12個草地早熟禾品種幼苗耐鹽性分析

葉文興, 張勝男, 劉雪婷

(內蒙古農業大學草原與資源環境學院,草地資源教育部重點實驗室, 內蒙古 呼和浩特 010011)

土壤鹽堿化是土地生產力低下和土壤質量下降的重要原因之一,鹽堿化土壤溶液含高濃度Na+,Cl-以及pH呈堿性[1],極大程度制約著土壤的開發利用[2]。據聯合國教科文組織和聯合國糧農組織統計,全世界鹽堿地面積約為9.54×108公頃,中國鹽堿地總面積約為9.91×107公頃[3-4]。土壤含鹽量高會抑制植物生長發育,影響農牧業發展及環境綠化。研究發現土壤pH值影響溫帶草原多樣性-穩定性[5]。土壤鹽堿化影響草坪建植、誘發生理性病害、增加養護管理成本[6]。草坪是城市綠化的重要綠植景觀,也是生態建設的重要元素。草坪受各種環境因子的影響,尤其是土壤鹽堿化對草坪的建植和坪觀質量造成嚴重制約。土壤鹽堿化已成為全球面臨的重大挑戰[7]。

草地早熟禾(PoapratensisL.)為禾本科早熟禾屬多年生冷季型草坪草,分布范圍廣,適應性強,其生長年限長、質地纖細、綠期長、耐修剪性強、坪質優美[8-9],被譽為‘草坪之王’,廣泛應用于冷季型草坪建植[10],是寶貴的植物種質資源[11]。隨著我國鹽堿土地的面積不斷增大,城市園林綠化美化以及草坪建植會遇到品種耐鹽性差、鹽堿地出苗率低,草坪質量低等問題。植物受到鹽脅迫后,其種子萌發及幼苗生長均會受到影響,生物膜結構遭到破壞,新陳代謝發生變化[12]。現有研究集中于轉基因品種耐鹽性研究[13]、外源亞精胺添加物[14]和不同生長調節劑[15]對草地早熟禾耐鹽性的影響等方面。也有研究報道,草地早熟禾種子萌發率及幼根的生長狀況在中性鹽脅迫下的表現[16-17];不同品種草地早熟禾蛋白質含量與鹽濃度的關系[18]。不同植物品種其耐鹽性不同,即使是同一品種,生長期不同其耐鹽性也不同[19]。為此,本研究著眼于草地早熟禾品種耐鹽性狀,采用不同濃度的NaCl溶液脅迫處理常用草地早熟禾品種,測定其生理指標,結合數據統計分析,評價不同草地早熟禾品種幼苗的耐鹽性,篩選出耐鹽性品種,以期為草坪建植品種選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用12個草地早熟禾品種均由內蒙古農業大學草原與資源環境學院提供,種子購買于2021年,在種子柜5～8℃條件保存,本試驗始于2021年10月。具體品種如下:‘踏春’‘探險家’‘斗士’‘藍精靈’‘奔騰’‘潔妮’‘如意’‘藍之夢’‘迪瓦’‘水星’‘午夜’‘愛娃’。

1.2 試驗方法

以12個草地早熟禾品種為試驗材料,采用沙培法栽培,水培花盆中裝入10—20目酸洗石英砂,然后盆中均勻播撒等量種子,種子用石英砂覆蓋0.5～1 cm厚。將播完種的石英砂盆置于(22±3)℃、16 h光照/8 h黑暗條件培養。每天早8點、下午2點和晚上8點均勻澆灌蒸餾水各1次,第20 d生長高度為5 cm左右時,對葉面和沙表面噴施1/2霍氏營養液,噴施量以濕透石英砂表層1～2 cm為宜,每天多次噴施,保持石英砂表面濕潤為宜。當長到10 cm左右時,澆灌1倍的霍氏營養液,澆灌量以見培養液滲透石英砂為宜。各個盆栽保持濕度一致,觀察其生長狀況。當幼苗長至15 cm左右時,分別對每個品種根部澆灌等量含有0 mmol·L-1、100 mmol·L-1、200 mmol·L-1和300 mmol·L-1NaCl的霍氏營養液,每2 h澆灌一次,連續澆灌6 d(晚10點至次日8點不澆灌),于NaCl脅迫120 h取樣,測定葉片葉綠素含量、根長、相對含水量及相對電導率。每個盆栽處理4次重復。

