不同禾本科牧草種子萌發及幼苗耐鹽性鑒定

王曉龍，米福貴，郭躍武，閆利軍，劉偉偉

（內蒙古農業大學 生態環境學院，內蒙古 呼和浩特 010019）

鹽堿地是人類面臨的世界性問題，主要分布在內陸的干旱和半干旱地區［1］。全世界約有1／3的鹽漬化土壤，我國約有3 460萬hm2各類鹽堿地（鹽土中含有NaCl、Na2SO4、CaCO3等；堿 土 中 含 有 Na2CO3、NaHCO3等），而且還呈逐年上升趨勢。鹽脅迫環境對作物的生長發育產生一系列不利影響，最終影響作物產量的提高［2］。如何有效利用和改善這些鹽堿地，已經引起人們的高度重視［3］。在生物措施治理鹽堿地方面，人們已對植物抗鹽、耐鹽生理機理的研究做了大量工作，研究內容不斷深入［4］。有關種子萌發及生長發育的耐鹽性研究多集中于牧草［5］、草坪草［6］、禾本科作物［7］和經濟作物［8］。

牧草有適應性廣、抗鹽性強的特性，是改良和利用鹽堿地的主要植物［9］，而禾本科牧草的耐鹽性通常又優于作物及（豆科牧草，更是改良鹽堿地的良好植物［10］。研究對比鑒定了不同禾本科牧草種子萌發及幼苗的耐鹽性，旨在為鹽堿地禾本科牧草的栽培利用及耐鹽新品種選育提供依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

研究選取了5種在我國東北、華北和西北地區分布與利用較為廣泛和普遍的禾本科牧草進行耐鹽性鑒定。5種禾草分屬3個不同的屬，大多為中旱生物種，均具有較強的抗旱和耐寒性，飼用品質亦優良（表1）。

1.2 試驗方法

1.2.1 禾草種子萌發期耐鹽性測定內容與方法 試驗采用培養皿紙上發芽法培養種子，將選出成熟飽滿、均勻一致的供試牧草種子置于有雙層濾紙的9cm培養皿中，分別加入等量的濃度為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6% 的 復 鹽 溶 液（NaCl與Na2SO4，摩爾比1∶1）進行脅迫。每處理3次重復，種子經粒選之后用0.1%的升汞消毒20min，沖洗3～5次后，每重復用種子50粒，以蒸餾水作為對照。每日16∶00～20∶00用稱量法根據水分蒸發量加入蒸餾水以維持鹽濃度［11］，在光照培養箱中培養，恒溫25℃，濕度80%，光照間隔12h，第2d開始觀察并記錄種子萌發情況，第10d統計發芽率，相對發芽率以每天統計發芽種子數（發芽以胚根突破種皮2mm為標準）［11］，將第6d的發芽率定為發芽勢，第10d分別稱量各品種發芽種子胚根、胚芽的重量。根據公式計算：

表1 供試材料及其來源Table1 Source of tested materials

相對發芽率＝處理種子發芽率／對照種子發芽率×100

相對發芽勢＝處理種子發芽勢／對照種子發芽勢×100

發芽指數GI＝∑GT／DT

式中：GT為T天的發芽數；DT為相應的天數。

胚根／胚芽＝胚根重／胚芽重

簡化活力指數G.S.＝生物量×相對發芽率

式中：S表示生物量，S＝胚芽干質量＋胚根干質量。

1.2.2 禾草幼苗期耐鹽性測定 試驗幼苗在溫室中培育，先配制土壤，將過2mm目土壤篩的干土、花土和蛭石，以1∶1∶1的比例混合，然后，裝入內徑為15cm，高度為11cm的塑料花盆中，每盆裝土1 500 g，種子200粒撒播，澆自來水使土壤含水量達到75%，以后定期澆水以保持土壤含水量；當幼苗長出3～4片葉子進行鹽化處理，處理濃度為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的 NaCl與 Na2SO4（摩爾比1∶1）的復鹽溶液，每處理3次重復，以自來水為對照（以后每天稱重補充損失的水分以防止反鹽和保持鹽濃度）。處理12d后測定相關指標。

游離脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法；丙二醛含量（MDA）的測定采用硫代巴比妥酸法，參照文獻［13］的方法。

1.3 統計分析

采用Excel作圖，SAS 9.0軟件進行方差分析和多元統計分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下供試牧草相對發芽率和相對發芽勢

與對照相比，隨著鹽脅迫的加劇，各供試材料的相對發芽率整體呈下降趨勢，垂穗披堿草在0.4%處理時相對發芽率略顯上升，高于對照5.2%（圖1）。此現象出現可能是低濃度鹽脅迫對垂穗披堿草種子萌發有促進作用；鹽濃度大于0.6%時，相對發芽率低于對照，說明高濃度鹽脅迫抑制種子萌發。無芒雀麥在0.6%處理時出現明顯下降，這表明低濃度鹽脅迫對無芒雀麥種子萌發有抑制作用，鹽濃度在0.6%～1.0%時相對發芽率基本保持不變。當鹽濃度大于1.0%時，各材料相對發芽率均有不同程度降低，其中細莖冰草、老芒麥較明顯，說明高濃度鹽脅迫對種子萌發有較強抑制作用。

