不同鹽脅迫對高羊茅種子萌發(fā)的影響

盧艷敏

(1.衡水學(xué)院生命科學(xué)系，河北 衡水053000； 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081)

土壤鹽漬化是世界性問題，全世界鹽漬土面積為8×108hm2[1]，我國各類鹽漬土總面積約1×108hm2[2]。土壤鹽漬化是影響世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要的非生物脅迫之一[3]，種植耐鹽牧草、草坪草是改良利用鹽堿土的一種重要措施[4]。

目前，城市綠地鹽漬化水平也日益嚴(yán)重，種子萌發(fā)和幼苗生長階段是植物種群能否在鹽漬環(huán)境下定植的關(guān)鍵時(shí)期之一，因此，研究鹽分對草坪草種子萌發(fā)的影響及草坪草對鹽脅迫的適應(yīng)性，對于提高草坪草的耐鹽能力和草坪草的質(zhì)量具有重要的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)意義。高羊茅(Festucaarundinacea)是禾本科羊茅屬多年生草本植物，為叢生型禾草。高羊茅的生長具有廣泛的適應(yīng)性，抗逆性強(qiáng)，適用于多種土壤和氣候條件，是最耐熱和耐踐踏的冷季型草坪，也是一種常見牧草。本研究分析不同濃度NaCl、Na2CO3、Na2SO4及混合鹽NaCl+Na2CO3、混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫對高羊茅種子萌發(fā)以及幼苗生長的影響，以為進(jìn)一步研究高羊茅對鹽脅迫的適應(yīng)能力和培育抗鹽品種、鹽漬化土地的改良提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1供試材料和試劑 高羊茅種子由衡水市園林處種子站提供，NaCl、Na2CO3、Na2SO4均為分析純。

1.2試驗(yàn)方法 采用NaCl、Na2CO3、Na2SO4單鹽溶液，NaCl和Na2CO3的混合鹽，以及NaCl、Na2CO3和Na2SO4三者的混合鹽溶液處理高羊茅種子，每種鹽設(shè)6個濃度梯度(表1)。高羊茅種子用0.1%HgCl2溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈。選取籽粒飽滿、大小均一的種子100粒，置于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個處理3個重復(fù)，分別加入不同濃度的處理液15 mL，以蒸餾水作為對照。在25 ℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，每天更換處理液，觀察并記錄種子發(fā)芽數(shù)。11 d后統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率，每個處理隨機(jī)挑取10粒發(fā)芽種子測量根長和苗高。

式中，Gt為不同時(shí)間發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

式中，規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)為發(fā)芽第7天發(fā)芽種子數(shù)。

式中，S為幼苗的平均質(zhì)量。

表1 各處理的成分及鹽分濃度

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)據(jù)使用Excel 2007錄入，作圖。采用SPSS 13.0軟件中的One-way ANOVA進(jìn)行方差分析，Duncan進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對高羊茅種子發(fā)芽率的影響 高羊茅種子在不同鹽脅迫下，發(fā)芽率總體呈下降趨勢(表2、表3)。在兩種單鹽(NaCl、Na2CO3)和混合鹽(NaCl+Na2CO3)的脅迫下，高羊茅種子的發(fā)芽率隨著鹽濃度的升高而降低；在50 mmol·L-1的NaCl、25 mmol·L-1的Na2CO3、100 mmol·L-1的Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3)的脅迫下高羊茅種子的發(fā)芽率與對照相比差異極顯著(P<0.01)。

表2 NaCl、Na2CO3和Na2SO4、脅迫對高羊茅種子發(fā)芽的影響

表3 混合鹽(NaCl+ Na2CO3)和(NaCl+ Na2CO3+ Na2SO4)脅迫對高羊茅種子發(fā)芽的影響

在單鹽Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下，低濃度促進(jìn)高羊茅種子發(fā)芽，高濃度抑制高羊茅種子發(fā)芽；在25 mmol·L-1Na2SO4和100、200 mmol·L-1的Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下，高羊茅種子的發(fā)芽率要高于對照，但差異不顯著；并且隨鹽濃度的增加高羊茅種子發(fā)芽率降低，在100 mmol·L-1Na2SO4和400 mmol·L-1Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下的發(fā)芽率顯著低于對照(P<0.01)；表明低濃度的Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫促進(jìn)種子萌發(fā)，高濃度的Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫抑制種子萌發(fā)。

在300、400 mmol·L-1NaCl，100、150和200 mmol·L-1Na2CO3，300 mmol·L-1Na2SO4，400、600和800 mmol·L-1Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3)，1 000和1 400 mmol·L-1Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下，高羊茅種子萌發(fā)完全被抑制，發(fā)芽率為0。

