基于灰色方法的鹽脅迫對牧草萌發(fā)的影響

崔雪梅，蔡紅昌，章愛群

(1.湖北工程學院 生命科學技術學院，湖北 孝感 432000；2.石柱縣水務局，重慶 石柱 409100)

基于灰色方法的鹽脅迫對牧草萌發(fā)的影響

崔雪梅1，蔡紅昌2，章愛群1

(1.湖北工程學院 生命科學技術學院，湖北 孝感 432000；2.石柱縣水務局，重慶 石柱 409100)

選擇冷季型草坪品種高羊茅和黑麥草為材料,采用九種不同濃度的鹽脅迫，應用灰色關聯(lián)度方法分析牧草種子的發(fā)芽率、相對發(fā)芽率、發(fā)芽勢等多項指標。結果表明：高羊茅多項指標與鹽脅迫的關聯(lián)度較大，說明鹽脅迫對高羊茅的影響略高于黑麥草，黑麥草更適于在鹽堿土上進行引種和綠化。

鹽脅迫；灰色關聯(lián)度；高羊茅；黑麥草

土壤鹽漬化對農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境的影響已經成為全球廣泛關注的問題[1]。隨著科學技術不斷進步，灌溉地和塑料大棚面積逐步擴大，加上工業(yè)污染以及氣候變暖導致海平面上升等問題，導致土壤次生鹽漬化日趨嚴重,給農業(yè)生產帶來巨大危害，有著巨大的開發(fā)潛力[2-3]。

目前鹽漬化土壤開發(fā)利用主要有兩條途徑[4]：一是改良鹽漬土壤，使之適宜作物生長;二是培育耐鹽的品種以適應環(huán)境變化，即選擇耐鹽、排鹽植物或進行植物耐鹽育種。經大量實踐證明，改良環(huán)境適應作物成本昂貴，并消耗了大量寶貴的淡水資源，目前淡水資源匱乏，因此不宜推廣。相比而言，耐鹽品種的選育和基因工程既經濟又有效。

選擇高羊茅獵狗5號和黑麥草品種球道為研究對象,實驗設置9個鹽分梯度，在室內人工控制條件下，通過單鹽(NaCl)脅迫處理的途徑對兩種草坪種子的初始萌發(fā)時間、發(fā)芽率、根芽長等相關指標進行了較為系統(tǒng)的評價和研究，不但從數據變化大小和變化趨勢上進行分析，還運用灰色關聯(lián)度分析方法對衡量種子發(fā)芽能力的指標進行深層次剖析，為牧草耐鹽性檢測提供了較為全面的數據，從而為國內草坪草的研究積累一定的實踐經驗和方法，為我國北方干旱、半干旱地區(qū)的鹽堿土改良草坪草的引種和綠化提供理論依據，同時對提高鹽堿土地區(qū)農民的經濟效益，改善當地的生態(tài)環(huán)境也有一定的意義。

1 實驗材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為高羊茅獵狗5號和多花黑麥草種球道品種，也是飼草型品種。采樣于甘肅臨澤，土壤鹽分含量5.1884%，pH值為8.45。

1.2試驗方法

本試驗選用了NaCl溶液作為種子發(fā)芽的培養(yǎng)基，溶液濃度梯度在0～4%之間，9個處理濃度分別為： 0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%。

試驗用發(fā)芽床采用濾紙紙上發(fā)芽法，即取直徑9.5cm的玻璃培養(yǎng)皿，在培養(yǎng)皿上依次編好號，再給培養(yǎng)皿底部墊兩張濾紙，每個培養(yǎng)皿均勻放置100粒種子，加入適量不同濃度的鹽溶液(以濾紙和種子浸濕為宜)，加蓋，之后每天更換濾紙和鹽溶液，每個水平3次重復。在25±1℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照10小時，黑暗14小時。每日觀察記錄發(fā)芽種子數并補充蒸發(fā)所失的水分，使各處理鹽濃度維持不變，并待開始發(fā)芽時統(tǒng)計發(fā)芽數量。根據《國家種子檢測規(guī)程》發(fā)芽試驗標準，在末次計數時統(tǒng)計發(fā)芽率，多年生黑麥草、高羊茅的末次計數時間都為14天。

