钠盐胁迫对白花草木樨种子发芽的影响

2013-04-25张颖超贾玉山任永霞

草业科学 2013年12期

张颖超，贾玉山，任永霞

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古呼和浩特 010019； 2.河北北方学院动物科技学院，河北张家口 075000 )

盐分是影响作物生产力的主要环境因子之一，全世界大约20%的土地和50%的灌溉地受盐渍化影响[1]。我国有3 330万hm2盐渍土，约占全国可耕地面积的25%[2]。盐渍土是盐土与碱土的总称。盐土中主要含NaCl和Na2SO4，碱土主要含Na2CO3、重碳酸钠和钾盐较多[3]。随着环境的恶化及人类不合理的灌溉和耕作措施，土地盐碱化不断加剧，严重影响农业生产。而种植耐盐碱牧草是改良盐碱地的一项经济有效的措施，白花草木樨(Melilotusalba)是一种优良的越年生豆科牧草，耐贫瘠、干旱、寒冷和盐碱[4]。因此，研究白花草木樨的耐盐性，不仅可以增加优质的蛋白质饲草，还可以改良盐碱地，培肥地力，促进农牧业向良性循环发展。

种子萌发期对环境胁迫最为敏感。目前，牧草种子萌发期耐盐性研究较多，使用最广泛的指标是发芽率[5]，且多集中在不同牧草对同一种盐分(主要是NaCl)的研究,而不同盐分对同一种牧草种子萌发的影响鲜有报道[6-7]。因此，本试验以白花草木樨种子为材料，选用NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO34种不同钠盐对白花草木樨种子进行不同浓度梯度盐胁迫处理，通过测算其发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长和耐盐指数等多个生物学指标，研究白花草木樨种子的发芽特性，以确定其对不同钠盐的耐性强弱及发芽规律，为白花草木樨在盐碱地上的种植提供依据。

1 材料与方法

1.1试验材料试验于2012年9月-2013年4月进行，供试的草木樨种子由河北北方学院动物科技学院草地实验室提供。试验药剂NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO3均为分析纯。

1.2试验方法

1.2.1种子和培养皿的处理选取健康饱满白花草木樨种子为试验材料。先用0.1%HgCl2溶液浸种10 min进行消毒，再用蒸馏水反复冲洗5～6次，用滤纸吸干备用。洗干净的玻璃培养皿(直径为90 mm)烘干(105 ℃，2 h)备用[8]。

1.2.2盐胁迫采用纸上培养法[9]。在培养皿中放入双层滤纸，皿内分别添加不同浓度的NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO34种溶液至滤纸饱和为止。每种盐分各设0(CK，蒸馏水)、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%和1.8%共10个浓度梯度，每梯度设3次重复。每皿均放置100粒种子。将培养皿置于恒温光照培养箱内进行发芽试验，在25 ℃、光照12 h·d-1条件下培养，每天适当补充蒸发的水分以保持处理期间各浓度保持相对稳定。

1.2.3耐盐指标的测定发芽期间，每日记载种子发芽情况及发芽粒数，第10天发芽试验结束，并测幼芽长、幼根长和幼苗全长。计算前4 d种子发芽势，发芽率按10 d计。发芽标准：胚根突破种皮2 mm视为发芽。根据以下公式计算发芽势[7]、发芽率[7]、幼根/幼芽长、发芽指数[7]、活力指数[8]和耐盐指数[6]。

发芽势=发芽前4 d内正常发芽种子数/供试种子数×100%；

发芽率=发芽试验末期全部正常发芽的种子数/供试种子数×100%；

幼根/幼芽长：发芽末期，每培养皿各取15株测定；

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt；

活力指数(VI)=GI×S；

耐盐指数=(VI盐/VI水)×100%。

式中，Gt为第t天种子发芽数，Dt为对应的种子发芽的天数)

1.3数据统计分析试验数据用Excel录入并作图，用SPSS 13.0统计软件进行单因子方差分析，差异显著时用LSD法进行多重比较。百分率数据分析之前先进行反正弦转换。

2 结果与分析

2.1不同钠盐胁迫对白花草木樨种子发芽势、发芽率和发芽指数的影响不同钠盐胁迫对白花草木樨种子发芽存在显著影响。用0.2%的Na2SO4处理时发芽势高于对照(表1)，浓度为0.2%～0.6%的Na2SO4处理时，种子发芽率高于对照(表2)，0.2%NaCl种子发芽势和发芽率均高于对照。而其它盐处理，随着盐浓度的增加，白花草木樨种子的发芽势、发芽率和发芽指数均呈下降趋势(表1、表2、表3)。随Na2CO3与NaHCO3浓度的增加，发芽势与发芽率均较对照降低，浓度为0.6%时，发芽率骤然下降至10%以下，当盐浓度为0.8%时，Na2CO3和NaHCO3胁迫下白花草木樨基本停止发芽，而在1.8%Na2SO4处理下，发芽率仍高达56.66%(P<0.05)。

4种盐分在同一浓度下，草木樨种子发芽率、发芽指数高低顺序依次为Na2SO4、NaCl、NaHCO3和Na2CO3。在Na2SO4胁迫下，发芽率、发芽势、发芽指数均高于其它3种盐分。

