NaCl脅迫對野生苜蓿種子萌發特性的影響

梁維維，張薈薈，賈納提，朱昊，李莉

(新疆畜牧科學院草業研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

土壤鹽堿化，是世界性的生態和資源問題[1]，目前受到鹽漬化威脅的全球耕地面積約為9.5×108hm2[2]，新疆位于我國西部地區，受封閉內陸盆地和干旱氣候的影響，光照較長且晝夜溫差較大，也成為了我國鹽漬化土地較為集中的分布區之一[3]，土壤鹽堿化問題已經成為新疆農牧業開發和持續發展的重大限制條件和障礙因素[4]。土壤中鹽濃度過高致使植物從土壤中吸收水分受到限制，造成植物生理干旱和營養虧缺，抑制植物生長[5-7]。苜蓿屬植物是世界上種植面積較大的豆科牧草，是中等耐鹽堿植物，在中度或輕度鹽堿土壤中生長良好，苜蓿對鹽漬化草地畜牧業的發展、鹽堿土的改良和利用有著重要的作用[8]。

苜蓿耐鹽性的研究國內外大多集中在紫花苜蓿上，而關于黃花苜蓿和雜花苜蓿的耐鹽性研究鮮有報道。大量研究證明黃花苜蓿具有許多紫花苜蓿所不具備的優良性狀，是苜蓿屬牧草育種和品種改良的重要基因源[9]。秦峰梅[10]研究結果表明黃花苜蓿在發芽百分數和發芽指數上比紫花苜蓿表現出更好的優勢，具有更高的耐鹽潛力。雜花苜蓿是紫花苜蓿與黃花苜蓿雜交種，它既有紫花苜蓿產量高、草質優、再生快、長勢好的優點，又有黃花苜蓿抗寒、抗旱、抗逆性好的特點[11]。近年來隨著國家對野生牧草種質資源的重視，野生牧草種質資源收集數量急劇增加，在生態環境治理中表現出較強的適應性，被廣泛應用于生態修復、環境保護方面。面對當前土壤鹽堿化、新疆南疆地區飼草料緊缺等問題，新疆作為全國5大牧區之一，如何實現畜牧業更好地發展，挖掘適宜于當地氣候條件的耐鹽牧草品種是其中一項重要舉措。

本研究對2份新疆野生苜蓿種質資源野生黃花苜蓿、野生雜花苜蓿進行種子萌發期和幼苗期耐鹽能力的鑒定和評價，旨在了解2份野生苜蓿種質的耐鹽狀況，為今后新疆苜蓿種質資源的保護、生態修復利用和耐鹽苜蓿品種選育提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

野生黃花苜蓿(MedicagoM.falcata)和野生雜花苜蓿(M.varia)種子來源于新疆畜牧科學院草業研究所新疆特色牧草種質資源創新實驗室。野生黃花苜蓿2018年采自新疆瑪納斯縣蝗蟲鼠害預測預報防治中心試驗基地，E 86°13′01.39″,N 43°90′51.58″，海拔1 343.11 m，草地類型為荒漠草原。野生雜花苜蓿2018年采自新源縣鐵勒喀拉牧業村宏爾東，海拔920 m，E 83°26′11.79″，N 43°26′35.12″，草地類型為低地草甸。

1.2 試驗方法

試驗于2018 年12月進行，從試驗材料中分別挑選籽粒飽滿的種子100粒，砂紙打磨后置于邊長10 cm的發芽盒中，鋪設2層濾紙作為發芽床。將5 mL濃度為0(CK)、50、100、150、200 mmol/L的NaCl溶液分別注入發芽盒中，PE封口膜密封，每處理重復3次。為了使 NaCl 溶液濃度在試驗設計范圍之內，每日稱重補充蒸餾水并記錄發芽數。將發芽盒放入相對濕度60%，恒溫25 ℃的培養箱中，每24 h 統計種子發芽數，以可見胚根突破種皮2 mm為發芽標準。連續記錄14 d后，計算發芽率、發芽勢和發芽指數。萌發結束測量苗長、胚根長、干重和鮮重。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 發芽指標測定 從培養的第1 d開始，每天觀察并記錄發芽種子的數量，至第14 d結束。萌發指標計算公式如下：

