鹽堿脅迫對(duì)芨芨草種子萌發(fā)的影響

紀(jì)榮花,于 磊,魯為華,艾尼娃爾·艾合買提

(石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院, 新疆 石河子832003)

近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展、人口的激增以及耕地資源的緊缺，鹽堿地的改良及開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到國(guó)家和地區(qū)的重視[1]。同時(shí)，不合理的利用水土資源導(dǎo)致土壤鹽漬化不斷發(fā)生，制約著我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，鹽堿地改良及開(kāi)發(fā)利用迫在眉睫。有研究指出禾本科牧草具有較好的耐鹽性，其耐鹽性優(yōu)于豆科牧草[2]。如高冰草(Agropyronelongatum)、俄羅斯新麥草(Elymusjunceus)和葦狀羊茅(Festucaarundinacea)在500 mmol/L NaCl中發(fā)芽率分別為17.3%、18.1%和20%[3]，扁穗雀麥(Bromuscatharticus)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的NaCl處理下發(fā)芽率為30%[4]，耐鹽性較強(qiáng)的早熟禾(Poaspp.)品種在0.8% NaCl中發(fā)芽率均在35%以上[5]。鹽分對(duì)植物的迫害主要有滲透脅迫及離子毒害作用[6]。鹽分可通過(guò)改變土壤環(huán)境影響土壤營(yíng)養(yǎng)對(duì)植物的有效性、根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收及促進(jìn)離子間的拮抗作用，進(jìn)而影響植物體內(nèi)養(yǎng)分平衡，干擾植物正常的代謝活動(dòng)[7]。

芨芨草(Achnatherumsplendens)為多年生耐旱中生性高大密叢禾草，具有很強(qiáng)的耐旱耐鹽堿特性，是鹽漬化棄耕地生態(tài)恢復(fù)重建的主選植物之一[8]。同時(shí)，芨芨草作為工業(yè)造紙?jiān)虾团Ｑ蝻暳系纳a(chǎn)源是生物改良鹽堿地實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益雙贏的理想植物。我國(guó)北方內(nèi)陸干旱地區(qū)，在鹽漬化土地上人工種植芨芨草已實(shí)現(xiàn)了大面積建植和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，取得了顯著的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但是當(dāng)前對(duì)芨芨草的研究多見(jiàn)于生物學(xué)、生態(tài)學(xué)以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面的研究，關(guān)于其耐鹽堿性方面的研究報(bào)道較少。本研究設(shè)置了4種單鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)及這4種單鹽的混合鹽各8個(gè)濃度處理，模擬不同單鹽條件下及與我國(guó)北方干旱區(qū)基本一致的復(fù)合鹽環(huán)境，來(lái)研究芨芨草的萌發(fā)特性，以確定其對(duì)不同鹽的耐性強(qiáng)弱及萌發(fā)規(guī)律，為耐鹽禾本科牧草的選育提供基礎(chǔ)資料，進(jìn)而為芨芨草的種植生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1材料 供試芨芨草種子為石河子?xùn)|泉芨芨草人工種植基地生產(chǎn)的種子。挑選籽粒飽滿的種子備用。供試NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3均為分析純。

1.2方法 試驗(yàn)在人工氣候箱中進(jìn)行，溫度為(25±1) ℃，光周期12 h/d。供試種子采用NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3溶液和模擬石河子鹽漬化棄耕地鹽堿土混合溶液(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3按1∶9∶9∶1的比例配置而成)進(jìn)行處理。每種鹽設(shè)8個(gè)濃度梯度：80、160、200、240、280、 320、 360及400 mmol/L。試驗(yàn)開(kāi)始前挑選大小均勻、籽粒飽滿、無(wú)病蟲(chóng)害的種子經(jīng)0.1%高錳酸鉀溶液浸泡消毒10 min。用蒸餾水沖洗干凈，自然風(fēng)干。種子發(fā)芽采用濾紙皿床發(fā)芽試驗(yàn)，在培養(yǎng)皿(6 cm)中進(jìn)行，培養(yǎng)皿中鋪入2層定性濾紙。用移液管移入 20 mL處理溶液進(jìn)行浸泡，24 h后傾出多余鹽溶液，保持種子有氧呼吸。每處理80粒種子，3次重復(fù)。以蒸餾水作對(duì)照，每天定時(shí)觀察、補(bǔ)水，并記錄種子發(fā)芽數(shù)。種子的萌發(fā)以芽長(zhǎng)0.2 cm為標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)芽期間,適量補(bǔ)充蒸餾水，保持各處理濃度的相對(duì)穩(wěn)定。發(fā)芽6 d時(shí)計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，25 d時(shí)結(jié)束發(fā)芽,計(jì)算發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)。