1.3發(fā)芽能力指標

在草坪生長的整個過程中，萌發(fā)期對鹽脅迫是最敏感的，并且種子萌發(fā)情況直接影響到草坪播種后的建植效果。因此，在草坪種子萌發(fā)期根據其耐鹽性能的高低對其進行種質篩選具有重要意義。

本實驗采用以下5個指標衡量種子的發(fā)芽能力：

(1)發(fā)芽指數(Gi)=∑Gi/Di，其中Gi表示第i天發(fā)芽數；Di表示天數。

(2)平均發(fā)芽速度(Gv)=∑(Gi* Di) /∑Gi，其中Gi表示第i天發(fā)芽數；Di表示天數。

(3)發(fā)芽率(GP)(%)=最終發(fā)芽種子數/供試種子數×100%。

(4)相對發(fā)芽率 RGp = 處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100%

(5)發(fā)芽勢(Gv) = n/ N ×100 % (n 表示前7天發(fā)芽的種子數，N表示種子總數)

本試驗在第7天計算發(fā)芽勢，第14天計算總發(fā)芽率。

1.4灰色關聯(lián)分析方法

灰色關聯(lián)分析的基本思想是根據序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密。曲線越接近，相應序列之間關聯(lián)度就越大，反之就越小[5-6]。

定理設系統(tǒng)行為序列

X0=(x0(1),x0(2),∧,x0(n))

X1=(x1(1),x1(2),∧,x1(n))

∧ ∧ ∧

Xi=(xi(1),xi(2),∧,xi(n))

∧ ∧ ∧

Xm=(xm(1),xm(2),∧,xm(n))

為x0與x1的灰色絕對關聯(lián)度，簡稱絕對關聯(lián)度。設x0與x1的長度相同，且皆為1-時距序列，則

2 結果與分析

牧草的耐鹽性不僅與牧草的種類、品種基因類型、形態(tài)形狀及生理生化反應有關，而且受鹽脅迫發(fā)生的時期、強度及持續(xù)時間的影響。

以9種濃度的NaCl培養(yǎng)液模擬不同程度的鹽分脅迫強度，在14天(中華人民共和國國家標準牧草種子檢驗規(guī)程，黑麥草的末次計算發(fā)芽時間為14天)內觀察研究高羊茅和多花黑麥草種子的發(fā)芽情況。

2.1 NaCl脅迫對高羊茅和黑麥草發(fā)芽指數和發(fā)芽速度的影響

種子發(fā)芽指數是通過NaCl脅迫對高羊茅和黑麥草發(fā)芽是否產生抑制作用來評價兩種牧草耐鹽程度的指標。發(fā)芽指數越大,表明發(fā)芽速度越快。在不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽指數見表1和圖1。從表1中數據和圖1的趨勢可以看出：在 NaCl脅迫下，隨著鹽分濃度的增加，兩種牧草種子的發(fā)芽指數都呈逐漸降低的趨勢。

采用灰色關聯(lián)度對高羊茅和黑麥草的發(fā)芽指數進行關聯(lián)度分析，經計算，高羊茅和黑麥草發(fā)芽指數灰色絕對關聯(lián)度分別為0.502506和0.501503, 鹽脅迫與高羊茅的發(fā)芽指數關聯(lián)度較大，即鹽脅迫對高羊茅的發(fā)芽指數影響較大。

表1 不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽指數

圖1 不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽指數

表2 不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽速度

圖2 不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽速度

平均發(fā)芽速度是衡量種子發(fā)芽快慢的一個指標，平均發(fā)芽速度越小，說明種子的發(fā)芽速度越快，發(fā)芽能力也較好。不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽速度如表2和圖2所示。從表2中的結果可以看出，隨著NaCl濃度的增加，兩種牧草的發(fā)芽速度值越來越大，表明隨著鹽濃度的增加，兩種牧草種子的發(fā)芽能力逐步降低。從圖2可以看出，兩種牧草的發(fā)芽速度趨勢基本相同，表明鹽脅迫對兩種牧草發(fā)芽速度的影響差別不大。采用灰色關聯(lián)度對高羊茅和黑麥草的發(fā)芽速度進行關聯(lián)度分析, 經計算，高羊茅和黑麥草平均發(fā)芽速度的灰色絕對關聯(lián)度分別為0.810924和0.808675。該分析結果表明，鹽脅迫與高羊茅的平均發(fā)芽速度關聯(lián)度較大,即鹽脅迫對高羊茅的平均發(fā)芽速度影響較大。在不同鹽濃度的脅迫下，黑麥草的發(fā)芽速度相對較慢，發(fā)芽能力相對較強。

