種子萌發(fā)期38份偃麥草種質(zhì)耐鹽性評(píng)價(jià)

孫宗玖，李培英，阿不來提，吉鵬飛

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 新疆草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊，830052)

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的資源環(huán)境和生態(tài)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有 9.55×108hm2鹽堿地，而我國(guó)約有2.67×107hm2，其中鹽堿耕地6.66×106hm2，鹽漬化荒地和鹽堿化草地2.00×107hm2[1]，且均集中在“三北”內(nèi)陸地區(qū)及長(zhǎng)江以北沿海地帶[2]，并有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。近年來，迫于人口增加、資源短缺、環(huán)境惡化的壓力，如何開發(fā)利用或改良鹽漬土已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題之一。目前，改良利用鹽漬土的途徑很多，但篩選與推廣耐鹽草種一直被認(rèn)為是改良利用、控制鹽漬土的重要途徑之一[3-4]。

偃麥草(Elytrigiarepens)為多年生根莖禾草，具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗寒、耐旱、耐鹽堿等特點(diǎn)，特別是對(duì)小麥(Triticumaestivum)的多種病害具有明顯的抗性，在其遠(yuǎn)緣雜交育種研究中具有十分重要的作用[5-6]。同時(shí)偃麥草也是一種優(yōu)良牧草和草坪草資源，是新疆、青海、內(nèi)蒙古等省(區(qū))重要的牧草資源和防風(fēng)固沙植物[7]。目前，有關(guān)偃麥草屬種質(zhì)資源耐鹽性的研究多是從形態(tài)、生理響應(yīng)角度出發(fā)，對(duì)種子萌發(fā)期或苗期的偃麥草、中間偃麥草、毛偃麥草等進(jìn)行鑒定和評(píng)價(jià)，且多針對(duì)單鹽脅迫條件下國(guó)外引入的偃麥草屬資源[8-11]，但土壤中的鹽分大多數(shù)是以NaCl、Na2SO4混鹽形式存在并影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[12]。相對(duì)而言，在混鹽脅迫條件下對(duì)我國(guó)不同來源或不同生境下偃麥草種質(zhì)資源耐鹽性的評(píng)價(jià)較少。與此同時(shí)，種子萌發(fā)期是種子植物生活史中的關(guān)鍵階段，一直被認(rèn)為是鑒定植物抗旱、耐鹽性的重要時(shí)期[13-16]。基于以上認(rèn)識(shí)，本試驗(yàn)以NaCl、Na2SO4混合鹽溶液模擬鹽脅迫，對(duì)引自北京市農(nóng)林科學(xué)院和采自新疆不同生態(tài)環(huán)境的38份偃麥草種質(zhì)資源進(jìn)行種子萌發(fā)期的耐鹽性評(píng)價(jià)，力圖篩選出耐鹽性強(qiáng)的生態(tài)型，為進(jìn)一步培育適宜我國(guó)鹽漬土種植的優(yōu)良偃麥草新品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 供試偃麥草材料共計(jì)38份，其中4份引自北京市農(nóng)林科學(xué)院，34份采自新疆不同生境(表1)。2006年6月，將供試材料條植于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)，出苗后進(jìn)行正常田間管理工作[13]。本試驗(yàn)所需偃麥草種子于2010年7月采自該試驗(yàn)區(qū)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 精選大小一致、籽粒飽滿、無破損種子50粒，70%酒精消毒30～60 s 后，蒸餾水沖洗干凈放于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，以雙層濾紙為芽床。用1.2%NaCl和Na2SO4混合溶液(NaCl與Na2SO4的質(zhì)量比為1∶1)10 mL模擬鹽脅迫[8]，對(duì)照加入10 mL蒸餾水，置于變溫光照培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)芽，高溫30 ℃(8 h，3 000 lx光照強(qiáng)度)，低溫20 ℃(16 h，黑暗)，每處理重復(fù)5次。以胚根突破種皮1mm、胚芽為種子長(zhǎng)1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，逐日定時(shí)記載發(fā)芽種子數(shù)。21 d后結(jié)束試驗(yàn)時(shí)，每重復(fù)隨機(jī)選取10株幼苗，用精度為0.1 cm的刻度尺測(cè)量胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)，用精度為0.1 mg電子天平稱量幼苗質(zhì)量。

