不同苜蓿品種耐鹽性初探

王玉祥,陳愛萍,張博

(新疆農業(yè)大學草地資源與生態(tài)重點實驗室,新疆 烏魯木齊830052)

由于全球氣溫升高,降水量減少,以及不合理灌溉,使干旱、半干旱區(qū)土壤次生鹽漬化日趨加重。目前我國約有鹽堿地667萬hm2,開發(fā)和治理鹽堿地已迫在眉睫。鹽堿地種植農作物產量很低,甚至不能耕種。而種植耐鹽、抗鹽植物是進行鹽堿地改良最為經濟有效的措施。苜蓿Medicago sativa具有葉片排鹽機制[1],在豆科中的耐鹽性較強,但其品種間的耐鹽性差異較大,選擇耐鹽苜蓿進行鹽堿地改良[2],是合理開發(fā)利用鹽漬化土地資源切實可行的措施。

苜蓿是重要的優(yōu)良牧草[3],因其數千年來生長在低鹽或非鹽漬化土壤中,其抗鹽能力較強,屬于中等抗鹽牧草。培育耐鹽苜蓿品種,提高其耐鹽性,不但能提高鹽堿地的利用率,改良鹽堿地,而且可以增加優(yōu)質蛋白質飼料,為發(fā)展畜牧業(yè)奠定物質基礎。

試驗以新牧1號、新疆大葉、三得利、新牧2號、中苜1號和敖漢苜蓿為材料,研究其在不同鹽濃度脅迫下的反應,了解和揭示在鹽脅迫過程中的變化機制,選擇出適合當地種植的耐鹽品種,同時通過對不同抗性指標[4-5]與耐鹽性的相關性分析[6-8],篩選出適合苜蓿自身耐鹽性鑒定較為簡捷有效的指標,為今后的耐鹽性評價及耐鹽草種的選育提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗材料為三得利、新牧1號、新牧2號、中苜1號、敖漢苜蓿、新疆大葉,由新疆農業(yè)大學牧草育種與生產實驗室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗設5個鹽濃度(NaCl質量分數),依次為 0 (CK)、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%,每個濃度設置10個重復,每個重復種植10株。

1.2.2 無菌苗發(fā)芽試驗

培養(yǎng)基制備:培養(yǎng)基的鹽濃度(NaCl質量分數)為 0 、0.3%、0.5%、0.7%和 0 .9%,而基本培養(yǎng)基為1/2 MS培養(yǎng)基,即大量元素減半,其他元素成分不變。

無菌苗的培育:選擇籽粒飽滿的苜蓿種子,在體積分數75%的酒精中浸泡45 s,經質量分數0.1%氯化汞消毒30 min,無菌水清洗5次,接種到1/2 MS+不同鹽濃度的培養(yǎng)基上。每個濃度10瓶,每瓶接10粒種子,先暗培養(yǎng)3 d,第4天開始放置在16 h光照/8 h黑暗環(huán)境里,實驗室溫度為(26±1)℃。

1.2.3 農藝指標的測量

發(fā)芽勢的測定:無菌苗培育7 d后統(tǒng)計發(fā)芽勢。

發(fā)芽率的測定:無菌苗培育10 d后統(tǒng)計發(fā)芽率。

株高的測定:無菌苗培育30 d后,每個處理隨機選取15株,測量株高(子葉以上部分),取平均值。

根長的測定:無菌苗培育30 d后,每個處理隨機選取15株,測量根長(子葉以下部分),取平均值。

1.2.4 生理指標的測量 材料培育30 d后測量生理生化指標,同一指標所選擇的材料為植株的相同部位,以減少因材料自身差異造成的誤差,同時,每個指標重復3次,取平均值。

