29個紫花苜蓿品種種子萌發期耐鹽性評價

王佳敏, 柴潤東, 陳璐云, 馮渝茜, 朱夢杳, 馬宏忠, 孫盛楠,2*, 嚴學兵,2

(1. 揚州大學動物科學與技術學院, 江蘇 揚州 225009; 2. 教育部農業與農產品安全國際合作聯合實驗室, 江蘇 揚州 225009)

隨著全球糧食與發展需求的不斷增加,而全球人均耕地面積總體呈現下降趨勢,導致耕地資源的供需矛盾日益加劇。根據《中國統計年鑒2011》數據,中國耕地面積12 172萬hm2,僅占國土面積的12.68%,而且絕大部分耕地存在缺乏水源保障、干旱退化、水土流失、污染嚴重等問題。因此耕地后備資源的開發利用尤為重要。沿海灘涂自然資源作為海陸交接帶特殊的生態資源,因其地理位置優越、社會經濟條件發達而具有較高的開發價值[1]。中國沿海地區灘涂資源面積約2.17×104km2,江蘇沿海灘涂面積達50萬hm2,其灘涂資源量約占全國的1/4、全省耕地面積的1/7,是江蘇省主要的土地后備資源[2]。江蘇農田土壤pH總體呈現“南酸北堿”和“東部沿海高于內陸”的空間分布特征[3]。梅芹芹等[4]選取江蘇自北向南三處平原土壤進行鹽漬化分析得出,連云港濱海平原區平均含鹽量為1.65%,大豐濱海平原區平均含鹽量為0. 39%,總體分布0. 06%～1. 22%之間;南通長江三角洲平原區平均含鹽量為0.64%。近年來,隨著沿海地區生態的不斷惡化和不合理的開發利用,土壤鹽漬化程度不斷上升,鹽漬化成為制約江蘇沿海灘涂土壤開發利用的主要障礙之一。鹽漬土不僅影響幼苗的萌發,還影響幼苗的存活和生長,對植物生長危害較大[5],嚴重影響了我國沿海灘涂鹽漬化地區土地的利用率。目前,可以通過物理方法、化學方法、生物改良方法進行鹽堿土壤的改良,其中通過篩選、培育和種植耐鹽植物的生物改良措施是經濟有效的措施之一[6-8]。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)為豆科苜蓿屬多年生草本植物,對鹽漬化土壤有較強的適應能力,可以通過葉片進行排鹽[9]。Munns等[10]指出紫花苜蓿與其他牧草相比具有較高的耐鹽性,并具有改良土壤鹽漬化的作用。不同生長年限的紫花苜蓿根系對次生鹽漬化土壤的改良效果不同,紫花苜蓿種植地的可溶性鹽分含量及各種鹽分離子含量與荒灘地相比均有所降低,說明紫花苜蓿的種植對土壤表層鹽分含量具有抑制作用。原因是一方面種植紫花苜蓿減少了地表蒸發,使鹽分滯留在下層土壤;另一方面一部分鹽分被紫花苜蓿吸收帶出土壤[11-12]。此外,因為江蘇沿海地區水土鹽分最主要的離子為Na+和Cl-,且土體含鹽特征以氯鹽為主[13],而長期種植紫花苜蓿也可以有效地降低土壤中NaCl的含量,提高土壤有機質的含量,對江蘇沿海灘涂土壤改良具有顯著效果[14-17]。

紫花苜蓿在發芽期和苗期時對鹽分更為敏感,因此可在苜蓿生長幼年期進行耐鹽篩選[18]。在河北濱海和松嫩平原西部等鹽堿地區,已有學者對不同的苜蓿品種進行了耐鹽性評價[19-21],但目前適用于江蘇沿海灘涂地區種植的耐鹽紫花苜蓿品種尚未明確。在有限的耕地資源條件下,篩選并推廣紫花苜蓿耐鹽品種不僅可以提高沿海灘涂土壤利用率,也可為該區域發展草地畜牧業提供優質牧草,進一步促進草地農業可持續發展。本試驗以29個不同品種的紫花苜蓿為材料,研究不同濃度NaCl溶液對紫花苜蓿種子萌發期的影響,采用隸屬函數方法對紫花苜蓿萌發期各項指標進行綜合評價分析,篩選出適合江蘇沿海灘涂鹽漬化土壤的品種,為在南方沿海灘涂推廣紫花苜蓿種植、提高灘涂土壤利用率以及鹽漬化土壤改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取29份不同紫花苜蓿品種為試驗材料,其中國內品種7份,國外品種22份,具體信息見表1。

