混合鹽堿脅迫對16個紫花苜蓿品種萌發期的影響

2020-04-10 06:57:04李詩琴于洪柱劉藝杉

江蘇農業科學 2020年3期

李詩琴于洪柱劉藝杉

摘要：采用培養皿紙上發芽法，用3個濃度的混合鹽堿溶液（30、40、50 mmol/L）以及對照對16個紫花苜蓿品種進行萌發試驗，測定其發芽率、發芽勢、胚芽和胚根長度，并通過隸屬函數標準差賦予權重法進行綜合評價。結果表明，鹽堿濃度40 mmol/L為紫花苜蓿受鹽堿脅迫萌發的臨界濃度;鹽堿濃度50 mmol/L為紫花苜蓿萌發的極限濃度;供試紫花苜蓿的發芽率、發芽勢、胚芽和胚根長度隨著鹽堿濃度的增加而不斷降低，4個指標與紫花苜蓿耐鹽堿性相關性大小依次為發芽勢> 發芽率>胚根>胚芽;16個紫花苜蓿品種的耐鹽堿強弱依次為公農1號>驚喜>金皇后>WL343HQ>北極熊>公農5號>旱地>斯貝德>3010>阿爾岡金>先行者>MT4014>巨能2>馴鹿>巨能7>英斯特。

關鍵詞：紫花苜蓿;混合鹽堿脅迫;萌發期;隸屬函數值;權重法;耐鹽堿;相關性;綜合評價

中圖分類號： S541+.103.7 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0194-05

土壤鹽漬化已經成為了全球環境及農業發展的重要問題，我國約有鹽堿地667萬hm2[1]。鹽堿土中的可溶性鹽主要分為中性鹽與堿性鹽，主要成分包括Na+、Ca2+、Mg2+、K+等陽離子，及CO2-3、HCO-3、Cl-、SO2-4和NO-3等陰離子[2]。通常將中性鹽脅迫稱為鹽脅迫，而將堿性鹽脅迫稱為堿脅迫，由Na2CO3、NaHCO3等堿性鹽所造成的堿脅迫對植物所造成的危害遠大于中性鹽脅迫[3]。因其土壤中的陰離子CO2-3、HCO-3會導致土壤pH值升高，是植物不僅受到鹽脅迫，還會受到高pH值脅迫[4]。

紫花苜蓿是一種優良的豆科牧草，葉片具有排鹽機制，耐鹽堿性較強，培育與篩選耐鹽堿苜蓿品種是改良與利用鹽堿地的重要措施[5]。據報道，紫花苜蓿品種間耐鹽性差異較大，在種子萌發期對鹽堿比較敏感[6-7]，并且種子是否萌發是耐鹽堿選擇的基礎[8]。關于紫花苜蓿種子萌發期耐鹽堿的研究較多，但都主要側重于中性鹽脅迫[9-13]，對混合鹽堿脅迫研究較少。在天然鹽堿地中，堿性鹽以Na2CO3、NaHCO3為主。本研究以Na2CO3和NaHCO3混合鹽堿脅迫對16種紫花苜蓿品種在種子萌發期的耐鹽堿能力進行鑒定與評價，篩選出優質的耐鹽堿品種，為耐鹽堿品種的推廣與培育以及鹽堿地區苜蓿的生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試苜蓿品種名稱、來源及原產地見表1。

1.2 試驗設計與測量指標

選擇飽滿的紫花苜蓿品種，用70%乙醇消毒，蒸餾水沖洗干凈，鹽堿處理為Na2CO3和NaHCO3按1 ∶ 1摩爾比混合，處理濃度為30、40、50 mmol/L 以及對照組，每個處理3次重復，每個重復100粒種子，每個培養皿中放2層濾紙加入5 mL混合溶液，對照組加入5 mL蒸餾水，置于（25±1） ℃、光周期12 h/d、光照度3 000～4 000 lx的人工氣候室中培養。每天稱質量澆水，觀察并記錄發芽數，于萌發后第3 d統計發芽勢，第6 d統計發芽率。發芽試驗結束后，每個處理取10株用游標卡尺測量胚根和胚芽長度。各指標數值均為相對值，某指標相對值=鹽堿處理組數值/對照組數值×100%[14]。