發芽率=(試驗種子萌發個數/待測種子總數)×100%

發芽勢=(14 d 內發芽種子數/待測種子數)×100%

發芽指數=∑(第t天種子萌發個數/相應的萌發天數t)

活力指數=發芽指數×幼苗生長勢

式中：幼苗生長勢用萌發后幼苗平均長度表示。

1.3.2 生長指標測定 于萌發期結束從每個處理中隨機選出5株幼苗，用直尺測量胚根長、苗長，用電子分析天平測量幼苗鮮重和干重，幼苗干重先105 ℃烘2 h 殺青，后80 ℃烘至恒重。

1.3.3 抗旱性綜合評價方法 采用隸屬函數法對2種野生苜蓿耐鹽性進行綜合評價。

隸屬函數值X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：X為2種野生苜蓿某一指標的測定值，Xmin、Xmax為2種野生牧草某一指標均值的最小值和最大值。如果某一指標與抗性指標呈負相關，則可以通過反隸屬函數計算其抗旱性隸屬函數X(v)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，最后將每種野生牧草各個指標的隸屬值累加求其平均值。根據平均隸屬函數值大小排序，平均值越大則抗旱性越強[12-13]。

1.4 數據統計與分析

采用 Excel 2003 對數據進行整理并繪制柱狀圖，采用 SPSS 17.0 軟件進行方差分析處理，通過隸屬函數法對2種野生材料進行綜合評比。

2 結果與分析

2.1 NaCl 脅迫下2種野生苜蓿種子的發芽率和發芽勢的變化

隨NaCl溶液濃度的不斷升高，2種野生苜蓿種子發芽率基本呈現下降趨勢(圖1)，表明不同NaCl濃度對2種野生苜蓿種子發芽都產生了抑制作用。雜花苜蓿的發芽率在0～100 mmol/L NaCl濃度時無顯著差異(P>0.05)，當NaCl濃度達到150 mmol/L時，發芽率顯著下降(P<0.05)，降至15%以下。黃花苜蓿的發芽率在不同濃度NaCl脅迫下變化較為緩慢。NaCl濃度0～100 mmol/L雜花苜蓿發芽率都高于黃花苜蓿，但是在150～200 mmol/L濃度黃花苜蓿發芽率高于雜花苜蓿發芽率,表明在低濃度NaCl(0～100 mmol/L)條件下雜花苜蓿的發芽率高于黃花苜蓿，高濃度NaCl(15～200 mmol/L)條件下黃花苜蓿的發芽率比雜花苜蓿高。

圖1 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的發芽率

發芽勢與發芽率的變化規律相似，隨著NaCl濃度的升高，發芽勢呈現下降趨勢(圖2)。NaCl濃度在0～50 mmol/L時，雜花苜蓿和黃花苜蓿的發芽勢無顯著差異(P>0.05)，NaCl濃度為50和100 mmol/L時，雜花苜蓿和黃花苜蓿的發芽勢均差異顯著(P<0.05)，雜花苜蓿從58%下降到18%，黃花苜蓿從39.33%下降到21.33%。可以看出低濃度的NaCl脅迫對2種野生牧草種子的發芽勢都產生了影響，但并不顯著。當NaCl濃度達到100 mmol/L時，2種野生牧草種子發芽勢都顯著下降，且雜花苜蓿對NaCl脅迫更為敏感。另外0～50 mmol/L時黃花苜蓿的發芽勢低于雜花苜蓿，在100～200 mmol/L時的發芽勢高于雜花苜蓿，說明黃花苜蓿比雜花苜蓿更耐NaCl脅迫。

圖2 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的發芽勢

2.2 NaCl脅迫下2種野生苜蓿種子發芽指數及活力指數的變化

雜花苜蓿種子發芽指數在NaCl濃度0和50 mmol/L時差異不明顯，當NaCl濃度達到100 mmol/L時發芽指數顯著降低(P<0.05)，此時的發芽指數較對照下降50%。黃花苜蓿種子發芽指數在NaCl濃度0和50 mmol/L之間差異顯著，當NaCl濃度達到100 mmol/L時發芽指數較對照降低50%(圖3)。