圖1 鹽脅迫下幾種禾本科牧草種子的相對發芽率Fig.1 The relative seed germination rate under salt stress

供試材料相對發芽勢也隨鹽濃度升高而降低（圖2），說明種間差異顯著。鹽濃度在1.5%時，垂穗披堿草與扁穗冰草、細莖冰草、無芒雀麥相對發芽勢呈顯著性差異（P＜0.05）。

2.2 鹽脅迫下的發芽指數

5種材料發芽指數隨鹽脅迫增加變化不大（圖3）。細莖冰草和扁穗冰草的變化幅度相對較大，在1.6%處理時，分別為對照的17.1%和27.8%，可能是由于鹽脅迫導致發芽時間延遲所致；無芒雀麥和老芒麥由于發芽率較低，因此，發芽指數隨鹽濃度升高變化不明顯；比較鹽脅迫下5種材料發芽指數變化情況，垂穗披堿草發芽指數變化相對平緩，材料穩定，耐鹽性較強。

圖2 鹽脅迫下幾種禾本科牧草種子的相對發芽勢Fig.2 The relative seed germination potential under salt stress

圖3 鹽脅迫下幾種禾本科牧草種子的發芽指數Fig.3 The germination index changes under salt stress

2.3 鹽脅迫下的胚根／胚芽

5種材料的胚根胚芽比的曲線變化趨勢較復雜，此現象可能是它們在不同鹽脅迫下胚根胚芽的生長狀況不同所致。無芒雀麥和細莖冰草低鹽濃度下，胚根生長較快，所以其胚根／胚芽值比對照大，在0.4%鹽濃度時，比值分別為0.31、0.41，但隨鹽脅迫增加其胚根生長受到抑制比值降低。垂穗披堿草和老芒麥在低鹽脅迫時由于胚芽生長較胚根快，在0.4%處理時胚根／胚芽值分別為0.26、0.37；隨著鹽梯度的升高，鹽脅迫對胚根生長較對胚芽生長的影響小，所以胚根胚芽比值增加，老芒麥在1.6%處理時達到最高，為0.50，其他4種材料的變化與對照相比曲線波動不大，鹽濃度大于1.0%條件下，無芒雀麥胚根胚芽比值較其他材料低（圖4）。

2.4 鹽脅迫下的簡化活力指數

圖4 鹽脅迫下幾種禾本科牧草胚根胚芽比Fig.4 The ratio of radicle to germ under salt stress

相對于對照，5種禾草材料的簡化活力指數隨鹽脅迫的加強均表現為降低，在不同梯度鹽脅迫下垂穗披堿草簡化活力指數均高于其他4種材料，存在顯著性差異（P＜0.05），其中，垂穗披堿草在濃度0.4%～1.0%時簡化活力指數變化較小，鹽濃度高于1.0%時下降較大，可能是高濃度鹽脅迫嚴重抑制了胚根胚芽的生長；老芒麥在0%～0.8%鹽濃度較其他材料簡化活力指數低，可能與發芽率低有關（圖5）。

圖5 鹽脅迫下幾種禾本科牧草簡化活力指數Fig.5 The simplified vigor index under salt stress

2.5 鹽脅迫對牧草幼苗丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是植物體內膜脂過氧化的產物，其含量與細胞膜系統的傷害程度密切相關，反映了植物細胞傷害的程度［4］。

隨著鹽脅迫強度的增加，各材料葉片中的MDA含量均有不同程度升高，鹽濃度在0%～0.6%時牧草葉片中MDA含量變化幅度較小，說明牧草幼苗對低濃度鹽脅迫有一定耐受能力。隨著鹽脅迫的加劇，無芒雀麥、細莖冰草和老芒麥MDA值變化較大，其中，老芒麥在1.2%鹽處理下為對照的1.84倍，細莖冰草在1.5%鹽脅迫下是對照的2.26倍，存在顯著性差異（P＜0.05）。垂穗披堿草和扁穗冰草幼苗隨鹽濃度的升高，MDA含量增加幅度較其他3種材料低，在鹽濃度為1.5%時，分別為對照的1.5 7和1.61倍（圖6）。

圖6 鹽脅迫下幾種禾本科牧草的MDA含量Fig.6 The MDA contents under salt stress

2.6 鹽脅迫對牧草幼苗脯氨酸含量的影響

在逆境條件下游離脯氨酸的積累是植物的普遍反應，不同的鹽濃度下植物體內的游離脯氨酸均有不同程度的積累［12，13］。

隨著鹽脅迫的加強，各禾草葉片脯氨酸含量有不同程度增加，在1.5%鹽處理條件下，老芒麥和細莖冰草脯氨酸含量與對照呈顯著性差異（P＜0.05）；細莖冰草在1.5%處理的脯氨酸含量是對照的2.7倍，垂穗披堿草脯氨酸含量增加幅度最小，由此說明在不同的鹽濃度梯度下各材料體內的游離脯氨酸均有不同程度積累，游離脯氨酸含量增加幅度越小則該禾草越耐鹽，反之則越不耐鹽（圖7）。

