地毯草耐鹽濃度梯度篩選與臨界鹽濃度研究

黃小輝，廖 麗，白昌軍，王志勇1,，4

(1.海南大學熱帶作物種質資源保護與開發(fā)利用教育部重點實驗室，海南 ?？?570228；2.海南大學農學院，海南 儋州 571737；3.中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所熱帶牧草研究中心，海南 儋州571737；4.江蘇省灘涂生物資源與環(huán)境保護重點建設實驗室，江蘇 鹽城 224051)

隨著改革開放及濱海地區(qū)的經濟發(fā)展，城市環(huán)境越來越引起人們的關注。然耕地次生鹽堿化和草地鹽堿化面積呈增加趨勢[1-2]。草坪作為園林綠化的重要組成部分，對城市環(huán)境起著保護、改善和美化的作用，其數(shù)量與質量已成為衡量當?shù)貓@林綠化水平和環(huán)境質量的標準[3-4]。因此，選擇適于濱海地區(qū)園林綠化的優(yōu)質耐鹽草坪草顯得尤為重要[4-5]。地毯草(Axonopuscompressus)是優(yōu)良暖季型草坪草之一[6-7]，廣泛分布于世界熱帶和亞熱帶地區(qū)(27° N～27° S)，種內遺傳變異豐富，不同地理來源的地毯草在形態(tài)特征、農藝性狀等方面表現(xiàn)出豐富的遺傳差異[8-9]。然而，關于地毯草種質資源的優(yōu)異種質篩選與耐鹽性鑒定方面研究甚少[4,8,10-11]。

目前，國內外學者已對大量植物開展了耐鹽性研究[12-15]。對植物耐鹽性而言，水培調控比其他調控措施，具有更方便、簡潔、易控制等優(yōu)點，因而受到越來越多研究者的青睞。在草類植物耐鹽性鑒定方面，已通過此技術開展了大量的研究[16-20]。植物的抗鹽評價指標很多[19,21-22]，選用不同的指標進行評價，可能得出不一樣的結論[23-25]。對于不同繁殖方式的草類植物，用種子繁殖的通常用發(fā)芽率、幼苗莖或根系生長量等指標來進行抗鹽性評價[21,26-29]，而對于營養(yǎng)體繁殖的植物，葉片枯黃率最能反映其在鹽脅迫下的坪用質量，是其抗鹽評價的關鍵指標，尤其在進行大規(guī)模種質資源的抗鹽性評價時，具有操作簡單快速準確的特點[6,16,19,30]。

許多暖季型草坪草的耐鹽性存在屬間及種間的抗鹽性差異[18]。Uddin等[4]通過水培法利用莖的相對生長速率為指標進行研究，結果表明，地毯草相對于其他草坪草耐鹽性較弱。席嘉賓[31]利用土培法對15份地毯草種質研究發(fā)現(xiàn)，地毯草野生種質資源不同株系之間的耐鹽性能也存在著一定的差異，并且得出‘華南地毯草’和云南思茅株系具有相對較好的抗鹽性。本研究在開展華南地區(qū)本土地毯草野生種質資源的收集、整理和評價的基礎上，根據(jù)陳靜波等[22]快速鑒定與評價地毯草耐鹽性的水培法和葉片枯黃率指標進行地毯草耐鹽鑒定，分析地毯草對鹽脅迫的響應及臨界濃度，以期為篩選優(yōu)異耐鹽地毯草新品種選育、抗鹽育種的親本材料以及大批地毯草種質資源耐鹽性的快速鑒定提供理論依據(jù)和基礎。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗地位于中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所溫室大棚(大棚四周為鐵絲網(wǎng)，頂端為鋼化玻璃，四周具有良好的通風性能)內進行，地理坐標為19°31′ N，109°34′ E，海拔131 m，屬熱帶季風氣候，太陽輻射強，光熱充足，年平均光照時數(shù)在2 000 h以上。雨量適中，年降水量900～2 200 mm，年均1 815 mm。由于受季風影響，全年雨量分布很不均勻，干季雨季分明。5-10月為雨季，占年降水量的84%；11月-次年4月為干季，占年降水量的16%。試驗期間正處干季，降水量少，平均氣溫24 ℃左右。