可溶性糖含量的測定:參照縐琦[9]的蒽酮比色法測定。

丙二醛含量測定:參照張治安[10]的硫代巴比妥酸法測定。

1.3 數據處理 使用Excel和SPSS10.0軟件進行制圖和數據統(tǒng)計處理分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對種子發(fā)芽勢的影響 苜蓿種子在鹽脅迫下的發(fā)芽勢(圖1)試驗表明,隨著NaCl質量分數的增加,苜蓿種子的發(fā)芽勢都呈明顯的下降趨勢。當NaCl質量分數為0.3%時,新疆大葉和新牧2號發(fā)芽勢最高,三得利和中苜1號發(fā)芽勢最低;當NaCl質量分數為0.7%時,新牧1號的發(fā)芽勢最高,敖漢苜蓿的發(fā)芽勢最低;當NaCl質量分數為0.9%時,新牧1號發(fā)芽勢最高,敖漢苜蓿的發(fā)芽勢最低。

圖1 鹽脅迫對種子發(fā)芽勢的影響

2.2 鹽脅迫對種子發(fā)芽率的影響 鹽脅迫下,苜蓿種子的發(fā)芽情況如圖2所示,苜蓿的發(fā)芽率與NaCl質量分數呈反比,即隨著NaCl質量分數的增加,苜蓿發(fā)芽率逐漸降低。當NaCl質量分數為0.5%時,新牧1號和新疆大葉發(fā)芽率最高;當NaCl質量分數為0.9%時,新牧1號發(fā)芽率最高,敖漢苜蓿的發(fā)芽率最低。

圖2 鹽脅迫對種子發(fā)芽率的影響

2.3 鹽脅迫對株高的影響 隨著NaCl質量分數的增加,苜蓿的株高呈現下降趨勢,即NaCl質量分數與苜蓿株高成反比(圖3)。三得利株高下降趨勢比較平緩,新牧1號、新疆大葉、新牧2號和中苜1號的變化都比較大,先呈現明顯的下降趨勢,到NaCl質量分數為0.5%時,開始變得平緩。試驗結果分析表明,與其他品種相比,不同NaCl質量分數下,新牧1號具有株高方面的優(yōu)勢。

圖3 鹽脅迫對株高的影響

2.4 鹽脅迫對根長的影響 隨著溶液中NaCl質量分數增加,苜蓿幼根的生長受到抑制,均呈現下降趨勢(圖4)。當NaCl質量分數為0.5%時,三得利的根最長,敖漢苜蓿的根最短;當NaCl質量分數為0.9%時,新牧1號的根最長,敖漢苜蓿的根最短。試驗結果表明,新牧1號根長變化最小,對鹽不敏感,即耐鹽性較好。

圖4 鹽脅迫對根長的影響

2.5 可溶性糖含量 逆境脅迫下,植物體內的可溶性糖會大量積累,既作為能量儲備,同時又是植物體內主要的滲透調節(jié)物質,用于減少外界對植物造成的傷害。不同質量分數的NaCl溶液對苜蓿葉片內可溶性糖的積累的影響如圖5所示,隨著NaCl質量分數的增加,苜蓿葉片中可溶性糖的含量是增加的。當NaCl質量分數為0.3%時,新疆大葉和三得利的可溶性糖含量最高,敖漢苜蓿最低;當NaCl質量分數為0.9%時,新牧1號的可溶性糖含量最高,新疆大葉次之,敖漢苜蓿最低。

圖5 鹽脅迫對可溶性糖含量的影響

2.6 丙二醛含量 丙二醛是植物在逆境脅迫下產生的一種膜脂過氧化物,其含量的多少可以反映出膜脂過氧化的大小。試驗中丙二醛的含量變化如圖6所示,在各個處理下,苜蓿體內丙二醛的含量變化規(guī)律不明顯。當 NaCl質量分數為0.5%時,新牧1號的丙二醛含量最高,敖漢苜蓿的最低;當NaCl質量分數為0.9%時,新牧1號的丙二醛含量最高,三得利含量最低。試驗結果表明,新牧2號的變化趨勢最平緩,說明鹽脅迫對新牧2號丙二醛的含量影響最小。

