紫花苜蓿非秋眠型標準品種種子萌發期耐鹽性評價

陳托兄，王鐵梅，盧欣石

(1.盤錦職業技術學院科研所，遼寧 盤錦 124010； 2.北京林業大學林學院，北京 100083)

紫花苜蓿非秋眠型標準品種種子萌發期耐鹽性評價

陳托兄1，王鐵梅2，盧欣石2

(1.盤錦職業技術學院科研所，遼寧 盤錦 124010； 2.北京林業大學林學院，北京 100083)

應用隸屬函數法，以發芽勢、發芽率、根長、苗高、發芽指數、活力指數為指標，對紫花苜蓿(Medicagosativa)非秋眠型標準品種種子萌發期耐鹽性進行評價。結果表明，50 mmol/L NaCl對紫花苜蓿種子萌發沒有促進作用，而在NaCl濃度高于50 mmol/L下，紫花苜蓿發芽勢、發芽率、根長、苗高、發芽指數、活力指數隨著NaCl濃度的增加而降低。鹽脅迫對種子萌發活力指數的影響大于對種子發芽率的影響。萌發期指標的隸屬函數平均值綜合評價表明，非秋眠型紫花苜蓿耐鹽性強弱順序為：Dona Aan>Pierce>CUF101。非秋眠型紫花苜蓿在種子萌發期的耐鹽性高于中苜一號。

耐鹽性;紫花苜蓿;非秋眠型標準品種;隸屬函數;萌發期

種子萌發是植物生命開始的重要事件，也是植物最早接受環境脅迫的階段[1]。雖然種子萌發階段對鹽漬環境反應敏感，但是不同物種之間的種子對鹽漬環境的適應能力和適應機制也存在明顯的差異。甜土植物對鹽漬環境條件反應敏感，但是植物種間甚至品種之間也存在很大差異[2]。龔明等[3]指出，植物在萌發期及幼苗期耐鹽性最差；其次是生殖期，而其他發育階段對鹽脅迫相對不敏感。苜蓿品種的耐鹽鑒定是耐鹽品種選育的基礎，國內外對苜蓿耐鹽性的研究主要是萌發期和幼苗期[4]。眾所周知，高濃度的Na+對植物有害，但是，由于低濃度的Na+增加了細胞的膨脹從而促進生長，因此低濃度的Na+對植物的生長是有益的。

苜蓿秋眠性(fall dormancy)是苜蓿在秋季因日照長度變短和氣溫下降時的一種適應性生長特性[5]，隨著秋季光照時數減少，植物由向上生長轉向匍匐生長的生長習性，導致總產量減少，它可以發生在任何溫度和濕度水平上[6]。這種現象只能在苜蓿秋季刈割之后的再生中才能觀察到，而在春季或初夏刈割后卻觀察不到[7]。1998年，北美苜蓿改進會議(North American alfalfa improvement conference，NAAIC)提出了11級秋眠性等級和標準測定方法及標準對照品種，其中Dona Aan、Pierce和CUF101秋眠性等級分別是Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ的標準對照品種，屬于非秋眠類型。盧欣石和王鐵梅[6]在分析了我國92個苜蓿地方品種資源秋眠性后證明：中國苜蓿品種中大部分為極秋眠性和秋眠性品種，極少數種質屬于半秋眠類型，完全沒有非秋眠和極非秋眠類型。非秋眠苜蓿因其生長只受土溫影響而不受日照影響，所以較之秋眠苜蓿在快速再生、高產以及耐寒性等方面具有一定優勢。針對我國非秋眠型苜蓿資源匱乏的現狀，從美國引進了非秋眠苜蓿種質，以中苜一號(秋眠等級為3～4級，是中國農業科學院畜牧研究所育成的首個耐鹽苜蓿品種)為對照，對其耐鹽性進行評價研究。

1 材料與方法

1.1試驗材料及方法 用質量分數為0.5%的次氯酸鈉對Dona Aan，Pierce，CUF101和中苜一號種子消毒后用于萌發試驗，NaCl濃度分別為0、50、100、150和200 mmol/L。苜蓿種子分別在直徑100 mm的培養皿內發芽，發芽床為雙層濾紙，每個培養皿內用10 mL的處理液使濾紙濕潤，每個培養皿內整齊擺好50粒種子，然后在25 ℃/20 ℃(白天/黑夜)恒溫光照培養箱培養。每個處理重復3次，每天記錄萌發的種子數(胚根突破種皮2 mm被認為萌發)，以后定期更換相同濃度的鹽溶液，以3個重復中有一粒種子萌發即為該處理的發芽始期，萌發持續14 d。處理第7天時用刻度尺測定胚根長和胚芽長。根據以上數據統計下列指標[8]：