圖3 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的發芽指數

雜花苜蓿種子的活力指數變化趨勢較為平緩，黃花苜蓿種子的活力指數在NaCL濃度為0～50 mmol/L時變化較大，之后趨于平緩。對照種子活力指數黃花苜蓿是雜花苜蓿的2倍，NaCl濃度為50～200 mmol/L時雜花苜蓿種子活力指數高于黃花苜蓿。黃花苜蓿種子活力指數在0 mmol/L時為3.53，50 mmol/L時為1.10，比對照降低了31.2%(圖4)。說明黃花苜蓿種子活力對NaCl脅迫的敏感性比雜花苜蓿更強。

圖4 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的活力指數

2.3 NaCl 脅迫對2種野生苜蓿幼苗的影響

野生黃花苜蓿和雜花苜蓿的苗長和胚根長都隨著NaCl濃度的增加而減少(表1)。黃花苜蓿種子的苗長在0和50 mmol/L時差異顯著(P<0.05)，50、100、150、200 mmol/L時的苗長比對照分別降低了50.5%，50.5%，60.6%，78.8%。雜花苜蓿苗長在0～200 mmol/L時變化均不顯著，在50、100、150、200 mmol/L時分別比對照降低了4.92%，16.4%，24.6%，29.5%。黃花苜蓿胚根長在100～150 mmol/L時差異顯著(P<0.05)，其他濃度間差異不顯著。50、100、150、200 mmol/L時的胚根長比對照分別降低了7.2%，15.5%，67.3%，73.6%。雜花苜蓿的胚根長在各濃度之間都差異顯著(P<0.05)，50、100、150、200 mmol/L處理的胚根長比對照分別降低了38.9%，49.5%，72.6%，81.1%。由此可以看出NaCl 脅迫對胚根長的抑制作用大于苗長，雜花苜蓿對鹽濃度的敏感性較黃花苜蓿大。

表1 NaCl脅迫下2種野生牧草的幼苗長度

2.4 NaCl脅迫對2種野生苜蓿種子幼苗鮮重和干重的影響

2種野生苜蓿種子幼苗鮮重、干重隨著NaCl 濃度的增加出現下降的趨勢(表2)。黃花苜蓿幼苗鮮重、干重表現為先升高后降低趨勢，分別在50、100 mmol/L時達到最大值(0.147、0.008 3 g)，較對照分別增加了24.6%、23.9%。雜花苜蓿幼苗鮮重、干重隨著NaCl濃度的升高而降低，50、100、150、200 mmol/L濃度下鮮重較對照分別降低了2.91%、15.53%、32.04%、52.43%，干重較對照分別降低了4.76%、20.63%、25.40%、31.75%。

表2 NaCl脅迫下2種野生牧草幼苗的鮮重和干重

2.5 2種野生苜蓿種子萌發過程中的耐鹽性評價

利用隸屬函數對2種野生苜蓿種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、苗長、胚根長、鮮重、干重進行綜合評價(表3)，黃花苜蓿的耐鹽性較雜花苜蓿強(表3)。

