鹽脅迫對15個草地早熟禾品種種子萌發的影響

張佳玲, 王麗宏, 孫鑫博, 郭站楓, 韓晶蕊, 秦玉嬌, 李會彬

(河北省作物生長調控實驗室/河北農業大學農學院, 河北 保定 071000)

鹽堿土廣泛存在于世界各地,總面積約109hm2,已成為全球性問題,我國鹽堿土面積約占全球鹽堿土面積的1/10,是世界第三大鹽堿土國家[1]。隨著工業快速發展和人口數量的增長等,土壤鹽堿化和次生鹽堿化面積還在不斷擴大[2]。鹽脅迫抑制種子萌發、光合作用、蒸騰作用和氣孔導度,降低葉片水勢和膨脹壓,并產生滲透脅迫,還增加細胞中活性氧含量,擾亂離子平衡等[3-4]。種子發芽是植物生物周期的第一個關鍵時期,也是最敏感的時期[5],種子能否在鹽堿土上發芽和生長,是植株在鹽堿土上能否生存的基礎[6]。因此,在植物發育的初始階段篩選現有種質,開發對鹽堿脅迫具有高耐受性的新品種可有效利用鹽堿地[7]。

草地早熟禾(PoapratensisL.)是禾本科早熟禾屬多年生草本植物,分布范圍廣,具有綠期長、耐踐踏、耐修剪、再生能力強、坪質優美、耐旱、耐寒等優點[8],已成為城市草坪建植中重要的冷季型草坪草之一,廣泛應用于功能草坪建植以及生態環境治理等[9]。近年來,隨著草坪草育種技術的發展,越來越多的草地早熟禾新品種進入市場,但我國在品種引入時往往缺乏應有的適應性評價,加之相關抗性信息透明度低,容易造成品種選擇失誤,從而對草坪建植與養護帶來困難和損失。劉燕等[10]研究發現,植物耐鹽能力的強弱與其品種本身遺傳特性有關。因此,本試驗對15個草地早熟禾品種種子在不同濃度鹽溶液脅迫下的種子萌發狀況進行評價,以期篩選出耐鹽性較好的品種,為鹽堿土壤上草坪建植中草地早熟禾品種選擇提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的15個草地早熟禾品種為:“優美”“公園”“純綠”“百思特”“黃馬夾”“綠夏”“標致”“瑞銀”“光影”“新哥萊德”“如意”“藍莓”“布魯克”“賽威”“水晶”,其種子分別購自北京、天津、保定等地的草坪草種子銷售公司。

1.2 試驗方法

試驗所需鹽溶液由NaCl(分析純)和蒸餾水配置而成,設置5個濃度,即0(對照)、0.3%、0.6%、0.9%和1.2%。

供試種子用1%的次氯酸鈉溶液消毒20 min,蒸餾水沖洗6次,吸水紙吸干種子表面水分,從中選取成熟飽滿、大小均勻的種子。培養皿中放置預先用鹽溶液浸潤的3層濾紙,每個培養皿整齊放置50粒種子,3次重復。在光照培養箱(白天14 h,溫度25 ℃,光照強度10 000 lx;夜晚10 h,溫度20 ℃,光照強度0 lx)中進行培養,每天同一時間對培養皿進行稱重補水以保持鹽濃度不變。每天記錄種子發芽數,試驗共21 d。

1.3 測定指標

發芽率/%=(21 d時發芽種子數/供試種子數)×100%;

發芽勢/%=(7 d時發芽種子數/供試種子數)×100%。

胚芽長、胚根長:從每個培養皿中隨機選取7株生長正常的種苗,測量芽長和根長,不足7株的全部測量。

發芽指數=∑Gt/Dt,式中,Gt為第t天發芽的種子數;Dt為發芽的天數。

活力指數=胚芽長×發芽指數。

為避免不同品種種子自身活力差異對試驗結果造成影響,上述指標均采用相對值進行數據分析,即處理指標值/對照指標值。

1.4 耐鹽性綜合評價

不同草地早熟禾綜合指標的隸屬函數值計算公式:

(1)

式中,μ(Xj)代表第j個指標的隸屬函數值;Xj表示第j個測定值;Xmin表示j個測定指標的最小值;Xmax表示j個測定指標的最大值。

各綜合指標的權重計算公式:

(2)

式中,Wj表示第j個測定指標在所有指標中的重要程度即權重;Pj表示各材料第j個測定指標的貢獻率。

耐鹽性綜合評價值計算公式:

(3)

式中,D為各指標在鹽脅迫下用綜合指標評價所得的耐鹽性綜合評價值[11]。

1.5 數據處理

采用Excel 2016軟件進行數據整理,使用SPSS 25軟件進行方差分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對相對發芽率的影響

