12種植物萌發期耐鹽性篩選

申吳燕，吐爾遜娜依·熱依木，雪熱提江·麥提努日，鄧婷婷，黃長福，王 夢，馬伊王利，麻 浩

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院，烏魯木齊 830052；2.國網能源哈密煤電有限公司大南湖二礦，新疆哈密 839000；3.蘭州荒漠保護研究院，蘭州 730000)

0 引 言

【研究意義】我國鹽堿土面積3.46×107hm2，其中新疆鹽堿土面積8.476×106hm2，是我國土壤鹽漬化大區[1]。哈密大南湖二礦位于新疆東部，土壤鹽漬化嚴重，地表主要以自然原始戈壁、裸巖、礫石為主，無植被生長，生態系統極其脆弱[2]。在諸多不利生態因子中，鹽脅迫已成為影響該區域植物正常生長的重要限制因子之一[3]。改良和利用鹽漬化土地，修復礦區生態，對哈密大南湖二礦生態修復區草本植物選取具有實際意義[4]?！厩叭搜芯窟M展】在植物選取中，余玲等[5]提出禾本科牧草的耐鹽性比一般作物強，是改良鹽堿地的良好先鋒植物。吳振振等[6]在尉犁縣塔克拉瑪干沙漠北緣鹽堿荒漠種植甘草(Glycyrrhizauralensis)，可使鹽堿土壤得到有效改良；郭曄紅等[7]研究也表明甘草對鹽堿地有一定的改良作用。在篩選方法中，劉璐等[8]、付鸞鴻等[9]、崔翠等[10]測定種子萌發期發芽率、發芽勢、發芽指數等生長指標，綜合評價篩選出耐性強的品種。【本研究切入點】耐鹽植物是改良和利用鹽堿地的先鋒植物[11]，選用12種常見耐鹽植物進行NaCl脅迫，利用萌發期對逆境脅迫極為敏感的特性[12]，對種子的相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢、相對傷害率、相對根芽比的隸屬函數值之和進行耐鹽能力排名?！緮M解決的關鍵問題】以披堿草、堿茅、扁穗冰草、高冰草、狗牙根、無芒雀麥、紫花苜蓿、沙打旺、紅豆草、甘草、苦豆子和草木樨種子為材料，在萌發期用NaCl溶液在0.0%(CK)、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%不同濃度下進行鹽脅迫處理，測定每種植物的每日發芽數、根長、芽長，計算出植物的相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢、相對傷害率、相對根芽比，并采用隸屬函數計算不同植物的耐鹽性得分。為哈密大南湖二礦生態修復區草本植物選取提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

披堿草(Elymusdahuricus)、堿茅(Puccinelliadistans)、扁穗冰草(Agropyroncristatum)、高冰草(Thinopyrumponticum)、狗牙根(Cynodondactylon)、無芒雀麥(Bromusinermis)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、沙打旺(Astragalusadsurgens)、紅豆草(Onobrychisviciaefolia)、甘草(Glycyrrhizauralensis)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、草木樨(Melilotusofficinalis)。試驗所需種子均來自烏魯木齊市天博草業種子店。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

以NaCl為鹽脅迫溶液，設置5個濃度梯度0.0%(CK)、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，3個重復，每個培養皿內放置50粒顆粒飽滿、大小均一的種子[13]。智能人工培養箱設置光照周期12 h照明(白天)，12 h無光(夜晚)；設置溫度白天溫度25℃、夜晚溫度15℃[14]。為保證培養皿中鹽濃度保持不變，每日用稱重法[15]及時補充所揮發水分(蒸餾水)。從第2 d開始記錄，每隔24 h記錄1次種子發芽數。15 d結束，測量每種植物胚根長和胚芽長。

1.2.2 測定指標

將所需進行種子萌發種子材料進行消毒，在10%次氯酸鈉攪拌10 min；30%雙氧水侵泡10 min；用大量的蒸餾水沖洗干凈，以保種子表面沒有殘留消毒溶液影響種子萌發結果[13]。

為消除植物材料之間和本身指標間的差異，將所測指標每日發芽數、最終根長、最終芽長進行計算均轉化為耐鹽系數(相對值)：相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢、相對傷害率、相對根芽比[16]。計算公式：

