嚴(yán)青青，邢 濤，王 莉，張 龑，高 強(qiáng)，徐 麟，王永剛

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091；2.山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東招遠(yuǎn) 265400)

0 引 言

【研究意義】橡膠草(Taraxacumkok-saghyz)，分布于我國(guó)新疆、甘肅、陜西以及東北、華北等地，國(guó)外哈薩克斯坦及歐洲也有分布；橡膠草為菊科蒲公英屬宿根草本植物，是一種天然產(chǎn)膠植物[1-2]。橡膠草具有適應(yīng)性強(qiáng)、適應(yīng)區(qū)域廣，生長(zhǎng)收獲期短等特點(diǎn)，且生長(zhǎng)繁殖能力較強(qiáng)，較強(qiáng)耐鹽性，適合新疆鹽堿地生長(zhǎng)栽培，易種植，具有較強(qiáng)抗菌能力和抗蟲害能力以及生物相容性好、抗過敏性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因其根部產(chǎn)膠與巴西橡膠樹所產(chǎn)天然橡膠結(jié)構(gòu)相似，成為可替代巴西橡膠樹的產(chǎn)膠植物資源[3-5]。鈣離子(Ca2+)作為植物必需的礦質(zhì)元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子，也是植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的重要組分，鈣離子作為液泡內(nèi)的滲透保護(hù)物質(zhì)具有維持細(xì)胞膜穩(wěn)定和細(xì)胞內(nèi)離子平衡等功能[6]。根系是植物重要組成部分，是一個(gè)具有適應(yīng)性和可塑性的器官，具有運(yùn)輸和吸收養(yǎng)分等功能，主要通過調(diào)整根系長(zhǎng)度、不同徑級(jí)根系生長(zhǎng)分配等形態(tài)特征來表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境適應(yīng)性[7]，橡膠草根部還是產(chǎn)生橡膠的主要部位，是產(chǎn)量器官，根系生長(zhǎng)發(fā)育更顯得重要。研究鈣脅迫影響橡膠草種子萌發(fā)和根系生長(zhǎng)，闡明種子萌發(fā)參數(shù)、根系生長(zhǎng)參數(shù)與Ca2+濃度含量的關(guān)系，分析橡膠草應(yīng)對(duì)Ca2+的調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)于橡膠草新品種的選育及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，橡膠草的研究主要集中在以遺傳改良[8]、內(nèi)源激素、根系活力[9]、分子生物學(xué)[10-13]等方面。耐鹽方面研究則較少，李苗等以橡膠草為材料，以NaCl為鹽脅迫處理，認(rèn)為橡膠草對(duì)鹽脅迫的耐受極值為NaCl濃度0.5%，0.2%鹽脅迫處理濃度是進(jìn)行橡膠草苗期耐鹽性鑒定和篩選的較適宜濃度[14]。陸婷等[15]驗(yàn)證了中性鹽(NaCl、Na2SO4)和堿性鹽(NaHCO3、Na2CO3)混合鹽脅迫對(duì)橡膠草種子發(fā)芽的抑制作用，研究結(jié)果表明：鹽濃度是抑制種子萌發(fā)的主導(dǎo)因素，pH值的影響次之。Ca2+作為新疆鹽堿土壤的主要成分，橡膠草種子對(duì)Ca2+的響應(yīng)機(jī)制卻極少有研究。【本研究切入點(diǎn)】目前，對(duì)于橡膠草資源引進(jìn)及品種培育農(nóng)藝性狀等研究甚少。新疆耕地鈣鹽類型豐富，Ca2+含量大，而Ca2+作為植物生長(zhǎng)的重要調(diào)節(jié)因子，其對(duì)植物生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理一直是研究熱點(diǎn)。亟需研究鈣脅迫對(duì)黃蒲蒲公英、科根橡膠草品系種子萌發(fā)及根系生長(zhǎng)的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】選取新疆特有的黃蒲蒲公英(Taraxacummongolicumstrain Huangpu)品系和科根橡膠草(Taraxacumkok-saghyzstrain Kegen)品系為材料，比較不同Ca2+濃度對(duì)其種子萌發(fā)及根系生長(zhǎng)的影響，分析科根橡膠草種子及根部對(duì)Ca2+的響應(yīng)特征，為橡膠草產(chǎn)膠器官根系的深入研究和橡膠草高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料選用黃蒲蒲公英和科根橡膠草2個(gè)品系(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所提供)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用5種不同程度的Ca2+(CaCl2溶液)濃度試驗(yàn)。CaCl2以摩爾質(zhì)量模擬中性鹽和堿性鹽2種鹽類型，脅迫處理總Ca2+(配置CaCl2溶液獲取相應(yīng)的Ca2+濃度)濃度設(shè)為0(對(duì)照，CK)、0.04、0.08、0.12和0.16 mol/L。