由表1可知,15個草地早熟禾品種種子的相對發芽率隨鹽濃度的增加均呈現下降趨勢。在0.3%鹽濃度時,“水晶”的相對發芽率顯著低于其他品種(p<0.05),相對發芽率最高的是“黃馬夾”;0.6%鹽濃度時,部分品種相對發芽率大幅度降低,“水晶”的相對發芽率降低至14.02%,降幅最大的是“賽威”,與0.3%鹽濃度時相比,降低45.03%,這2個品種的相對發芽率顯著低于其他品種(p<0.05),“百思特”的相對發芽率在15個品種中最高;0.9%鹽濃度時,草地早熟禾相對發芽率持續降低,“水晶”和“賽威”相對發芽率顯著低于其他品種(p<0.05),“百思特”的相對發芽率顯著高于其他品種(p<0.05);1.2%鹽濃度時,9個品種的相對發芽率低至20%以下,“水晶”的相對發芽率已經降為0,相對發芽率較高的是“公園”“黃馬夾”“綠夏”和“百思特”,且4個品種差異不顯著(p>0.05)。

表1 鹽脅迫下不同品種種子相對發芽率Table 1 The relative seed germination rate of different varieties under salt stress

2.2 鹽脅迫對相對發芽勢的影響

由表2可知,15個草地早熟禾品種種子的相對發芽勢隨鹽濃度增加呈現下降趨勢。0.3%鹽濃度時,各品種之間相對發芽勢的差異顯著,絕大多數品種受到抑制,7個品種的相對發芽勢在50%以下,其中“標致”和“水晶”相對發芽勢為0,顯著低于其他品種,“黃馬夾”的相對發芽勢顯著高于其他品種;0.6%鹽濃度時,15個品種的相對發芽勢大幅度降低,均低至26%以下,降幅最大的是“黃馬夾”,達到76.75%,“優美”“標致”“光影”“布魯克”和“水晶”等5個品種的相對發芽勢均為0,顯著低于其他品種;0.9%鹽濃度時,10個品種的相對發芽勢低至0,相對發芽勢最高的2個品種“綠夏”和“黃馬夾”與其他品種間差異顯著;1.2%鹽濃度時,15個品種的相對發芽勢均為0。

表2 鹽脅迫下不同品種種子相對發芽勢Table 2 The relative germination potential of seeds of different varieties under salt stress

2.3 鹽脅迫對相對胚芽長的影響

由表3可知,15個草地早熟禾品種種子的相對胚芽長隨鹽濃度的增加呈現下降的趨勢,降幅各有不同。0.3%鹽濃度時,各品種之間差異顯著,5個品種的相對胚芽長降至90%以下,其中最低的是“優美”,與除“標致”“水晶”“黃馬夾”之外的其他品種之間差異顯著,相對胚芽長最高的是“綠夏”;0.6%鹽濃度時,7個品種的相對胚芽長在80%以上,其中最高的是“瑞銀”,最低的是“水晶”;0.9%鹽濃度時,各品種之間差距進一步增大,相對胚芽長最高的是“公園”,最低的是“賽威”(同時也是降幅最大的品種,達到54.12%),與除“水晶”之外的其他品種之間差異顯著;到1.2%鹽濃度時,“水晶”“光影”“賽威”3個品種的相對胚芽長在10%以下,三者之間差異不顯著(p>0.05),“公園”“綠夏”“純綠”“藍莓”4個品種的相對胚芽長在40%以上。

表3 鹽脅迫下不同品種種子相對胚芽長Table 3 The relative germ length of seeds of different varieties under salt stress

2.4 鹽脅迫對相對胚根長的影響

由表4可知,隨鹽濃度增加,15個草地早熟禾品種種子的相對胚根長呈現不同程度的下降趨勢。0.3%鹽濃度時,各品種之間差異顯著,除“如意”外其他14個品種相對胚根長均低至70%以下,其中最低的“水晶”與其他品種間差異顯著,“如意”的相對胚根長顯著高于除“黃馬夾”之外的其他品種;0.6%鹽濃度時,9個品種的相對胚根長低至30%以下,其中最低的是“水晶”,最高的“純綠”與其他品種之間差異顯著;0.9%鹽濃度時,相對胚根長進一步降低,最高的“純綠”與除“公園”“黃馬夾”之外的其他品種間差異顯著,相對胚根長最低的是“布魯克”;1.2%鹽濃度時,各品種之間差異顯著,“水晶”的相對胚根長低至0,相對胚根長最高的是“公園”“黃馬夾”“純綠”,且3個品種差異不顯著。

表4 鹽脅迫下不同品種種子相對胚根長Table 4 The relative radicle length of seeds of different varieties under salt stress