(1)相對發芽率=(15 d鹽脅迫發芽數/50×100%)/(15 d對照發芽數/50×100%)。

(2)相對發芽指數=鹽脅迫(∑GT/DT)/對照(∑GT/DT)。

式中GT表示第Td的種子發芽率，DT表示相應的發芽天數。

(3)相對發芽勢=(第7 d鹽脅迫發芽數/50×100%)/(第7 d對照發芽數/50×100%)。

(4)相對傷害率=(對照發芽率-鹽脅迫發芽率)/對照發芽率×100%。

(5)相對根芽比=(鹽脅迫胚根長/鹽脅迫胚芽長)/(對照胚根長/對照胚芽長)。

(6)植物耐鹽性得分最終用隸屬函數計算：U(Xij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)。

式中U(Xij)表示i牧草種子j指標的隸屬函數值；Xij表示i品種j指標的相應值；Xjmax和Xjmin則表示i牧草種子在j指標中相對應的最大值和最小值[17-20]。

1.3 數據處理

利用Excel 2016對各生長指標數據進行整理計算以及相關圖形制作，并Photoshop CS5處理后插入[21]。SPSS 19.0軟件進行方差分析和相關性分析[22]。

2 結果與分析

2.1 種子萌發各生長指標

2.1.1 相對發芽率和相對發芽指數

研究表明，不同鹽濃度下，12種植物種子的相對發芽率和相對發芽指數均隨著鹽脅迫濃度的增加呈下降趨勢，有顯著差異(P<0.05)。0.5%濃度下，堿茅未受鹽迫影響，與CK相等，相對值達100%；扁穗冰草相對發芽指數值最大，發芽速度受鹽脅迫影響較小。1.0%濃度下，披堿草相對發芽率為最大值80%。1.5%濃度下，甘草相對發芽率最大值為48.89%；披堿草最小值為2.50%；沙打旺未發芽。2.0%濃度下，9種植物種子受鹽脅迫影響未發芽，僅甘草、堿茅和苦豆子發芽，相對發芽率分別為48.89%、17.39%和10.71%。高冰草在不同濃度間種子的相對發芽指數差異最好，4個濃度梯度下均有顯著差異(P<0.05)。圖1

注：不同字母表示同種植物不同濃度間的差異顯著(P<0.05)

2.1.2 相對發芽勢

研究表明，苦豆子、狗牙根和無芒雀麥在不同NaCl溶液下相對發芽勢沒有顯著差異(P>0.05)，未受鹽脅迫濃度影響。披堿草和紫花苜蓿隨NaCl鹽脅迫濃度增加，相對發芽勢差異顯著(P<0.05)。4個濃度梯度間12種植物種子在0.5%濃度下相對發芽勢顯示差異最明顯；扁穗冰草和甘草在1.0%濃度下與其他植物均無顯著性差異(P>0.05)；12種植物種子在1.5%下無顯著性差異(P>0.05)；甘草在2.0%濃度下與其他11種植物有顯著差異(P<0.05)。表1

表1 不同NaCl溶液下12種牧草種子的相對發芽勢

2.1.3 相對傷害率和相對根芽比

研究表明，12種植物種子相對傷害率隨著NaCl濃度的增加均呈上升趨勢，NaCl鹽脅迫濃度越大，受到傷害率越大。在0.5%濃度下，堿茅相對傷害率值為0，未受到鹽脅迫環境破壞。在1.0%濃度下，12種植物均受到不同程度的傷害，其中狗牙根和無芒雀麥相對受傷害程度高達80%以上；紫花苜蓿、甘草和披堿草相對受傷害程度低，相對傷害率分別為24.49%、22.22%和20.00%。在1.5%濃度下，12種植物種子受NaCl鹽脅迫環境影響，相對傷害值均在50%以上，其中沙打旺完全受NaCl鹽脅迫抑制，相對傷害率達100%。在2.0%濃度下，9種植物種子受到完全的抑制，僅甘草、堿茅和苦豆子顯示出較強的耐鹽能力。

相對根芽比隨著NaCl濃度的增加均呈下降趨勢，NaCl鹽脅迫濃度越大，種子根芽比越小?？喽棺釉?.5%和1.0%濃度下相對根芽比為1.55和1.52，比CK根芽比高，根長未受影響反而促進生長；但在1.5%和2.0%濃度下根長明顯受到鹽脅迫環境的影響。高冰草在0.5%、1.0%和1.5%，3個梯度間相對根芽比無明顯變化。狗牙根隨著NaCl濃度的增加，各濃度間相對根芽比差值最均勻，效果最好。圖2

