不同鹽脅迫對高羊茅種子萌發的影響

盧艷敏

(1.衡水學院生命科學系，河北 衡水053000； 2.中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，北京 100081)

土壤鹽漬化是世界性問題，全世界鹽漬土面積為8×108hm2[1]，我國各類鹽漬土總面積約1×108hm2[2]。土壤鹽漬化是影響世界農業生產最主要的非生物脅迫之一[3]，種植耐鹽牧草、草坪草是改良利用鹽堿土的一種重要措施[4]。

目前，城市綠地鹽漬化水平也日益嚴重，種子萌發和幼苗生長階段是植物種群能否在鹽漬環境下定植的關鍵時期之一，因此，研究鹽分對草坪草種子萌發的影響及草坪草對鹽脅迫的適應性，對于提高草坪草的耐鹽能力和草坪草的質量具有重要的生物學和生態學意義。高羊茅(Festucaarundinacea)是禾本科羊茅屬多年生草本植物，為叢生型禾草。高羊茅的生長具有廣泛的適應性，抗逆性強，適用于多種土壤和氣候條件，是最耐熱和耐踐踏的冷季型草坪，也是一種常見牧草。本研究分析不同濃度NaCl、Na2CO3、Na2SO4及混合鹽NaCl+Na2CO3、混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫對高羊茅種子萌發以及幼苗生長的影響，以為進一步研究高羊茅對鹽脅迫的適應能力和培育抗鹽品種、鹽漬化土地的改良提供科學參考。

1 材料與方法

1.1供試材料和試劑 高羊茅種子由衡水市園林處種子站提供，NaCl、Na2CO3、Na2SO4均為分析純。

1.2試驗方法 采用NaCl、Na2CO3、Na2SO4單鹽溶液，NaCl和Na2CO3的混合鹽，以及NaCl、Na2CO3和Na2SO4三者的混合鹽溶液處理高羊茅種子，每種鹽設6個濃度梯度(表1)。高羊茅種子用0.1%HgCl2溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈。選取籽粒飽滿、大小均一的種子100粒，置于鋪有兩層濾紙的培養皿中，每個處理3個重復，分別加入不同濃度的處理液15 mL，以蒸餾水作為對照。在25 ℃的培養箱中進行培養，每天更換處理液，觀察并記錄種子發芽數。11 d后統計種子發芽率，每個處理隨機挑取10粒發芽種子測量根長和苗高。

式中，Gt為不同時間發芽數，Dt為相應發芽天數。

式中，規定天數內發芽種子數為發芽第7天發芽種子數。

式中，S為幼苗的平均質量。

表1 各處理的成分及鹽分濃度

1.3數據統計分析 數據使用Excel 2007錄入，作圖。采用SPSS 13.0軟件中的One-way ANOVA進行方差分析，Duncan進行多重比較。

2 結果與分析

2.1鹽脅迫對高羊茅種子發芽率的影響 高羊茅種子在不同鹽脅迫下，發芽率總體呈下降趨勢(表2、表3)。在兩種單鹽(NaCl、Na2CO3)和混合鹽(NaCl+Na2CO3)的脅迫下，高羊茅種子的發芽率隨著鹽濃度的升高而降低；在50 mmol·L-1的NaCl、25 mmol·L-1的Na2CO3、100 mmol·L-1的Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3)的脅迫下高羊茅種子的發芽率與對照相比差異極顯著(P<0.01)。

表2 NaCl、Na2CO3和Na2SO4、脅迫對高羊茅種子發芽的影響

表3 混合鹽(NaCl+ Na2CO3)和(NaCl+ Na2CO3+ Na2SO4)脅迫對高羊茅種子發芽的影響

在單鹽Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下，低濃度促進高羊茅種子發芽，高濃度抑制高羊茅種子發芽；在25 mmol·L-1Na2SO4和100、200 mmol·L-1的Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下，高羊茅種子的發芽率要高于對照，但差異不顯著；并且隨鹽濃度的增加高羊茅種子發芽率降低，在100 mmol·L-1Na2SO4和400 mmol·L-1Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下的發芽率顯著低于對照(P<0.01)；表明低濃度的Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫促進種子萌發，高濃度的Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫抑制種子萌發。