2.2 NaCl脅迫對高羊茅和黑麥草發(fā)芽率、相對發(fā)芽率的影響

用不同濃度的NaCl脅迫高羊茅和黑麥草的種子發(fā)芽結果見圖3?？梢钥闯觯S著鹽濃度梯度的增加，高羊茅和黑麥草的發(fā)芽率均呈下降趨勢。

對高羊茅和黑麥草的發(fā)芽率和鹽濃度進行灰色關聯(lián)度分析,高羊茅和黑麥草的灰色絕對關聯(lián)度分別是0.501883和0.500847。該結果表明，鹽脅迫與高羊茅發(fā)芽率的關聯(lián)度略大，說明鹽脅迫對高羊茅發(fā)芽率的影響略高于黑麥草。

NaCl脅迫對高羊茅和黑麥草種子相對發(fā)芽率的影響如表3所示。從表3的結果可以看出，隨著鹽濃度梯度的增加，高羊茅和黑麥草的相對發(fā)芽率均呈下降趨勢，當NaCl濃度小于1%時，兩種牧草的相對發(fā)芽率變化不大，當鹽濃度大于1%后，兩種牧草相對發(fā)芽率下降趨勢明顯加大，說明高濃度的鹽分脅迫明顯抑制了兩種牧草種子的萌發(fā)。

圖3 不同濃度NaCl脅迫下黑麥草和高羊茅發(fā)芽率

表3 NaCl 脅迫對高羊茅和黑麥草種子相對發(fā)芽率的影響

應用灰色關聯(lián)度對高羊茅和黑麥草的相對發(fā)芽率和鹽濃度做灰色關聯(lián)度分析,結果表明,高羊茅和黑麥草的灰色絕對關聯(lián)度分別是0.807872和0.807833,兩種關聯(lián)度的值差異不大,從數據可以看出,在不同的鹽濃度脅迫下,高羊茅和黑麥草的相對發(fā)芽率差異不顯著。

3.3 NaCl脅迫對高羊茅和黑麥草發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢是指種子發(fā)芽初期它在規(guī)定時間內能正常發(fā)芽的種子粒數占供檢種子粒數的百分率，它描述了種子的發(fā)芽速度與整齊度，表明種子的活力高低，在一定程度上反映了種子活力和抵御逆境脅迫的能力，也是測定種子質量的有效指標。發(fā)芽勢高的種子，其種子的活力高，出苗齊而壯。

表4 不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽勢

不同濃度NaCl 脅迫下高羊茅和黑麥草發(fā)芽勢如表4所示。從表4中可以看出，在0.5%鹽濃度下，高羊茅的發(fā)芽勢下降了1.33%，黑麥草發(fā)芽勢下降了0.33%，兩者下降幅度都很小，說明在低濃度的鹽分脅迫下，兩種牧草對鹽害不敏感；隨著鹽濃度的增加，兩種牧草種子的發(fā)芽勢下降率增加幅度加大，相對發(fā)芽勢降幅加大。當NaCl濃度為2%時，高羊茅和黑麥草的發(fā)芽勢分別下降90.66%和92.66%，NaCl濃度不低于2.5%時，兩種牧草的發(fā)芽勢均為零。說明當NaCl濃度不低于2.5%時，鹽脅迫延緩高羊茅和多年生黑麥草的萌發(fā)進程，延長萌發(fā)時間。

應用灰色方法對高羊茅和黑麥草的發(fā)芽勢進行關聯(lián)度分析，高羊茅和黑麥草發(fā)芽勢灰色絕對關聯(lián)度分別為0.502516和0.50051,結果表明，鹽脅迫與高羊茅的發(fā)芽勢關聯(lián)度較大，即鹽脅迫對高羊茅的發(fā)芽勢影響較大。

3 結論與討論

3.1鹽脅迫對黑麥草和高羊茅發(fā)芽指數和發(fā)芽速度的影響

在 NaCl脅迫下， 隨著鹽分濃度的增加，兩種牧草種子的發(fā)芽指數都呈逐漸降低趨勢?；疑P聯(lián)度分析結果表明：鹽脅迫與高羊茅的發(fā)芽指數關聯(lián)度較大，即鹽脅迫對高羊茅的發(fā)芽指數影響較大。