圖2 12種牧草種子的相對傷害率、相對根芽比

2.2 不同指標的耐鹽特性差異

研究表明，相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢、相對傷害率和相對根芽5個生長指標的耐鹽系數不同。耐鹽系數50%在平均值之上有相對傷害率1個指標；40%～50%在平均值之上有相對發芽率、相對發芽指數和相對根芽比3個指標；40%在平均值以下的僅有相對發芽勢1個指標。相對發芽率中耐鹽值最大為堿茅；相對發芽指數和相對發芽勢中最大值為甘草；相對傷害率最大值為沙打旺。表2

表2 不同鑒定指標的耐鹽系數

2.3 各生長指標相關性

研究表明，相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢和相對根芽比4個生長指標之間均成極顯著正相關(P<0.05)，但相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢和相對根芽比與相對傷害率呈負相關。相對發芽率與相對傷害率相關值為-1，鹽脅迫下各牧草種子受傷害與發芽率呈極顯著負相關(P<0.01)。表3

表3 NaCl脅迫下各生長指標相關性

2.4 各生長指標隸屬函數得分

研究表明，在0.5%濃度下，披堿草>高冰草>扁穗冰草>堿茅>紫花苜蓿>甘草>草木樨>無芒雀麥>苦豆子>紅豆草>狗牙根>沙打旺；在1.0%濃度下，披堿草>甘草>紫花苜蓿>苦豆子>高冰草>草木樨>堿茅>扁穗冰草>紅豆草>沙打旺>無芒雀麥>狗牙根；在1.5%濃度下，甘草>高冰草>扁穗冰草>堿茅>苦豆子>無芒雀麥>紅豆草>紫花苜蓿>披堿草>狗牙根>草木樨>沙打旺；2.0%濃度下，甘草>苦豆子>堿茅>紅豆草>沙打旺>紫花苜蓿>扁穗冰草>草木樨>無芒雀麥>披堿草>高冰草>狗牙根。表4

表4 不同NaCl溶液下12種牧草種子耐鹽性得分及排名

3 討 論

種子萌發是植物生命的開始，也是植物整個生命中最重要、最脆弱的階段，除受自身的基因影響外，還極易受到逆境環境的影響。薛莉等[23]研究表明，植物在生長發育周期的不同階段對鹽脅迫環境的敏感程度不同，但種子萌發期是最敏感的階段之一[24-25]。植物在鹽環境脅迫下，各個生長指標均受到抑制。研究表明除堿茅、苦豆子外，其他植物各生長指標受鹽脅迫的影響均呈下降的趨勢，這與劉恩良等[26]、王曉龍等[11]結果相似。堿茅在0.5%濃度下相對發芽指數為1.03，說明發芽指數優于CK?？喽棺釉?.5%和1.0%濃度下相對根芽比為1.55和1.52，根長未受鹽脅迫抑制反而促進生長。劉翠玉等[27]、景艷霞等[28]認為出現這一情況原因是高鹽對植物有害，但是低鈉對植物生長也會有促進作用，因為鈉是植物生長的必須元素。

篩選植物時單一指標不能作為最終的判定結果。堿茅在相對發芽率中耐鹽值最大，但相對發芽指數和相對發芽勢中最大值則是甘草，相對傷害率中最大值是沙打旺。各指標相關性分析相對迫害率與其他4個指標呈負相關。因此如果僅用相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢、相對傷害率和相對根芽比5個指標中任一指標作為唯一標準過于片面，綜合評價各指標是必要的，這與張毅等[29]、曹俊梅等[30]觀點一致。

研究結果表明，0.5%和1.0%濃度下披堿草耐鹽性最好，1.0%和2.0%濃度下甘草耐鹽性最好。不同鹽濃度下評價結果亦不同，故采用多個濃度進項綜合評價較為全面。但在實際生產中，也可根據土壤含鹽量的不同，更準確地進行植物選取。

4 結 論

12種植物最終耐鹽性得分排名是根據隸屬函數公式分別計算4個濃度下各植物相對發芽率、相對發芽指數、相對發芽勢、相對傷害率和相對根芽比5個生長指標。相對值的選取消除了各植物間種質的差異，更加公平客觀的篩選出耐鹽堿的植物。根據4個濃度梯度下12種牧草種子總得分排名：甘草>高冰草>堿茅>披堿草>苦豆子>扁穗冰草>紫花苜蓿>紅豆草>草木樨>無芒雀麥>沙打旺>狗牙根。鹽堿地生態修復中可以優先考慮甘草、高冰草、堿茅、披堿草、苦豆子、扁穗冰草、紫花苜蓿等多年生草本植物。