表1 29個紫花苜蓿品種信息

1.2 試驗設計

以NaCl溶液為培養液,各處理質量體積濃度,分別為0%(對照),0.6%,0.9%,1.2%和1.5%,每個處理重復4次。每皿選取大小均勻、籽粒飽滿的種子50粒,發芽床采用濾紙法。先將紫花苜蓿種子用75%乙醇溶液消毒30 s,蒸餾水沖洗3～4次,并用濾紙吸干多余水分。選用直徑 90 mm培養皿,上鋪1層90 mm濾紙,加入2 mL蒸餾水或者不同濃度鹽水。培養皿置于智能人工氣候箱:DFQ-500-3RG,25℃,光周期為12 h/12 h(光照/黑暗)培養9天,每2天向培養皿中補加蒸餾水至潤濕濾紙即可,以補充蒸發的水分。每日按空間順序上下交換培養皿位置。試驗共進行9天,第4天測定發芽勢,第7天統計發芽率、第9天測定胚根和胚芽長度(胚根長、胚芽長在培養第9天進行測定,每個處理中隨機選取10株苗,用直尺測量每株的胚根長、胚芽長,以平均值表示)。

1.3 種子萌發測定指標

1.3.1發芽勢 鹽處理后第4 d,觀測每皿正常發芽種子數占供檢種子數的百分率;

1.3.2發芽率 鹽處理后第7 d,觀測每皿正常發芽種子數占供檢種子數的百分率;

1.3.3芽長 鹽處理后第 9 d,用直尺測定每株苗從種子胚到最長葉葉尖的長度。

1.3.4根長 鹽處理后第 9 d,用直尺測定每株苗從種子胚到最長根根尖的長度。

1.3.5隸屬函數計算公式為:

式中,Xi為參試材料某一指標的測定值;Xmax和Xmin分別為所有材料中該指標的最大值和最小值。

1.4 數據統計與處理

用Excel 2007軟件對數據進行簡單的分類計算,利用SPSS 27. 0對各鹽濃度處理下材料的相對發芽勢、相對發芽率、相對根長和相對芽長進行單因素方差分析。以所選的指標為原始數據,采用隸屬函數公式對各數據進行換算。記錄每個指標在不同鹽濃度下的隸屬函數值,再根據每個指標的隸屬函數值計算平均值并進行聚類分析,對不同品種紫花苜蓿的耐鹽性進行排名。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對種子相對發芽勢的影響

由表2可知,高濃度NaCl溶液對大部分種子萌發具有抑制作用。低鹽濃度下,‘淮陰苜蓿’ ‘中苜2號’等品種發芽能力不足,而一些品種,如‘巨能601’ ‘大葉’ ‘莎莎’等品種在低鹽濃度下萌發狀態良好,說明低濃度的鹽溶液可以促進部分種子的萌發。在0.6%濃度下,‘巨能601’相對發芽勢最高,‘莎莎’ ‘大葉’ ‘巨能2’ ‘Paola’相對發芽勢相對較高;在0.9%濃度下,‘威力’ ‘威神’ ‘莎莎’相對發芽勢位于前列;在1.2%濃度下,‘MS-5S43’相對發芽勢最高,‘巨能2’ ‘莎莎’ ‘賽迪7’ ‘威力’ ‘游客’ ‘天馬’的相對發芽勢在95%以上;在1.5%濃度下,英斯特和阿羅拉的相對發芽勢都在80%以上,說明在1.5%鹽濃度下,‘英斯特’和‘阿羅拉’兩個品種仍具備良好的發芽能力。

表2 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對發芽勢的影響

2.2 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對發芽率的影響

不同NaCl濃度,紫花苜蓿品種種子的相對發芽率不同(表3)。當NaCl濃度為0.6%時,部分紫花苜蓿品種種子的相對發芽率高于對照組,但隨著NaCl濃度的升高,大部分紫花苜蓿品種相對發芽率均呈現出下降趨勢。在0.6% NaCl濃度下,‘大葉’相對發芽率最高,‘莎莎’其次;在0.9%濃度下,‘大葉’ ‘威力’ ‘莎莎’等相對發芽率仍能高于對照組;在1.2%濃度下,‘威力’ ‘MS-5S43’ ‘莎莎’ ‘賽迪10’ ‘巨能2’ ‘阿羅拉’相對發芽率仍能達到95%左右;在1.5%濃度下,‘莎莎’ ‘威力’耐鹽性較強,相對發芽率均在90%以上。

