種子萌發期38份偃麥草種質耐鹽性評價

孫宗玖，李培英，阿不來提，吉鵬飛

(新疆農業大學草業與環境科學學院 新疆草地資源與生態實驗室,新疆 烏魯木齊，830052)

土壤鹽漬化是一個世界性的資源環境和生態問題。據統計，全世界有 9.55×108hm2鹽堿地，而我國約有2.67×107hm2，其中鹽堿耕地6.66×106hm2，鹽漬化荒地和鹽堿化草地2.00×107hm2[1]，且均集中在“三北”內陸地區及長江以北沿海地帶[2]，并有不斷擴大的趨勢。近年來，迫于人口增加、資源短缺、環境惡化的壓力，如何開發利用或改良鹽漬土已成為當前研究的熱點問題之一。目前，改良利用鹽漬土的途徑很多，但篩選與推廣耐鹽草種一直被認為是改良利用、控制鹽漬土的重要途徑之一[3-4]。

偃麥草(Elytrigiarepens)為多年生根莖禾草，具有適應性強、抗寒、耐旱、耐鹽堿等特點，特別是對小麥(Triticumaestivum)的多種病害具有明顯的抗性，在其遠緣雜交育種研究中具有十分重要的作用[5-6]。同時偃麥草也是一種優良牧草和草坪草資源，是新疆、青海、內蒙古等省(區)重要的牧草資源和防風固沙植物[7]。目前，有關偃麥草屬種質資源耐鹽性的研究多是從形態、生理響應角度出發，對種子萌發期或苗期的偃麥草、中間偃麥草、毛偃麥草等進行鑒定和評價，且多針對單鹽脅迫條件下國外引入的偃麥草屬資源[8-11]，但土壤中的鹽分大多數是以NaCl、Na2SO4混鹽形式存在并影響植物的生長發育[12]。相對而言，在混鹽脅迫條件下對我國不同來源或不同生境下偃麥草種質資源耐鹽性的評價較少。與此同時，種子萌發期是種子植物生活史中的關鍵階段，一直被認為是鑒定植物抗旱、耐鹽性的重要時期[13-16]。基于以上認識，本試驗以NaCl、Na2SO4混合鹽溶液模擬鹽脅迫，對引自北京市農林科學院和采自新疆不同生態環境的38份偃麥草種質資源進行種子萌發期的耐鹽性評價，力圖篩選出耐鹽性強的生態型，為進一步培育適宜我國鹽漬土種植的優良偃麥草新品種提供依據。

1 材料與方法

1.1試驗材料 供試偃麥草材料共計38份，其中4份引自北京市農林科學院，34份采自新疆不同生境(表1)。2006年6月，將供試材料條植于新疆農業大學試驗場，出苗后進行正常田間管理工作[13]。本試驗所需偃麥草種子于2010年7月采自該試驗區。

1.2試驗設計 精選大小一致、籽粒飽滿、無破損種子50粒，70%酒精消毒30～60 s 后，蒸餾水沖洗干凈放于直徑為9 cm的培養皿中，以雙層濾紙為芽床。用1.2%NaCl和Na2SO4混合溶液(NaCl與Na2SO4的質量比為1∶1)10 mL模擬鹽脅迫[8]，對照加入10 mL蒸餾水，置于變溫光照培養箱進行發芽，高溫30 ℃(8 h，3 000 lx光照強度)，低溫20 ℃(16 h，黑暗)，每處理重復5次。以胚根突破種皮1mm、胚芽為種子長1/2為發芽標準，逐日定時記載發芽種子數。21 d后結束試驗時，每重復隨機選取10株幼苗，用精度為0.1 cm的刻度尺測量胚根長、胚芽長，用精度為0.1 mg電子天平稱量幼苗質量。

表1 供試材料偃麥草資源的編號及來源

1.3測定內容及方法

1.3.1種子活力 種子活力測定按照以下公式計算。

式中，DG為逐日發芽數，DT為相應DG的發芽天數。

活力指數=發芽指數×幼苗質量。

1.3.2種子萌發特性 主要包括相對胚芽長、相對胚根長、相對發芽率、相對發芽勢、相對活力指數的計算。

1.3.3萌發耐鹽指數及萌發脅迫指數 參考李培英等[13]、王贊等[14]及安永平等[15]方法。

萌發指數=1.00G2+0.75G4+0.50G6+0.25G8。

式中，G2、G4、G6、G8分別為各供試偃麥草材料第2、4、6、8天的種子發芽率。

1.4數據處理 利用Microsoft Excel 2003及SPSS 11.5進行數據的處理與分析。

采用隸屬函數法[13-14]進行耐鹽性綜合評定，首先按照式(1)進行數據的標準化處理；然后按照式(2)、(3)、(4)依次計算標準差系數(Vj)、權重系數(Wj)、隸屬函數值(D)。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，j=1,2,3,…n，xj表示第j個指標值，xmin表示第j個指標的最小值,xmax表示第j個指標的最大值。

