研究问题

盐度如何影响番茄茄种子的萌发?

介绍

与现实世界的相关性

默里达令盆地覆盖了澳大利亚14%的面积，人口超过200万，是澳大利亚最大和最具标志性的河流系统(图1)(麦考密克,2015)。由于澳大利亚超过三分之一的食品供应是由盆地生产的(Discover Murray, 2016)，盐度的增加影响了澳大利亚的农业和整体经济。

在默里达令盆地的深处，有含盐地下水流经河流，从默里口中流出，进入海洋(南澳大利亚政府，2019年)。在农业发展之前，当地农业区被原生植被覆盖。当地的植被因降雨而生长，吸收水分以维持生存。因此，更少的水被土壤吸收并进入含盐地下水。

由于对农业供应的需求增加，原生植被已被清除;取而代之的是灌溉作物。结果，更多的水被土壤吸收，增加了进入含盐地下水的水量，转移到河流中。包括桉树(河红桉树)在内的主要物种有特定的盐度阈值，尽管这些阈值不断上升;导致许多物种的栖息地丧失(南澳大利亚政府，2019年)。

此外，栖息地的损失为植物群和动物群生存而产生斗争，因为它们更容易受到环境压力。

种子萌发过程

植物生长的初始阶段是种子萌发。种子萌发被认为是从种子到发展到植物的原始发芽（Robb，2017）。在发芽之前，环境条件必须触发从种子胚乳中释放的“食物”的转化为种子胚胎的能量;条件包括水，温度，阳光和空气。

相对氧物质（ROS）是含有氧（例如过氧化物）的化学反应性物质。当ROS被释放时，o₂氧化成不同的物质，产生氧化应激。ROS在种子萌发过程中发挥着大量作用（Arbor Assays，2017）。维持小范围之间的正确ROS水平将确保种子的发芽。

变化低，种子永远不会留下休眠，变化过高，种子会在种子期间遭受极端的氧化损伤，并将是不可行的。在早期阶段，幼苗最脆弱，大量依赖于水摄入量。一旦种子暴露于有利条件，水和氧气通过种子涂层吸收。

胚细胞开始膨胀，胚根从种皮中出现(图2)(伊利诺伊大学推广学院，2019年)。

盐度对种子萌发的影响

植物压力是改变植物均衡，生长或发育的任何不利因素(Lichtenthaler, 1996)．在种子的发展期间，RO的分解产生氧化应激。在存在和增加浓度下，盐度触发ROS水平的高积累，造成损坏（Abdelgawad，等，2016）。休眠是由于不适合的条件（R. B.＆S. B.，1977）而延长种子胚胎的延长萌发，直到满足适当的环境条件，种子不会发芽。

如上所述，水摄入对种子的发展至关重要，并且暴露于盐胁迫增加了水的要求。渗透是通过部分可渗透的膜（BBC BiteSize，2019）在较低浓度的浓度下从高浓度水分子的区域扩散到另一个中的水。

在植物中，水被吸引到细胞膜上盐浓度最高的地方。如果最高浓度是在细胞膜外，水逃逸细胞与氯化钠结合(图3)(Crowe, 2019)。渗透胁迫是细胞周围溶质浓度的突然变化，造成水在细胞膜上移动的快速变化。

在增加的盐浓度存在下，随着水朝向盐的膜移动而发生渗透胁迫。此外，增加的氯化钠浓度累积在种子周围的可溶性溶质，增加渗透压。另外导致过度吸收离子，导致植物中的毒性（Jones，1986）。

应用于类似实验

类似的研究表明，在增加浓度的氯化钠处理番茄茄种子时，其发芽率随着盐度的增加而降低，发芽期延长(Singer, 1994;El-Habbasha等, 1996;Cuartero和Fernández-muñoz，1999）。与这些研究相关是Meza的作品等．（2007），观察到相同的趋势：发芽随着盐浓度的增加而降低。

虽然接下来的调查会得出不同的种子发芽百分比值，但根据理论，自变量和因变量之间的中心关系是相反的。不同的植物有不同的盐度阈值。在这个实验中，考虑耐盐植物(盐生植物)以实现实际应用是很重要的。