高羊茅種子在NaCl脅迫下的發(fā)芽率高于Na2CO3和混合鹽(NaCl+Na2CO3)脅迫下的發(fā)芽率，低于Na2SO4和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)脅迫下的發(fā)芽率，結(jié)果表明，高羊茅種子對不同類型鹽的耐受性各異。不同鹽分對種子萌發(fā)的抑制程度為Na2SO4<混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)

2.2鹽脅迫對高羊茅種子發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢、活力指數(shù)的影響 在3種單鹽和2種混合鹽脅迫下，高羊茅種子的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢和活力指數(shù)均表現(xiàn)為隨鹽濃度的升高而降低(表2、表3)。

當(dāng)NaCl濃度≥100 mmol·L-1， Na2CO3濃度≥25 mmol·L-1，Na2SO4濃度≥100 mmol·L-1時(shí)種子的發(fā)芽勢顯著降低(P<0.01)。混合鹽在濃度處理Ⅱ時(shí)對發(fā)芽勢的抑制作用明顯加強(qiáng)，和對照差異極顯著(P<0.01)。當(dāng)單鹽(NaCl、Na2CO3、Na2SO4)濃度≥25 mmol·L-1時(shí)，與對照相比，種子發(fā)芽指數(shù)明顯降低(P<0.01)，2種混合鹽脅迫均在濃度處理Ⅰ顯著降低了種子的發(fā)芽指數(shù)。種子的活力與發(fā)芽指數(shù)、幼苗的生長呈正相關(guān)，隨著鹽濃度的升高，對發(fā)芽指數(shù)和幼苗生長的抑制作用逐漸加強(qiáng)，因此種子活力指數(shù)也隨之下降。NaCl濃度≥25 mmol·L-1，Na2CO3濃度≥12.5 mmol·L-1，Na2SO4濃度≥25 mmol·L-1時(shí)，種子的活力指數(shù)顯著降低；混合鹽(NaCl+Na2CO3)在濃度處理Ⅰ下種子活力指數(shù)顯著降低；混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)在濃度處理Ⅱ顯著降低了種子的活力指數(shù)，與對照相比差異極顯著(P<0.01)。

2.3鹽脅迫對高羊茅根長和苗高的影響 鹽脅迫對高羊茅幼根生長和幼苗生長具有顯著的抑制作用(圖1、圖2)，3種單鹽和2種混合鹽脅迫對根長和苗高的抑制規(guī)律一致，表現(xiàn)為隨鹽濃度的提高而降低，并且對高羊茅幼根生長的抑制作用要大于對幼苗生長的抑制作用。表明幼根對鹽分脅迫更加敏感，可能與根直接接觸鹽溶液有關(guān)。

當(dāng)NaCl濃度≥50 mmol·L-1時(shí)，根長和苗高受到顯著的抑制作用。當(dāng)Na2CO3濃度≥25 mmol·L-1時(shí)，幼苗的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)；Na2CO3濃度≥12.5 mmol·L-1時(shí)，幼根的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)。Na2CO3脅迫對幼根的抑制作用明顯大于對幼苗的抑制作用。當(dāng)Na2SO4≥50 mmol·L-1時(shí)，幼苗生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)；Na2SO4≥25 mmol·L-1時(shí)，幼根生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)。不同濃度的Na2SO4脅迫對根長和苗高的抑制作用無明顯區(qū)別(圖1)。當(dāng)混合鹽(NaCl+Na2CO3)Na+濃度≥50 mmol·L-1時(shí)和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)Na+濃度≥100 mmol·L-1時(shí),幼根的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)，當(dāng)混合鹽(NaCl+Na2CO3)Na+濃度≥100 mmol·L-1時(shí)和混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)Na+濃度≥200 mmol·L-1時(shí)，幼苗的生長受到顯著的抑制作用(P<0.01)，并且2種混合鹽脅迫對幼根的抑制作用明顯大于對幼苗的抑制作用(圖2)。在Na2CO3脅迫下幼根和幼苗的長度明顯低于其他2種單鹽和混合鹽脅迫，表明Na2CO3溶液明顯抑制幼根和幼苗的生長。同時(shí)出現(xiàn)許多無根有芽的畸形苗；在高濃度的混合鹽脅迫下也有畸形苗。