表3 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對發芽率的影響

2.3 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對芽長的影響

篩除1.5%濃度下發芽率低于50%的品種,將剩下的13個品種進行后續評價。由表4可知,隨著鹽濃度的增加,不同品種相對芽長呈逐漸下降趨勢,少量品種相對芽長高于對照組。在0.6%和0.9%的鹽濃度處理下,各品種間相對芽長變化較小,而在1.5%鹽濃度處理下,各品種相對芽長變幅較大。在0.6%鹽濃度下,‘賽迪7’ ‘賽迪10’和‘法多’的相對芽長表現優異;在0.9%鹽濃度下,不同材料間相對芽長差異更為顯著(P<0.05),‘賽迪10’表現最好,其次是‘威力’;在1.2%鹽濃度下,‘威力’的相對芽長最長,其次是‘莎莎’和‘法多’;在1.5%鹽濃度下,‘莎莎’和‘法多’相對芽長顯著大于對照組且‘莎莎’的相對芽長最長。

表4 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對芽長的影響

2.4 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對根長的影響

由表5可知,隨著鹽濃度的增加,不同品種相對根長呈逐漸降低的趨勢。在0.6%鹽濃度下‘法多’表現最好,其次是‘莎莎’;在0.9%鹽濃度下,不同材料間相對根長差異更為顯著(P<0.05),‘阿羅拉’ ‘威力’ ‘英斯特’的相對根長均大于對照組;在1.2%鹽濃度下,‘威力’的相對根長最大,其次是‘賽迪7(2代)’;在1.5%鹽濃度下,‘阿羅拉’的相對根長最長且大于對照組。

表5 鹽脅迫對紫花苜蓿幼苗相對根長的影響

2.5 耐鹽性綜合評價

利用隸屬函數法對13個紫花苜蓿種質萌發期的綜合耐鹽能力進行評價,13個紫花苜蓿種子萌發期耐鹽性強弱依次為:‘賽迪10’>‘皇冠’>‘阿羅拉’>‘賽迪7’>‘法多’>‘莎莎’>‘勁能5020’>‘英斯特’>‘希模’>‘天馬’>‘賽迪7(2代)’>‘巨能551’>‘威力’(表6)。再根據13個紫花苜蓿品種的秋眠級(圖1),可進一步篩選出適合在江蘇沿海地區種植的10個品種:‘皇冠’ ‘阿羅拉’ ‘賽迪7’ ‘莎莎’ ‘勁能5020’ ‘英斯特’ ‘天馬’ ‘賽迪7(2代)’ ‘巨能551’ ‘威力’。

圖1 13個紫花苜蓿品種的秋眠級

表6 13個紫花苜蓿品種隸屬函數評價

3 討論

本研究設置了紫花苜蓿鹽脅迫試驗的NaCl鹽濃度梯度(0%,0.6%,0.9%,1.2%,1.5%),該濃度梯度能體現出苜蓿發芽率、發芽勢等生長指標隨鹽濃度增長的梯度變化[22]。以往研究表明,低鹽濃度能促進細胞膜的滲透調節,細胞膜的滲透調節能力越強,越有利于植物從逆境中吸水,增強其抵抗不良環境的能力[23-24]。因此,本研究中低濃度鹽溶液對部分紫花苜蓿品種的生長表現出促進作用[25]。但是,隨著鹽濃度增加,大部分種子生長受到抑制,且鹽濃度越大抑制作用越強,這與前人研究結果一致[26-28]。

