鈣對多花黑麥草種子萌發和幼苗生長的影響

(貴州大學動物科學學院，貴陽 550025)

鈣(Ca)是植物生長發育的必需元素之一，參與種子萌發、分化生長、形態建成及開花結果等整個生命過程。種子萌發過程中，Ca2+通過改變酶活性，加快出苗速度、提高成苗率[1]。但Ca2+含量過高也不利于種子萌發和幼苗生長，甚至會導致植物停止生長或死亡[2]。高Ca2+環境下，光合作用也會受到抑制，從而降低植物生長速率。因此探究適宜種子萌發和幼苗生長的Ca2+濃度具有實際意義，特別是對土壤Ca2+含量較高的喀斯特地區。

多花黑麥草(Loliummultiflorum)為一年生禾本科牧草，再生速度快，營養價值豐富，是我國南方地區秋冬季節首選的栽種牧草[3]。本研究以多花黑麥草為研究對象，通過水培法設置不同的Ca2+濃度，觀察多花黑麥草種子萌發和幼苗生長情況，探究適宜多花黑麥草生長的Ca2+濃度，為高Ca2+地區栽種多花黑麥草提供基礎理論依據[4-5]。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試的一年生黑麥草種子為多花黑麥草(安格斯1號)種子。

1.2 方 法

挑選顆粒飽滿健康的種子，用2%雙氧水浸泡30 min后用自來水沖洗數次，再用去離子水沖洗3次，濾紙吸干表面水分，待用。試驗以CaCl2為Ca2+源，設置0(對照)，5，10，20，40，100 mmol·L-1的含Ca2+溶液。取直徑為9 cm的培養皿，皿內以2層濾紙為發芽床，每皿放入100粒種子。將配好的CaCl2溶液倒入培養皿中，沒過種子，每處理4次重復[6]。每天補充適量溶液，并于10：00時記錄當天溫度及濕度情況[7](表1)。試驗期從2017年4月23日至2017年5月7日，平均溫度為21.56 ℃，平均濕度為28.67%。

表1 試驗期間溫度和濕度

種子開始發芽后，每天記錄每個培養皿內的發芽數，以突破種皮的胚軸達到種子本身長度的1/2為判斷發芽的依據[8]。試驗結束時，從每個培養皿內挑出10株幼苗(即每個處理40株)，測量苗長、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重。

表2 鈣對多花黑麥草種子萌發的影響

注:同列不同字母間表示差異顯著(p<0.05)。下同。

1.3 指標計算

計算發芽勢、發芽率、發芽指數、鹽害率、苗根比、苗抑制率、根抑制率和根冠比[9]。公式如下：

發芽勢(%)=(前3 d種子發芽數/供試種子總數)×100%；

發芽率(%)=(15 d種子發芽數/供試種子總數)×100%；

發芽指數=∑(Gt/Dt)；

式中：Gt為t時間內的發芽數，Dt為相應的發芽天數。

鹽害率=[(處理發芽率-對照發芽率)/對照發芽率]×100%；

苗根比=幼苗長度/幼根長度；

苗抑制率(%)=[(處理苗長-對照苗長)/對照苗長]×100%；

根抑制率(%)=[(處理根長-對照根長)/對照根長]×100%；

根冠比=根干重/苗干重。

1.4 耐性的綜合評價

應用隸屬函數法綜合評價多花黑麥草種子對不同Ca2+的響應。先利用公式X=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)分別計算每份材料發芽勢、發芽率、發芽指數、鹽害率、根長、苗長、苗根比、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重、根冠比、苗抑制率和根抑制率在不同濃度Ca2+下的具體隸屬函數值[10]。式中，X為參試植物某一指標的測定值，Xmax和Xmin分別為所有材料中該指標的最大值和最小值，然后把每一指標在不同Ca2+濃度下的隸屬值累加求平均值，最后把每份材料各項指標隸屬函數值累加求平均值，根據各材料平均隸屬函數值大小確定其萌發期耐Ca2+的強弱，平均值越大，耐性越強；反之，耐性越弱。

