垂穗披碱草种子萌发的耐盐性研究

2014-12-21刘艳君张小娇

草原与草坪 2014年4期

刘艳君，祁娟，柳茜，张小娇

（1.甘肃农业大学草业学院／草业生态系统教育部重点实验室／甘肃省草业工程实验室／中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃兰州 730070；2.凉山州畜牧兽医研究所，四川西昌 615042）

由于生态环境的不断恶化和人为不合理的开发利用，造成土壤盐碱化程度不断加深扩大。目前，全世界盐渍土面积约10亿hm2，我国盐渍土面积3 460万hm2，耕地盐碱化760万hm2，近1／5耕地发生盐碱化，其中，原生盐化型、次生盐化型和各种碱化型分布分别占总面积的52%，40%和8%［1］。我国西北地区降水量稀少，引起土壤的次生盐渍化现象比较严重，极大地影响了饲草的产量和品质。饲草作为畜牧业的重要物质基础，质量好坏直接影响畜产品的数量和品质，而且严重影响着我国畜牧业的发展和人民生活水平的提高［2］。在粮食不足的压力下，开发利用盐碱地不仅是我国增加农业可利用土地资源的需要，也是改善生态环境，增加绿色植被，进行国土综合治理的需要［3］。

诸多研究报道，盐胁迫通常会抑制植物的生长发育，植物耐盐性与植株地上部对Na＋和Cl－积累的限制力及高 K＋／Na＋值保持能力有关，植株地上部K＋／Na＋比率高者耐盐性强［4］。在盐渍环境下，种子萌发作为种子植物生活史的第1阶段，最先受到盐分的胁迫，表现在水分吸收的渗透势被阻止以及Na＋、C1－等离子毒害使得种子萌发速度及萌发百分率降低。不同生境的种质材料在自然环境条件的长期驯化下，对盐胁迫的反应不同［5，6］，通过比较不同盐浓度胁迫下的种子相对发芽率，可以较好的反映不同品种间的耐盐性差异。以往的研究多数是以种子发芽后的各发育阶段为研究对象［7－9］，而较少涉及到植物生长发育的起始阶段—种子萌发阶段。种子能否在盐胁迫下萌发成苗，是植株在盐渍化条件下生长发育的前提［10］。因此，研究盐胁迫对种子萌发的影响具有重要意义。本文选取不同海拔区域的3份垂穗披碱草种子材料，在不同氯化钠浓度下进行了种子耐盐试验，测定各种子在萌发期的发芽率、发芽势、发芽指数等指标，综合评价各材料的耐盐性，以筛选出耐盐性强的垂穗披碱草种质材料，为在盐渍化地区种植垂穗披碱草提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验所用3份垂穗披碱草（Elymusnutans）种子2012年采自天祝县金强河天然草地。采集后的种子在室温下晾干，装入牛皮纸袋，放于4℃冰箱保存。筛选饱满且无病虫害的种子，用20%的双氧水对其表面消毒20min，再用蒸馏水反复冲洗残余的双氧水后风干备用。

表1 试验材料及来源地Table1 List of the tested seeds

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理用0.0%（蒸馏水）、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%盐浓度梯度处理试验材料，每个处理设3个重复，每个重复选50粒种子。

1.2.2 盐胁迫指标的测定将参试种子经粒选，消毒，无菌蒸馏水冲洗3次，放置铺有2层灭菌滤纸的培养皿中，分别加入不同浓度梯度的NaCl溶液10mL，置于25℃恒温培养箱，光照条件下发芽20d。每天统计各处理材料种子的发芽数，并用称重法补充蒸发的水分，使各处理液浓度维持不变。计算出相对发芽势（以规定时间前5d内为准）、相对发芽率和发芽指数。