1.3 綜合評價

采用標準差系數賦予權重法[15-16]進行抗旱性綜合評價，步驟為：采用公式（1）計算隸屬函數值，與抗逆性負相關的指標用反隸屬函數公式（2）計算，用公式（3）計算標準差系數，公式（4）歸一化后得到各指標的權重，用公式（5）計算各材料的綜合評價值D，并根據D值大小進行排序。

式中：μ（Xj）表示第j個指標的隸屬函數值;Xj表示第j個指標值;Xmin表示第j個指標最小值;Xmax表示第j個指標最大值;Xj表示第j個指標平均值;Xij表示i材料j性狀的隸屬函數值;Vj表示第j個指標標準差系數;Wj表示第j個指標權重;D表示各材料的綜合評價值。

1.4 數據分析

采用Excel 2007軟件整理數據，并計算紫花苜蓿各指標的相對值、隸屬函數值和綜合評價值等，利用SPSS 17.0數據處理系統分別各指標進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對發芽勢的影響

相對發芽勢能夠反映種子在萌發初期的活力。供試的16份紫花苜蓿材料的相對發芽勢隨著鹽堿濃度的增加而呈顯著下降趨勢。在30 mmol/L鹽堿濃度處理下，平均相對發芽勢為77.53%;MT4015與金皇后的相對發芽勢均大于90%，遠高于平均水平;而北極熊的相對發芽勢最低，僅有47.82%。隨著鹽堿濃度增加到40 mmol/L，各品種紫花苜蓿相對發芽勢呈顯著下降，平均相對發芽勢降為37.06%;馴鹿在這水平的相對發芽勢最高，為60.56%;而驚喜最低，僅為19.79%。在鹽堿濃度進一步增加到 50 mmol/L，各品種紫花苜蓿的相對發芽勢下降至最低，平均相對發芽勢僅為12.94%;英斯特的相對發芽勢在這一水平最高，為28.77%，公農5號只有 4.96%（表2）。

2.2 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對發芽率的影響

供試紫花苜蓿品種的相對發芽率與相對發芽勢表現基本一致，隨著鹽堿脅迫濃度的增加而呈顯著下降趨勢（表3）。不同紫花苜蓿品種間表現差異較大。在30 mmol/L鹽堿濃脅迫下，供試紫花苜蓿平均相對發芽率為83.18%;斯貝德的相對發芽率最高，為 95.6%，而驚喜最低（58.62%）。當鹽堿脅迫濃度為40 mmol/L時，供試苜蓿相對發芽率顯著降低，平均相對發芽率（51.94%）低于30 mmol/L的發芽率。其中，英斯特與巨能2表現較好，相對發芽率為72.10%和79.53%，公農1號最低，僅為26.24%。當鹽堿脅迫濃度達到50 mmol/L時，各紫花苜蓿品種的相對發芽率都受到明顯抑制，平均相對發芽率僅為15.63%。

2.3 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對芽長的影響

在鹽堿脅迫周期結束后對供試紫花苜蓿的芽長進行統計，發現隨著鹽堿脅迫濃度的增加，對紫花苜蓿芽長的抑制強度也增加。在30 mmol/L鹽堿濃度下，旱地與金皇后的相對芽長較長，分別為76.5%和76.2%，遠高于平均水平（59.9%），公農5號最低，為40.1%。當鹽堿濃度達到40 mmol/L時，各紫花苜蓿品種的相對芽長受到不同程度的抑制，其中MT4015相對芽長最高，為59.9%，北極熊最低，為32.1%。當鹽堿脅迫濃度上升至50 mmol/L，紫花苜蓿平均相對芽長降至24.1%，各品種都受到嚴重抑制（表4）。

