垂穗披堿草種子萌發的耐鹽性研究

劉艷君，祁 娟，柳 茜，張小嬌

（1.甘肅農業大學 草業學院／草業生態系統教育部重點實驗室／甘肅省草業工程實驗室／中－美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.涼山州畜牧獸醫研究所，四川 西昌 615042）

由于生態環境的不斷惡化和人為不合理的開發利用，造成土壤鹽堿化程度不斷加深擴大。目前，全世界鹽漬土面積約10億hm2，我國鹽漬土面積3 460萬hm2，耕地鹽堿化760萬hm2，近1／5耕地發生鹽堿化，其中，原生鹽化型、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的52%，40%和8%［1］。我國西北地區降水量稀少，引起土壤的次生鹽漬化現象比較嚴重，極大地影響了飼草的產量和品質。飼草作為畜牧業的重要物質基礎，質量好壞直接影響畜產品的數量和品質，而且嚴重影響著我國畜牧業的發展和人民生活水平的提高［2］。在糧食不足的壓力下，開發利用鹽堿地不僅是我國增加農業可利用土地資源的需要，也是改善生態環境，增加綠色植被，進行國土綜合治理的需要［3］。

諸多研究報道，鹽脅迫通常會抑制植物的生長發育，植物耐鹽性與植株地上部對Na＋和Cl－積累的限制力及高 K＋／Na＋值保持能力有關，植株地上部K＋／Na＋比率高者耐鹽性強［4］。在鹽漬環境下，種子萌發作為種子植物生活史的第1階段，最先受到鹽分的脅迫，表現在水分吸收的滲透勢被阻止以及Na＋、C1－等離子毒害使得種子萌發速度及萌發百分率降低。不同生境的種質材料在自然環境條件的長期馴化下，對鹽脅迫的反應不同［5，6］，通過比較不同鹽濃度脅迫下的種子相對發芽率，可以較好的反映不同品種間的耐鹽性差異。以往的研究多數是以種子發芽后的各發育階段為研究對象［7－9］，而較少涉及到植物生長發育的起始階段—種子萌發階段。種子能否在鹽脅迫下萌發成苗，是植株在鹽漬化條件下生長發育的前提［10］。因此，研究鹽脅迫對種子萌發的影響具有重要意義。本文選取不同海拔區域的3份垂穗披堿草種子材料，在不同氯化鈉濃度下進行了種子耐鹽試驗，測定各種子在萌發期的發芽率、發芽勢、發芽指數等指標，綜合評價各材料的耐鹽性，以篩選出耐鹽性強的垂穗披堿草種質材料，為在鹽漬化地區種植垂穗披堿草提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗所用3份垂穗披堿草（Elymusnutans）種子2012年采自天祝縣金強河天然草地。采集后的種子在室溫下晾干，裝入牛皮紙袋，放于4℃冰箱保存。篩選飽滿且無病蟲害的種子，用20%的雙氧水對其表面消毒20min，再用蒸餾水反復沖洗殘余的雙氧水后風干備用。

表1 試驗材料及來源地Table1 List of the tested seeds

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗處理 用0.0%（蒸餾水）、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%鹽濃度梯度處理試驗材料，每個處理設3個重復，每個重復選50粒種子。

1.2.2 鹽脅迫指標的測定 將參試種子經粒選，消毒，無菌蒸餾水沖洗3次，放置鋪有2層滅菌濾紙的培養皿中，分別加入不同濃度梯度的NaCl溶液10mL，置于25℃恒溫培養箱，光照條件下發芽20d。每天統計各處理材料種子的發芽數，并用稱重法補充蒸發的水分，使各處理液濃度維持不變。計算出相對發芽勢（以規定時間前5d內為準）、相對發芽率和發芽指數。

式中：Dt為發芽日數，Gt為與Dt相對應的每天發芽種子數。

1.2.3 耐鹽性評價與分析（1）綜合分析法：將多個耐鹽性測定結果進行總排序，評價垂穗披堿草種子的耐鹽性差異。

隸屬函數法：采用Fuzzy數學中隸屬函數的方法對牧草各個耐鹽指標的隸屬值進行累加，求取平均數以評價牧草的耐鹽性，耐鹽性隸屬函數值的計算方法如下：

第1步：求出各指標的隸屬函數值。

如果某一指標與耐鹽性呈正相關：X（u）＝（XXmin）／（Xmax－Xmin）

如果某一指標與耐鹽性呈負相關：X（u）＝1－（X－Xmin）／（Xmax－Xmin）

式中：X為某一指標的測定值；Xmax為某一測定指標中的最大值；Xmin為某一測定指標中的最小值。

第2步：計算各耐鹽指標隸屬函數值的平均值。

第3步：比較各耐鹽指標隸屬函數值的平均值，排序。平均值越大，耐鹽性越強。

（2）采用SPSS統計軟件對數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對垂穗披堿草種子相對發芽率的影響