表1 供試材料偃麥草資源的編號(hào)及來源

1.3測(cè)定內(nèi)容及方法

1.3.1種子活力 種子活力測(cè)定按照以下公式計(jì)算。

式中，DG為逐日發(fā)芽數(shù)，DT為相應(yīng)DG的發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×幼苗質(zhì)量。

1.3.2種子萌發(fā)特性 主要包括相對(duì)胚芽長(zhǎng)、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)活力指數(shù)的計(jì)算。

1.3.3萌發(fā)耐鹽指數(shù)及萌發(fā)脅迫指數(shù) 參考李培英等[13]、王贊等[14]及安永平等[15]方法。

萌發(fā)指數(shù)=1.00G2+0.75G4+0.50G6+0.25G8。

式中，G2、G4、G6、G8分別為各供試偃麥草材料第2、4、6、8天的種子發(fā)芽率。

1.4數(shù)據(jù)處理 利用Microsoft Excel 2003及SPSS 11.5進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析。

采用隸屬函數(shù)法[13-14]進(jìn)行耐鹽性綜合評(píng)定，首先按照式(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理；然后按照式(2)、(3)、(4)依次計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)(Vj)、權(quán)重系數(shù)(Wj)、隸屬函數(shù)值(D)。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中，j=1,2,3,…n，xj表示第j個(gè)指標(biāo)值，xmin表示第j個(gè)指標(biāo)的最小值,xmax表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1鹽脅迫對(duì)38份偃麥草材料種子活力的影響 與對(duì)照相比，鹽脅迫下38份偃麥草材料的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均出現(xiàn)降低趨勢(shì)(表2)，但降低幅度存在一定的差異，依次為24.2%～95.1%、25.0%～100.0%、10.2%～96.1%、42.7%～98.1%。從發(fā)芽率看，E27、E37、E40、E33、E35、E06、E41降幅較大，均大于88.6%，E03、E16、E17、E31降低幅度較小，均小于35.7%，且E03(75.8%)、E16(72.9%)、E17(69.4%)、E31(64.3%)的相對(duì)發(fā)芽率顯著高于E27(4.9%)、E37(5.9%)(P<0.05)，顯示出較強(qiáng)的耐鹽能力；材料E01、E02、E06、E10、E18、E19、E21、E24、E28、E30、E33、E34、E35、E36、E37、E39、E40、E41的發(fā)芽勢(shì)降低幅度最大，為100.0%，7 d內(nèi)均沒有萌發(fā)，其相對(duì)發(fā)芽勢(shì)也表現(xiàn)最低，為0，而材料E03降低幅度最小，為25.0%；發(fā)芽指數(shù)降低幅度大于90%的材料有E27、E37、E40、E06、E33、E41，而E42、E17、E03的降幅較小，小于35.0%；活力指數(shù)降幅大于90.0%的有E27、E37、E06、E33、E41、E40、E35、E30、E38，降幅小于50%的材料有E17、E03、E04、E42，且E17、E03、E04的相對(duì)活力指數(shù)顯著高于E27、E37(P<0.05)。

2.2鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)特性的影響 鹽脅迫下38份偃麥草材料間相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)均存在顯著差異(P<0.05,表3)。從相對(duì)胚根長(zhǎng)看，鹽脅迫對(duì)E17、E31、E25、E18、E28抑制較輕，依次為29.7%、28.5%、22.2%、21.6%、20.4%，而E38、E08、E40則表現(xiàn)受抑制較重，均在6.0%以下；從相對(duì)胚芽長(zhǎng)看，材料E04、E31受抑制最輕，分別為66.8%、63.0%，而E23、E27受脅迫較重，分別為20.4%、26.2%。