2.4 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對根長的影響

隨著鹽堿脅迫濃度的增加，供試紫花苜蓿的相對根長明顯下降（表5）。在30 mmol/L鹽堿濃度脅迫下，各供試紫花苜蓿品種間的相對根長呈現出顯著差異，其中公農5號的相對根長在不同鹽堿脅迫下都優于其他品種，而驚喜的表現最差。隨著鹽堿濃度的增加，對相對根長的脅迫更加顯著，40、50 mmol/L 濃度處理的平均相對根長分別相較于 30 mmol/L 濃度處理下降19.6%、45.3%，各紫花苜蓿品種對高濃度鹽堿脅迫都非常敏感。

2.5 隸屬函數綜合評價

采用標準差系數賦予權重法對測量各指標進行綜合評價，耐鹽堿性綜合評價D值越高，耐鹽堿能力越強。因此，16份苜蓿品種苗期耐鹽堿能力強弱順序依次為公農1號>驚喜>金皇后>WL343HQ>北極熊>公農5號>旱地>斯貝德>3010>阿爾岡金>先行者>MT4014>巨能2>馴鹿> 巨能7>英斯特（表6）。

3 討論與結論

種子在萌發期和早期幼苗期階段對環境脅迫最為敏感[8]，對紫花苜蓿耐鹽性的研究主要集中在萌發期與幼苗期。關于苜蓿種子萌發期的耐鹽性研究已有大量報道[17-19]，但大都集中在中性鹽脅迫，而天然鹽堿地主要以混合鹽堿脅迫為主，有研究表明堿性脅迫對植物種子萌發的抑制作用強于中性脅迫[20]，因為堿性脅迫會造成環境pH值升高，高pH值是種子萌發的最大敵害因素，Na+效應次之，滲透效應最小[21]。

種子的發芽率、發芽勢、胚芽和胚根的長度是環境脅迫常用的指標。本研究表明，鹽堿脅迫對種子的發芽率、發芽勢都有明顯抑制作用，這與之前的研究結果[12]一致。并且在40 mmol/L混合鹽堿濃度下，大部分紫花苜蓿的發芽率只有50%左右，表明 40 mmol/L 混合鹽堿濃度已到達紫花苜蓿萌發的臨界濃度，可作為處理種子耐鹽堿性鑒定指標。而在 50 mmol/L 混合鹽堿濃度下，種子萌發率只有10%左右，可視為萌發的極限濃度。而在胡宗英研究中[21]，在中性鹽脅迫下Na+濃度達到 240 mmol/L 時，才會達到苜蓿萌發的極限濃度，表明Na2CO3和NaHCO3混合鹽堿溶液造成的高pH值對種子萌發的抑制遠高于中性鹽堿脅迫。隨著堿性鹽脅迫濃度的增加，種子胚根、胚芽的生長也受到明顯抑制，郎志紅研究表明，胚芽和胚根長度在受到鹽脅迫時會先增加后減小[22]，本研究與其研究結果[22]不一致，在受到鹽堿脅迫時胚芽與胚根長度都直接降低。胚根的生長是對鹽堿地適應的重要反應[12]，種子在遭受脅迫時能發芽但根生長不好，會視作無效發芽，表明胚根長度的指標對種子萌發的影響強于胚芽長度，各指標權重分析結果也證明了這一點。

植物的耐鹽堿性是一個較為復雜的性狀，不同品種之間表現出來的差異也較大，綜合表現[23]不能只根據單一指標來評價，并且根據各指標和植物受抑制程度的密切程度進行權重分配。結果表明，4個指標對苜蓿種子耐鹽堿性關聯程度為發芽勢>發芽率>胚根>胚芽。16個紫花苜蓿品種的耐鹽堿性強弱依次為公農1號>驚喜>金皇后>WL343HQ> 北極熊>公農5號>旱地>斯貝德>3010>阿爾岡金>先行者>MT4014>巨能2>馴鹿> 巨能7>英斯特。

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