茄(番茄种子)具有中等的耐受性。因此，它们适用于确定盐度如何影响种子萌发。

目的

研究了增加氯化钠浓度对番茄种子萌发的影响。

假设

预测，如果氯化钠浓度增加，则种子萌发的百分比将减少。

假设理由

种子发芽前，必须具备一定的条件使种子胚能够存活;温度，水，阳光和空气(White, 2016)。在休眠期间，番茄种子在它们的胚乳中储存“食物”。足够的水和“食物”将从胚乳中释放出来，转化为胚胎发育所需的能量。

在此实验期间，盐度越来越多的盐度浓度应为“食物”产生更少可接受的水质，以释放和减缓胚胎的发展。

Miquel等人的一项研究证实了这一假设，他们在一个类似的实验中证明，盐度可以通过产生渗透势，阻止水分吸收来影响种子的萌发(Kaymakanova, 2014)。在本研究中，结果表明，随着盐度的增加，种子的萌发率降低。

实验设计

表格1。实验设计

变量类型：	多变的：	描述:	如何测量/控制：
独立的	浓度氯化钠	试验盐的浓度（g）：0％（正常水）2％4％6％	在实验开始之前，使用毫克/毫克（MG）部分的毫克测量来测量。
依赖	种子发芽率	种子萌发的百分比是清楚地显示出现胚胎的种子的百分比。	发芽的百分比是通过在该培养皿内出现的碱性的数量来测量。
受控	每天喷洒种子的量	培养皿里的棉絮必须始终保持潮湿。	为了确保棉毛始终是湿的，实验员每天将对每个培养皿轻喷6次，针对所有区域。为了确保种子不被淹死，每次培养皿都要检查是否有松散的水滴。
	实验时间	一周，实验每天发生两次。将种子在早上7点和5点喷洒。	每天一次警报都会提醒实验主义者何时喷洒试验，因此保持一致性。
	水的来源	控制水的源泉和质量，以便试验将同样显示结果。	将盐的浓度改变为实验，为0％，2％，4％和6％。要制作这些浓度，请参阅计算附录2．
	实验时间持续时间	在实验期间，每天都需要相同的时间。	喷雾瓶允许棉羊毛的整个表面积以相等的量覆盖。如果我要将少量水放入培养皿中，水不会达到一些种子。
	喷雾瓶，培养皿，棉绒和番茄种子的类型	喷雾瓶，培养皿，棉绒和番茄种子的类型都是由同一供应商购买的。	为了保证可靠性，喷雾瓶和番茄种子都是从邦宁斯购买的，然后培养皿和棉毛都是由学校提供的。
不受控制的	氧气供应	空气中氧气的可用性。	因为实验被放在橱柜里，所以氧气供应是不可控的。
	环境温度	整个试验中房间的温度。	环境温度确实变化，但没有任何内容可以改变以保持温度作为常数。

材料

• 1 x秤
• 2L x自来水
• 60g x氯化钠
• 4 x 500ml喷雾瓶
• 1 x蓟漏斗
• 1 x搅拌棒
• 20个培养皿
• 140 x棉羊毛
• 1 x勺子
• 1 x表
• 1 x永久记号笔
• 400 ×番茄种子

方法

程序

1. 在20个透明塑料培养皿上贴上如下标签，并注明正确的开始日期:
   1. 表2- 透明塑料培养皿的示例标签。

试验1 - 0％(日期)	试验1 - 2％(日期)	试验1 - 4％(日期)	试验1 - 6%(日期)
试验2 - 0％(日期)	试验2 - 2％(日期)	试验2 - 4%(日期)	试验2 - 6%(日期)
试验3 - 0%(日期)	试验3 - 2％(日期)	试验3 - 4％(日期)	试验3 - 6％(日期)
试验4 - 0%(日期)	试验4 - 2%(日期)	试验4 - 4％(日期)	试验4 - 6％(日期)
试验5 - 0％(日期)	试验5 - 2％(日期)	试验5 - 4％(日期)	试验5 - 6%(日期)

• 在喷瓶上贴上相应的标签:
  • 表3- 喷雾瓶的示例标签。

0％浓度(日期)

2%的浓度(日期)

4%的浓度(日期)

6%的浓度(日期)