精選飽滿、大小一致的2個(gè)品系種子，使用規(guī)格為22 cm×11 cm的培養(yǎng)皿，每個(gè)培養(yǎng)皿平鋪1張濾紙，均勻放置50粒種子，每個(gè)培養(yǎng)皿加對(duì)應(yīng)濃度的CaCl2溶液2 mL，對(duì)照加2 mL蒸餾水，每個(gè)Ca2+濃度重復(fù)3次。蓋上培養(yǎng)皿蓋子，保證水分不流失。置于光照培養(yǎng)室內(nèi)，白天溫度(25±2)℃，光強(qiáng)400 μmol/(m·s)，12 h；夜間溫度(22±2)℃，12 h，相對(duì)濕度70%～75%。從第1 d開始每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，第10 d統(tǒng)計(jì)完發(fā)芽數(shù)后，將發(fā)芽芽苗移栽至花盆中，將一定量的CaCl2溶液均勻灌入營(yíng)養(yǎng)土和蛭石復(fù)合基質(zhì)內(nèi)，每盆裝土300 g，每盆移栽6～8棵芽苗，保持每棵芽苗的移栽深度2～3 cm，每處理移種12盆，每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽保證3株幼苗。將各處理置于智能培養(yǎng)室中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件設(shè)置為晝/夜溫度為25℃/22℃、光照強(qiáng)度為400/0 μmol/(m·s)，相對(duì)濕度70%～75%，光周期12 h/12 h(晝/夜)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 種子萌發(fā)參數(shù)

播種后，每天20:00～22:00統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)。

發(fā)芽勢(shì)：播種后第4 d統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%。

發(fā)芽率：播種后第10 d統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為芽長(zhǎng)達(dá)種子長(zhǎng)度的1/2。發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%，即為發(fā)芽率。

發(fā)芽指數(shù)：發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt).

式中：Gt為在不同時(shí)間的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

1.2.2.2 根系形態(tài)學(xué)參數(shù)

移栽后第30 d時(shí)，每個(gè)處理取5株幼苗，洗凈根系后采用Scan Wizard EZ掃描儀掃描，用萬深LA-S植物根系分析系統(tǒng)分析根長(zhǎng)、表面積、體積以及不同徑級(jí)根長(zhǎng)和表面積等形態(tài)學(xué)參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，采用Microsoft Office Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)和繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草種子萌發(fā)的影響

2.1.1 不同Ca2+濃度蒲公英和橡膠草發(fā)芽率的影響

研究表明，隨著Ca2+濃度的增加，2個(gè)品系的發(fā)芽率均顯著下降。當(dāng)Ca2+濃度為0 mol/L時(shí)，2個(gè)品系的發(fā)芽率無明顯差異；隨著Ca2+濃度的增加，2個(gè)品系的發(fā)芽率逐漸下降，與對(duì)照相比，0.04、0.08 mol/L分別下降了174%、286%。黃蒲的發(fā)芽率在Ca2+濃度大于0.04 mol/L時(shí)均小于科根，科根種子較黃蒲更耐Ca2+脅迫。與發(fā)芽率表現(xiàn)一致，隨著Ca2+濃度的增加，2個(gè)品系的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，Ca2+濃度的增加降低了2個(gè)品系種子的活力；各Ca2+濃度下，2個(gè)品系的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)無顯著差異。Ca2+濃度在0.12、0.16 mol/L下的2個(gè)品系的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)幾乎為0。圖1～3