2.3鹽脅迫對(duì)萌發(fā)脅迫指數(shù)及萌發(fā)耐鹽指數(shù)的影響 鹽脅迫下38份偃麥草材料間萌發(fā)耐鹽指數(shù)、萌發(fā)脅迫指數(shù)差異顯著(P<0.05，表3)。材料E03、E38的萌發(fā)耐鹽指數(shù)較大，依次為61.1%、57.2%，顯著高于萌發(fā)耐鹽指數(shù)小于8.0%的材料，包括E02、E06、E11、E18、E19、E24、E27、E28、E33、E34、E35、E37、E39、E41(P<0.05)，顯示出較強(qiáng)的耐鹽能力。材料E17、E03的萌發(fā)脅迫指數(shù)相對(duì)較高，分別為69.6%、66.9%，顯著高于E27(3.9%)、E37(4.8%)(P<0.05)，其余材料居中。在38份偃麥草材料中，萌發(fā)脅迫指數(shù)大于50%、萌發(fā)耐鹽指數(shù)大于30%的材料有4份，即E03、E16、E31和E42；萌發(fā)耐鹽指數(shù)為0，且萌發(fā)脅迫指數(shù)小于5%的種質(zhì)有2份，即 E27和E37。

表2 鹽脅迫對(duì)偃麥草種子活力的影響

表3 鹽脅迫對(duì)偃麥草種子萌發(fā)特性及萌發(fā)脅迫指數(shù)和萌發(fā)耐鹽指數(shù)的影響

表4 偃麥草種質(zhì)資源指標(biāo)間的相關(guān)分析

2.4偃麥草種質(zhì)資源耐鹽性綜合評(píng)價(jià) 由于鹽脅迫下相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)、萌發(fā)耐鹽指數(shù)、萌發(fā)脅迫指數(shù)中大多數(shù)指標(biāo)間均存在顯著正相關(guān)關(guān)系(表4)，說明各指標(biāo)在提供偃麥草耐鹽信息時(shí)存在一定的重疊，會(huì)影響到耐鹽綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需對(duì)耐鹽評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，形成綜合指標(biāo)再進(jìn)行耐鹽性評(píng)價(jià)，相對(duì)比較客觀。

主成分分析表明(表5)，7個(gè)耐鹽性指標(biāo)被轉(zhuǎn)化為2個(gè)新的綜合指標(biāo)，且這2個(gè)指標(biāo)的累積貢獻(xiàn)率達(dá)80.43%，即涵蓋了7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)80.43%的耐鹽信息。C(Ⅰ)中相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)活力指數(shù)、萌發(fā)脅迫指數(shù)的因子負(fù)荷均在0.90以上，可以理解為鹽脅迫下偃麥草種子萌發(fā)活力情況；C(Ⅱ)中因子負(fù)荷均大于0.70的指標(biāo)有相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)，可理解為鹽脅迫下偃麥草種子的萌發(fā)生長(zhǎng)情況。采用隸屬函數(shù)法，以C(Ⅰ)、 C(Ⅱ)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用公式(1)～(4)進(jìn)行綜合指標(biāo)的權(quán)重(Wj)、隸屬函數(shù)值(D)與偃麥草耐鹽綜合評(píng)價(jià)值的計(jì)算，結(jié)果如表6所示。38份偃麥草材料間的綜合評(píng)價(jià)值介于0.140～0.813，其中綜合評(píng)價(jià)值大于0.60以上的材料有E03(0.813)、E31(0.657)、E16(0.657)、E17(0.621)，表明種子萌發(fā)期這4份材料具有較強(qiáng)的耐鹽能力；綜合評(píng)價(jià)值0.20以下的材料有5份，即E27(0.140)、E37(0.144)、E41(0.162)、E33(0.183)、E40(0.192)，顯示出較弱的耐鹽性；其余29份種質(zhì)材料耐鹽性居中，綜合評(píng)價(jià)值在0.20～0.60。