• 计算浓度所需的正确量（附录1）。
• 通过鳞片，称量喷雾瓶（10g，20g和30g）所需的正确量，并使用漏斗进入各个空喷雾瓶的底部。
• 向每个瓶子中倒入500毫升自来水。
  • 使用搅拌棒，将盐和自来水与喷涂瓶结合起来：2％，4％和6％。一旦盐完全溶解，就停止搅拌。
• 用8个棉羊毛球线排列培养皿。为了完全覆盖盘，拉伸棉羊毛，所以没有差距显示（图4.）。
  • 对以下19个试验重复步骤6。
• 为培养皿计算20种子，并轻轻放在棉羊毛顶部（图5.）。

1. 需要将种子彼此远离距离放置。
2. 重复第7步进行以下19项试验。
3. 用相应的喷雾瓶喷洒培养皿中的种子直至其完全湿润（10个喷雾剂）。

1. 在盘子的底部应该没有站立的水。
2. 重复第8步进行以下19项试验。
3. 将菜放在检查位置（在环境温度下的桌子上）。
   1. 重复第9步进行以下19项试验。
4. 每天两次，用相应的喷雾器喷在正确的盘子上(十次)。
5. 每天重新喷涂试验前，记录任何观察结果。
   1. 重复步骤9和10，适用于以下19个试验。
6. 经过7天的试验，数一数并记录在每个培养皿中发芽的种子的数量。

初步结果

表4-在增加氯化钠浓度下发芽种子的数量

		氯化钠浓度（％）
		0.	2	4.	6.
种子数量发芽	1	12	5.	0.	0.
2	15	3.	0.	0.
3.	13	4.	0.	0.
4.	11	0.	0.	0.
5.	14	2	0.	0.

表5-增加氯化钠浓度时种子萌发百分率（计算方法显示在附录1）

		氯化钠浓度（％）
		0.	2	4.	6.
种子萌发率	1	60.	25.	0.	0.
2	75	15	0.	0.
3.	65.	2	0.	0.
4.	55.	0.	0.	0.
5.	70	10	0.	0.

图1 -种子萌发的初步结果

实验中测试的盐度浓度分别为0%、2%、4%和6%。正如预测的那样，在无盐浓度下萌发率最高。然而，在2%之后，种子就不发芽了。番茄茄属耐盐植物，其发芽率应有所提高。

与类似目的的调查相比（Demir，Mavi，Ozcoban和Okcu，2003），结果表明，4％和6％仍有小百分比种子发芽。因此，需要改变该方法以增加种子发芽。初步试验中的观察结果显示，随着没有足够的水，种子被供应的水脱水，种子被置于稀薄的涂抹，位置在刮风环境中。

改善这些因素可能会显示出预期的结果。

表6-方法改进

方法改进	理由
位置	在初步试验中，培养皿被放在室外的桌子上，暴露在光照、风和不同的温度下。由于位置是一个可控制的变量，我决定最好把它们放在卧室里的一张桌子上，保持环境温度。
数量的喷雾剂	初步试验的观察包括棉羊毛的干燥和氯化钠的结晶。这两个因素都是由于少量的水。因此，通过增加六到十个喷雾的次数，试验总是潮湿。
棉羊毛数量	在实验期间，棉羊毛在现实世界环境中作为土壤。棉羊毛吸收水，但长时间保持潮湿，取决于喷雾量和棉羊毛的量。因此，棉绒越多，种子越长，潮湿的条件。因此，所使用的棉羊毛的量已从五件增加到八个。

安全考虑因素/风险评估

+风险分配已经附加了，看附录2．

表7-下表展示了该实验的安全考虑因素。

对象	危险	控制措施
番茄种子	对种子过敏。避免吃种子，因为它们可以用有毒杀菌剂治疗。	保持干燥
水	溢出。化学污染	如果水溢出，立即清洁或使用湿地标志来表示溢出。由于化学污染的可能性，在实验室中的水不应该醉。
喷雾瓶	可用于喷洒其他人。	负责任地使用。避免眼睛

结果

原始数据

表8-在增加氯化钠浓度下发芽种子的数量

		氯化钠浓度(%)
		0.	2	4.	6.
试用	1	17	12	8.	3.
2	15	13	11	5.
3.	18	10	10	4.
4.	19	9.	9.	3.
5.	16	15	6.	2