隨著鹽濃度的增加，G1的相對發芽率呈現先增加后降低趨勢，在0.6%鹽濃度下相對發芽率最高，為115%，在1.2%鹽濃度下相對發芽率最低，為82%；G2的相對發芽率呈現出先降低后增加然后降低的趨勢，在0.8%鹽濃度下相對發芽率達到最高為109%，在1.2%鹽濃度下達到最低為83%；G3的相對發芽率變化微弱，維持在97%，隨鹽濃度變化的關系不明顯（圖1）。

圖1 相對發芽率與鹽濃度Fig.1 The germination rate of Elymus nutans under different salinity

2.2 鹽脅迫對垂穗披堿草種子相對發芽勢的影響

G1，G2和G3相對發芽勢都與鹽濃度呈負相關。在0.4%鹽濃度下，3個材料的相對發芽勢是G1（7.4）＜G2（16.1）＜G3（43.3），三者差異顯著（P＜0.05）。當鹽濃度達到1.0%及以上時，三者發芽勢均為零（圖2）。

圖2 相對發芽勢與鹽濃度Fig.2 The germination potential of Elymus nutans under different salinity

2.3 鹽脅迫對垂穗披堿草種子發芽指數的影響

在同一鹽濃度下，3種材料的發芽指數基本上呈現同一規律G3＞G2＞G1。在1.0%鹽濃度下，三者差異顯著（P＜0.05），G2和G3的發芽指數分別達到最大，而G1的最大發芽指數對應鹽濃度在0.4%處，說明3種材料的種子活力順序是G3＞G2＞G1。

圖3 發芽指數與鹽濃度Fig.3 The germination index of Elymus nutans under different salinity

2.4 垂穗披堿草種質材料芽期耐鹽性綜合評價

以相對發芽率、相對發芽勢和發芽指數三者通過隸屬函數法來評價供試材料的耐鹽性。種子萌發期以相對發芽率、相對發芽勢、發芽指數為鑒定指標的耐鹽性綜合評價順序為G1＜G2＜G3（表2）。

表2 垂穗披堿草種子萌發抗鹽性綜合評價Table2 The comprehensive evaluation of salinity tolerance of Elymus nutans at germination stage

2.5 海拔與垂穗披堿草種子耐鹽性的關系

海拔與相對發芽率（r＝0.978）呈正相關，與相對發芽勢（r＝－0.955）及發芽指數（r＝－0.993）呈負相關，但相關性均不顯著（表3）。

表3 植物耐鹽性指標及與海拔之間相關性Table3 Correlation Analysis between the salt tolerances of Elymus nutans and altitudes

3 討論

發芽率，發芽勢和種子發芽指數常作為評價種子發芽的指標，可以反映種子的發芽速度，種子發芽的整齊度和幼苗健壯的趨勢［11，12］，可以用于初步進行芽期耐鹽材料的篩選［12，13］。據文獻報道，耐鹽材料發芽率，發芽勢和活力指數普遍比敏鹽材料高［14－16］，芽期相對發芽率與相對發芽勢篩選耐鹽材料的結果與這一結論相吻合。

出于植物的耐鹽能力不僅與植物的種類、植物的不同發育階段有關，還與多種外界如土壤類型、大氣濕度、光照強度等條件有關。而且不同鹽分水平濃度上，不同品種或同一品種耐鹽指示性指標是不完全相同的，因此，很難用某個單一的生理指標來評價品種的耐鹽能力，需要用多個指標綜合評價。評價植物耐鹽能力的方法很多，究竟哪些指標比較恰當、哪種方法能簡便準確地反映植物真實的耐鹽能力，還需要結合植物所處的具體環境、植物的實際表現來決定。