隨著NaCl濃度的增加，兩種牧草的發(fā)芽速度值越來越大，表明兩種牧草種子的發(fā)芽能力逐步降低。應用灰色關聯(lián)度分析表明：鹽脅迫與高羊茅的平均發(fā)芽速度關聯(lián)度較大,即鹽脅迫對高羊茅的平均發(fā)芽速度影響較大。在不同鹽濃度的脅迫下，黑麥草的發(fā)芽速度相對較小，發(fā)芽能力較強。

3.2鹽脅迫對黑麥草和高羊茅發(fā)芽率的影響

隨著鹽濃度梯度的增加，高羊茅和黑麥草的發(fā)芽率呈下降趨勢?；疑P聯(lián)度分析結果表明： 鹽脅迫與高羊茅發(fā)芽率的關聯(lián)度較大，即在鹽脅迫下，黑麥草的出苗率高于高羊茅。

3.3鹽脅迫對黑麥草和高羊茅發(fā)芽勢的影響

在低濃度的鹽分脅迫下，兩種牧草對鹽害不敏感；隨著鹽濃度的加大，兩種牧草種子的發(fā)芽勢下降率增加幅度加大，相對發(fā)芽勢降幅加大。當NaCl濃度不低于2.5%時，鹽脅迫延緩高羊茅和多年生黑麥草的萌發(fā)進程 ,延長萌發(fā)時間。

灰色關聯(lián)度分析結果表明：鹽脅迫與高羊茅的發(fā)芽勢關聯(lián)度較大，即鹽脅迫對高羊茅的發(fā)芽勢影響較大。

綜上所述，在NaCl鹽脅迫下，黑麥草的各項發(fā)芽指標均優(yōu)于高羊茅，說明黑麥草的耐鹽性比高羊茅好，更適宜在鹽堿地上推廣種植。

[1] 趙明范.世界土地鹽漬化現狀及研究趨勢.世界林業(yè)研究[J].1994,1: 84-86.

[2] 郭瑞萍,梁廣民,沈景林等.不同牧草品種對鹽堿化草地改良效果研究[J].草業(yè)與畜牧,2007,114(8):1-4.

[3] 王波,宋鳳斌,張金才.植物耐鹽性研究進展[J].農業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究,2007,23(2):212-216.

[4] 鄢燕,張新全,張新躍.黑麥草種子生產研究現狀及發(fā)展對策[J].草業(yè)科學,2003,20(2):16-19.

[5] 劉思峰,黨耀國,方志耕.灰色系統(tǒng)理論及其應用[M].5版.北京:科學出版社,2010：96-99.

[6] Wen K L, You M L, Lee B Y.Apply grey relational grade and rough set theory for the factor weighting analysis in liver function[J].Journal of Convergence Information Technology,2011,6(9):420-428.

(責任編輯：張凱兵)

EffectofSaltStressonPastureSeedGerminationUsingGreyMethod

Cui Xuemei1，Cai Hongchang2，Zhang Aiqun1

(1.SchoolofLifeScienceandTechnology，HubeiEngineeringUniversity,Xiaogan,Hubei432000,China；2.WaterAffairsBureauofShizhuCounty,Shizhu，Chongqing409100,China)

Tall fescue and perennial ryegrass of cool season type were selected under the salt stress on nine different concentration conditions. Several indexes such as germination percentage, relative germination percentage, and germination energy for pasture seed were analyzed on the gray relational grades. Experimental results revealed that the conections between various indexes of tall fescue and salt stress were closer, indicating that the effects of salt stress on tall fescue were slightly greater than perennial ryegrass which proves to be more suitable to be introduced and greened in saline soil.

salt stress; gray relational grades; tall fescue; perennial ryegrass

S519

A

2095-4824(2013)06-0064-05

2013-05-29

湖北省教育科學“十一五”規(guī)劃課題(2009B106)；湖北工程學院科研項目(Z2011019)

崔雪梅(1979- )，女，云南宣威人，湖北工程學院生命科學技術學院講師，碩士。

蔡紅昌(1977- )，男，云南宣威人，重慶市石柱縣水務局工程師。