圖6 鹽脅迫對丙二醛含量的影響

3 討論

3.1 鹽脅迫對種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響目前在評定苜蓿種子的耐鹽能力的大小時,所使用的測定指標有:種子發(fā)芽勢、種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、幼苗根長和幼苗株高[11]。植物種子發(fā)芽率與植物本身的生物學特性有關,如種子的休眠、膜系統(tǒng)的修復和細胞膜透性以及酶的活性等,且與種子所處的外界環(huán)境間的關系更為密切。試驗中,各供試材料種子的發(fā)芽勢隨著鹽濃度的增加而顯著下降(見圖1),這與齊冰潔等[12]在賴草屬牧草中的研究結果一致。耐鹽性較強的種發(fā)芽率也較高,而耐鹽性較弱的種則較低,因此,種子的發(fā)芽率能夠反映出苜蓿的耐鹽性。

3.2 鹽脅迫對株高和根長的影響 鹽脅迫不但降低了苜蓿種子的發(fā)芽率,而且對苜蓿的株高和根長都產生了一定的影響。鹽脅迫下,苜蓿株高和根長與鹽濃度呈現顯著的變化,且不同材料間變化量差異顯著。根據數據分析結果,耐鹽性較強的苜蓿的株高以及根長都比耐鹽性較弱的大,說明株高和根長能反映出供試材料的耐鹽性大小,故可將其作為苜蓿耐鹽性研究的主要指標。

3.3 鹽脅迫對可溶性糖和丙二醛含量的影響 細胞膜結構和功能的紊亂與膜透性的變化是逆境脅迫作用的關鍵所在。人們發(fā)現,在逆境條件下細胞內活性氧的產生與清除平衡受到破壞[12],使活性氧含量增加,從而導致植物膜質過氧化而造成牧草的膜系統(tǒng)受損,脂質過氧化作用的最終產物就是丙二醛,它可與膜蛋白發(fā)生交聯作用,使膜透性增大,又可與細胞內各種成分發(fā)生反應,使膜系統(tǒng)中多種酶受到嚴重的損傷,其含量多少可代表質膜受損傷程度的大小。許鵬[14]的研究表明,鹽脅迫下牧草的丙二醛含量隨鹽濃度的增大而增加,抗鹽性較強的牧草丙二醛的增長率明顯低于抗鹽性較差的牧草。而膜透性的增加[15]可以表現出鹽脅迫下細胞膜的結構和功能受到傷害的程度。在試驗中,雖然細胞膜相對透性及丙二醛含量的變化量都比較大,但丙二醛含量的變化與鹽濃度之間無顯著變化關系,因此認為只能將可溶性糖含量作為苜蓿耐鹽性大小鑒定的重要指標,而丙二醛的含量作為苜蓿耐鹽性大小鑒定的參考指標。

4 小結

4.1 隨著鹽濃度的增加,苜蓿種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率都呈明顯的下降趨勢。其中,新牧1號下降趨勢較平緩,敖漢苜蓿的下降趨勢較大,說明鹽脅迫對敖漢苜蓿的影響大,對新牧1號的影響小。

4.2 鹽脅迫對株高和根長的影響表明,隨著鹽濃度增加,苜蓿植株和幼根的生長受到抑制。不同鹽濃度下,新牧1號的根長和植株高度都比其它苜蓿長,即鹽脅迫對新牧1號的影響小于其他苜蓿。由于根長和株高同鹽濃度呈現明顯的負相關,因此可以將它作為苜蓿耐鹽性評價的重要指標。

4.3 通過對可溶性糖含量和丙二醛含量的測定,結果顯示,可溶性糖含量呈上升趨勢,故其可作為苜蓿耐鹽性的主要指標,丙二醛的規(guī)律不明顯,故可作為參考指標對苜蓿的耐鹽性進行評價。

4.4 通過對6個苜蓿品種的發(fā)芽率、株高、根長和可溶性糖含量等指標的綜合評比分析,試驗認為6個苜蓿品種耐鹽性依次為:新牧1號＞新疆大葉＞三得利＞新牧2號＞中苜1號＞敖漢苜蓿。

由于試驗時間較短,一些指標的測量結果與前人的研究結果不一致,可能是試驗材料差異,也可能是試驗方法不同所致,還需要進一步驗證。

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