式中，Gt為在時(shí)間t天的發(fā)芽個(gè)數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Sigma Plot 10.0進(jìn)行繪圖。均值顯著性檢驗(yàn)采用單因素方差分析，對(duì)不同鹽堿濃度之間采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1鹽堿脅迫對(duì)芨芨草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響 發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)是種子活力的指標(biāo)，它們能夠較好地反映出種子的萌發(fā)力和萌發(fā)速度[3]。發(fā)芽勢(shì)是判別種子品質(zhì)優(yōu)劣，出苗整齊與否的重要標(biāo)志，也與幼苗強(qiáng)弱和產(chǎn)量密切相關(guān)，一般發(fā)芽勢(shì)高的種子，出苗迅速、整齊、健壯。發(fā)芽指數(shù)是種子活力的綜合反映。由表1、2、3可以看出，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)，均隨著鹽分濃度的增加呈降低趨勢(shì)，這與蘆翔等[10]的研究結(jié)果一致。在鹽分濃度為80 mmol/L時(shí)，NaCl、Na2SO4和混合鹽處理下的發(fā)芽率與空白對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)，混合鹽略高于對(duì)照組，NaHCO3處理下的發(fā)芽率極顯著(P<0.01)高于對(duì)照組，Na2CO3極顯著(P<0.01)低于對(duì)照組。可見(jiàn)，在低濃度處理下(80 mmol/L)，除NaHCO3和混合鹽外，其他幾種鹽堿均對(duì)芨芨草種子萌發(fā)有抑制作用，Na2CO3抑制作用明顯。在高濃度鹽處理下(400 mmol/L)，除NaCl外，種子發(fā)芽率均為0，說(shuō)明芨芨草種子對(duì)NaCl的耐受性高于其他鹽類。當(dāng)NaCl濃度高于240 mmol/L時(shí)，種子發(fā)芽率明顯降低，說(shuō)明芨芨草種子對(duì)高濃度NaCl處理較為敏感，隨著濃度增加，種子萌發(fā)抑制作用明顯加強(qiáng)。芨芨草種子對(duì)Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3、混合鹽堿的敏感濃度分別為：200、200、80、160 mmol/L。在同一鹽分處理下，當(dāng)鹽分濃度高于200 mmol/L，除NaHCO3外，種子的發(fā)芽勢(shì)均為0。Na2CO3脅迫在濃度高于80 mmol/L時(shí)，種子發(fā)芽勢(shì)為0。對(duì)于發(fā)芽指數(shù)的影響，當(dāng)鹽分濃度高于240 mmol/L時(shí)，各處理種子發(fā)芽指數(shù)均小于1，而在Na2CO3處理下，當(dāng)濃度高于80 mmol/L時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)就已經(jīng)小于1了。