2 結果與分析

2.1鹽脅迫對38份偃麥草材料種子活力的影響 與對照相比，鹽脅迫下38份偃麥草材料的發芽率、發芽勢、發芽指數及活力指數均出現降低趨勢(表2)，但降低幅度存在一定的差異，依次為24.2%～95.1%、25.0%～100.0%、10.2%～96.1%、42.7%～98.1%。從發芽率看，E27、E37、E40、E33、E35、E06、E41降幅較大，均大于88.6%，E03、E16、E17、E31降低幅度較小，均小于35.7%，且E03(75.8%)、E16(72.9%)、E17(69.4%)、E31(64.3%)的相對發芽率顯著高于E27(4.9%)、E37(5.9%)(P<0.05)，顯示出較強的耐鹽能力；材料E01、E02、E06、E10、E18、E19、E21、E24、E28、E30、E33、E34、E35、E36、E37、E39、E40、E41的發芽勢降低幅度最大，為100.0%，7 d內均沒有萌發，其相對發芽勢也表現最低，為0，而材料E03降低幅度最小，為25.0%；發芽指數降低幅度大于90%的材料有E27、E37、E40、E06、E33、E41，而E42、E17、E03的降幅較小，小于35.0%；活力指數降幅大于90.0%的有E27、E37、E06、E33、E41、E40、E35、E30、E38，降幅小于50%的材料有E17、E03、E04、E42，且E17、E03、E04的相對活力指數顯著高于E27、E37(P<0.05)。

2.2鹽脅迫對種子萌發特性的影響 鹽脅迫下38份偃麥草材料間相對胚根長、相對胚芽長均存在顯著差異(P<0.05,表3)。從相對胚根長看，鹽脅迫對E17、E31、E25、E18、E28抑制較輕，依次為29.7%、28.5%、22.2%、21.6%、20.4%，而E38、E08、E40則表現受抑制較重，均在6.0%以下；從相對胚芽長看，材料E04、E31受抑制最輕，分別為66.8%、63.0%，而E23、E27受脅迫較重，分別為20.4%、26.2%。

2.3鹽脅迫對萌發脅迫指數及萌發耐鹽指數的影響 鹽脅迫下38份偃麥草材料間萌發耐鹽指數、萌發脅迫指數差異顯著(P<0.05，表3)。材料E03、E38的萌發耐鹽指數較大，依次為61.1%、57.2%，顯著高于萌發耐鹽指數小于8.0%的材料，包括E02、E06、E11、E18、E19、E24、E27、E28、E33、E34、E35、E37、E39、E41(P<0.05)，顯示出較強的耐鹽能力。材料E17、E03的萌發脅迫指數相對較高，分別為69.6%、66.9%，顯著高于E27(3.9%)、E37(4.8%)(P<0.05)，其余材料居中。在38份偃麥草材料中，萌發脅迫指數大于50%、萌發耐鹽指數大于30%的材料有4份，即E03、E16、E31和E42；萌發耐鹽指數為0，且萌發脅迫指數小于5%的種質有2份，即 E27和E37。

表2 鹽脅迫對偃麥草種子活力的影響

表3 鹽脅迫對偃麥草種子萌發特性及萌發脅迫指數和萌發耐鹽指數的影響

表4 偃麥草種質資源指標間的相關分析

2.4偃麥草種質資源耐鹽性綜合評價 由于鹽脅迫下相對發芽率、相對發芽勢、相對活力指數、相對胚根長、相對胚芽長、萌發耐鹽指數、萌發脅迫指數中大多數指標間均存在顯著正相關關系(表4)，說明各指標在提供偃麥草耐鹽信息時存在一定的重疊，會影響到耐鹽綜合評價結果的準確性，需對耐鹽評價指標進行主成分分析，形成綜合指標再進行耐鹽性評價，相對比較客觀。

