垂穗披堿草種子萌發(fā)的耐鹽性研究

劉艷君，祁 娟，柳 茜，張小嬌

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院／草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室／中－美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.涼山州畜牧獸醫(yī)研究所，四川 西昌 615042）

由于生態(tài)環(huán)境的不斷惡化和人為不合理的開發(fā)利用，造成土壤鹽堿化程度不斷加深擴(kuò)大。目前，全世界鹽漬土面積約10億hm2，我國(guó)鹽漬土面積3 460萬hm2，耕地鹽堿化760萬hm2，近1／5耕地發(fā)生鹽堿化，其中，原生鹽化型、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的52%，40%和8%［1］。我國(guó)西北地區(qū)降水量稀少，引起土壤的次生鹽漬化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，極大地影響了飼草的產(chǎn)量和品質(zhì)。飼草作為畜牧業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，質(zhì)量好壞直接影響畜產(chǎn)品的數(shù)量和品質(zhì)，而且嚴(yán)重影響著我國(guó)畜牧業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高［2］。在糧食不足的壓力下，開發(fā)利用鹽堿地不僅是我國(guó)增加農(nóng)業(yè)可利用土地資源的需要，也是改善生態(tài)環(huán)境，增加綠色植被，進(jìn)行國(guó)土綜合治理的需要［3］。

諸多研究報(bào)道，鹽脅迫通常會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，植物耐鹽性與植株地上部對(duì)Na＋和Cl－積累的限制力及高 K＋／Na＋值保持能力有關(guān)，植株地上部K＋／Na＋比率高者耐鹽性強(qiáng)［4］。在鹽漬環(huán)境下，種子萌發(fā)作為種子植物生活史的第1階段，最先受到鹽分的脅迫，表現(xiàn)在水分吸收的滲透勢(shì)被阻止以及Na＋、C1－等離子毒害使得種子萌發(fā)速度及萌發(fā)百分率降低。不同生境的種質(zhì)材料在自然環(huán)境條件的長(zhǎng)期馴化下，對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)不同［5，6］，通過比較不同鹽濃度脅迫下的種子相對(duì)發(fā)芽率，可以較好的反映不同品種間的耐鹽性差異。以往的研究多數(shù)是以種子發(fā)芽后的各發(fā)育階段為研究對(duì)象［7－9］，而較少涉及到植物生長(zhǎng)發(fā)育的起始階段—種子萌發(fā)階段。種子能否在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是植株在鹽漬化條件下生長(zhǎng)發(fā)育的前提［10］。因此，研究鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響具有重要意義。本文選取不同海拔區(qū)域的3份垂穗披堿草種子材料，在不同氯化鈉濃度下進(jìn)行了種子耐鹽試驗(yàn)，測(cè)定各種子在萌發(fā)期的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)各材料的耐鹽性，以篩選出耐鹽性強(qiáng)的垂穗披堿草種質(zhì)材料，為在鹽漬化地區(qū)種植垂穗披堿草提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用3份垂穗披堿草（Elymusnutans）種子2012年采自天祝縣金強(qiáng)河天然草地。采集后的種子在室溫下晾干，裝入牛皮紙袋，放于4℃冰箱保存。篩選飽滿且無病蟲害的種子，用20%的雙氧水對(duì)其表面消毒20min，再用蒸餾水反復(fù)沖洗殘余的雙氧水后風(fēng)干備用。

表1 試驗(yàn)材料及來源地Table1 List of the tested seeds

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理 用0.0%（蒸餾水）、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%鹽濃度梯度處理試驗(yàn)材料，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)選50粒種子。

1.2.2 鹽脅迫指標(biāo)的測(cè)定 將參試種子經(jīng)粒選，消毒，無菌蒸餾水沖洗3次，放置鋪有2層滅菌濾紙的培養(yǎng)皿中，分別加入不同濃度梯度的NaCl溶液10mL，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱，光照條件下發(fā)芽20d。每天統(tǒng)計(jì)各處理材料種子的發(fā)芽數(shù)，并用稱重法補(bǔ)充蒸發(fā)的水分，使各處理液濃度維持不變。計(jì)算出相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（以規(guī)定時(shí)間前5d內(nèi)為準(zhǔn)）、相對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。