表1 不同濃度的鹽對(duì)芨芨草種子發(fā)芽率的影響 %

表2 不同濃度的鹽對(duì)芨芨草種子發(fā)芽勢(shì)的影響 %

表3 不同濃度的鹽對(duì)芨芨草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2鹽堿脅迫對(duì)芨芨草種子萌發(fā)趨勢(shì)的影響 從圖1-5可以看出，在濃度為80 mmol/L時(shí)，各個(gè)鹽分處理下種子萌發(fā)啟動(dòng)的時(shí)間與對(duì)照組相近或相同, 為3～4 d。隨著鹽堿濃度的增加，種子萌發(fā)啟動(dòng)時(shí)間推遲，Na2CO3最為明顯，在濃度為280 mmol/L時(shí)，萌發(fā)啟動(dòng)時(shí)間為12 d，其他幾種鹽堿為8～9 d。由圖4可以看出，種子對(duì)Na2CO3的耐受性最差，除在濃度為80 mmol/L時(shí)萌發(fā)個(gè)數(shù)較多外，其他濃度處理下，萌發(fā)個(gè)數(shù)很少或不萌發(fā)。NaCl在80 mmol/L濃度處理下的萌發(fā)曲線上，出現(xiàn)了5個(gè)發(fā)芽高峰(圖1)。由圖1-5還可以看出不同鹽堿在同一濃度萌發(fā)曲線上均有多個(gè)發(fā)芽高峰出現(xiàn)，Na2CO3在高于280 mmol/L處理下、其他4種鹽在400 mmol/L處理下除外。在同一鹽堿處理下不同濃度萌發(fā)曲線上，隨著鹽分濃度的增加，種子萌發(fā)達(dá)到最大高峰期時(shí)的種子萌發(fā)個(gè)數(shù)逐漸減少。

發(fā)芽峰值能夠表示種子發(fā)芽能力的強(qiáng)弱，發(fā)芽峰值高，表示種子質(zhì)量好，發(fā)芽能力強(qiáng)。試驗(yàn)結(jié)果表明(圖6)，各鹽堿在各濃度處理下，發(fā)芽峰值均顯著低于對(duì)照。在濃度為80 mmol/L時(shí)，NaHCO3的發(fā)芽峰值高于其他；在不同濃度處理下，NaCl變化較為平緩，在整個(gè)濃度范圍內(nèi)均有發(fā)芽峰值出現(xiàn)，且略高于其他；Na2CO3的變化最為明顯，在濃度為80 mmol/L時(shí)，就已顯著低于同濃度處理下其他鹽種，隨著鹽分濃度的增加，發(fā)芽峰值變低并逐漸趨于0。

圖1 不同濃度NaCl處理下種子的發(fā)芽趨勢(shì)

圖2 不同濃度Na2SO4處理下種子的發(fā)芽趨勢(shì)

圖3 不同濃度NaHCO3處理下種子的發(fā)芽趨勢(shì)

圖4 不同濃度Na2CO3處理下種子的發(fā)芽趨勢(shì)

圖5 不同濃度混合鹽處理下種子的發(fā)芽趨勢(shì)

圖6 5種不同鹽不同濃度處理下種子的發(fā)芽峰值

3 討論與結(jié)論

3.1討論 國(guó)內(nèi)關(guān)于植物種子耐鹽性的研究已有大量報(bào)道[8,11-14]。毛培春和王勇[15]研究了不同濃度的NaCl和Na2SO4復(fù)合鹽對(duì)6種禾本科牧草種子萌發(fā)的影響，結(jié)果指出低鹽與對(duì)照相比能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，高鹽抑制種子萌發(fā)。本研究結(jié)果表明，在低鹽濃度處理下就種子發(fā)芽率而言，除Na2CO3比對(duì)照組降低了28.02%以外，NaHCO3比對(duì)照組高出16.85%，混合鹽高出3.76%均對(duì)種子萌發(fā)有促進(jìn)作用；NaCl和Na2SO4雖低于對(duì)照組但差異不顯著。低濃度鹽對(duì)種子萌發(fā)的促進(jìn)作用，隨著鹽濃度的遞增逐漸消失，而抑制作用逐漸增強(qiáng)。低鹽能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，可能是由于低鹽促進(jìn)了細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)，或是微量無(wú)機(jī)離子(Na+)對(duì)呼吸酶有刺激作用[16]，高鹽抑制種子萌發(fā)可能是由于滲透效應(yīng)和毒性效應(yīng)[17-18]。