諸多研究在牧草耐鹽性方面做過報道，多數的結論以鹽濃度與牧草的相對發芽率呈負相關。賈亞雄等［17］在披堿草種子萌發的耐鹽性研究中就得出鹽濃度越高，發芽率越低。劉卓等［18］在苜蓿種子耐鹽方面也得出相同的結論。而試驗的結果表明，在適當低鹽濃度下，種子的發芽率會顯著升高，當達到比較高鹽濃度時發芽率才會顯著降低。出現這種現象的原因是該材料長期處于惡劣的高海拔環境條件下，其生長的當地土壤鹽濃度與試驗供試濃度相近，從而對低鹽濃度的環境產生適應性。試驗選擇的材料為不同海拔下的垂穗披堿草種子，試驗發現，不同海拔種子的耐鹽性也不同，隨著海拔的升高（2 950～3 300m），垂穗披堿草種子的相對發芽率增大，相對發芽勢及發芽指數均減小。種子萌發期以相對發芽率、相對發芽勢、發芽指數為鑒定指標的耐鹽性評價結果為低海拔垂穗披堿草種子耐鹽性更強。

牧草種質材料的耐鹽性是由多種因素相互作用而構成的一個較為復雜的綜合性狀，其中，每個因素對耐鹽性都有影響，如種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、種子電導率和胚根與胚芽比等。如果僅用一個單項指標評價材料的耐鹽性，理由不夠充分，可能會導致結果出現偏差。所以，對材料的耐鹽性采用綜合評價法是行之有效的。在對牧草種子芽期耐鹽性評價時，采用相對發芽率，相對發芽勢和發芽指數這3項指標，不僅準確說明各材料種子的耐鹽性，同時還符合耐鹽性鑒定指標的簡單、經濟的選擇原則［19，20］。

［1］ 周和平，張立新，禹鋒，等.我國鹽堿地改良技術綜述及展望［J］.現代農業科技，2007（1）：159－164.

［2］ 石太淵，王穎，楊立國，等.高粱體細胞抗鹽系的篩選［J］.雜糧作物，2002，22（4）：205－207.

［3］ 李培夫.鹽堿地的生物改良與抗鹽植物的開發利用［J］.墾殖與稻作，1999（3）：38－40.

［4］ Chhipa B R，Lal P.Na＋／K＋ratios as the basis of salt tolerance in wheat［J］.Australia Journalof Agricultural Research，1995（46）：533－539.

［5］ 郭望模，傅亞萍，孫宗修，等.鹽脅迫下不同水稻種質形態指標與耐鹽性的相關分析［J］.植物資源學報，2003，4（3）：245－250.

［6］ 朱興運，納森，沈禹穎，等.抗鹽牧草的研究成就與實踐［J］.草原與草坪，1994（3）：13－19.

［7］ Gorham J.Salt tolerance in the Triticeae：ion discrimination in rye and triticale［J］.Journal of Experimental Botany，1990，41（5）：609－614.

［8］ 周萬海，師尚禮，周娟娟.NaCl脅迫對甘肅紅豆草生理特性的影響［J］.草原與草坪，2012，32（3）：1－5.

［9］ 劉錦川，云錦鳳，張磊.氯化鈉脅迫下3種披堿草屬牧草生理特性的研究［J］.草地學報，2010，18（5）：694－697.

［10］ 趙可夫.作物抗鹽生理［M］.北京：農業出版社，1990：306－310.

［11］ 顧增輝，徐本美，鄭光華.測定種子活力方法之探討（II）發芽的生理測定方法［J］.種子，1982（3）：11－14.

［12］ 周興元，曹福亮.NaCl脅迫對幾種暖季型草坪草的影響［J］.草原與草坪，2005（4）：66－69.

［13］ 白玉娥，易津，谷安琳，等.八種根莖類禾草種子耐鹽性研究［J］.中國草地，2005，27（2）：55－59.

［14］ 丁順華，邱念偉，楊洪兵，等.小麥耐鹽性生理指標的選擇［J］.植物生理學通訊，2001，36（2）：98－102.

［15］ 陳松譯.鹽分對小麥栽培中萌發和幼苗生長的重要影響［J］.青海科技情報，1991（4）：35－37.

［16］ 孫若崢，姜國斌，吳祥云，等.2種楊樹嫩莖質外內源激素對鹽脅迫的響應［J］.甘肅農業大學學報，2013，48（4）：62－66.

［17］ 賈亞雄，劉榮堂，袁慶華.披堿草野生種質材料芽期耐鹽性研究［J］.草原與草坪，2007（2）：47－51.

［18］ 劉卓，徐安凱，王志峰.13個苜蓿品種耐鹽性的鑒定［J］.草業科學，2008，25（6）：51－55.

［19］ 許鵬.新疆荒漠區草地與水鹽植物系統及優化生態模式［M］.北京：科學出版社，1998，107－120.

［20］ 蘇加楷.中國牧草新品種選育的回顧與展望［J］.草原與草坪，2001（4）：3－8.