發芽勢(Ge)=n1/N×100%

式中,n1為第4天累積發芽種子數,N為供試種子總數。

發芽率(Gp)=n/N×100%

式中,n為第7天累積發芽種子數,N為供試種子總數。

發芽指數(Gi)=∑Gt/Dt

式中,Gt為在時間t天的發芽數,Dt為相應的發芽天數。

簡化活力指數(VI)=平均胚芽長(cm)×發芽指數

耐鹽臨界值：耐鹽適宜范圍(%)是發芽率達到對照發芽率75%以上的鹽溶液濃度范圍；耐鹽半致死濃度(%)是發芽率達到對照發芽率50%時相對應的鹽溶液濃度；耐鹽極限濃度(%)是發芽率達到對照10%時相對應的鹽濃度[9]。

1.2耐鹽性分析方法

1.2.1數據統計分析 采用SPSS 16.0統計軟件分析，方差分析時對百分率指標進行反正弦平方根轉換。

1.2.2隸屬函數的計算方法 采用模糊數學中隸屬函數法[10-15]，對不同秋眠等級紫花苜蓿進行耐鹽性綜合評價。若某一指標與耐鹽性指標呈正相關，用以下公式計算：

式中，X為某一耐鹽性指標的測定值，Xmax為該指標的最大值，Xmin為最小值。如果某一指標與耐鹽性指標呈負相關，則可以通過反隸屬函數計算其耐鹽性隸屬函數值，公式為：

先求出各個耐鹽指標在不同鹽濃度下的隸屬值，再把每一指標在不同鹽濃度下的隸屬值累加求平均值，最后再將每一品種各個耐鹽指標的隸屬值累加求其平均值，平均值越大則耐鹽性越強。通過比較非秋眠型紫花苜蓿的耐鹽隸屬值總平均值大小，最終確定其耐鹽性的強弱。

2 結果與分析

2.1NaCl脅迫對種子萌發的影響 雖然紫花苜蓿品種Dona Aan發芽勢在NaCl濃度為50 mmol/L時略有增加，但是多重比較表明差異不顯著(P>0.05)(圖1A)。Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號的發芽勢隨著鹽濃度的增加而降低，在高鹽脅迫下這種趨勢更明顯，而且對發芽勢的影響更大(圖1A)，說明鹽脅迫下種子內貯藏物質轉化速度變慢，導致發芽勢降低。當NaCl濃度為200 mmol/L時，只有Pierce和CUF101有極小的發芽勢，而品種Dona Aan和中苜一號發芽勢為0(圖1A)。

圖1 鹽脅迫對紫花苜蓿品種Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號發芽勢及發芽率的影響

注：圖中不同小寫字母表示同一品種不同鹽脅迫濃度間在0.05水平差異顯著(P<0.05)。下圖同。

對Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號不同鹽濃度下發芽率做多重比較，得到不同鹽濃度各品種在發芽率的差異顯著性情況(圖1B)。隨著鹽濃度的增加，非秋眠型紫花苜蓿的耐鹽性差異增大。值得一提的是，本試驗中50 mmol/L的鹽濃度對紫花苜蓿品種沒有促進作用。鹽濃度為50 mmol/L時，與對照相比，中苜一號發芽率降低了20.67%，CUF101發芽率有所增加；50 mmol/L的鹽濃度對Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號的發芽率影響不顯著，表明Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號種子能夠耐受一定濃度的鹽分。鹽濃度為100 mmol/L時，Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號的發芽率較對照均顯著降低(P<0.05)；Dona Aan、Pierce和CUF101發芽率分別降低了23%、25%和33%。鹽濃度為150 mmol/L時，中苜一號的發芽率降低了83.47%，Dona Aan和CUF101的發芽率分別降低了74.13%、78.23%；Pierce發芽率降低最少，降低值為48.82%，傷害最輕。高濃度的鹽分嚴重地抑制了紫花苜蓿種子的萌發，當NaCl濃度達到200 mmol/L時，中苜一號種子發芽率為0；CUF101