鹽分對(duì)種子萌發(fā)的影響因鹽分種類不同而存在很大差異。楊春武等[19]指出，星星草(Puccinelliatenuiflora)在萌發(fā)階段以滲透脅迫為主，鹽堿脅迫對(duì)其種子萌發(fā)影響很小。這與本研究結(jié)果不一致，在本試驗(yàn)中Na2CO3脅迫對(duì)芨芨草種子萌發(fā)的影響極為強(qiáng)烈，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)均顯著低于相同濃度處理下其他幾種鹽堿，說(shuō)明除滲透脅迫外，高pH值也是影響芨芨草種子萌發(fā)的重要因素。Na2CO3脅迫使Na+、K+比增加，對(duì)種子萌發(fā)的脅迫強(qiáng)度比中性鹽大，其產(chǎn)生的離子不均衡及所獨(dú)有的高pH值導(dǎo)致這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重[20]。

唐素英[21]研究了NaCl、Na2SO4、雙鹽(NaCl+Na2SO4)、復(fù)合鹽對(duì)芨芨草種子活力的影響，結(jié)果表明，復(fù)合鹽對(duì)于種子發(fā)芽的抑制作用大于單鹽，單鹽大于雙鹽。張永峰和殷波[22]指出單鹽對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用大于混合鹽溶液。在本試驗(yàn)中，堿性鹽大于混合鹽、混合鹽大于中性鹽和緩沖鹽，混合鹽對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用因混合鹽組分和牧草種類的不同而存在一定差異[20-22]。混合鹽脅迫包含了鹽脅迫和堿脅迫，當(dāng)堿脅迫作用較低時(shí)以鹽脅迫為主，當(dāng)堿脅迫強(qiáng)度增加時(shí)，堿脅迫的作用逐漸突出進(jìn)而占主導(dǎo)地位[20]。在本試驗(yàn)中，混合鹽的抑制作用因堿脅迫的參與而高于中性單鹽的脅迫。

孫小芳等[23]研究了NaCl脅迫對(duì)黑麥草(Loliumspp.)、鴨茅(Dactylisglomerata)、雀麥(Bromusspp.)等牧草種子萌發(fā)特性的影響，指出鹽脅迫推遲了禾草種子萌發(fā)的進(jìn)程并導(dǎo)致了禾草種子發(fā)芽高峰期推遲出現(xiàn)，這與本研究結(jié)果一致。在萌發(fā)的初級(jí)階段，種子首先面臨的是不同鹽分濃度產(chǎn)生的滲透脅迫，高濃度的鹽分誘導(dǎo)種子休眠從而抑制種子萌發(fā)。在種子萌發(fā)曲線上有多個(gè)發(fā)芽高峰，這可能是由于種子本身對(duì)Na+的毒害作用有一定的緩解。因種子本身的緩解能力強(qiáng)弱而異，緩解作用較強(qiáng)的種子萌發(fā)較早，緩解作用較弱的種子萌發(fā)較遲或根本不萌發(fā)，其機(jī)理尚有待進(jìn)一步研究。

3.2結(jié)論

1)低濃度的NaHCO3和混合鹽堿能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，種子發(fā)芽率高于對(duì)照，隨著鹽濃度的增加抑制作用增強(qiáng)。在不同鹽堿處理下，總體表現(xiàn)為隨著鹽堿濃度的增加，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)降低。

2)不同鹽堿對(duì)芨芨草種子萌發(fā)的抑制作用表現(xiàn)為：碳酸鹽>混合鹽>硫酸鹽>碳酸氫鹽>氯化鹽。鹽堿種類、濃度以及二者的相互作用對(duì)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響都存在極顯著差異。

3)同一鹽分不同濃度處理下種子萌發(fā)趨勢(shì)表現(xiàn)為：種子萌發(fā)初始天數(shù)推遲，發(fā)芽高峰種子的發(fā)芽數(shù)減少，種子發(fā)芽峰值隨濃度增加而逐漸降低。

4)芨芨草種子對(duì)NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3及混合鹽堿的敏感濃度分別為： 240、200、200、80及160 mmol/L。

[1] 孫娟.河北省海岸帶土壤鹽漬化研究[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2009,19(2):72-75.