2.5 鹽脅迫對相對發芽指數的影響

由表5可知,15個草地早熟禾品種種子的相對發芽指數隨鹽濃度的增加呈降低的趨勢。0.3%鹽濃度時,各品種之間相對發芽指數的差異顯著,“水晶”的相對發芽指數顯著低于其他品種,相對發芽指數最高的是“黃馬夾”;0.6%鹽濃度時,9個品種的相對發芽指數低至50%以下,其中“賽威”和“水晶”的相對發芽指數顯著低于除“布魯克”之外的其他品種,“百思特”和“黃馬夾”的相對發芽指數顯著高于除“純綠”之外的其他品種;0.9%鹽濃度時,“水晶”和“賽威”的相對發芽指數顯著低于其他品種,“百思特”的相對發芽指數顯著高于其他品種;1.2%鹽濃度時,“公園”的相對發芽指數顯著高于除“綠夏”之外的其他品種,“水晶”的相對發芽指數已經低至0。

表5 鹽脅迫下不同品種種子相對發芽指數Table 5 The relative germination index of seeds of different varieties under salt stress

2.6 鹽脅迫對相對活力指數的影響

由表6可知,隨鹽濃度增加,15個草地早熟禾品種種子的相對活力指數逐漸下降,幅度各有不同。0.3%鹽濃度時,“水晶”的相對活力指數顯著低于其他品種,相對活力指數最高的是“瑞銀”;0.6%鹽濃度時,除“百思特”之外的其他14個品種相對活力指數均低至50%以下,“賽威”的相對活力指數顯著低于除“水晶”之外的其他品種;0.9%鹽濃度時,8個品種的相對活力指數低至10%以下,其中“水晶”最低,為0.40%,“百思特”“純綠”“綠夏”“公園”和“黃馬夾”5個品種的相對活力指數均在20%以上,顯著高于其他10個品種,其中“百思特”的相對活力指數最高并顯著高于“黃馬夾”;1.2%鹽濃度時,“光影”“賽威”“黃馬夾”和“水晶”4個品種的相對活力指數已經接近或等于0,且無顯著差異,“公園”的相對活力指數顯著高于除“綠夏”之外的其他品種。

表6 鹽脅迫下不同品種種子相對活力指數Table 6 The relative vigor index of seeds of different varieties under salt stress

2.7 15個草地早熟禾品種耐鹽性綜合評價

根據公式(1)(2)(3)計算得出隸屬函數值及綜合評價值(表7),綜合評價值的大小表明各品種耐鹽性從強到弱依次為:“純綠”“百思特”“黃馬夾”“綠夏”“公園”“瑞銀”“新哥萊德”“如意”“藍莓”“布魯克”“標致”“光影”“優美”“賽威”“水晶”。

表7 鹽脅迫下不同品種種子各指標隸屬函數值及綜合評價值Table 7 The membership function value and comprehensive evaluation value of each index of seeds of different varieties under salt stress

3 討論與結論

鹽濃度過高會產生滲透脅迫,導致種子吸水困難,酶、蛋白等物質難以活化,養料難以利用,致使種子延遲萌發甚至不能萌發,最終降低了種子的萌發質量[12-13]。王婧[14]研究發現,不同鹽濃度脅迫下,草地早熟禾種子的相對發芽勢、相對發芽率、相對發芽指數、相對活力指數均受到鹽脅迫抑制。申寶忠等[15]研究發現,用不同鹽濃度處理15個草地早熟禾品種的種子,0.2%鹽濃度處理可對草地早熟禾種子萌發產生影響,且隨鹽濃度的增大抑制程度逐漸加大。本試驗結果與前人研究結果相似,整體上看,相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數、相對活力指數隨鹽濃度的增大而減小,但“黃馬夾”種子的相對發芽勢在0.3%鹽濃度時略高于100%,這與王靖婷[13]的研究結果一致,即較低濃度的鹽溶液會提高野生早熟禾的發芽勢。植物根系是最早感受鹽脅迫的器官,隨后產生一系列生理變化,進而影響地上部分的生長[16]。苗長則是草坪草在幼苗期地上部生長狀況好壞的重要指標[17]。本研究中,不論鹽濃度高低,15個草地早熟禾品種種子的胚根長和胚芽長均受到抑制,且鹽濃度越高抑制程度越大,這與王紅俊[18]、劉燕等[10]的研究結果一致。

不同鹽濃度對草地早熟禾種子的發芽情況影響不同。15個草地早熟禾品種種子的相對發芽率、相對胚芽長、相對胚根長、相對發芽指數、相對活力指數均受到了鹽脅迫的抑制,呈現出隨鹽濃度增加而下降的趨勢。除“黃馬夾”相對發芽勢在0.3%鹽溶液下有所提高外,其余品種的相對發芽勢均明顯低于對照,且鹽濃度越高,相對發芽勢越低。采用隸屬函數法進行耐鹽性綜合評價,結果表明,15個草地早熟禾品種種子萌發耐鹽性由強到弱順序為:“純綠”“百思特”“黃馬夾”“綠夏”“公園”“瑞銀”“新哥萊德”“如意”“藍莓”“布魯克”“標致”“光影”“優美”“賽威”“水晶”。