2.4鹽脅迫對高羊茅種子相對鹽害率的影響 相對鹽害率反映了種子萌發(fā)期鹽脅迫對種子的傷害程度。隨著鹽濃度的增加，高羊茅種子的相對鹽害率呈上升趨勢即對種子的傷害程度逐漸增大(表2、表3)。Na2SO4濃度為25和50 mmol·L-1時(shí)，100 mmol·L-1的Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4)，相對鹽害率為負(fù)值，促進(jìn)了種子的萌發(fā)。高濃度的NaCl(300和400 mmol·L-1)，Na2CO3(100、150和200 mmol·L-1)，Na2SO4(300 mmol·L-1)，Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3) (400、600和800 mmol·L-1)，Na+混合鹽(NaCl+Na2CO3+Na2SO4) (1 000和1 400 mmol·L-1)脅迫下，相對鹽害率為100。結(jié)果表明在幾種鹽脅迫下，Na2CO3脅迫對高羊茅種子的傷害作用最大，嚴(yán)重抑制了種子的發(fā)芽。

圖1 NaCl、Na2CO3和Na2SO4脅迫對高羊茅根長和苗高的影響Fig.1 Effects of NaCl, Na2CO3 and Na2SO4 on shoot and root growth of tall fescue seedling

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫對植物種子的抑制程度與鹽的濃度、種類及植物抗鹽能力有關(guān)，其對植物種子萌發(fā)的危害主要有兩個方面，一是滲透效應(yīng)，二為離子效應(yīng)[5]。滲透效應(yīng)是指當(dāng)土壤中鹽分含量增加時(shí)，滲透壓也隨之提高，而水勢相應(yīng)降低，使種子吸水困難，從而影響種子的萌發(fā)。離子效應(yīng)是指某種離子濃度升高對種子造成的毒害。本試驗(yàn)研究不同濃度NaCl、Na2CO3、Na2SO4及混合鹽NaCl+Na2CO3和NaCl+Na2CO3+Na2SO4脅迫對高羊茅種子萌發(fā)以及幼苗生長的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低濃度鹽對高羊茅種子的萌發(fā)影響不大，高濃度鹽會對種子造成毒害而抑制其萌發(fā)。前人研究發(fā)現(xiàn)[4,6-7]，隨著鹽濃度的升高，不同高羊茅品種的發(fā)芽率呈下降趨勢，與本研究結(jié)果一致。隨著鹽濃度的升高，高羊茅種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢，且對幼苗生長和幼根生長的抑制作用加強(qiáng)。

鹽分是土壤的重要組成部分，也是植物生長的必需營養(yǎng)元素，但是過量鹽分會對植物造成滲透脅迫、干擾營養(yǎng)離子平衡，通過抑制或誘導(dǎo)多種酶系統(tǒng)來影響植物的新陳代謝[8-11]。在一定濃度范圍內(nèi)，低鹽濃度對種子萌發(fā)起到促進(jìn)作用，隨著鹽濃度的提高，發(fā)芽率呈下降趨勢[12]。本研究發(fā)現(xiàn)不同鹽分對種子萌發(fā)的抑制程度不一樣，Na2SO4脅迫對種子萌發(fā)的危害最小，表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制。Na2CO3脅迫對種子萌發(fā)的危害最大，Na2CO3濃度為100 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率為0，NaCl對種子萌發(fā)的危害介于兩者之間。說明除了高濃度的Na+對高羊茅種子萌發(fā)具有抑制作用外，堿性鹽的高pH值也會對高羊茅種子萌發(fā)造成嚴(yán)重的危害，這與黃立華等[13]研究結(jié)果一致。劉愛榮等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Na2CO3脅迫下高羊茅種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長等指標(biāo)的下降幅度顯著大于NaCl脅迫；Na2CO3脅迫產(chǎn)生的毒害作用強(qiáng)于NaCl脅迫，Na2CO3的高pH值是抑制高羊茅種子萌發(fā)和幼苗生長的最主要因素，其次是Na+毒害，Na2CO3的滲透脅迫作用不明顯；而在NaCl脅迫下，高羊茅生長受抑制，則為離子毒害效應(yīng)和滲透脅迫共同作用所致，與pH值無關(guān)。

混合鹽脅迫對高羊茅種子萌發(fā)的抑制作用隨濃度的升高而加大，但低于相應(yīng)濃度的Na2CO3處理，可能Cl-和SO42-的競爭作用緩解CO32-的毒害作用,本研究發(fā)現(xiàn)，某一鹽分濃度過高，其危害程度比多種鹽分同時(shí)存在時(shí)要大。一方面由于離子競爭作用減少了植物對毒害離子的吸收數(shù)量，另一方面增加了其他養(yǎng)分的吸收數(shù)量，使體內(nèi)各種養(yǎng)分趨于平衡，保證正常生理作用的發(fā)揮。當(dāng)然，總鹽分濃度過高，也會抑制生長。無論單鹽還是混合鹽脅迫,對高羊茅幼根的生長影響明顯大于對幼苗生長的影響，說明鹽脅迫對根的毒害作用較大，這可能與根和鹽分直接接觸有關(guān)。具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

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