表5 偃麥草各綜合指標(biāo)的因子負(fù)荷量及貢獻(xiàn)率

表6 偃麥草綜合指標(biāo)值C(x)、權(quán)重Wj、隸屬函數(shù)值D與綜合評(píng)價(jià)值

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫是全球普遍存在的一種非生物脅迫，是限制植物生長(zhǎng)和發(fā)育的主要環(huán)境因素[17-20]。不同物種對(duì)鹽漬環(huán)境的適應(yīng)能力和適應(yīng)機(jī)制均會(huì)存在明顯的差異，即使是同一物種或品種其耐鹽性也因發(fā)育階段不同而改變[21]。一些研究表明[22-23]，種子在萌發(fā)階段對(duì)環(huán)境的鹽分反應(yīng)是非常敏感的，可以作為評(píng)價(jià)植物耐鹽性的一個(gè)主要階段，并在大豆(Glycinemax)、水稻(Oryzasativa)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、甜高粱(Sorghumbicolor)等作物上得以應(yīng)用[24-25]。本研究采用1.2%的NaCl和Na2SO4混合溶液對(duì)38份偃麥草材料進(jìn)行耐鹽性研究表明，與對(duì)照相比，鹽脅迫降低了偃麥草材料的種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)，降低幅度依次為24%～95%、25%～100%、10%～97%、42%～99%，抑制了其胚芽和胚根的生長(zhǎng)，降低了偃麥草的萌發(fā)性能；各測(cè)定指標(biāo)間的降幅差異也顯示出偃麥草材料間的耐鹽差異性，且萌發(fā)耐鹽指數(shù)結(jié)合萌發(fā)脅迫指數(shù)篩選出的鹽敏感及耐鹽偃麥草種質(zhì)材料，與利用隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法篩選的材料基本一致，一定程度上說明可通過這2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行種子萌發(fā)期極端耐鹽材料的篩選。

從野生植物資源中篩選耐鹽性強(qiáng)的優(yōu)良牧草、草坪草種質(zhì)材料，再結(jié)合傳統(tǒng)育種手段或現(xiàn)代生物技術(shù)手段培育新的品種(系)是豐富我國(guó)國(guó)產(chǎn)草種資源及挖掘優(yōu)良耐鹽基因的重要途徑之一。本研究采用隸屬函數(shù)法對(duì)偃麥草種子萌發(fā)期耐鹽性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，初步評(píng)價(jià)認(rèn)為其耐鹽性由強(qiáng)到弱依次為E03、E31、E16、E17、E42、E26、E04、E25、E12、E38、E15、E36、E13、E32、E09、E21、E07、E08、E01、E29、E10、E18、E24、E28、E30、E23、E11、E39、E02、E34、E19、E35、E06、E40、E33、E41、E37、E27。從耐鹽排序上看，偃麥草耐鹽性強(qiáng)弱與其地理分布的小生境密切相關(guān)，是長(zhǎng)期適應(yīng)鹽堿、干旱等逆境環(huán)境的結(jié)果。如材料E31、E27同樣來源于新疆南疆焉耆縣四十里城，但在耐鹽上卻顯示較大的差異性，E31采自路邊，經(jīng)常受到踐踏，土壤相對(duì)干旱，鹽堿性較大，而E27則采自農(nóng)田邊，相對(duì)環(huán)境條件較好，土壤鹽堿含量較輕。同樣采集新疆北疆昭蘇馬場(chǎng)的材料E41和E42間的耐鹽性差異也較大，前者分布在農(nóng)田邊，而后者分布在河岸邊。從耐鹽性較強(qiáng)的E03、E16、E31、E42、E26、E04、E25看，雖然材料來自的地理區(qū)域范圍較大，但它們都有一個(gè)相似的小生境條件，多數(shù)分布在路邊、渠邊或林下，常常與賴草(Leymussecalinus)混生，或分布在干旱鹽堿含量較大的地方，而耐鹽性較弱的材料多分布在農(nóng)田邊、果園等地或土壤相對(duì)肥沃的草原區(qū)。因此，從野生植物資源中篩選耐鹽性強(qiáng)的優(yōu)良牧草、草坪草種質(zhì)材料時(shí),應(yīng)在盡量保證其生態(tài)地理環(huán)境多樣性的同時(shí)，更注意小環(huán)境的差異，以便篩選出更優(yōu)良的耐鹽牧草。

由于植物耐鹽性是由多因素相互作用而形成的一個(gè)較為復(fù)雜的生態(tài)、生理響應(yīng)過程，即使是同一種植物耐鹽性的鑒定，也往往由于所處生育期的不同而表現(xiàn)出一定的差異。本研究?jī)H從種子萌發(fā)期對(duì)供試的38份偃麥草材料進(jìn)行了耐鹽性綜合評(píng)價(jià)，為了更好地保障篩選出的材料準(zhǔn)確可靠，還需要對(duì)篩選出的材料進(jìn)行苗期鹽脅迫的監(jiān)測(cè)與驗(yàn)證，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

[1] 董曉霞，趙樹慧，孔令安，等.葦狀羊茅鹽脅迫下生理效應(yīng)的研究[J].草業(yè)科學(xué)，1998,15(5)：10-13.

