司 雨，劉 暢，拉蘭·艾尼瓦，姜 黎*

（1.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；2.南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 211111；3.新疆師范大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830054）

鋰（Li）作為化學(xué)活性高、重量最輕的堿金屬，約占地殼的0.006%［1］。鋰主要存在于土壤、地表水和海水中［2-3］?，F(xiàn)在因鋰的開采、工業(yè)應(yīng)用和鋰電池廣泛應(yīng)用，致使土壤和水體中鋰污染［4-6］。雖然Li被認(rèn)為是動(dòng)物和人類必須的微量元素，但過多的鋰可能引起多種慢性和急性的毒性效應(yīng)［6］，我國也同樣存在著鋰礦環(huán)境污染嚴(yán)重［7］，尤其干旱區(qū)新疆鋰礦帶來污染引起廣泛地關(guān)注［8-9］，如何治理干旱區(qū)鋰污染尤為重要。目前針對(duì)已經(jīng)提出了修復(fù)鋰污染的主要方法：在土壤中添加有機(jī)質(zhì)、使用螯合劑或伴侶劑、土壤穩(wěn)定固化等［3］，而利用積累或超積累植物進(jìn)行修復(fù)是一種相比較經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方法［10-11］。

當(dāng)前，沿海灘涂和內(nèi)陸鹽堿地作為我國重要的后備土地資源，Li污染對(duì)這些后備土地開發(fā)利用和生產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，種植鹽生植物修復(fù)污染鹽土是最為經(jīng)濟(jì)有效的方法［10-11］。在200 mmol·L-1Li處理下，鹽角草的生長未明顯抑制，且地上部分Li濃度達(dá)到5 733 mg·kg-1DW。由于鹽角草的高耐鋰和富鋰特征可被認(rèn)為最合適修復(fù)沿海灘涂和內(nèi)陸鹽堿地Li污染的植物材料［11］，然而有關(guān)鹽角草在萌發(fā)時(shí)期對(duì)鋰的響應(yīng)鮮有報(bào)道。

鹽角草是一種廣泛分布的一年生真鹽生植物，具有典型的種子異型性。鹽角草的出穗狀花序，每節(jié)有兩個(gè)相對(duì)的三花的聚傘花序，每個(gè)聚傘花序有一個(gè)大的中心花（負(fù)責(zé)產(chǎn)生一個(gè)較大的種子）和兩個(gè)較小的側(cè)邊花（負(fù)責(zé)產(chǎn)生兩個(gè)較小的種子）［12］；這一種有性繁殖并且產(chǎn)生大量在大小和植物位置上不同的異型性種子，中間較大的種子（帶翅型）位于中心部分，而較小的種子（不帶翅型）位于兩側(cè)。Ungar［13］表明中心大（帶翅型）的種子耐鹽性更強(qiáng)?；邴}角草具有富鋰特征［11］，且異型性種子對(duì)Na的響應(yīng)具有顯著的差異性［12-13］，推測(cè)鹽角草的異型性種子在萌發(fā)過程中可能具有較高的鋰耐受性和對(duì)鋰響應(yīng)差異性。本文旨在探索鹽角草異型性種子在萌發(fā)時(shí)期對(duì)Li處理下的響應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 鹽角草種子采集

2018年10月，鹽角草完全成熟的種子采集于新疆克拉瑪依烏爾禾區(qū)。種子在室溫下晾干后，用手清理干凈。然后將清理干凈的鹽角草種子，分揀帶翅的種子（A型）和不帶翅的（B型）的種子，分別保存于種子袋中備用。

1.2 萌發(fā)試驗(yàn)

種子萌發(fā)試驗(yàn)：2張濾紙放入直徑長為5 cm培養(yǎng)皿中，分別加入不同濃度鋰（LiCl）溶液至濾紙飽和，每皿放入上述分A型和B型的25粒種子，4次重復(fù)。分別設(shè)5個(gè)Li處理：100、200、400、800和1 000 mmol·L-1，均以蒸餾水為對(duì)照（CK），再分別置于25℃/10℃、光照-黑暗交替12 h/12 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水分。測(cè)定指標(biāo)：萌發(fā)過程中每天觀察記錄1次萌發(fā)情況，種子萌發(fā)以胚根露出種皮為準(zhǔn)，連續(xù)觀察記錄10天，計(jì)算其萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間。

1.3 種子萌發(fā)過程中生理生化指標(biāo)測(cè)定試驗(yàn)

種子萌發(fā)：在培養(yǎng)皿（直徑長9 cm）中放入2張濾紙，加入LiCl溶液至濾紙飽和，每皿放入2 g種子，3次重復(fù)。分別設(shè)2個(gè)LiCl處理：100、200、400、800 mmol·L-1，以蒸餾水為對(duì)照（CK），置于25℃/10℃、光照-黑暗交替12 h/12 h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水分。測(cè)定指標(biāo)：萌發(fā)3天后取樣測(cè)定阿爾法淀粉酶活力、丙二醛含量。