处理过的数据

+，使用该方法计算以下结果表（附录1）

表9-增加氯化钠浓度时种子萌发百分率

		氯化钠浓度(%)
		0.	2	4.	6.
试用	试验1	85	60.	40	15
试验2	75	65.	55.	25.
试验3.	90	50.	50.	20.
试验4.	95	45.	45.	15
试验5.	80	75	30.	10

表10.-在增加氯化钠浓度下发芽种子的数量

	氯化钠浓度(%)
	0.	2	4.	6.
种子的平均百分比发芽	85	59.	44.	17

图2-种子发芽百分率

图2揭示盐度和种子萌发之间的反比关系：随着盐度的增加，种子萌发减少。这些结果显示线性减少，被证明是如r的相当准确²价值为0.989。

观察

• 在试验期的过程中，大多数种子在第四天后开始发芽。
• 在初步试验期间，只有6个喷雾，棉羊毛变硬并结晶。然而，用10个喷雾，棉羊毛保持完美的湿度，没有结晶。盐确实在种子周围发展。
• 在试验期间观察种子，表明随着盐度的增加，种子越少。

讨论

分析

在种子可以发芽之前，周围环境必须呈现有利的条件，导致储存在胚胎内的能量以食物的形式释放。种子依靠水摄入量以获得适当的营养物质生存。在图2在没有氯化钠的对照试验中，种子平均发芽率为85%。随着盐度百分比的增加，在试验中有明显的下降，分别为59%、44%和17%。

这些结果的准确性得到了r的支持²值为0.989。该值越接近1，数据的准确性越高，与趋势线的拟合越紧密。因此，可以公平地说，总体而言，试验呈线性下降。这些结果与几个不同的研究相关，支持了自变量和因变量(分别是氯化钠浓度和种子萌发率)之间存在明显的负相关关系的假设。

对于早期阶段的任何种子的存活，当然，氯化钠含量小。虽然种子萌发过程的关键组分是相对氧物质（ROS），但是当暴露于盐度时，氧物质反应形成种子上的氧化应激（Arbor测定，2017）。ROS的水平非常细腻，太低导致休眠，太高导致损坏，因此了解可以改变均衡的变量非常重要。

在这项研究中，几乎没有一种种子达到过低的ROS水平而不能保持休眠，但如果它们太高，试验就会受到破坏。盐度浓度越大，活性氧水平越高，因此可以合理地说，由于盐度的强度，种子受到了损害(AbdElgawad, et al.， 2016)。0-2%浓度的种子萌发率最高，萌发成功率最高，4-6%浓度的种子萌发率最低。

种子萌发只有少数要求：适当的氧气，温度，水和营养。如果种子没有收到这些重要组成部分，它们会经历休眠。这些组件触发了“食物”的过程从胚乳中释放到种子胚胎的能量中。水和氧气通过种子涂层吸收（图2），胚根将开始出现。在该研究中，在种子上测试不同浓度的盐度。

植物细胞内的水被吸附到盐离子，并将快速穿过细胞膜，以具有最高浓度的氯化钠。该过程称为渗透性。然而，在增加氯化钠浓度下，渗透性开始成为植物上的另一种形式的压力。在实验期间，得出结论，在较大的氯化钠浓度内，渗透胁迫干扰萌发。由于变量与变量之间的关系，浓度越大，种子萌发百分比越少。

可以预期，需要更多的水来完全水合种子以维持ROS水平（张，欧文，天，＆Zhoua，2012）。因此，所需的水越多增加渗透压。此外，增加的氯化钠浓度堆积在种子周围的可溶性溶质，增加渗透压（Jones，1986）。

由于氯化钠产生的渗透压，水不能再进入种皮;相反，盐进入并对植物造成毒性。这导致不发达的增长和产量下降(Cocoponics, 2011)。根据观察，浓度较高的种子都出现脱水，而0-2%的试验是潮湿的。渗透压的概念支持种子的脱水和因此萌发少的现象。

总体上，0%浓度与6%浓度的发芽率比较为68%。结果表明，在无盐(0%)浓度下，种子萌发率最高。然而，就默里达令盆地而言，由于地表下的含盐地下水，总是会有某种形式的盐度流经盆地，从默里河口逃逸。

虽然海洋的盐度为3.5％（2017年Scients Dailing Scient Scient），Murray Darling Basin被认为是许多淡水河流的组合。因此，平均盐度百分比必须低于3.5％。4％和6％的浓度会对生态系统产生破坏性影响，其中2％不会。从上述结果来看，可以得出结论，如果Murray Darling盆地的盐度百分比仍低于2％，则生态系统将蓬勃发展。