發芽率也僅為0.67%。

2.2NaCl脅迫對種苗的影響 研究脅迫環境對種子萌發的影響時，多以根的生長量作為指標之一[16]。在不同NaCl溶液下，Dona Aan、 Pierce、CUF101和中苜一號萌發期的幼根伸長與發芽率基本一致，隨著NaCl濃度的增加，幼根的伸長并未全部減弱(圖2A)。隨著NaCl濃度的增加，Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號幼根生長受到抑制。隨著NaCl濃度的增加，各品種幼苗苗高(胚軸長)整體呈下降趨勢，盡管Dona Aan、 Pierce幼苗在NaCl濃度為50mmol/L時比對照幼苗高，但多重比較結果顯示差異并不顯著(P>0.05)，即50 mmol/L的NaCl并沒有促進Dona Aan、 Pierce苗高的生長，結合NaCl濃度對胚根的影響可以得出：50 mmol/L的NaCl并不能促進Dona Aan、 Pierce、CUF101和中苜一號種苗的生長。隨著NaCl濃度的增加，Dona Aan、 Pierce、CUF101和中苜一號苗高生長均受到抑制，NaCl濃度越高，對Dona Aan、 Pierce、CUF101和中苜一號苗高影響差異性越大(圖2B)。

圖2 鹽脅迫對紫花苜蓿品種Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號根長及苗高的影響

2.3NaCl脅迫對種子發芽指數和活力指數的影響 種子的活力指數能更全面地反映種子萌發期的耐鹽能力。Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號隨著NaCl濃度的增加，發芽指數和活力指數隨NaCl濃度的增加明顯下降(圖3)。50 mmol/L NaCl處理與對照相比，中苜一號的發芽指數顯著降低，Dona Aan、Pierce、CUF101發芽指數差異均不顯著。100 mmol/L NaCl及更高濃度處理下，Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號發芽指數及活力指數與對照相比顯著下降，高濃度的NaCl脅迫顯著地降低了Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號發芽速度以及種苗的健壯程度，延長了發芽時間。50 mmol/L NaCl處理與對照相比，Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號的活力指數都沒有顯著增加。

2.4紫花苜蓿種子萌發臨界值的確定 用種子發芽率和活力指數進行回歸分析，計算出紫花苜蓿種子的發芽和整齊發芽的適宜鹽濃度范圍、耐鹽半致死濃度和耐鹽致死濃度(表1)。以發芽率與鹽濃度計算的耐鹽適宜濃度排序為Pierce>Dona Aan>CUF101>中苜一號，以耐鹽半致死濃度排序為Pierce>Dona Aan>CUF101>中苜一號；以耐鹽適宜濃度與耐鹽半致死濃度的排序相同。以活力指數與鹽濃度計算的耐鹽適宜濃度排序為Dona Aan>Pierce>CUF101>中苜一號，與耐鹽半致死濃度相同。種子發芽率和活力指數與植物本身的生物學特性有關之外，與種子所處的外界環境的關系更為密切[17]。發芽率和活力指數與鹽濃度呈顯著負相關，在非秋眠型紫花苜蓿耐鹽適宜范圍、耐鹽半致死濃度和耐鹽致死濃度的回歸計算發現，鹽脅迫對種子萌發活力指數的影響大于種子的發芽率(表1)，這一結果說明鹽脅迫對非秋眠型紫花苜蓿種子萌發速度、幼苗生長勢的影響大于對萌發能力的影響，與白玉娥[9]、閻秀峰和孫國榮[18]、陶嘉齡和鄭光

華[19]、周愛清和羅順[20]的研究結果一致。2.5紫花苜蓿萌發期耐鹽性綜合評價(模糊數學隸屬法) 用模糊數學函數隸屬法對紫花苜蓿秋眠型標準品種的發芽勢、發芽率、根長、苗高、活力指數、發芽指數進行分析，從而綜合評價其耐鹽性(表2)。結果表明，萌發期非秋眠型紫花苜蓿型之間的差異顯著(P<0.05)，隸屬函數平均值越大，綜合性狀越好。紫花苜蓿耐鹽性由強到弱的綜合排名為：Dona Aan>Pierce>CUF101>中苜一號，非秋眠型紫花苜蓿萌發期耐鹽性能力比中苜一號強。上述綜合指標在一定程度上反映了耐鹽性的強弱，在種子萌發階段進行耐鹽性評價時，種子發芽率可以作為評價耐鹽的指標，而且種子及種子萌發階段的耐鹽性不僅與種子的萌發能力有關，同時與種子的萌發速度、發芽整齊度和幼苗的茁壯成長有關，為此應與發芽指數和活力指數結合起來進行綜合評價，這樣既考慮了種子群中萌發種子的數目，也考察了種子萌發的速度和整齊程度。