2.2不同钠盐胁迫对白花草木樨种子活力指数的影响 Na2SO4胁迫下白花草木樨种子的活力指数均高于其它3种钠盐，且0.2% Na2SO4时高于对照。Na2CO3、NaHCO3分别在0.4%和0.8%浓度时，活力指数均已接近0(表4)。就活力指数而言，白花草木樨种子对Na2SO4的耐性最强，对Na2CO3耐性最弱。同一浓度的不同钠盐对草木樨种子平均活力指数的影响有显著差异(P<0.05)(表4)。总体上Na2SO4、NaCl和NaHCO3、Na2CO3有显著性差异，NaHCO3和Na2CO3两者之间无显著差异。Na2SO4胁迫下活力指数最高，Na2CO3最低。

表1 不同盐分处理对草木樨种子发芽势的影响Table 1 Effects of germination energy of sweetclover under different salt treatments

表3 不同盐分处理对草木樨种子发芽指数的影响Table 3 Effects of germination index of sweetclover under different salt treatments

表4 不同盐分处理对草木樨种子活力指数的影响Table 4 Effects of vigor index of sweetclover under different salt treatments

2.3不同钠盐胁迫对白花草木樨种子幼根长的影响根的生长状况是研究盐胁迫影响的重要指标。在4种钠盐胁迫下，总体上幼根生长受到抑制。不同盐分在同一浓度时对幼根生长影响不同，Na2SO4和NaCl胁迫下幼根生长明显强于NaHCO3和Na2CO3。当NaHCO3、Na2CO3浓度为0.8%时幼根基本停止生长，而1.8%Na2SO4和1.8%NaCl时根系仍然在生长。说明NaHCO3、Na2CO3对幼根的抑制作用更明显，白花草木樨对Na2SO4和NaCl的耐性更强(图1)。

2.4不同钠盐胁迫对白花草木樨耐盐指数的影响除0.2%Na2SO4胁迫下白花草木樨耐盐指数大于对照外，其余随着盐浓度逐渐加大，耐盐指数均呈下降趋势(图2)。4种钠盐中，Na2SO4胁迫下草木樨种子耐盐指数最高。在4种钠盐胁迫下，草木樨耐盐指数大小依次为Na2SO4>NaCl>NaHCO3>Na2CO3。因此，草木樨对Na2SO4耐性最强。

图1 不同盐分胁迫对草木樨幼根长的影响Fig.1 Radicle length under different salt stress of sweetclover

图2 不同盐分胁迫对草木樨耐盐指数的影响Fig.2 Salt tolerance index under different salt stress of sweetclover

2.5白花草木樨种子在不同盐分中的耐盐指标白花草木樨种子在Na2SO4的胁迫下，耐盐适应范围最大，其次为NaCl，在Na2CO3胁迫下其耐盐适应范围最小，且耐盐极限浓度最低(表5)。在1.8% Na2SO4高浓度胁迫下种子发芽率仍为对照的68.0%(表2)，因此，本试验未测出Na2SO4的耐盐半致死浓度和耐盐极限浓度，只测出了NaCl的耐盐半致死浓度(表5)。

表5 白花草木樨种子在不同盐分中的耐盐指标Table 5 The salt tolerance indexes of sweetclover seeds under different salt stress

3 讨论

发芽势反映种子发芽的快慢和整齐度，发芽率反映种子发芽的多少，发芽指数能够反映种子在整个发芽期的综合活力，活力指数既能反映种子发芽率、发芽速度，又能反映生长势及生长活力[10]。在本试验中，随着4种钠盐溶液浓度的增加，草木樨种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数和耐盐指数总体呈下降趋势。高盐抑制种子萌发是由于渗透效应和毒性效应[11]，同时高浓度盐分破坏了种子细胞膜的结构和功能也可能是一部分原因。

在本试验中，0.2%NaCl胁迫下，白花草木樨种子发芽率、发芽势都高于对照；0.2%～0.6%Na2SO4胁迫下，发芽率均高于对照，发芽势与对照相近，说明低浓度的NaCl、Na2SO4可以促进草木樨种子的萌发。此结论与对紫花苜蓿(Medicagosativa)及小麦(Triticumaestivum)的研究一致[12-13]。王晓栋和石凤翎[14]研究也发现，低浓度NaCl能促进红豆草(Onobrychispulchella)种子的萌发，原因是一定浓度的盐分可产生种子引发作用。因此，采用低浓度的NaCl、Na2SO4处理白花草木樨种子可以提高发芽率，对生产实践有指导意义。本试验中低浓度盐对种子发芽的促进作用随着盐浓度的递增逐渐消失，而抑制作用逐渐增强。

盐分对种子发芽的影响因盐分种类不同而存在很大差异。在本试验中，Na2CO3胁迫对白花草木樨种子发芽的影响极为强烈，种子的发芽率、发芽势和发芽指数、活力指数均显著低于相同浓度处理下的其它3种钠盐。这与纪荣花等[15]的研究结果一致。在卢艳敏[11]的研究中，盐胁迫对高羊茅(Festucaarundinacea)影响为Na2SO4胁迫对种子萌发的危害最小，Na2CO3胁迫对种子萌发的危害最大，NaCl对种子萌发的危害介于两者之间。

本试验未探索出Na2SO4的耐盐半致死浓度、耐盐极限浓度，以及Na2CO3、NaHCO3的耐盐半致死浓度，这有待进一步研究。此外，盐碱土还存在多种盐分的复合盐环境，本试验仅探讨了盐碱土中主要的4种不同单盐不同浓度对白花草木樨牧草种子萌发的影响，而复合盐分对白花草木樨牧草种子萌发的影响也有待于深入研究探讨。