1.5 數據處理與分析

Excel軟件整理數據和繪圖，SPSS軟件分析數據。用Duncan’s進行多重比較，數據采用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 鈣對多花黑麥草種子萌發的影響

由表2可知，不同濃度Ca2+脅迫下，多花黑麥草的發芽勢和發芽率隨Ca2+濃度的增加均表現出降低趨勢。在Ca2+濃度為40 mmol·L-1和100 mmol·L-1時，發芽勢顯著低于其他處理(p<0.05)。在Ca2+濃度為100 mmol·L-1時，顯著低于其他處理(p<0.05)。各濃度CaCl2溶液對多花黑麥草種子均產生一定的鹽害，鹽害隨Ca2+濃度的增加而增大，Ca2+濃度為100 mmol·L-1時，鹽害率最高，且顯著高于其他濃度處理(p<0.05)。Ca2+濃度為20 mmol·L-1時發芽指數最高，但與其他低濃度差異不顯著(p>0.05)；在Ca2+濃度為100 mmol·L-1時發芽指數最低，且顯著低于其他處理(p<0.05)。

2.2 鈣對多花黑麥草幼苗生長的影響

由圖1可知，Ca2+脅迫對幼苗的根長和苗長具有抑制作用，隨Ca2+濃度增加，抑制作用越強。濃度為40 mmol·L-1和100 mmol·L-1時，對根長的抑制作用顯著大于其他處理(p<0.05)。濃度為20，40 mmol·L-1和100 mmol·L-1時，對苗長的抑制作用顯著大于其他處理(p<0.05)。同時如圖2所示，濃度為40 mmol·L-1時，苗根比最大；濃度為100 mmol·L-1時，苗根比例最小，但各濃度之間的差異不顯著(p>0.05)；根冠比隨著Ca2+濃度的增加呈上升的趨勢，但是各濃度之間不存在顯著性差異(p>0.05)。

Ca2+濃度對幼苗鮮重和干重有一定的影響(圖3，圖4)。隨著Ca2+濃度的增加苗干重和苗鮮重、根鮮重都是先升后降。Ca2+濃度為5 mmol·L-1時，苗、根的鮮重和干重均達到最大值。而Ca2+濃度大于5 mmol·L-1后，對苗和根的重量都有不同程度的抑制；當濃度超過20 mmol·L-1時，苗的干鮮重和根的鮮重顯著降低(p<0.05)；當濃度為100 mmol·L-1時，苗的干重、鮮重和根的鮮重與其他處理差異顯著(p<0.05)；根干重在各Ca2+濃度處理中差異不顯著(p>0.05)。

表3 鈣對多花黑麥草根和苗抑制率的影響

圖1 鈣對多花黑麥草根長和苗長的影響

圖2 鈣對多花黑麥草苗根比和根冠比的影響

圖3 鈣對多花黑麥草苗和根鮮重的影響

由表3可知，不同濃度的Ca2+溶液對多花黑麥草根和苗都產生了一定的抑制作用，苗抑制和根抑制隨著Ca2+濃度而增加，當溶液中Ca2+濃度高于40 mmol·L-1時，抑制率顯著增大(p<0.05)，當溶液濃度為5，10，20 mmol·L-1時苗、根抑制率差異不顯著(p>0.05)。

2.3 多花黑麥草種子萌發期耐Ca2+的綜合評價

不同的Ca2+對多花黑麥草的各個指標的影響不盡相同，為了避免單一指標的片面性并克服多個指標的復雜性，全面而準確的評價鈣離子處理對多花黑麥草種子萌發和幼苗生長的影響，采用模糊數學隸屬函數法，對供試多花黑麥草種子發芽勢、發芽率、發芽指數、鹽害率、根長、苗長、苗根比、苗鮮重、根鮮重、苗干重、根干重、根冠比、苗抑制率和根抑制率進行隸屬函數值計算，得出種子萌發期耐Ca2+的綜合評價值(表4)。由綜合評價值得出適宜多花黑麥草種子萌發的Ca2+濃度為5 mmol·L-1。