圖7 鹽脅迫下幾種禾本科牧草的脯氨酸含量Fig.7 The proline contents under salt stress

2.7 5種禾本科牧草耐鹽性隸屬函數分析

用于分析的隸屬函數值［X（u1），X（u2）］計算方程為：

式中：X為各鑒定牧草種某一指標的測定值；Xmax為所有鑒定草種此指標的最大值；Xmin為所有鑒定草種此指標的最小值。

若所測指標與植物的耐鹽性呈正相關，則采用（1）式計算隸屬值，負相關則用（2）式。累加各草種各指標的具體隸屬值，并求出平均值后進行比較，平均值越大植物的耐鹽性越強［14，15］。

試驗對5種禾本科牧草的耐鹽性進行綜合評價分析（表2），得出各禾草的耐鹽能力大小依次為：垂穗披堿草＞細莖冰草、老芒麥＞扁穗冰草＞無芒雀麥。

表2 5個禾本科牧草耐鹽隸屬函數Table2 The salt－tolerant membership function of 5grasses

3 討論與結論

（1）此次試驗在鹽濃度為0.4%時，與對照相比垂穗披堿草的相對發芽率提高了5.2%；隨著鹽脅迫加劇，各材料的相對發芽率、相對發芽勢、發芽指數和簡化活力指數均呈下降趨勢。羅志娜等［16］對24個燕麥品種種子萌發耐鹽性綜合研究發現，隨著鹽濃度的增加燕麥品種的發芽率、芽長和根長先升高后降低，低濃度鹽脅迫可以促進種子萌發，高濃度鹽脅迫對種子萌發有抑制作用，與此次研究結果相一致，抑制作用的大小因材料不同而不同，進而反應了不同禾草材料間耐鹽性的差異［17］。

（2）胚根在低鹽濃度時由于受到鹽刺激使生長得到促進，但變化不大；在1.0%～1.6%濃度條件下，隨著鹽濃度的增大，鹽脅迫對胚芽生長的抑制要大于胚根，所以胚根胚芽比值增加，老芒麥在1.6%處理時達到最高，為0.50。因此，與胚根胚芽有關的指標，如簡化活力指數在鹽濃度0.4%～1.0%時變化較小，當鹽濃度高于1.0%時下降較大，是高濃度鹽脅迫對胚芽生長的抑制作用較明顯。霍平慧等［18］研究了鹽脅迫對苜蓿種子萌發及幼苗生長的影響，結果發現隨著鹽濃度的升高，苜蓿幼苗的胚根長和上胚軸長呈下降趨勢，與本研究結果一致。因此，胚根胚芽以及由它們得到的其他指標可用來比較材料間的耐鹽性大小。

牧草種子的耐鹽性研究為耐鹽植物篩選與早期鑒定提供依據，植物種子能否在鹽脅迫下萌發成苗，是保證植物在鹽堿條件下正常生長發育的前提，因此，研究鹽脅迫下種子的萌發具有重要意義。

（3）MDA是膜脂過氧化的指示化合物［18］。與對照相比，低濃度鹽脅迫時幼苗葉片中丙二醛含量和脯氨酸含量變化不明顯，只有在高鹽脅迫時，其值隨著鹽濃度升高而變大；處理濃度在0.3%時，各牧草葉片中MDA含量無明顯變化；隨著鹽脅迫的加強，老芒麥在1.2%鹽脅迫下為對照的1.84倍；細莖冰草在1.5%處理下的脯氨酸含量是對照的2.7倍。

MDA和脯氨酸是牧草抵抗鹽脅迫的重要滲透調節物質，通過增加滲透調節物質含量提高對鹽的抵抗能力，維持細胞的正常的生理代謝，使牧草具有一定忍耐或抵抗鹽堿的能力［19，20］。研究中當鹽濃度在一定范圍內禾草能夠抵抗一定程度的鹽脅迫，隨著鹽脅迫的加劇，破壞或損傷牧草細胞膜的結構和功能，導致細胞膜透性增加，大量滲透調節物外滲，脂質過氧化作用增強，對幼苗產生影響，所以禾草中 MDA和脯氨酸含量增加，以提高對鹽的忍耐和抵抗能力。

總之，低濃度的鹽脅迫對禾草的生長具有促進作用，但是超過一定濃度時將抑制禾草幼苗生長。在鹽堿地上種植牧草可以減少土壤水分蒸發，一些耐鹽堿牧草龐大的根系有利于改善土壤結構［21］，因此牧草對鹽堿地的改良具有重要作用。

（4）運用隸屬函數對5種禾本科牧草的耐鹽性進行綜合評價，得出各材料的耐鹽能力大小為：垂穗披堿草＞細莖冰草、老芒麥＞扁穗冰草＞無芒雀麥。通過分析鹽脅迫對不同禾本科牧草種子萌發及幼苗的影響，為牧草耐鹽性鑒定、鹽堿地牧草栽培和耐鹽育種提供參考。

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