[2] 馬晨，馬履一，劉太祥，等.鹽堿地改良利用技術(shù)研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究,2010,23(2):28-32.

[3] 劉春華，蘇加楷，黃文惠.禾本科牧草耐鹽性的研究[J].中國(guó)草地，1992(6)：12-17，22.

[4] Ashraf M.Selection and heritability of tolerance to sodium chloride in four forage species[J].Crop Science,1987,227：232-234.

[5] 呂偉東，徐鵬彬，蒲訓(xùn).偃麥草屬種質(zhì)資源在普通小麥育種中的應(yīng)用現(xiàn)狀簡(jiǎn)介[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16(6)：136-140.

[6] 胡志昂，張亞平．中國(guó)動(dòng)植物的遺傳多樣性[M]．杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[7] 張艷紅,易津.偃麥草屬5 種植物種子發(fā)育過程中生理生化的研究[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2007，29(6)：53-58.

[8] 毛培春,王勇.不同禾本科牧草材料種子萌發(fā)的耐鹽性試驗(yàn)[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，25(2)：115-118.

[9] 張耿，高洪文，王贊，等.偃麥草屬植物苗期耐鹽性指標(biāo)篩選及綜合評(píng)價(jià)[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2007，16(4)：55-61.

[10] 孟林，毛培春，張國(guó)芳.偃麥草屬植物種質(zhì)材料不同耐鹽群體生理指標(biāo)分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27(4)：83-89.

[11] 彭運(yùn)翔，張力君，于穎杰，等.偃麥草屬植物種子和幼苗的耐鹽性[J].內(nèi)蒙古草業(yè)，2002，14(3)：42-43.

[12] 王寶山，趙可夫，鄒琦.作物耐鹽機(jī)理研究進(jìn)展及提高作物抗鹽性的對(duì)策[J].植物學(xué)通報(bào)，1997，14(增刊)：25-30.

[13] 李培英，孫宗玖，阿不來提.PEG模擬干旱脅迫下29 份偃麥草種質(zhì)種子萌發(fā)期抗旱性評(píng)價(jià)[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2010，32(1)：32-39.

[14] 王贊，李源，吳欣明，等.PEG滲透脅迫下鴨茅種子萌發(fā)特性及抗旱性鑒定[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2008，30(1)：50-55.

[15] 安永平，強(qiáng)愛玲，張媛媛，等.滲透脅迫下水稻種子萌發(fā)特性及抗旱性鑒定指標(biāo)研究[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2006，7(4)：421-426.

[16] Phang T H,Shao G H,Lam H M.Salt tolerance in soybean[J].Journal of Integrative Plant Biology,2008,50(10):1196-1212.

[17] 易津,王學(xué)敏,谷安琳,等.駝絨藜屬牧草種苗耐鹽性評(píng)價(jià)及生理基礎(chǔ)研究[J].草地學(xué)報(bào),2003,11(2):110-116.

[18] 張耿，王贊，高洪文，等.21 份偃麥草屬牧草苗期耐鹽性[J].草業(yè)科學(xué)，2008,25(1)：51-54.

[19] 孟林，尚春艷，毛培春，等.偃麥草屬植物種質(zhì)材料苗期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2009,18(4):67-74.

[20] Vernon D M，Bohnert H J.A novel methyl transferase induced by osmotic stress in the facultative halophyte mesem bryanthemum crystallinum[J].EMBO Jouralnal,1992,11:2077-2085.

[21] 高奔，宋杰，劉金萍，等.鹽脅迫下囊果堿蓬出苗狀況及苗期抗鹽性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(11)：6131-6135.

[22] 柴媛媛,史團(tuán)省,谷衛(wèi)彬.種子萌發(fā)期甜高粱對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)及其耐鹽性綜合評(píng)價(jià)分析[J].種子，2008(2):43-47.

[23] Bewley D,Black M.Physiology and Biochemistry of Seeds in Relation to Germination[M].Berlin：Springer-Verlag,1986.

[22] 劉根紅，謝應(yīng)忠，蘭劍，等.紫花苜蓿CW301種子萌發(fā)抗旱抗鹽綜合評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2008，29(3)：9-13.

[25] 張海波,崔繼哲,曹甜甜,等.大豆出苗期和苗期對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)及耐鹽指標(biāo)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31(10):2805-2812.