在牧草生長發育中,種子萌發階段對鹽脅迫響應最為敏感[29]。環境脅迫常用種子發芽率、發芽勢、胚芽長和胚根長四項指標進行測定。發芽勢高,則表示種子活力強,發芽迅速,整齊,增產潛力大。發芽率越高,說明種子飽滿,整齊度高,種胚發育良好,種子生命力高。李崇巍等[30]研究指出胚根胚芽的長度也可以作為紫花苜蓿耐鹽性評定的指標,本研究發現在鹽脅迫下有8個品種的相對芽長、4個品種的相對根長大于對照組,說明紫花苜蓿根部對鹽脅迫更加敏感,這一研究結果與已有的研究結果一致[31-32]。馬洪雨[33]利用蛋白質組學方法比較兩種大豆幼苗根部與葉片蛋白質表達譜在短時間、長時間鹽脅迫下的差異發現,根部蛋白組比葉蛋白組對鹽脅迫更敏感,能更準確地反應植物的耐鹽能力。而隨著鹽濃度的增加,相對芽長和相對根長都出現顯著性降低趨勢[33-34]。

植物受鹽脅迫后表現出的耐鹽性是多方面的,不同品種之間的表現不同,不同性狀也有不同的變化趨勢[35-38],因此不能只評價某個單一指標。本試驗利用隸屬函數公式計算,將各個性狀評分匯總,在保證發芽率的前提下,將篩選出的13種紫花苜蓿品種進行綜合評價,其中‘賽迪10’的耐鹽性最強,且在發芽率,發芽勢,相對芽長中均表現突出。此外,不同品種的秋眠級也是不同地區選用紫花苜蓿品種的重要依據。秋眠性是紫花苜蓿的一個生長特性,與紫花苜蓿的再生能力、耐寒性等緊密相關[39]。畢玉芬等[40]研究表明,隨著種植地區濕潤度增加和緯度的降低,適宜種植的紫花苜蓿品種秋眠性減弱。北方地區可種植耐寒性強抗熱能力差的秋眠型品種,如‘公農一號’ ‘中苜一號’ ‘中蘭二號’等。南方地區主要種植耐寒性差但抗熱性好的非秋眠型苜蓿品種,如‘極光’ ‘精英’等,其中適合在長江中下游地區種植的苜蓿品種為半秋眠型和非秋眠型,即秋眠級為4～9級的紫花苜蓿品種。本研究使用的紫花苜蓿品種秋眠級情況見圖1,根據不同品種的秋眠級可進一步從13個耐鹽紫花苜蓿品種中篩選適用于江蘇沿海地區種植的10個品種:‘皇冠’ ‘阿羅拉’ ‘賽迪7’ ‘莎莎’ ‘勁能5020’ ‘英斯特’ ‘天馬’ ‘賽迪7(2代)’ ‘巨能551’ ‘威力’。

此外,紫花苜蓿的豐產性是衡量紫花苜蓿質量的重要指標之一,對評價紫花苜蓿的經濟效益、生長情況和抗逆性也至關重要。馮潔瓊等[41]通過灰色關聯度分析法綜合評價了21個紫花苜蓿品種的生產性能,篩選出‘5S43’ ‘賽迪7(2代)’ ‘威力’ ‘勁能5020’ ‘百綠三得利’這5個適合在南方灘涂鹽堿地種植的豐產性良好的牧草品種。沈思聰等[42]依據紫花苜蓿豐產性及品質篩選出‘天馬’ ‘希模’ ‘游客’ ‘賽迪7(2代)’ ‘英斯特’ ‘梅佐’ ‘莎莎’ ‘勁能5020’ ‘百綠三得利’9個適宜在揚州地區栽種的品種。根據以往研究的紫花苜蓿豐產性[41-44],以及本研究的耐鹽性評價,可將上述品種繼續篩選出5個紫花苜蓿品種,即‘皇冠’‘阿羅拉’‘賽迪7’‘莎莎’‘勁能5020’。為了保證篩選出的材料準確可靠,后期還將對篩選出的品種進行苗期耐鹽性評價,并在灘涂鹽漬土壤原位種植進行生產試驗。

4 結論

1.5% NaCl濃度的鹽脅迫對29個紫花苜蓿品種種子的相對發芽率、相對發芽勢、相對胚芽長和相對胚根長均有抑制作用,對相對胚根長的抑制作用強于相對胚芽長。根據隸屬函數綜合評價結果,結合不同品種紫花苜蓿的秋眠級和豐產性,篩選出適合在江蘇沿海灘涂種植的5個品種為‘皇冠’ ‘阿羅拉’ ‘賽迪7’ ‘莎莎’ ‘勁能5020’,為推廣紫花苜蓿在江蘇灘涂鹽漬化土壤種植,改良鹽漬化土壤提供了一定依據。