1.3 測定指標

1.3.1葉片葉綠素含量測定 葉綠素含量使用OPTI-SCIENCES CCM-300葉綠素測定儀,每盆樣品中隨機選擇3個株叢,依次放入測量位置,2～3 s后,儀器顯示屏自動顯示葉綠素值,重復測量3次,取平均值。

1.3.2葉片相對電導率測定 稱取0.1 g供試材料放進2 ml的離心管中,利用球磨儀進行研磨,將研磨后的樣品轉移到10 ml的離心管中,加入10 ml蒸餾水,充分震蕩。立即測定電導率初值C1。靜置3 h后,將離心管放入到恒溫水浴鍋中煮沸10 min,待冷卻至室溫后測定電導率終值C2。公式C1/C2×100%計算出葉片的相對電導率。

1.3.3根長測定 采用直接測量法測定,在每盆樣品中隨機選擇10株幼苗測量主根,取平均值,進行分析。

1.3.4相對含水量測定 采用烘干法測定[20]。稱取0.5 g植株,記錄植株的鮮重(Fresh weigh,Wf),將植株放入塑封袋中,加入蒸餾水9 mL,使植株完全浸入,放置70 min后取出植株,擦干植株表面水分,立即測量植株重量,記錄為水飽和重(Saturated weight,Wt)。然后放入信封袋中,于80℃烘箱中烘干至恒重,冷卻至室溫后再次稱量葉片重量,記錄葉片干重(Dry weight,Wd)。根據公式[(Wf-Wd)/(Wt-Wd)×100%]計算出植株的相對含水量。

1.4 數據統計分析

試驗所得數據利用Excel 2013軟件進行統計,用SPSS 13.0軟件進行單因素方差分析,各項數據用平均值±標準偏差表示,P<0.05 代表差異顯著。利用隸屬函數[21]法對12份不同品種草地早熟禾材料進行幼苗耐鹽性的綜合評價。計算公式如下:

2 結果與分析

2.1 葉綠素含量

隨著鹽濃度的增加,不同品種草地早熟禾120 h的葉綠素含量呈下降趨勢。‘踏春’ ‘如意’‘迪瓦’‘愛娃’葉綠素含量在4個NaCl鹽濃度處理時差異均顯著(P<0.05)(表1)。在0,100和200 mmol·L-1NaCl鹽濃度處理時‘斗士’‘奔騰’‘藍之夢’‘水星’的葉綠素含量差異均顯著(P<0.05),200和300 mmol·L-1時差異不顯著;在100和200 mmol·L-1NaCl鹽濃度處理時,‘探險家’和‘潔妮’葉綠素含量差異不顯著,與其它濃度差異顯著(P<0.05);‘藍精靈’在200和300 mmol·L-1處理時顯著低于0和100 mmol·L-1。

表1 不同鹽濃度下草地早熟禾品種葉綠素含量變化

在0 mmol·L-1處理時,‘如意’葉綠素含量最高,顯著高于‘水星’和‘午夜’(P<0.05),與其它品種間差異不顯著,‘水星’的葉綠素含量最低,顯著低于其它品種(P<0.05);在鹽溶液100 mmol·L-1處理時,‘如意’葉綠素含量最高,與‘探險家’‘藍精靈’‘潔妮’‘愛娃’顯著高于其它品種(P<0.05),水星的葉綠素含量最低;在鹽溶液200 mmol·L-1時,‘探險家’葉綠素含量最高,‘奔騰’最低,‘探險家’與潔妮差異不顯著,顯著高于其它品種(P<0.05),‘奔騰’與‘水星’‘踏春’異不顯著;在300 mmol·L-1處理時,‘探險家’葉綠素含量最高,與‘潔妮’‘午夜’差異不顯著,顯著高于其它品種(P<0.05),迪瓦的葉綠素含量最低(P<0.05)。