式中：Dt为发芽日数，Gt为与Dt相对应的每天发芽种子数。

1.2.3 耐盐性评价与分析（1）综合分析法：将多个耐盐性测定结果进行总排序，评价垂穗披碱草种子的耐盐性差异。

隶属函数法：采用Fuzzy数学中隶属函数的方法对牧草各个耐盐指标的隶属值进行累加，求取平均数以评价牧草的耐盐性，耐盐性隶属函数值的计算方法如下：

第1步：求出各指标的隶属函数值。

如果某一指标与耐盐性呈正相关：X（u）＝（XXmin）／（Xmax－Xmin）

如果某一指标与耐盐性呈负相关：X（u）＝1－（X－Xmin）／（Xmax－Xmin）

式中：X为某一指标的测定值；Xmax为某一测定指标中的最大值；Xmin为某一测定指标中的最小值。

第2步：计算各耐盐指标隶属函数值的平均值。

第3步：比较各耐盐指标隶属函数值的平均值，排序。平均值越大，耐盐性越强。

（2）采用SPSS统计软件对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对垂穗披碱草种子相对发芽率的影响

随着盐浓度的增加，G1的相对发芽率呈现先增加后降低趋势，在0.6%盐浓度下相对发芽率最高，为115%，在1.2%盐浓度下相对发芽率最低，为82%；G2的相对发芽率呈现出先降低后增加然后降低的趋势，在0.8%盐浓度下相对发芽率达到最高为109%，在1.2%盐浓度下达到最低为83%；G3的相对发芽率变化微弱，维持在97%，随盐浓度变化的关系不明显（图1）。

图1 相对发芽率与盐浓度Fig.1 The germination rate of Elymus nutans under different salinity

2.2 盐胁迫对垂穗披碱草种子相对发芽势的影响

G1，G2和G3相对发芽势都与盐浓度呈负相关。在0.4%盐浓度下，3个材料的相对发芽势是G1（7.4）＜G2（16.1）＜G3（43.3），三者差异显著（P＜0.05）。当盐浓度达到1.0%及以上时，三者发芽势均为零（图2）。

图2 相对发芽势与盐浓度Fig.2 The germination potential of Elymus nutans under different salinity

2.3 盐胁迫对垂穗披碱草种子发芽指数的影响

在同一盐浓度下，3种材料的发芽指数基本上呈现同一规律G3＞G2＞G1。在1.0%盐浓度下，三者差异显著（P＜0.05），G2和G3的发芽指数分别达到最大，而G1的最大发芽指数对应盐浓度在0.4%处，说明3种材料的种子活力顺序是G3＞G2＞G1。

图3 发芽指数与盐浓度Fig.3 The germination index of Elymus nutans under different salinity

2.4 垂穗披碱草种质材料芽期耐盐性综合评价

以相对发芽率、相对发芽势和发芽指数三者通过隶属函数法来评价供试材料的耐盐性。种子萌发期以相对发芽率、相对发芽势、发芽指数为鉴定指标的耐盐性综合评价顺序为G1＜G2＜G3（表2）。

表2 垂穗披碱草种子萌发抗盐性综合评价Table2 The comprehensive evaluation of salinity tolerance of Elymus nutans at germination stage

2.5 海拔与垂穗披碱草种子耐盐性的关系

海拔与相对发芽率（r＝0.978）呈正相关，与相对发芽势（r＝－0.955）及发芽指数（r＝－0.993）呈负相关，但相关性均不显著（表3）。

表3 植物耐盐性指标及与海拔之间相关性Table3 Correlation Analysis between the salt tolerances of Elymus nutans and altitudes

3 讨论

发芽率，发芽势和种子发芽指数常作为评价种子发芽的指标，可以反映种子的发芽速度，种子发芽的整齐度和幼苗健壮的趋势［11，12］，可以用于初步进行芽期耐盐材料的筛选［12，13］。据文献报道，耐盐材料发芽率，发芽势和活力指数普遍比敏盐材料高［14－16］，芽期相对发芽率与相对发芽势筛选耐盐材料的结果与这一结论相吻合。