圖3 鹽脅迫對紫花苜蓿品種Dona Aan、Pierce、CUF101和中苜一號發芽指數及活力指數的影響

指標品種相關系數回歸方程臨界值(mmol/L)適宜濃度半致死濃度致死濃度發芽率(%)DonaAan-0.935**y=214.663-1.911x≤78124196Pierce-0.913**y=246.509-2.544x≤85139225CUF101-0.928**y=197.138-2.024x≤72113180中苜一號-0.963**y=185.015-2.200x≤5296167活力指數DonaAan-0.918**y=179.264-1.582x≤67104164Pierce-0.926**y=186.742-2.132x≤63104170CUF101-0.937**y=171.690-2.233x≤4990155中苜一號-0.919**y=138.088-2.270x≤3670125

注：**表示相關性極顯著，x表示發芽率或活力指數，y表示鹽濃度。

表2 鹽脅迫下4個紫花苜蓿品種萌發指標綜合評定及排序

3 結論

1)非秋眠型紫花苜蓿對較低濃度的NaCl溶液具有一定的耐受性。與對照相比，50 mmol/L NaCl處理對種子萌發影響差異不明顯，對非秋眠紫花苜蓿種子萌發并沒有促進作用。而在高濃度下，非秋眠紫花苜蓿發芽勢、發芽率、根長、苗高、發芽指數、活力指數隨著鹽濃度的增加而降低。

2)發芽率和活力指數與鹽濃度呈極顯著負相關，鹽脅迫對種子萌發活力指數的影響大于種子的發芽率。以活力指數與鹽濃度計算的非秋眠型紫花苜蓿Dona Aan、Pierce和CUF101的耐鹽適宜濃度分別為：67、63和49 mmol/L；耐鹽半致死濃度為104、104和90 mmol/L；耐鹽致死濃度為164、170和155 mmol/L。而中苜一號的耐鹽適宜濃度和耐鹽致死濃度均比非秋眠型紫花苜蓿低。當NaCl濃度大于90 mmol/L時，對非秋眠型紫花苜蓿的生長極為不利。

3)依據模糊數學隸屬法對非秋眠紫花苜蓿的耐鹽性綜合評價，非秋眠型紫花苜蓿耐鹽性由強到弱的綜合排名為：Dona Aan>Pierce>CUF101>中苜一號。非秋眠型紫花苜蓿萌發期耐鹽性能力比中苜一號強。

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Evaluationonthesalttoleranceoffallnondormancystandardvarietiesofalfalfaatthegerminationperiod

CHEN Tuo-xiong1，2，WANG Tie-mei，LU Xin-shi2

(1.Scientific Research Institute, Panjin Vocational and Technical College, Liaoning Panjin 124010, China; 2.Forestry College, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

Membership function of fuzzy mathematic was used to evaluate the salt tolerance of fall nondormancy standard varieties of alfalfa (Dona Aan, Pierce, CUF101) at the germination period by considering germination power, germination percentage, root length, shoot length, the germination index and the vigor index as the evaluation indicators. This study indicated that low levels of salinity (0-50 mmol/L NaCl) did not increase seed germination. The increase of NaCl concentration reduced the germination power, germination percentage, root length, shoot length, the germination index and the vigor index when NaCl concentration was over 50 mmol/L. The effect of salt stress on the vigor index was stronger than that on the seed germination rate. Evaluation results of membership function of fuzzy mathematic showed that the salt tolerance of alfalfa varieties was Dona Aan>Pierc>CUF101>Zhongmu No.1.

salt tolerance;Medicagosativa; fall nondormancy standard varieties; membership function; germination period

S551+.7；Q945.78；Q945.35

A

1001-0629(2011)01-0121-06

2010-03-31 接受日期：2010-06-08

國家科技支撐“牧草育種技術研究及產業開發”項目(2008BADB3B)；“優質抗逆專用草新品種選育”課題(2006BAD01A19)

陳托兄(1980-),女,甘肅靜寧人,博士,主要從事植物生理方面的研究。E-mail:chentx03@lzu.cn

盧欣石 E-mail:luxinshi@bjfu.edu.cn