表3 野生牧草各測定指標隸屬函數綜合評價

3 討論

種子萌發是植物生活史的關鍵環節，種子萌發對荒漠地區植物的種群更新及植被恢復都具有重要意義[14]。發芽勢和發芽率是檢測種子生活力的重要指標，通過種子發芽速度、整齊度、發芽數量和幼苗健壯的潛勢反映出種子活力和抵御逆境脅迫的能力。不同植物在種子萌發時期的耐鹽性變化趨勢不同，研究發現當NaCl濃度超過50 mmol/L和0.6%時，會分別顯著抑制羊草種子[15]和垂穗披堿草種子的發芽率[16]。但也有研究表明，低濃度鹽脅迫對波伐早熟禾種子[17]、紫花苜蓿種子[18]、結縷草種子[19]的萌發有促進作用，同時隨著鹽濃度的增加會抑制種子的萌發。本試驗結果顯示，在NaCl脅迫下2種野生苜蓿種子發芽率、發芽勢都呈現下降趨勢，表明不同NaCl濃度對2種野生苜蓿種子發芽率都產生了抑制作用，但是在不同的脅迫濃度區間2種野生苜蓿的發芽率、發芽勢不同，雜花苜蓿的發芽率在NaCl濃度為0～100 mmol/L、發芽勢在0～50 mmol/L時都高于黃花苜蓿，黃花苜蓿的發芽率在NaCl濃度為150～200 mmol/L、發芽勢為100～200 mmol/L時比雜花苜蓿高，表明輕度NaCl脅迫明顯延長2種野生苜蓿種子萌發時間，且2種野生苜蓿種子萌發對NaCl脅迫的耐受能力不同，黃花苜蓿的耐受力大于雜花苜蓿。

發芽指數、活力指數是衡量種子活力的重要指標，數值越高說明種子的活力越高，萌發所需要的時間越短，幼苗越健壯，可以預示在自然狀態下種子能夠更快萌發出苗并建植生長[20]。本研究結果表明隨著NaCl濃度的增加2種野生苜蓿種子的發芽指數和活力指數都降低，當NaCl濃度達到100 mmol/L時黃花苜蓿和雜花苜蓿的發芽指數都較對照降低了50%，這與李源[21]、張秀玲[22]的研究結果基本一致。黃花苜蓿種子的活力指數在0～50 mmol/L之間變化較大，活力指數從3.53降至1.10，降低了31.2%，之后變化趨于平緩，雜花苜蓿種子活力指數變化一直較為平緩，這王曉航[23]研究結果相一致。

鹽分脅迫不僅對植物種子的萌發產生影響，而且也會抑制幼苗的生長。植物從種子轉化到幼苗的過程中所需的物質及能量是由種子中貯藏的有機物提供，在種子萌發過程中幼苗長度、鮮重、干重等指標能體現出植物種苗轉化狀況[19]。李海燕等[24]研究表明鹽分對胚根生長的影響大于胚芽，王景瑞等[20]通過對4種一年生草本植物種子進行鹽脅迫萌發試驗表明，胚芽長、胚根長均隨鹽分脅迫的加劇呈遞減趨勢。本研究結果表明隨著NaCl濃度的升高，2種野生苜蓿種子苗長、胚根長不斷減小，且對胚根長的抑制作用大于苗長，同一濃度對比發現，雜花苜蓿對鹽濃度的敏感性較黃花苜蓿大。2種野生苜蓿種子幼苗鮮重、干重隨著NaCl 濃度的增加總體表現為下降的趨勢，黃花苜蓿幼苗鮮重、干重表現為先升高后降低趨勢，雜花苜蓿幼苗鮮重、干重則表現為降低趨勢，這與何建軍、楊志的研究結果相一致。

4 結論

1)高濃度NaCl脅迫對野生黃花苜蓿發芽率影響大，但是高濃度下黃花苜蓿的發芽率高于雜花苜蓿。

2)野生黃花苜蓿在低濃度(0～50 mmol/L)時發芽勢低于野生雜花苜蓿，在高濃度(100～200 mmol/L)時發芽勢高于野生雜花苜蓿，說明野生黃花苜蓿比雜花苜蓿更耐鹽。

3)NaCl脅迫下野生黃花苜蓿種子發芽指數、活力指數與對照相比均顯著降低。

4)2種野生苜蓿種子在NaCl 脅迫下胚芽長和胚根長表現出不同的下降規律，NaCl 脅迫對野生黃花苜蓿胚芽長度影響較野生雜花苜蓿大，下降幅度也較大。在NaCl 脅迫下野生雜花苜蓿的胚根長下降幅度較野生黃花苜蓿大。利用隸屬函數對2種野生苜蓿萌發期各指標進行綜合評價得出：野生黃花苜蓿的耐鹽性較野生雜花苜蓿強，可用于鹽漬化土壤的建植。