圖2 不同Ca2+濃度下蒲公英和橡膠草發(fā)芽勢(shì)變化Fig.2 Effect of different Ca2+ concentration on germination potential of Taraxacum mongolicum and Taraxacum kok-saghyz

圖3 不同Ca2+濃度下蒲公英和橡膠草發(fā)芽指數(shù)變化Fig.3 Effect of different Ca2+ on germination index of Taraxacum mongolicum and Taraxacum kok-saghyz

2.2 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草根系生長(zhǎng)的影響

2.2.1 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草根系長(zhǎng)度(L)的影響

研究表明，隨著Ca2+濃度的增加，2個(gè)品系的幼苗根系總長(zhǎng)度和各徑級(jí)根系均呈顯著下降趨勢(shì)。Ca2+濃度大于0.04 mol/L時(shí)，在同一Ca2+濃度下，科根的根系總長(zhǎng)度大于黃蒲，黃蒲較科根不耐Ca2+脅迫，各濃度下2個(gè)品系的細(xì)根(直徑(d)<0.5 cm)顯著多于中根(0.5≤直徑(d)<2.0 cm)。與CK相比，科根在0.04、0.08、0.12、0.16 mol/L處理下根系總長(zhǎng)度分別減少了154.64、166.65、203.65、220.45 cm，黃蒲在0.04、0.08、0.12、0.16 mol/L處理下根系總長(zhǎng)度分別減少了221.15、266.98、338.21、360.67 cm，黃蒲的根系總長(zhǎng)度下降程度大于科根。表1

表1 不同Ca2+濃度下蒲公英和橡膠草不同徑級(jí)根系長(zhǎng)度(L)變化Table 1 Effects of different Ca2+ concentrations on root length (L) of different diameter classes of Taraxacum mongolicum and Taraxacum kok-saghyz

2.2.2 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草根系表面積(SA)的影響

研究表明，根系總表面積與根系總長(zhǎng)度表現(xiàn)一致，隨著Ca2+濃度增加，2個(gè)品系的幼苗根系總表面積在逐漸減少，差異顯著。黃蒲的根系總表面積、細(xì)根(直徑(d)<0.5 cm)表面積在CK(未添加Ca2+溶液)處理下顯著大于科根，但是在0.08、0.12、0.16 mol/L的Ca2+濃度處理下表面積卻小于科根，黃蒲根系生長(zhǎng)受Ca2+抑制比科根程度大?？聘母悼偙砻娣e在0.04、0.08、0.12、0.16 mol/L濃度下較CK分別下降了35.52%、90.13%、141.34%、167.59%，與黃蒲一樣，根系生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制。表2

表2 不同Ca2+濃度下蒲公英和橡膠草不同徑級(jí)根系表面積(SA)變化Table 2 Effects of different Ca2+ concentrations on root surface area (SA) of different diameter classes of Taraxacum mongolicum and Taraxacum kok-saghyz

2.2.3 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草根系體積(V)的影響

研究表明，2個(gè)品系的根系體積與根系長(zhǎng)度、表面積表現(xiàn)一致，除CK外2個(gè)品系在各處理下的根系總體積隨著濃度的增加逐漸降低，各徑級(jí)根系體積在CK和0.04 mol/L Ca2+濃度處理下最大。黃蒲和科根根系總體積較小，Ca2+濃度下細(xì)根(d<0.5 cm)和中根(0.5≤d<2.0 cm)體積呈不同程度的下降。表3