从几个不同的报告和研究得出结论(Singer, 1994;El-Habbasha等, 1996;Cuartero和Fernández-Muñoz, 1999)的实验结果表明，该假设得到了支持，概述了盐度浓度与种子萌发率之间明显的线性反比关系。

评估

在调查过程中，实验产生了假设的结果。然而，如果初步试验没有完成，这些结果就不会有效。初步试验的目的是确保该方法的准确性和有效性。与最初的数据相比，由于没有足够的水，在干燥阳光充足的地方和太多的棉絮球，初步试验的效果不太好。

结果，这些问题在方法改进中得到了固定。尽管采取行动可以提高可靠性和准确性，但有一些可能导致的资料和影响由于错误引起的整体结果。下表（表11）概述了潜在错误的源。

表11.-潜在错误的来源，效果和解决方案

错误来源	错误	影响
试验数量	每种浓度只进行了5次试验。由于5是一个很小的数字，结果非常有限，并提供大量的错误。	实验的数量较少会限制实验的整体结果，因此也会限制实验的结论(无论假设是否被支持)。试验次数越少，试验的可靠性就越低。
浓度数量和每个百分比	在实验过程中，所用浓度为0％，2％，4％和6％。这些浓度可能会限制结果。	在实验期间，结果发现，即使在6％的盐度下，还有一些种子仍然萌发。这将结果限制为8％的萌芽。
测试周期	种子萌发的试验期仅耗尽七天。试验的切断可能会限制结果。	尽管调查期间有足够的时间来增加天数，但试验期仅仅七天。总体而言，可能出现不同的百分比或趋势，从而影响假设是否受到支持或拒绝。
植物种类	该实验仅限于Solanum Lycopersicum（番茄种子）。	Solanum Lycopersicum（番茄种子）被认为是耐盐植物。在确定盐度对萌发的影响时，嗜睡剂和糖糖尿病。因此，结果仅提供耐盐植物对盐度反应的答案，而不是包括所有类型。
之前没有洗过种子	在实验发生之前没有种子洗涤。	对种子萌发的观察是，只有在过去的几天内，种子开始发芽。潜在的误差在实验前没有洗涤种子。这改变了种子对环境压力源的自然防御，最终允许增加发芽率（Rhoades，2018）。
视差错误	当以斜角观看测量设备时，测量位置可能发生位移。视差误差会导致感知和读数的改变。	在测量不同浓度的材料量和测量抑制半径方面有很小的误差。这进一步影响了结果的准确性。

实验的改进

为了更好地提高未来的实验结果，可以使用改进来提高准确性。调整简单，随着每次浓度50％的试验增加到10个浓度为10的试验的数量创造了一个更可靠的数据曲线，因为结果集中在普遍存在的数据上。更多试验允许异常值的空间，并且可以完全代表显示的数据。

完成的实验越多，实验者就可以在实验结束后给出一个正确的结论。由于这项调查特别关注Murray Darling盆地周围的植被，未来的实验应该将正在研究的种子类型扩展到对环境至关重要的相当突出的本地盐生植物种子。

此外，增加浓度之间的范围和不同类型的种子，允许实验人员确定哪些种子具有更高/更低的耐盐性，并将在变化的环境中生存。此外，这将创建广泛的数据，允许所有趋势和异常值。

进一步的另一种改进可以延长试验期，重点关注生长率以及萌发。如果未来的实验可以确定围绕当地植物的增长率，以默里达令盆地和种子萌发，同时暴露于环境压力，农民可以根据这些因素确定在某些围场的某些围场种植种子;增加澳大利亚的农业和经济价值。

结论

该研究支持假设，如果氯化钠浓度增加，则种子萌发的百分比将减少。在前几天后，种子开始发芽;最多的0％，随后在线性下降2％，4％，最后6％。

这些结果的重要性是，它可以提出一个想法，即梅里达令盆地必须维持的适当盐度，以实现繁荣的生态系统。将来，进一步的研究可以扩展到植物的增长率和环境因素造成伤害。进一步的研究可用于支持影响Murray Darling盆地的决定，以最大限度地减少对环境的影响。

附录

附录1-计算

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