3.2 相對電導率

4個NaCl鹽濃度處理的12個草地早熟禾品種幼苗相對電導率的差異如表2所示,隨著鹽濃度的增加,‘踏春’‘探險家’‘斗士’‘藍精靈’‘如意’‘藍之夢’‘水星’‘午夜’‘愛娃’的相對電導率差異不顯著。‘奔騰’‘迪瓦’隨著鹽濃度增加,相對電導率呈上升趨勢,但是,在0 mmol·L-1和100 mmol·L-1處理時差異不顯著,在200 mmol·L-1和300 mmol·L-1處理時不顯著;‘潔妮’則相反,隨著鹽濃度增加,相對電導率呈下降趨勢。

表2 不同鹽濃度下草地早熟禾品種相對電導率變化

在0 mmol·L-1處理時,‘潔妮’相對電導率顯著高于其它品種(P<0.05),‘奔騰’相對電導率顯著低于其它品種(P<0.05);在100 mmol·L-1處理時,‘潔妮’相對電導率顯著高于其它品種(P<0.05),‘奔騰’相對電導率最低,與‘藍之夢’‘迪瓦’‘愛娃’差異不顯著,顯著低于的其它品種(P<0.05);在200 mmol·L-1處理時,‘藍精靈’相對電導率顯著高于‘探險家’和‘奔騰’(P<0.05),與其它品種差異不顯著;在300 mmol·L-1處理時,’迪瓦’相對電導率最高,與‘藍之夢’差異不顯著,顯著高于除其它品種(P<0.05),‘探險家’相對電導率最低,僅與‘藍之夢’和‘迪瓦’差異顯著(P<0.05)。

3.3 根長

隨著鹽濃度的增加,不同品種草地早熟禾的根長呈下降趨勢(表3)。在0 mmol·L-1處理時,‘踏春’‘斗士’‘潔妮’‘藍之夢’‘水星’‘愛娃’的根長顯著長于其它鹽濃度(P<0.05),在100 mmol·L-1、200 mmol·L-1和300 mmol·L-1處理之間差異不顯著;‘探險家’‘藍精靈’‘奔騰’‘如意’的根長在0 mmol·L-1顯著長于200和300 mmol·L-1(P<0.05),100 mmol·L-1顯著長于300 mmol·L-1(P<0.05);‘迪瓦’在4個鹽濃度下根長差異不顯著。

表3 不同鹽濃度下草地早熟禾品種根長

在0 mmol·L-1時,‘潔妮’根長最長,僅顯著高于愛娃(P<0.05);在100 mmol·L-1和在200 mmol·L-1時,‘奔騰’根長最長,顯著高于‘藍之夢’‘水星’‘愛娃’(P<0.05);在300 mmol·L-1時,‘潔妮’根長最長,與‘踏春’‘斗士’‘奔騰’‘迪瓦’‘午夜’差異不顯著,顯著高于其它品種(P<0.05),‘水星’根長最短,與‘藍精靈’‘藍之夢’‘愛娃’差異不顯著,顯著低于其它品種(P<0.05)。

3.4 相對含水量

隨著鹽濃度的增加,不同品種草地早熟禾的相對含水量呈下降趨勢(表4)。‘藍之夢’的相對含水量隨著鹽濃度的增加差異不顯著,除‘午夜’外其余品種均為0 mmol·L-1鹽濃度相對含水量最高,‘踏春’‘潔妮’在200 mmol·L-1處理時相對含水量最低,其余品種均在300 mmol·L-1處理時相對含水量最低。