表3 不同Ca2+濃度下蒲公英和橡膠草不同徑級(jí)根系體積(V)變化Table 3 Effects of different Ca2+ concentrations on root volume (V) of different diameter classes of Taraxacum mongolicum and Taraxacum kok-saghyz

3 討 論

3.1 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草種子萌發(fā)的影響

研究表明，2個(gè)品系材料的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)均隨著Ca2+濃度的增加逐漸減少，當(dāng)Ca2+濃度大于0.08 mol/L時(shí)嚴(yán)重抑制了科根橡膠草和黃蒲蒲公英種子的萌發(fā)，0.16 mol/L Ca2+濃度下的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)幾乎為0，與呂朝燕、肖雪[15-16]研究的結(jié)果一致，高濃度Ca2+含量(大于0.08 mol/L時(shí))抑制了牧草、苦蕎及金蕎麥種子的萌發(fā)，顯著降低了種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)。當(dāng)Ca2+濃度小于0.08 mol/L時(shí)對(duì)黃蒲蒲公英、科根橡膠草種子的萌發(fā)無顯著影響，肖雪[16]研究表明，低濃度0.075 mol/L的Ca2+含量處理相較于無Ca2+含量處理促進(jìn)了苦蕎種子的萌發(fā)，與試驗(yàn)結(jié)果不同。檀龍顏[17]表明在1.5%的Ca2+濃度下種子萌發(fā)下降顯著?？聘鹉z草在小于0.08 mol/L Ca2+濃度處理下的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)低于黃蒲蒲公英或者無顯著差異，科根橡膠草的種子活力在Ca2+濃度處理下要小于黃蒲蒲公英，但發(fā)芽率高于黃蒲蒲公英，科根橡膠草的種子出苗率要大于黃蒲蒲公英。

3.2 不同Ca2+濃度對(duì)蒲公英和橡膠草根系生長(zhǎng)參數(shù)的影響

不同分支等級(jí)的根序具有顯著不同的解剖、形態(tài)、養(yǎng)分和生理特征，細(xì)根的主要功能是吸收營(yíng)養(yǎng)，粗根的主要功能是運(yùn)輸養(yǎng)分并讓植株穩(wěn)定在土壤中，改善根系研究框架是提高根系特征認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)[18-19]。根系作為橡膠草產(chǎn)膠產(chǎn)量器官，根系生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要，根系形態(tài)學(xué)參數(shù)是反映根系生長(zhǎng)的最直觀的指標(biāo)，試驗(yàn)條件下，Ca2+濃度的增加抑制了根系的生長(zhǎng)，根系長(zhǎng)度、表面積、體積均隨著Ca2+濃度的增加在逐漸降低，2個(gè)品系的細(xì)根(d<0.5 mm)的總長(zhǎng)度、表面積、體積均大于中根(0.5≤d<2.0 mm)，幼苗期的黃蒲蒲公英、科根橡膠草主要增長(zhǎng)細(xì)根長(zhǎng)度，以吸收水分和營(yíng)養(yǎng)來維持幼苗的正常生長(zhǎng)，需進(jìn)一步在開花期及成熟期測(cè)定根系的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。

4 結(jié) 論

0.04 mol/L的Ca2+濃度對(duì)科根橡膠草、黃蒲蒲公英的種子萌發(fā)無顯著影響，大于此濃度的Ca2+含量抑制了2個(gè)品系的種子萌發(fā)和根系的生長(zhǎng)。Ca2+濃度小于0.08 mol/L時(shí)，黃蒲蒲公英的品系的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)高于科根橡膠草，發(fā)芽率低于科根橡膠草。大于此濃度的2個(gè)品系的種子萌發(fā)參數(shù)顯著降低甚至為0。2個(gè)品系的根系總長(zhǎng)度、表面積、體積隨著Ca2+濃度的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，0.08 mol/L Ca2+濃度下的科根橡膠草根系總長(zhǎng)度大于黃蒲蒲公英。