1.4 萌發(fā)參數(shù)測(cè)定

累積萌發(fā)率＝每天統(tǒng)計(jì)萌發(fā)種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)率＝所有萌發(fā)種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%；萌發(fā)指數(shù)＝Σ（Gt/Dt）（Gt指在時(shí)間t日內(nèi)的萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)）。

1.5 生理生化指標(biāo)測(cè)定

分別稱取0.2 g樣品，加8 ml蒸餾水，研磨后所得勻漿在3 000 r/min下離心10 min，收集上清液，加蒸餾水定容至50 mL，搖勻，即為淀粉酶原液。吸取上述淀粉酶原液1.00 mL，用蒸餾水稀釋并定容至50 mL，搖勻，即為淀粉酶稀釋液。淀粉酶活性的測(cè)定，α-淀粉酶總活性的測(cè)定是將淀粉酶稀釋液與1%淀粉溶液在40oC下保溫10 min，然后用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定反應(yīng)生成的還原糖。酶活力定義40oC，pH5.6的條件下，每分鐘催化底物釋放l mg麥芽糖的酶量為1個(gè)酶活力單位（U）。α-淀粉酶活力測(cè)定參考李合生［14］。

萌發(fā)3 d后分別稱取0.2 g樣品，加5% TCA 5 ml，研磨后所得勻漿在3 000 r/min下離心10 min。取上清液2 ml，加0.67% TBA 2 ml，混合后在100℃水浴上煮沸30 min，冷卻后再離心一次。分別測(cè)定上清液在450 nm、532 nm和600 nm處的吸光度值。MDA含量測(cè)定參考李合生［14］。

1.6 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤，并對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著，采用Ducan檢驗(yàn)來比較處理間差異。

2 結(jié)果分析

2.1 鋰對(duì)鹽角草異型性種子萌發(fā)率的影響

由圖1表明，不同Li濃度對(duì)鹽角草種子的萌發(fā)具有顯著的影響。如表1所示，隨著Li濃度的升高，鹽角草A型種子的萌發(fā)率與萌發(fā)指數(shù)先升高后降低，在200 mmol·L-1最高，分別為100%與89%，而B型種子呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)；在同一LiCl濃度處理下，除在100 mmol·L-1與1 000 mmol·L-1濃度下，A型種子的萌發(fā)率與萌發(fā)指數(shù)均顯著大于B型種子，說明高濃度LiCl對(duì)鹽角草種子萌發(fā)具有抑制作用；同時(shí)，A型種子萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)所需的天數(shù)，顯著早于B型種子的所需天數(shù)（3天）。

圖1 Li對(duì)鹽角草異型性種子累積萌發(fā)率的影響Fig.1 Effect of Li concentration on accumulative germination percentage of S.europaea dimorphic seeds

表1 Li對(duì)鹽角草異型性種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)與萌發(fā)率達(dá)到50%時(shí)間的影響Tab.1 Effects of Li concentration on germination percentage，germination index and time to 50%germination of S.europaea dimorphic seeds

2.2 鋰對(duì)鹽角草異型性種子α-淀粉酶活力的影響

如圖2所示，通過測(cè)定培養(yǎng)3 d的鹽角草兩種種子α-淀粉酶活力發(fā)現(xiàn)，在相同濃度梯度下，鹽角草A型種子α-淀粉酶活力曲線整體呈現(xiàn)緩和上升趨勢(shì)，在LiCl濃度800 mmol·L-1時(shí)α-淀粉酶活力最高為0.23 mg（g·min）-1；B型種子α-淀粉酶活力隨LiCl濃度升高先升高后降低，在LiCl濃度200 mmol·L-1時(shí)最高為0.20 mg（g·min）-1。

圖2 Li對(duì)鹽角草異型性種子α-淀粉酶活性的影響Fig.2 Effect of Li concentration onα-amylase enzymatic activity of S.europaea dimorphic seeds

2.3 鋰對(duì)鹽角草異型性種子MDA含量的影響

分析鹽角草種子萌發(fā)過程中丙二醛（Malondialde-hyde，MDA）含量（3 d）結(jié)果表明，A型、B型種子對(duì)不同濃度鋰的響應(yīng)具有顯著差異。如圖3所示，隨著LiCl濃度的升高，鹽角草A型種子的丙二醛含量先升高后降低，在LiCl 100 mmol·L-1時(shí)達(dá)到最高為1.15μmol·L-1；對(duì)于B型種子，丙二醛含量一直處于下降趨勢(shì)，在LiCl 800 mmol·L-1最低為0.39μmol·L-1。

圖3 Li對(duì)鹽角草異型性種子丙二醛含量的影響Fig.3 Effect of Li concentration on MDA content of S.europaea dimorphic seeds

