30份苜蓿種質萌發期耐鹽性評價

楊紫貽，唐 芳，王亞文，米福貴

(內蒙古農業大學草原與資源環境學院/農業農村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室/草地資源教育部重點實驗室，呼和浩特 010018)

土壤鹽漬化是引致土壤退化的主要原因，已成為全球環境及農業發展的重要問題。全球至少有20%的耕地不同程度受到鹽漬化影響，其中我國鹽堿地面積達到667萬hm2[1～2]。土壤鹽堿化問題不僅會抑制植物生長,還會導致農作物以及牧草大幅減產,阻礙農業發展[3～4]。內蒙古屬于典型鹽漬化區域，境內土默特平原、科爾沁沙地、河套灌區等地均存在大面積鹽漬土。紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是豆科苜蓿屬多年生草本植物，蛋白質含量高,營養價值豐富，被譽為“牧草之王”[5]；抗性強，對土壤要求不嚴，能夠在表層可溶性含鹽量為0.3%的鹽土中正常生長[6]。紫花苜蓿不同品種耐鹽性差異較大[7～9]，篩選耐鹽材料或培育耐鹽品種，不僅可以改良鹽堿地[10]，提高土地利用率，還可以增加飼料供給，促進畜牧業發展[11]。植物在發育過程中，種子萌發對外界環境較為敏感，尤其是對鹽脅迫的反應強于其他生長發育階段[12]。此外，植物在萌發期耐鹽性越強，對植物的生長越有利，故種子能否正常萌芽是耐鹽植物選擇的基礎[13]。國內外對紫花苜蓿耐鹽性研究較多，Alkhatib[14]等研究表明，紫花苜蓿生長發育過程中種子萌發對鹽分最敏感；宮文龍等[15]通過對22個不同紫花苜蓿品種萌發期耐鹽性的綜合評價，篩選出適宜在鹽堿地種植的品種。本研究選用30份來源于不同國家和地區的紫花苜蓿種質為材料，于萌發期采用不同濃度的NaCl溶液進行鹽脅迫處理，通過對相對發芽率、相對發芽勢、相對根長以及相對芽長等指標的測定和隸屬函數分析，綜合鑒定評價試驗材料的耐鹽性，為耐鹽種質篩選和新品種選育種質材料提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為30份來源不同的紫花苜蓿種質(見表1)，其中國外材料11份，國內材料19份。除一部分材料屬于內蒙古農業大學自有外，其余材料從中國農業科學院草原研究所、中國農業科學院畜牧獸醫研究所、吉林省農業科學院畜牧分院、黑龍江省畜牧研究所收集而來。

表1 供試材料名稱及來源

1.2 試驗方法

從每份材料中選取均勻一致、成熟飽滿的種子100粒，用濃硫酸浸泡10min，無菌水沖洗后于超凈工作臺中用4%次氯酸鈉溶液浸泡5min進行表面消毒，再用滅菌水沖洗6～7次，置于鋪有2層濾紙、直徑9cm培養皿中，加入滅菌水，4℃暗培養放置2d進行春化。隨后，每個培養皿加入5ml不同濃度(100mM、150mM、200mM)的鹽溶液進行脅迫，以蒸餾水作對照，每個濃度梯度設置3次重復。脅迫處理后的種子置于發芽箱中，25℃光照培養16h(光照強度120umol/m2.s)，22℃暗培養8h。種子萌發以胚根出現為標準，胚根出現第2d開始記錄萌發情況，將第4d的發芽率定為發芽勢，統計發芽率至第7d。

1.3 測定指標

(1)相對發芽率(%)=鹽處理后第7d的種子發芽率/第7d對照種子發芽率×100%

(2)相對發芽勢(%)=鹽處理后第4d的種子發芽勢/第4d對照種子發芽勢×100%

(3)相對根長(%)=鹽處理后第7d種子根長/第7d對照種子根長×100%

(4)相對芽長(%)=鹽處理后第7d種子芽長/第7d對照種子芽長×100%

(5)隸屬函數計算公式為：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X為參試材料某一指標的測定值;Xmax和Xmin分別為所有材料中該指標的最大值和最小值。

1.4 數據統計分析

試驗數據采用Excel軟件和SAS軟件進行單因素方差分析和試驗材料萌發期鹽性綜合評價。

2 結果與分析

2.1 相對發芽率變化

隨著NaCl鹽濃度升高，所有材料相對發芽率總體呈現下降趨勢,但品種不同相對發芽率的下降程度不同(表2)。材料發芽率越高，生活力越強，出苗率亦越高。30份材料經100mM、150mM和200mM 3個濃度處理，平均相對發芽率為87%、80%和55%,說明NaCl對萌發有明顯抑制作用，且抑制程度隨鹽濃度增大而增加。100mM濃度下，敖漢苜蓿、Magna601、龍牧806、BR4010相對發芽率最高，肇東苜蓿相對發芽率最低；150mM濃度下，Magna601和新牧1號相對發芽率最高，WL323相對發芽率最低；在200mM濃度下，甘農3號相對發芽率最高，準格爾苜蓿相對發芽率最低。方差分析結果表明，同一品種在不同鹽濃度條件下差異顯著( P<0.001)，且濃度越高差異越顯著。