式中：Dt為發(fā)芽日數(shù)，Gt為與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

1.2.3 耐鹽性評(píng)價(jià)與分析（1）綜合分析法：將多個(gè)耐鹽性測(cè)定結(jié)果進(jìn)行總排序，評(píng)價(jià)垂穗披堿草種子的耐鹽性差異。

隸屬函數(shù)法：采用Fuzzy數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法對(duì)牧草各個(gè)耐鹽指標(biāo)的隸屬值進(jìn)行累加，求取平均數(shù)以評(píng)價(jià)牧草的耐鹽性，耐鹽性隸屬函數(shù)值的計(jì)算方法如下：

第1步：求出各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。

如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈正相關(guān)：X（u）＝（XXmin）／（Xmax－Xmin）

如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈負(fù)相關(guān)：X（u）＝1－（X－Xmin）／（Xmax－Xmin）

式中：X為某一指標(biāo)的測(cè)定值；Xmax為某一測(cè)定指標(biāo)中的最大值；Xmin為某一測(cè)定指標(biāo)中的最小值。

第2步：計(jì)算各耐鹽指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值。

第3步：比較各耐鹽指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值，排序。平均值越大，耐鹽性越強(qiáng)。

（2）采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)垂穗披堿草種子相對(duì)發(fā)芽率的影響

隨著鹽濃度的增加，G1的相對(duì)發(fā)芽率呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，在0.6%鹽濃度下相對(duì)發(fā)芽率最高，為115%，在1.2%鹽濃度下相對(duì)發(fā)芽率最低，為82%；G2的相對(duì)發(fā)芽率呈現(xiàn)出先降低后增加然后降低的趨勢(shì)，在0.8%鹽濃度下相對(duì)發(fā)芽率達(dá)到最高為109%，在1.2%鹽濃度下達(dá)到最低為83%；G3的相對(duì)發(fā)芽率變化微弱，維持在97%，隨鹽濃度變化的關(guān)系不明顯（圖1）。

圖1 相對(duì)發(fā)芽率與鹽濃度Fig.1 The germination rate of Elymus nutans under different salinity

2.2 鹽脅迫對(duì)垂穗披堿草種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

G1，G2和G3相對(duì)發(fā)芽勢(shì)都與鹽濃度呈負(fù)相關(guān)。在0.4%鹽濃度下，3個(gè)材料的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)是G1（7.4）＜G2（16.1）＜G3（43.3），三者差異顯著（P＜0.05）。當(dāng)鹽濃度達(dá)到1.0%及以上時(shí)，三者發(fā)芽勢(shì)均為零（圖2）。

圖2 相對(duì)發(fā)芽勢(shì)與鹽濃度Fig.2 The germination potential of Elymus nutans under different salinity

2.3 鹽脅迫對(duì)垂穗披堿草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

在同一鹽濃度下，3種材料的發(fā)芽指數(shù)基本上呈現(xiàn)同一規(guī)律G3＞G2＞G1。在1.0%鹽濃度下，三者差異顯著（P＜0.05），G2和G3的發(fā)芽指數(shù)分別達(dá)到最大，而G1的最大發(fā)芽指數(shù)對(duì)應(yīng)鹽濃度在0.4%處，說明3種材料的種子活力順序是G3＞G2＞G1。

圖3 發(fā)芽指數(shù)與鹽濃度Fig.3 The germination index of Elymus nutans under different salinity

2.4 垂穗披堿草種質(zhì)材料芽期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

以相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)三者通過隸屬函數(shù)法來評(píng)價(jià)供試材料的耐鹽性。種子萌發(fā)期以相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)為鑒定指標(biāo)的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)順序?yàn)镚1＜G2＜G3（表2）。

表2 垂穗披堿草種子萌發(fā)抗鹽性綜合評(píng)價(jià)Table2 The comprehensive evaluation of salinity tolerance of Elymus nutans at germination stage