3 討論

在萌發(fā)期，鹽角草種子對(duì)鋰具有較高的耐性。試驗(yàn)研究表明與對(duì)照相比，100 mmol·L-1Li對(duì)A型和B型種子萌發(fā)參數(shù)略有促進(jìn)作用。研究表明，1 mmol·L-1溴化鋰明顯抑制玉米、大豆的萌發(fā)［15］，1.89～4.72 mmol·L-1Li對(duì)蠶豆種子萌發(fā)具有抑制作用［16-17］；鹽生植物檉柳［18］（Tamarix hispida）、富鋰植物羅布紅麻（Apocynum venetum）和白麻（A.pictum）在50 mmol·L-1Li處理下，它們的萌發(fā)率都受到抑制作用［10，19］。

鹽角草異型性種子表現(xiàn)出不同的鋰耐受性，帶翅（A型）種子在萌發(fā)期具有較高的鋰耐受性。Li濃度0 mmol·L-1至400 mmol·L-1范圍內(nèi)，對(duì)鹽角草A型種子萌發(fā)具有明顯促進(jìn)作用，并隨其濃度增加促進(jìn)作用增 強(qiáng)；在800 mmol·L-1至1 000 mmol·L-1范圍內(nèi)，隨Li濃度增加對(duì)鹽角草A型種子萌發(fā)抑制作用明顯增強(qiáng)，濃度為1 000 mmol·L-1時(shí)萌發(fā)率接近零。Li低濃度范圍內(nèi)對(duì)鹽角草B型種子萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用；200 mmol·L-1至1 000 mmol·L-1范圍內(nèi)，抑制萌發(fā)作用隨Li濃度增加顯著增強(qiáng)，當(dāng)濃度增加至800 mmol·L-1時(shí)，鹽角草B型種子已經(jīng)完全不萌發(fā)。由此說明，低濃度Li對(duì)鹽角草兩類型種子萌發(fā)均有促進(jìn)作用，但隨濃度的升高抑制作用加強(qiáng)，且促進(jìn)效果具有一定差異。同時(shí)，Li對(duì)鹽角草的種子萌發(fā)作用是否存在“閾值”（促進(jìn)到抑制的轉(zhuǎn)折點(diǎn)），需要下一步的探究與分析。Ungar［10］表明中心大的種子耐鹽性更強(qiáng)?；邴}角草在Na中具有較高的耐鹽性，且具有與Na相似的化學(xué)特性，推測(cè)鹽角草的二態(tài)種子在萌發(fā)過程中可能具有較高的鋰耐受性。

種子萌發(fā)需要良好的外部環(huán)境使得種子的細(xì)胞保持完整性，細(xì)胞內(nèi)各種酶的活性，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的含量保持穩(wěn)定。種子萌發(fā)過程中，α-淀粉酶活性與萌發(fā)呈正相關(guān)，MDA含量與其呈負(fù)相關(guān)。同一Li濃度下α-淀粉酶活性隨天數(shù)增加逐漸降低，是因?yàn)榉N子萌發(fā)過程中α-淀粉酶活性增加，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為能量供細(xì)胞生長，萌發(fā)種子的細(xì)胞可以進(jìn)行如光合作用等其他途徑獲取能量［18］，因此，α-淀粉酶隨天數(shù)增加逐漸降低；另外，因?yàn)榈蜐舛蠕囯x子促進(jìn)鹽角草種子萌發(fā)，高濃度抑制其萌發(fā)，所以在同一天數(shù)下，隨LiCl濃度增加α-淀粉酶活性曲線先升高后降低。隨LiCl濃度增加MDA含量先增加后降低。其中，Li濃度在0 mmol·L-1至800 mmol·L-1范圍內(nèi)，同一天數(shù)中A型、B型種子MDA含量下降幅度逐漸減?。籄型種子在Li濃度為800 mmol·L-1時(shí)MDA含量幾乎不隨天數(shù)增加有明顯的變化，B型種子在Li濃度400 mmol·L-1時(shí)MDA含量就已經(jīng)無太大變化。推測(cè)可能因?yàn)榈蜐舛龋?00 mmol·L-1以下）的鋰離子對(duì)鹽角草萌發(fā)的細(xì)胞具有修復(fù)作用，緩解了細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的膜脂過氧化作用，保持細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，得以維持細(xì)胞自身生長分裂。濃度逐漸升高的鋰離子對(duì)鹽角草種子產(chǎn)生脅迫，為應(yīng)對(duì)這種逆境相應(yīng)酶活性增加降過氧化作用導(dǎo)致MDA含量降低。A型、B型兩種種子分別于Li濃度為800 mmol·L-1、400 mmol·L-1時(shí)萌發(fā)率幾乎為零，種子細(xì)胞不分裂生長，因此，MDA含量變化不大。

綜上所述，鹽角草萌發(fā)時(shí)期具有較高的鋰耐受性，直接播種可能是修復(fù)土壤鋰污染的一種有效方法。鋰濃度達(dá)到一定高水平時(shí)，異型性種子的萌發(fā)差異較大，因此，在重度鋰污染土壤中，為了優(yōu)化出苗，應(yīng)選擇較大的帶翅（A型）種子。直接播種鹽角草帶翅種子可能是修復(fù)鋰污染一種有效的方法。當(dāng)然，這還需要進(jìn)一步的研究探索鋰污染土壤帶翅（A型）種子萌發(fā)和生長特性。