表4 不同鹽濃度下草地早熟禾品種相對含水量變化

在0 mmol·L-1時,‘奔騰’相對含水量最高,與‘潔妮’ ‘藍之夢’‘午夜’差異不顯著,顯著高于其余品種(P<0.05);在100 mmol·L-1和200 mmol·L-1時,’午夜’相對含水量最高,100 mmol·L-1處理顯著高于其它品種(P<0.05),在200 mmol·L-1時,除‘奔騰’ ‘潔妮’‘水星’外,‘午夜’顯著高于其它品種(P<0.05),‘迪瓦’在0 mmol·L-1和100 mmol·L-1時最低;‘踏春’相對含水量最低(P<0.05);在300 mmol·L-1時,‘潔妮’相對含水量最高,顯著高于其它品種(P<0.05),‘迪瓦’相對含水量最低,顯著低于其它品種(P<0.05)。

3.5 幼苗期耐鹽性綜合評價

為了綜合評價12個草地早熟禾品種幼苗耐鹽性,本試驗采用隸屬函數法對相對含水量、根長、相對電導率及葉綠素含量進行了綜合評價。隸屬函數平均值(又稱平均隸屬度)越大說明其幼苗耐鹽特性越優。0 mmol·L-1NaCl處理時,平均隸屬度在0.510～0.950,其中‘奔騰’ ‘如意’‘藍之夢’‘踏春’‘潔妮’5個品種大于0.7,其幼苗特性好;平均隸屬度均大于0.5,其幼苗特性均較好,幼苗性狀從強到弱依次為:‘奔騰’>‘如意’>‘藍之夢’>‘踏春’>‘潔妮’>‘午夜’>‘斗士’>‘探險家’>‘愛娃’>‘水星’>‘藍精靈’>‘迪瓦’(表5)。100 mmol·L-1NaCl處理時,平均隸屬度在0.292～0.776,其中僅有‘奔騰’大于0.7,幼苗耐鹽特性最好,平均隸屬度小于0.4的2個品種為‘踏春’‘水星’,其幼苗耐鹽特性較差,其余品種幼苗耐鹽特性評價居中,幼苗耐鹽性狀從強到弱依次為:‘奔騰’>‘如意’>‘探險家’>‘午夜’>‘藍精靈’>‘迪瓦’>‘潔妮’>‘愛娃’>‘藍之夢’>‘斗士’>‘踏春’>‘水星’(表6)。200 mmol·L-1NaCl處理時,平均隸屬度在0.308～0.845,其中‘潔妮’‘午夜’‘探險家’大于0.7,幼苗耐鹽特性較好;平均隸屬度小于0.4的4個品種‘藍精靈’‘水星’‘踏春’‘藍之夢’幼苗耐鹽特性較差,其余品種幼苗耐鹽特性評價居中,幼苗耐鹽性狀從強到弱依次為:‘潔妮’>‘午夜’>‘探險家’>‘奔騰’>‘如意’>‘斗士’>‘愛娃’>‘迪瓦’>‘藍之夢’>‘踏春’>‘水星’>‘藍精靈’(表7)。300 mmol·L-1NaCl處理時,平均隸屬度在0.280～0.897,其中‘潔妮’和‘探險家’大于0.7,幼苗耐鹽特性較好;平均隸屬度小于0.4的6個品種為‘迪瓦’‘愛娃’‘藍之夢’‘水星’‘藍精靈’‘奔騰’,其幼苗耐鹽特性較差,其余品種幼苗耐鹽特性評價居中,幼苗耐鹽性狀從強到弱依次為:‘潔妮’>‘探險家’>‘午夜’>‘如意’>‘斗士’>‘踏春’>‘奔騰’>‘藍精靈’>‘水星’>‘藍之夢’>‘愛娃’>‘迪瓦’(表8)。由此可見,在低濃度(0 mmol·L-1和100 mmol·L-1)NaCl處理時,‘奔騰’性狀表現最優;在高濃度(200 mmol·L-1和300 mmol·L-1)NaCl處理時,‘潔妮’‘探險家’ ‘午夜’性狀表現最優。