在300、400 mmol·L-1NaCl，100、150和200 mmol·L-1Na2CO3，300 mmol·L-1Na2SO4，400、600和800 mmol·L-1Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3)，1 000和1 400 mmol·L-1Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下，高羊茅種子萌發完全被抑制，發芽率為0。

高羊茅種子在NaCl脅迫下的發芽率高于Na2CO3和混合鹽(NaCl+Na2CO3)脅迫下的發芽率，低于Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下的發芽率，結果表明，高羊茅種子對不同類型鹽的耐受性各異。不同鹽分對種子萌發的抑制程度為Na2SO4<混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)

2.2鹽脅迫對高羊茅種子發芽指數、發芽勢、活力指數的影響 在3種單鹽和2種混合鹽脅迫下，高羊茅種子的發芽指數、發芽勢和活力指數均表現為隨鹽濃度的升高而降低(表2、表3)。

當NaCl濃度≥100 mmol·L-1， Na2CO3濃度≥25 mmol·L-1，Na2SO4濃度≥100 mmol·L-1時種子的發芽勢顯著降低(P<0.01)。混合鹽在濃度處理Ⅱ時對發芽勢的抑制作用明顯加強，和對照差異極顯著(P<0.01)。當單鹽(NaCl、Na2CO3、Na2SO4)濃度≥25 mmol·L-1時，與對照相比，種子發芽指數明顯降低(P<0.01)，2種混合鹽脅迫均在濃度處理Ⅰ顯著降低了種子的發芽指數。種子的活力與發芽指數、幼苗的生長呈正相關，隨著鹽濃度的升高，對發芽指數和幼苗生長的抑制作用逐漸加強，因此種子活力指數也隨之下降。NaCl濃度≥25 mmol·L-1，Na2CO3濃度≥12.5 mmol·L-1，Na2SO4濃度≥25 mmol·L-1時，種子的活力指數顯著降低；混合鹽(NaCl+Na2CO3)在濃度處理Ⅰ下種子活力指數顯著降低；混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)在濃度處理Ⅱ顯著降低了種子的活力指數，與對照相比差異極顯著(P<0.01)。

2.3鹽脅迫對高羊茅根長和苗高的影響 鹽脅迫對高羊茅幼根生長和幼苗生長具有顯著的抑制作用(圖1、圖2)，3種單鹽和2種混合鹽脅迫對根長和苗高的抑制規律一致，表現為隨鹽濃度的提高而降低，并且對高羊茅幼根生長的抑制作用要大于對幼苗生長的抑制作用。表明幼根對鹽分脅迫更加敏感，可能與根直接接觸鹽溶液有關。

當NaCl濃度≥50 mmol·L-1時，根長和苗高受到顯著的抑制作用。當Na2CO3濃度≥25 mmol·L-1時，幼苗的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)；Na2CO3濃度≥12.5 mmol·L-1時，幼根的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)。Na2CO3脅迫對幼根的抑制作用明顯大于對幼苗的抑制作用。當Na2SO4≥50 mmol·L-1時，幼苗生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)；Na2SO4≥25 mmol·L-1時，幼根生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)。不同濃度的Na2SO4脅迫對根長和苗高的抑制作用無明顯區別(圖1)。當混合鹽(NaCl+Na2CO3)Na+濃度≥50 mmol·L-1時和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)Na+濃度≥100 mmol·L-1時,幼根的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)，當混合鹽(NaCl+Na2CO3)Na+濃度≥100 mmol·L-1時和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)Na+濃度≥200 mmol·L-1時，幼苗的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)，并且2種混合鹽脅迫對幼根的抑制作用明顯大于對幼苗的抑制作用(圖2)。在Na2CO3脅迫下幼根和幼苗的長度明顯低于其他2種單鹽和混合鹽脅迫，表明Na2CO3溶液明顯抑制幼根和幼苗的生長。同時出現許多無根有芽的畸形苗；在高濃度的混合鹽脅迫下也有畸形苗。