[2] 余玲,王彥榮,孫建華.野大麥種子萌發(fā)條件及抗逆性研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),1999,8(1):50-57.

[3] 馬紅媛,梁正偉,王明明,等.NaCl脅迫對(duì)四種禾本科牧草種子萌發(fā)的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2009,28(7):1229-1233.

[4] 田宏,劉洋,張鶴山,等.鹽脅迫對(duì)扁穗雀麥種子萌發(fā)特性的影響[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,48(7):1709-1711.

[5] 王建麗,申忠寶,鐘鵬,等.NaCl 脅迫對(duì)15 個(gè)草地早熟禾品種萌發(fā)的影響[J].草原與草坪,2009(4):57-60.

[6] Levitt J.Responses of Plants to Environmental Stress[M].New York：Academic press,1980:300-590.

[7] 閻順國(guó).堿茅營(yíng)養(yǎng)吸收對(duì)鹽脅迫及滲透脅迫的反應(yīng)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),1995,4(2):66-70.

[8] 董秋麗,夏方山,董寬虎.堿性脅迫對(duì)芨芨草苗期生長(zhǎng)特性的影響[J].牧草與飼料,2010,4(1):25-28.

[9] 劉大林,邱偉偉,馬晶晶,等.不同苜蓿品種種子萌發(fā)時(shí)期的耐鹽性比較[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(9):163-169.

[10] 蘆翔,汪強(qiáng),趙惠萍,等.鹽脅迫對(duì)不同燕麥品種種子萌發(fā)和出苗影響的研究[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(7):77-81.

[11] 喬海龍,唐海洋,陳和,等.鹽分脅迫對(duì)大麥種子萌發(fā)的影響[J].大麥與谷類科學(xué),2008(2):35-39.

[12] 張鶴山,劉洋,田宏,等.黑麥種子在不同鹽分脅迫下萌發(fā)特性的研究[J].種子,2009,28(3):14-17.

[13] 武俊英,劉景輝,李倩,等.鹽脅迫對(duì)燕麥種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及葉片質(zhì)膜透性的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào),2009,29(2):341-345.

[14] 李晨,盧欣石.黑麥草屬9 個(gè)品種萌發(fā)及苗期耐鹽性研究[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(3):111-115.

[15] 毛培春,王勇.不同禾本科牧草材料種子萌發(fā)的耐鹽性試驗(yàn)[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,25(2):115-118.

[16] 郭彥,楊洪雙,趙家斌.混合鹽堿對(duì)大豆種子萌發(fā)的影響[J].種子,2008,27(12):92-94.

[17] 陶錦,王果平,陳韓飛,等.鹽脅迫下芨芨草種子萌發(fā)中有機(jī)物及酶活性的變化[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào),2004,22(6):504-506.

[18] 張劍云,陳水紅,魏萍.塔里木河流域4種野生豆科植物種子耐鹽性研究[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(6):116-120.

[19] 楊春武,賈娜爾·阿汗,石德成,等.復(fù)雜鹽堿條件對(duì)星星草種子萌發(fā)的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2006,15(5):45-51.

[21] 唐素英.芨芨草生物學(xué)特性和抗鹽性的研究[D].石河子:石河子大學(xué),2002.

[22] 王寧,曹敏建,王君,等.NaCl和Na2CO3+NaHCO3對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響差異研究[J].作物雜志,2009(4):52-56.

[22] 張永峰,殷波.混合鹽堿脅迫對(duì)苗期紫花苜蓿抗氧化酶活性及丙二醛含量的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(1):46-50.

[23] 孫小芳,江海東,林崢,等.NaCl脅迫下禾本科草坪草和牧草萌發(fā)特性的研究[J].中國(guó)草地,2000(6):26-29.