圖4 鈣對多花黑麥草苗和根干重的影響

表4 多花黑麥草種子萌發期對Ca2+耐性隸屬函數值及綜合評價值

3 討 論

種子萌發期對鹽脅迫十分敏感，植物能否生存，首先取決于它能否發芽、發芽率的高低以及發芽速度[11]。不同鹽脅迫對種子的抑制程度與鹽的濃度、種類以及植物抗鹽能力有關。鹽脅迫對種子萌發的危害主要有2個方面：一是滲透效應，二是離子效應[12]。滲透效應是指當土壤中鹽分含量增加時，滲透壓隨之提高，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毒害[13]。

多花黑麥草屬于禾本科植物，在種子的萌發過程中，土壤中的營養物質一般很難對種子產生直接的作用，所以在種子剛開始萌發階段，只能靠種子本身提供其生長的營養物質，研究表明，萌發初期種子的營養大多來源于自身的胚乳部分[14]。而種子萌發的中后期，種子對營養的需求增大，自身不能滿足營養需求，需要從土壤中攝取相關的營養物質，所以土壤的養分供應情況尤其重要，土壤中相關營養物質的濃度也是決定種子萌發能力的因素之一。本研究結果發現，低濃度Ca2+對多花黑麥草種子萌發具有促進作用，高濃度Ca2+對多花黑麥草種子萌發起到抑制作用，這與李永濤等[15]和蔡喜悅等[16]研究一致。

對于種子萌發和幼苗生長的耐鹽效果的研究，前人已有不少研究。張利霞等[17]、朱毅等[18]和陸玉建等[19]研究發現，低濃度鹽脅迫對夏枯草、柳枝稷和擬南芥種子的萌發具有促進作用，這可能是低鹽溶液對種子引發的結果，高濃度鹽脅迫會對種子造成毒害而抑制其萌發，可能是高鹽溶液會對種子產生離子毒害而抑制種子萌發。熊建林[20]用不同濃度的鹽溶液對燕麥做鹽脅迫試驗，得出高濃度的鹽溶液不利于燕麥生長的結論；李亞等[21]針對梭梭種子做了類似的發芽試驗，得出高濃度的鹽溶液不利于梭梭種子的生長，且隨著溶液濃度的增大，種子所受到的鹽害影響也加大；辛建華[22]研究了鈣素對馬鈴薯生長發育及物質代謝影響，不同濃度的鈣處理馬鈴薯后，馬鈴薯地上部分累積的干物質呈現為“增長-停止-降低”的趨勢，結論表明低濃度的外源鈣對馬鈴薯的干物質累積有促進作用，但提高鈣的濃度后，干物質的增長速度下降，最后停止；姜云天等[23]對茶花鳳仙種子做了不同濃度的鹽脅迫處理，結論與本次試驗類似。低濃度促進幼苗生長的原因，即高濃度的鹽物質增加了溶液的滲透勢，種子在生長的過程中要從溶液中吸取營養物質，較高的滲透勢使得種子吸水困難，種子被迫進入休眠狀態，抑制種子的發芽。

單一指標難以全面準確地反映對鹽的耐受性強弱，本實驗采用指標值進行隸屬函數值綜合評價。結果顯示適宜多花黑麥草種子萌發的Ca2+濃度為5 mmol·L-1，這與安鈺[24]和陳士林[25]等研究得出5 mmol·L-1的Ca2+能顯著提高甘草和玉米的發芽勢和發芽率的結論一致，與外源Ca對復羽葉欒樹[15]、蘆葦[16]、堿蓬[26]、高羊茅[27]、黑果枸杞[28]及二色胡枝子[29]的研究結果不一致。

4 結 論

隨Ca2+濃度的升高，多花黑麥草種子的發芽勢、發芽率、發芽指數都受到一定程度的抑制作用，且濃度越高，鹽害作用越強。Ca2+對多花黑麥草的苗長和根長都有一定的抑制作用，濃度越大，抑制作用也越大。Ca2+濃度為5 mmol·L-1時，多花黑麥草的根、苗鮮重和干重達到最大值；Ca2+濃度對苗重的抑制作用大于對根重的抑制。隸屬函數綜合評價表明，Ca2+濃度5 mmol·L-1為適宜多花黑麥草種子萌發和幼苗生長的濃度。