表2 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度下脅迫的相對發芽率變化

2.2 相對發芽勢的變化

相對發芽勢主要反映種子萌發初期發芽能力的強弱以及種子的萌發速度和生長發育。發芽勢越高，種子生活力強、發芽整齊性好，增產潛力大。與對照(CK)相比，所有材料的相對發芽勢在200mM鹽濃度下最低，說明高濃度NaCl鹽對種子萌發有明顯的抑制作用(見表3)。個別材料的相對發芽勢隨鹽濃度增加呈先上升后下降趨勢，如馴鹿苜蓿在鹽濃度為100mM時相對發芽勢為0.81，低于在150mM濃度下的發芽指數，表明在150mM濃度下能夠使相對發芽勢增加。對于金黃后而言，相對發芽勢在低濃度鹽脅下高于對照，并且相對發芽勢最高，即低濃度鹽脅迫更有利于提高種子的相對發芽勢。不同鹽濃度下同一品種之間相對發芽勢存在顯著差異(P<0.001)。

表3 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度脅迫下的相對發芽勢變化

2.3 相對根長變化

隨著鹽濃度的增加，不同品種相對根長呈逐漸減少趨勢(表4)。在100mM鹽濃度脅迫下，不同材料間相對根長差異顯著，其中敖漢苜蓿的相對根長顯著高于對照(CK)。200mM鹽濃度脅迫下，各材料的相對根長比100mM處理平均下降39%，說明不同苜蓿品種對高濃度鹽脅迫反應都非常敏感。方差分析結果表明，同一品種在不同鹽濃度之間差異顯著( P<0.001)。

表4 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度脅迫下的相對根長變化

隨著NaCl鹽溶液濃度的升高，不同品種相對芽長呈逐漸下降趨勢，在100mM和150mM鹽濃度處理下各品種間相對芽長變化不大，而在200mM鹽濃度處理下各品種相對芽長變幅較大，從0.22cm到0.44cm不等，表明鹽脅迫對苜蓿發芽有抑制作用(表5)。與相對根長相比，相對芽長對鹽脅迫更加敏感，所有材料的平均相對芽長從100mM鹽濃度脅迫開始就顯著下降。個別材料(如WL323)低濃度鹽脅迫和高濃度鹽脅迫下的相對根長差異較大，前者0.74cm，后者僅為0.23cm，屬于典型的敏鹽材料。同一品種在不同鹽濃度條件下差異顯著( P<0.001)。

表5 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度下的相對芽長變化

2.5 耐鹽性綜合評價

牧草耐鹽性是由多種因素互相作用的復雜綜合特性，單一元素或指標難以全面反映植物真實的耐鹽能力[16～19]。在評價30份材料耐鹽性時，若分別采用相對發芽率、相對發芽勢、相對芽長或相對根長單獨評定，其結果總體趨勢一致，但排序先后略有不同。如以相對發芽率為主要指標加以考量，甘農3號苜蓿的耐鹽性較強；如用相對發芽勢評定，新牧1號苜蓿則最不敏鹽。采用隸屬函數將上述4個指標綜合評定，中苜1號紫花苜蓿總得分最高，耐鹽性最強；隴東苜蓿總得分最低，耐鹽性最弱(見表6)；而以相對發芽率高使耐鹽性排序靠前的甘農3號苜蓿，綜合排序為第9；以相對發芽勢排名靠前的新牧1號苜蓿，綜合排序為第10。依據耐鹽性排序，供試30份種質可劃分為耐鹽、中度耐鹽和敏鹽三種類型：耐鹽種質有10份材料，耐鹽性能依次為中苜1號>Magna601>公農1號>龍牧806>騎士苜蓿>皇后>敖漢苜蓿>草原2號>甘農3號>新牧1號；中度耐鹽種質有11份材料，耐鹽性能依次為阿迪娜>金皇后>中草3號>草原1號>BR4010>康賽>龍牧803>驚喜>潤布勒>肇東苜蓿>三得利；敏鹽種質有9份材料，能依次為阿爾岡金>草原4號>新疆大葉苜蓿>賽特>草原3號>準格爾苜蓿>WL323>馴鹿苜蓿>隴東苜蓿。

表6 不同紫花苜蓿品種耐鹽性綜合評價得分

種子萌發期是植物整個生育期中最重要、最脆弱的時期，萌發過程因受自身基因和外界環境因素的共同影響也是一個非常復雜的生理生化過程。種子能否在鹽脅迫下萌發成苗，是鹽漬化環境中植物生長發育的前提，因此萌發期植物耐鹽性研究具有較為重要的理論意義和實用價值。植物的耐鹽性是由多基因共同控制和多種活動共同作用的，而且不同植物的耐鹽機理也不盡相同[20]。薛莉等[21]研究表明，植物不同時期對鹽脅迫環境的敏感度不同，種子的萌發期是最敏感的時期之一[22～ 23]。本文通過種子萌發期相關指標的測定分析，發現30份試驗材料的相對發芽率、相對發芽勢和相對根長均隨著鹽溶液濃度升高而不斷增加，耐鹽性則呈現下降趨勢，低濃度鹽脅迫對種子萌發具有促進作用，脅迫強度增強則會抑制種子萌發[20]。中苜1號苜蓿屬于耐鹽品種，耐鹽性備受贊譽[24]，本文隸屬函數的綜合評價結果，使中苜1號苜蓿的這一優良抗性再次得到驗證。此外，隸屬函數綜合評價結果，將供試30份材料按照耐鹽性強弱分為耐鹽、中度耐鹽和敏鹽三類，其中中苜1號苜蓿耐鹽性最強，隴東苜蓿耐鹽性最弱。