2.5 海拔與垂穗披堿草種子耐鹽性的關(guān)系

海拔與相對(duì)發(fā)芽率（r＝0.978）呈正相關(guān)，與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（r＝－0.955）及發(fā)芽指數(shù)（r＝－0.993）呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性均不顯著（表3）。

表3 植物耐鹽性指標(biāo)及與海拔之間相關(guān)性Table3 Correlation Analysis between the salt tolerances of Elymus nutans and altitudes

3 討論

發(fā)芽率，發(fā)芽勢(shì)和種子發(fā)芽指數(shù)常作為評(píng)價(jià)種子發(fā)芽的指標(biāo)，可以反映種子的發(fā)芽速度，種子發(fā)芽的整齊度和幼苗健壯的趨勢(shì)［11，12］，可以用于初步進(jìn)行芽期耐鹽材料的篩選［12，13］。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，耐鹽材料發(fā)芽率，發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)普遍比敏鹽材料高［14－16］，芽期相對(duì)發(fā)芽率與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)篩選耐鹽材料的結(jié)果與這一結(jié)論相吻合。

出于植物的耐鹽能力不僅與植物的種類、植物的不同發(fā)育階段有關(guān)，還與多種外界如土壤類型、大氣濕度、光照強(qiáng)度等條件有關(guān)。而且不同鹽分水平濃度上，不同品種或同一品種耐鹽指示性指標(biāo)是不完全相同的，因此，很難用某個(gè)單一的生理指標(biāo)來評(píng)價(jià)品種的耐鹽能力，需要用多個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)植物耐鹽能力的方法很多，究竟哪些指標(biāo)比較恰當(dāng)、哪種方法能簡(jiǎn)便準(zhǔn)確地反映植物真實(shí)的耐鹽能力，還需要結(jié)合植物所處的具體環(huán)境、植物的實(shí)際表現(xiàn)來決定。

諸多研究在牧草耐鹽性方面做過報(bào)道，多數(shù)的結(jié)論以鹽濃度與牧草的相對(duì)發(fā)芽率呈負(fù)相關(guān)。賈亞雄等［17］在披堿草種子萌發(fā)的耐鹽性研究中就得出鹽濃度越高，發(fā)芽率越低。劉卓等［18］在苜蓿種子耐鹽方面也得出相同的結(jié)論。而試驗(yàn)的結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)望}濃度下，種子的發(fā)芽率會(huì)顯著升高，當(dāng)達(dá)到比較高鹽濃度時(shí)發(fā)芽率才會(huì)顯著降低。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是該材料長(zhǎng)期處于惡劣的高海拔環(huán)境條件下，其生長(zhǎng)的當(dāng)?shù)赝寥利}濃度與試驗(yàn)供試濃度相近，從而對(duì)低鹽濃度的環(huán)境產(chǎn)生適應(yīng)性。試驗(yàn)選擇的材料為不同海拔下的垂穗披堿草種子，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同海拔種子的耐鹽性也不同，隨著海拔的升高（2 950～3 300m），垂穗披堿草種子的相對(duì)發(fā)芽率增大，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)均減小。種子萌發(fā)期以相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)為鑒定指標(biāo)的耐鹽性評(píng)價(jià)結(jié)果為低海拔垂穗披堿草種子耐鹽性更強(qiáng)。

牧草種質(zhì)材料的耐鹽性是由多種因素相互作用而構(gòu)成的一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性狀，其中，每個(gè)因素對(duì)耐鹽性都有影響，如種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、種子電導(dǎo)率和胚根與胚芽比等。如果僅用一個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)材料的耐鹽性，理由不夠充分，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。所以，對(duì)材料的耐鹽性采用綜合評(píng)價(jià)法是行之有效的。在對(duì)牧草種子芽期耐鹽性評(píng)價(jià)時(shí)，采用相對(duì)發(fā)芽率，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)這3項(xiàng)指標(biāo)，不僅準(zhǔn)確說明各材料種子的耐鹽性，同時(shí)還符合耐鹽性鑒定指標(biāo)的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的選擇原則［19，20］。

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