主成分分析表明(表5)，7個耐鹽性指標被轉化為2個新的綜合指標，且這2個指標的累積貢獻率達80.43%，即涵蓋了7個單項指標80.43%的耐鹽信息。C(Ⅰ)中相對發芽率、相對活力指數、萌發脅迫指數的因子負荷均在0.90以上，可以理解為鹽脅迫下偃麥草種子萌發活力情況；C(Ⅱ)中因子負荷均大于0.70的指標有相對胚根長、相對胚芽長，可理解為鹽脅迫下偃麥草種子的萌發生長情況。采用隸屬函數法，以C(Ⅰ)、 C(Ⅱ)為評價指標，利用公式(1)～(4)進行綜合指標的權重(Wj)、隸屬函數值(D)與偃麥草耐鹽綜合評價值的計算，結果如表6所示。38份偃麥草材料間的綜合評價值介于0.140～0.813，其中綜合評價值大于0.60以上的材料有E03(0.813)、E31(0.657)、E16(0.657)、E17(0.621)，表明種子萌發期這4份材料具有較強的耐鹽能力；綜合評價值0.20以下的材料有5份，即E27(0.140)、E37(0.144)、E41(0.162)、E33(0.183)、E40(0.192)，顯示出較弱的耐鹽性；其余29份種質材料耐鹽性居中，綜合評價值在0.20～0.60。

表5 偃麥草各綜合指標的因子負荷量及貢獻率

表6 偃麥草綜合指標值C(x)、權重Wj、隸屬函數值D與綜合評價值

3 討論與結論

鹽脅迫是全球普遍存在的一種非生物脅迫，是限制植物生長和發育的主要環境因素[17-20]。不同物種對鹽漬環境的適應能力和適應機制均會存在明顯的差異，即使是同一物種或品種其耐鹽性也因發育階段不同而改變[21]。一些研究表明[22-23]，種子在萌發階段對環境的鹽分反應是非常敏感的，可以作為評價植物耐鹽性的一個主要階段，并在大豆(Glycinemax)、水稻(Oryzasativa)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、甜高粱(Sorghumbicolor)等作物上得以應用[24-25]。本研究采用1.2%的NaCl和Na2SO4混合溶液對38份偃麥草材料進行耐鹽性研究表明，與對照相比，鹽脅迫降低了偃麥草材料的種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數，降低幅度依次為24%～95%、25%～100%、10%～97%、42%～99%，抑制了其胚芽和胚根的生長，降低了偃麥草的萌發性能；各測定指標間的降幅差異也顯示出偃麥草材料間的耐鹽差異性，且萌發耐鹽指數結合萌發脅迫指數篩選出的鹽敏感及耐鹽偃麥草種質材料，與利用隸屬函數綜合評價法篩選的材料基本一致，一定程度上說明可通過這2個指標進行種子萌發期極端耐鹽材料的篩選。

從野生植物資源中篩選耐鹽性強的優良牧草、草坪草種質材料，再結合傳統育種手段或現代生物技術手段培育新的品種(系)是豐富我國國產草種資源及挖掘優良耐鹽基因的重要途徑之一。本研究采用隸屬函數法對偃麥草種子萌發期耐鹽性進行綜合評價，初步評價認為其耐鹽性由強到弱依次為E03、E31、E16、E17、E42、E26、E04、E25、E12、E38、E15、E36、E13、E32、E09、E21、E07、E08、E01、E29、E10、E18、E24、E28、E30、E23、E11、E39、E02、E34、E19、E35、E06、E40、E33、E41、E37、E27。從耐鹽排序上看，偃麥草耐鹽性強弱與其地理分布的小生境密切相關，是長期適應鹽堿、干旱等逆境環境的結果。如材料E31、E27同樣來源于新疆南疆焉耆縣四十里城，但在耐鹽上卻顯示較大的差異性，E31采自路邊，經常受到踐踏，土壤相對干旱，鹽堿性較大，而E27則采自農田邊，相對環境條件較好，土壤鹽堿含量較輕。同樣采集新疆北疆昭蘇馬場的材料E41和E42間的耐鹽性差異也較大，前者分布在農田邊，而后者分布在河岸邊。從耐鹽性較強的E03、E16、E31、E42、E26、E04、E25看，雖然材料來自的地理區域范圍較大，但它們都有一個相似的小生境條件，多數分布在路邊、渠邊或林下，常常與賴草(Leymussecalinus)混生，或分布在干旱鹽堿含量較大的地方，而耐鹽性較弱的材料多分布在農田邊、果園等地或土壤相對肥沃的草原區。因此，從野生植物資源中篩選耐鹽性強的優良牧草、草坪草種質材料時,應在盡量保證其生態地理環境多樣性的同時，更注意小環境的差異，以便篩選出更優良的耐鹽牧草。

由于植物耐鹽性是由多因素相互作用而形成的一個較為復雜的生態、生理響應過程，即使是同一種植物耐鹽性的鑒定，也往往由于所處生育期的不同而表現出一定的差異。本研究僅從種子萌發期對供試的38份偃麥草材料進行了耐鹽性綜合評價，為了更好地保障篩選出的材料準確可靠，還需要對篩選出的材料進行苗期鹽脅迫的監測與驗證，以便更好地指導生產實踐。

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