2.4鹽脅迫對高羊茅種子相對鹽害率的影響 相對鹽害率反映了種子萌發期鹽脅迫對種子的傷害程度。隨著鹽濃度的增加，高羊茅種子的相對鹽害率呈上升趨勢即對種子的傷害程度逐漸增大(表2、表3)。Na2SO4濃度為25和50 mmol·L-1時，100 mmol·L-1的Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)，相對鹽害率為負值，促進了種子的萌發。高濃度的NaCl(300和400 mmol·L-1)，Na2CO3(100、150和200 mmol·L-1)，Na2SO4(300 mmol·L-1)，Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3) (400、600和800 mmol·L-1)，Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4) (1 000和1 400 mmol·L-1)脅迫下，相對鹽害率為100。結果表明在幾種鹽脅迫下，Na2CO3脅迫對高羊茅種子的傷害作用最大，嚴重抑制了種子的發芽。

圖1 NaCl、Na2CO3和Na2SO4脅迫對高羊茅根長和苗高的影響Fig.1 Effects of NaCl, Na2CO3 and Na2SO4 on shoot and root growth of tall fescue seedling

3 討論與結論

鹽脅迫對植物種子的抑制程度與鹽的濃度、種類及植物抗鹽能力有關，其對植物種子萌發的危害主要有兩個方面，一是滲透效應，二為離子效應[5]。滲透效應是指當土壤中鹽分含量增加時，滲透壓也隨之提高，而水勢相應降低，使種子吸水困難，從而影響種子的萌發。離子效應是指某種離子濃度升高對種子造成的毒害。本試驗研究不同濃度NaCl、Na2CO3、Na2SO4及混合鹽NaCl+Na2CO3和NaCl+Na2CO3+Na2SO4脅迫對高羊茅種子萌發以及幼苗生長的影響,結果發現，低濃度鹽對高羊茅種子的萌發影響不大，高濃度鹽會對種子造成毒害而抑制其萌發。前人研究發現[4,6-7]，隨著鹽濃度的升高，不同高羊茅品種的發芽率呈下降趨勢，與本研究結果一致。隨著鹽濃度的升高，高羊茅種子的發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數均呈下降趨勢，且對幼苗生長和幼根生長的抑制作用加強。

鹽分是土壤的重要組成部分，也是植物生長的必需營養元素，但是過量鹽分會對植物造成滲透脅迫、干擾營養離子平衡，通過抑制或誘導多種酶系統來影響植物的新陳代謝[8-11]。在一定濃度范圍內，低鹽濃度對種子萌發起到促進作用，隨著鹽濃度的提高，發芽率呈下降趨勢[12]。本研究發現不同鹽分對種子萌發的抑制程度不一樣，Na2SO4脅迫對種子萌發的危害最小，表現為低濃度促進，高濃度抑制。Na2CO3脅迫對種子萌發的危害最大，Na2CO3濃度為100 mmol·L-1時，發芽率為0，NaCl對種子萌發的危害介于兩者之間。說明除了高濃度的Na+對高羊茅種子萌發具有抑制作用外，堿性鹽的高pH值也會對高羊茅種子萌發造成嚴重的危害，這與黃立華等[13]研究結果一致。劉愛榮等[14]研究發現，Na2CO3脅迫下高羊茅種子的發芽勢、發芽率、根長等指標的下降幅度顯著大于NaCl脅迫；Na2CO3脅迫產生的毒害作用強于NaCl脅迫，Na2CO3的高pH值是抑制高羊茅種子萌發和幼苗生長的最主要因素，其次是Na+毒害，Na2CO3的滲透脅迫作用不明顯；而在NaCl脅迫下，高羊茅生長受抑制，則為離子毒害效應和滲透脅迫共同作用所致，與pH值無關。

混合鹽脅迫對高羊茅種子萌發的抑制作用隨濃度的升高而加大，但低于相應濃度的Na2CO3處理，可能Cl-和SO42-的競爭作用緩解CO32-的毒害作用,本研究發現，某一鹽分濃度過高，其危害程度比多種鹽分同時存在時要大。一方面由于離子競爭作用減少了植物對毒害離子的吸收數量，另一方面增加了其他養分的吸收數量，使體內各種養分趨于平衡，保證正常生理作用的發揮。當然，總鹽分濃度過高，也會抑制生長。無論單鹽還是混合鹽脅迫,對高羊茅幼根的生長影響明顯大于對幼苗生長的影響，說明鹽脅迫對根的毒害作用較大，這可能與根和鹽分直接接觸有關。具體機制還需要進一步研究。

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