是不影响三角叶滨藜叶片的Car含量,随着盐度的增加,两植物的Car含量均显著下降,碱蓬Car含量的降幅显著大于三角叶滨藜的。随着NaCl浓度增加,两植物的Chl a/Chl b均逐渐上升,而对三角叶滨藜的Chl/Car影响也不显著,但是随着盐度的增加,碱蓬叶片Chl/Car呈先降低后升高的趋势。3)100 mmol/L NaCl处理显著提高碱蓬的Pn、Gs和Tr,但显著降低三角叶滨藜的Pn、Gs和Tr, 随着盐度的进一步增加,二者的Pn、Tr、Gs均显著下降,其中碱蓬Pn、Tr的降幅要显著低于三角叶滨藜的。随着盐度的增加,碱蓬Ci逐渐显著下降;而随着盐度增加,三角叶滨藜的Ci呈先降低、再升高的趋势,800 mmol/L NaCl处理的Ci显著高于对照。4)碱蓬生物量与Tr、Pn、地上部WC、Car含量、根WC、Gs、根冠比、株高、Chl含量、Ci有极显著的正相关,而与Chl/Car、Ls呈极显著负相关,与WUE显著负相关;三角叶滨藜生物量与地上部WC、Chl含量、Pn、Car含量、Tr、Gs、根WC、株高呈极显著正相关,与Chl a/Chl b呈极显著负相关。综上所述,碱蓬和三角叶滨藜幼苗具有高度的耐盐性,且前者的耐盐性高于后者,主要是因为高盐下前者维持更高的光合效率和水分利用效率;Tr、Pn和地上部WC可优先作为评价碱蓬耐盐性的指标,而可作为优先评价三角叶滨藜耐盐性的指标为地上部WC、Chl含量和Pn;高盐下碱蓬Pn的下降主要是气孔限制的结果,而三角叶滨藜Pn下降则主要是由于非气孔限制导致的。     

盐胁迫对三种盐生禾草种子萌发及其胚生长的影响

采用不同浓度的NaCl、Na₂CO₃和二者混合盐的胁迫,对羊草、野大麦和朝鲜碱茅种子的发芽率、发芽速度、胚根和胚芽的影响以及盐胁迫解除后的发芽率、胚根和胚芽的生长进行测定与分析。结果表明,随着Na₂CO₃和混合盐溶液浓度的增加,羊草和野大麦种子的发芽率、发芽速度、胚根和胚芽的相对生长均呈下降趋势;而12.5mmol/LNaCl和37.5mmol/LNa⁺混合盐的低浓度胁迫对朝鲜碱茅种子的萌发、胚根和胚芽的生长有促进作用,但发芽速度则随着盐浓度的升高而降低;Na₂CO₃溶液对3种禾草胚根和胚芽的生长均有明显的抑制作用;3种盐分胁迫对羊草和朝鲜碱茅胚根生长的影响均大于胚芽生长;朝鲜碱茅种子萌发时的耐盐性强于野大麦和羊草;盐胁迫解除后,3种禾草的发芽率随原胁迫盐浓度的增加呈升高趋势。     

不同光合途径植物红砂和珍珠猪毛菜幼苗对氮沉降及降水变化的光合响应

氮素和水分是影响植物光合特性的重要因素,而不同光合途径植物对水、氮的响应能反映出植物与环境的关系。为探究氮沉降和降水变化对C₃植物和C₄植物生长方式的影响,以C₃植物红砂（Reaumuria soongorica）和C₄植物珍珠猪毛菜（Salaola passerina）为研究对象,利用盆栽试验,设置不同氮沉降水平（0 g·（m²·a）^-1,4 g·（m²·a）^-1,8 g·（m²·a）^-1）和不同降水处理（W-30%,W,W+30%）,比较两种植物单生和混生下的光合色素、光合气体交换参数和叶绿素荧光参数等的差异。结果表明：水氮耦合使红砂和珍珠猪毛菜光合能力均增强,且在降水增加30%和施氮量8 g·（m²·a）^-1时达最大;红砂的叶绿素、净光合速率分别最大可增加3.63倍、1.19倍,珍珠猪毛菜最大分别增加0.95倍和1.13倍。二者混生显著提高红砂的光合能力,而珍珠猪毛菜的竞争加强,氮水耦合可显著减弱竞争强度,说明在未来氮沉降和降水增加环境下,有利于红砂-珍珠猪毛菜混生群落的发展。     

内生真菌对盐胁迫下紫花针茅种子萌发和幼苗生长的研究

紫花针茅是青海湖流域盐渍化危害严重的高寒草地优势禾草之一，天然草地中紫花针茅保持较高的内生真菌侵染率，内生真菌侵染能提高禾草耐盐能力，然而有关盐胁迫下，内生真菌提高紫花针茅种子萌发和幼苗生长的研究鲜有报道。以带菌（E+）和不带菌（E-）的紫花针茅种子为研究对象，研究不同浓度的单盐（NaCl、Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaHCO₃）和复合盐（NaCl+Na₂CO₃）胁迫对E+和E-种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明：随盐浓度增加，紫花针茅种子发芽率、发芽势和发芽指数不断降低，而内生真菌的存在抑制了其下降趋势；幼苗和胚根生长抑制强度随盐浓度增加，且种子萌发相对盐害率也持续增加。Na₂CO₃和Na₂SO₄对紫花针茅种子萌发和幼苗生长产生的盐害较强。由此可见，内生真菌侵染是紫花针茅适应青海湖流域盐渍化土壤且成为高寒草原优势禾草的原因之一，这将为利用内生真菌-紫花针茅共生体进行盐碱地改良和耐盐禾草种质创新奠定了理论基础。     

外源钙对盐胁迫下单叶蔷薇种子萌发和幼苗生长的影响

为探究不同浓度外源钙的施加对盐胁迫下单叶蔷薇种子萌发及幼苗生长抑制的缓解作用,以单叶蔷薇种子和幼苗为实验材料,以不同浓度50,100,150 mmol·L^-1氯化钠模拟盐胁迫,通过施加不同浓度的氯化钙测定单叶蔷薇种子的萌发率以及幼苗生理生化指标的变化。结果表明：盐胁迫下,施加外源钙后单叶蔷薇种子的萌发率显著提升,根和茎长度较对照组显著增加,PSⅡ最大光化学量子效率(F_v/F_m)以及实际光量子YⅡ值增加,光合色素的含量上升;显著地提升了单叶蔷薇幼苗的抗氧化酶活性,且过氧化氢H₂O₂的含量降低。外源钙的施加能够缓解盐胁迫对单叶蔷薇种子萌发的抑制,提升种子萌发率,降低盐胁迫对幼苗的伤害,且当氯化钙的浓度为10 mmol·L^-1时对盐胁迫的缓解效果最好。本研究为缓解盐胁迫对单叶蔷薇的伤害提供新的方向,同时为单叶蔷薇资源的保护提供理论支持。