表5 0 mmol·L-1鹽濃度處理12個草地早熟禾品種幼苗性狀綜合評價與排名

表6 100 mmol·L-1鹽濃度處理12個草地早熟禾品種幼苗耐鹽性狀綜合評價與排名

表7 200 mmol·L-1鹽濃度處理12個草地早熟禾品種幼苗耐鹽性狀綜合評價與排名

表8 300 mmol·L-1鹽濃度處理12個草地早熟禾品種幼苗耐鹽性狀綜合評價與排名

4 討論

植物葉片是進行光合作用的重要器官,葉綠素(Chl)是植物光合作用的主要物質,在一定程度上可以衡量植物對鹽脅迫耐受的能力[22]。有研究表明,耐鹽品種的葉綠素含量在鹽脅迫下高于敏鹽品種[23]。本研究中,12個草地早熟禾品種葉綠素含量隨著鹽濃度的增加呈下降趨勢,這與張韋鈺等[24]對草地早熟禾品種午夜的研究結果一致。鹽脅迫對植物光合作用起到抑制作用,從而降低光合速率,抑制電子傳遞,使產量下降甚至死亡。

鹽脅迫會破壞細胞膜的完整性,導致膜透性增大[25],電導率和相對電導率的值越大[26]。本研究發現,隨著鹽濃度的增加,‘踏春’‘探險家’‘斗士’‘藍精靈’‘如意’‘藍之夢’‘水星’‘午夜’‘愛娃’的相對電導率差異不顯著;‘奔騰’‘迪瓦’隨著鹽濃度增加,相對電導率呈上升趨勢。因此,‘奔騰’‘迪瓦’對鹽脅迫較敏感,鹽脅迫導致其葉片電解質外滲,對其生長造成傷害,與任智新等[27]的研究結果一致。

植物的根系生長的能力可通過根長表現,同時由于植物根系是最早感受到鹽脅迫的器官,因而其生長會受到抑制作用[19]。本研究表明,隨著鹽濃度的增加,不同品種草地早熟禾120 h的根長呈下降趨勢。鹽脅迫對草地早熟禾根生長有抑制作用,耐鹽性強的品種較敏鹽品種在鹽脅迫下根長的變化幅度小[28]。

相對含水量是反映植物水分狀況的一項重要指標,植物體內的含水量變化是影響植物生長狀況的重要因素之一[29]。本研究發現隨著鹽濃度的增加,12個草地早熟禾品種的相對含水量呈下降趨勢。

牧草幼苗耐鹽性特性的評價方法很多,為了避免評價過程中的片面性,本研究根據平均隸屬函數值法進行了12個草地早熟禾品種幼苗期耐鹽性綜合評價。通過隸屬函數平均值排序發現,0 mmol·L-1及100 mmol·L-1NaCl處理時,‘奔騰’和‘如意’在12個草地早熟禾品種中耐鹽性強;200 mmol·L-1和300 mmol·L-1NaCl處理時,‘潔妮’‘午夜’和‘探險家’在12個草地早熟禾品種中耐鹽性強。

5 結論

在低NaCl濃度(0和100 mmol·L-1)處理時,‘奔騰’耐鹽性狀表現最優;在高NaCl濃度(200和300 mmol·L-1)處理時,‘潔妮’‘探險家’‘午夜’耐鹽性狀表現最優。其中,‘水星’在4個NaCl鹽濃度均表現較差。因此,建議在鹽漬化土壤建植草地早熟禾草坪可選擇‘奔騰’‘潔妮’‘探險家’‘午夜’作為建坪草種。