出于植物的耐盐能力不仅与植物的种类、植物的不同发育阶段有关，还与多种外界如土壤类型、大气湿度、光照强度等条件有关。而且不同盐分水平浓度上，不同品种或同一品种耐盐指示性指标是不完全相同的，因此，很难用某个单一的生理指标来评价品种的耐盐能力，需要用多个指标综合评价。评价植物耐盐能力的方法很多，究竟哪些指标比较恰当、哪种方法能简便准确地反映植物真实的耐盐能力，还需要结合植物所处的具体环境、植物的实际表现来决定。

诸多研究在牧草耐盐性方面做过报道，多数的结论以盐浓度与牧草的相对发芽率呈负相关。贾亚雄等［17］在披碱草种子萌发的耐盐性研究中就得出盐浓度越高，发芽率越低。刘卓等［18］在苜蓿种子耐盐方面也得出相同的结论。而试验的结果表明，在适当低盐浓度下，种子的发芽率会显著升高，当达到比较高盐浓度时发芽率才会显著降低。出现这种现象的原因是该材料长期处于恶劣的高海拔环境条件下，其生长的当地土壤盐浓度与试验供试浓度相近，从而对低盐浓度的环境产生适应性。试验选择的材料为不同海拔下的垂穗披碱草种子，试验发现，不同海拔种子的耐盐性也不同，随着海拔的升高（2 950～3 300m），垂穗披碱草种子的相对发芽率增大，相对发芽势及发芽指数均减小。种子萌发期以相对发芽率、相对发芽势、发芽指数为鉴定指标的耐盐性评价结果为低海拔垂穗披碱草种子耐盐性更强。

牧草种质材料的耐盐性是由多种因素相互作用而构成的一个较为复杂的综合性状，其中，每个因素对耐盐性都有影响，如种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、种子电导率和胚根与胚芽比等。如果仅用一个单项指标评价材料的耐盐性，理由不够充分，可能会导致结果出现偏差。所以，对材料的耐盐性采用综合评价法是行之有效的。在对牧草种子芽期耐盐性评价时，采用相对发芽率，相对发芽势和发芽指数这3项指标，不仅准确说明各材料种子的耐盐性，同时还符合耐盐性鉴定指标的简单、经济的选择原则［19，20］。

［1］周和平，张立新，禹锋，等.我国盐碱地改良技术综述及展望［J］.现代农业科技，2007（1）：159－164.

［2］石太渊，王颖，杨立国，等.高粱体细胞抗盐系的筛选［J］.杂粮作物，2002，22（4）：205－207.

［3］李培夫.盐碱地的生物改良与抗盐植物的开发利用［J］.垦殖与稻作，1999（3）：38－40.

［4］ Chhipa B R，Lal P.Na＋／K＋ratios as the basis of salt tolerance in wheat［J］.Australia Journalof Agricultural Research，1995（46）：533－539.

［5］郭望模，傅亚萍，孙宗修，等.盐胁迫下不同水稻种质形态指标与耐盐性的相关分析［J］.植物资源学报，2003，4（3）：245－250.

［6］朱兴运，纳森，沈禹颖，等.抗盐牧草的研究成就与实践［J］.草原与草坪，1994（3）：13－19.

［7］ Gorham J.Salt tolerance in the Triticeae：ion discrimination in rye and triticale［J］.Journal of Experimental Botany，1990，41（5）：609－614.

［8］周万海，师尚礼，周娟娟.NaCl胁迫对甘肃红豆草生理特性的影响［J］.草原与草坪，2012，32（3）：1－5.

［9］刘锦川，云锦凤，张磊.氯化钠胁迫下3种披碱草属牧草生理特性的研究［J］.草地学报，2010，18（5）：694－697.

［10］赵可夫.作物抗盐生理［M］.北京：农业出版社，1990：306－310.

［11］顾增辉，徐本美，郑光华.测定种子活力方法之探讨（II）发芽的生理测定方法［J］.种子，1982（3）：11－14.

［12］周兴元，曹福亮.NaCl胁迫对几种暖季型草坪草的影响［J］.草原与草坪，2005（4）：66－69.