1.2試驗材料 試驗所用的地毯草是多年選育的優(yōu)良品系(A37)，具有較強的抗逆性和坪用價值。

1.3試驗方法

1.3.1材料預培養(yǎng) 取帶有3個節(jié)的地毯草(A37)，插入裝有石英砂的250 mL塑料杯(直徑6.5 cm，高9.5 cm，杯底打孔)內，每杯種4個莖段，共4杯，塑料杯懸掛于有54孔的底部有鐵絲支撐的泡沫板上，泡沫板放在45 L大周轉箱(66.5 cm×45.5 cm×17.0 cm)上，周轉箱內放入1/2 Hoagland營養(yǎng)液40 L，不間斷地通氣，營養(yǎng)液浸沒杯底，培養(yǎng)2個月。

1.3.2處理方法 2個月后，小心地將莖段從中取出，選取大小一致的小苗種入同上所述的塑料杯中，每杯3株，所有種源進行隔離處理，以避免不同種源間根系分泌物的干擾，將種有小苗的塑料杯懸掛于有孔的泡沫板上，泡沫板放在2.5 L小桶(直徑17 cm，高15 cm)上，每份材料每個處理單獨種植一個小桶，4個重復，每桶放2 L 1/2 Hoagland營養(yǎng)液，根據(jù)前期預試驗和Uddin等[4]的研究結果，設0、20、40、60、80、100、120、140、160和180 mmol·L-110個鹽處理濃度，營養(yǎng)液pH值5.5～6.0，鹽為NaCl，處理前統(tǒng)一修剪，修剪高度為4.0 cm，并沿四周修剪至杯體邊緣處，杯體邊緣外全部剪除。為減少鹽沖擊效應，鹽以每天20 mmol·L-1的濃度逐漸增加，各處理達到最高濃度后，再處理四周，處理期間不間斷地通氣，每隔7 d換一次營養(yǎng)液，每天調節(jié)營養(yǎng)液pH值為5.5～6.0，補充揮發(fā)的水分。營養(yǎng)液用去離子水配制。

1.4測定指標與方法 參考Uddin等[4]、陳靜波等[19]、胡化廣和張振銘[32]、Wu[33]的方法。在處理結束后，選用葉色、坪用品質和枯黃率為觀測指標。

1.4.1葉色 觀察記錄每個鹽處理濃度下，不同草坪草遺傳色的變化，目測法并對顏色賦分，重復4次求平均值。顏色分級與賦分標準，共分為9級，葉色：藍綠(9分)、深綠(7分)、綠(5分)、淺綠(3分)、黃綠(1分)[34-35]。

1.4.2坪用質量 采用目測法，參照美國國家草坪評比項目(The National Turfgrass Evaluation Program，NTEP)標準，以草坪的密度、質地、均一性等為指標進行評分，最好為9分，6分為可以接受，0分為草坪死亡。3人或3人以上打分求平均值。

1.4.3枯黃率 采用目測打分法記錄各材料葉片枯黃率(LF，5%以下表示草坪草基本上沒有黃葉出現(xiàn)，50%表示草坪草有一半枯黃；95%以上表示基本上沒有綠葉而死亡)[19,34-36]。

1.5數(shù)據(jù)處理 葉色、葉片枯黃率和坪用品質用SPSS 16.0 和EXCEL 2003軟件進行數(shù)據(jù)分析。

耐鹽閾值：用SPSS 16.0 軟件對每個處理的葉片枯黃率(LF)和鹽離子濃度(X，mol·L-1)之間進行一元二次曲線回歸分析(回歸方程為LF=a+bX+cX2，其中系數(shù)a、b和c因處理而異)，并根據(jù)回歸方程求解出葉片枯黃率LF為50%時的鹽離子濃度X，表示為X50%[19,23]。

2 結果

2.1鹽脅迫對地毯草坪用品質的影響 隨NaCl濃度的逐漸提高，地毯草的坪用品質呈不斷下降的趨勢(表1)。0～40 mmol·L-1濃度處理間的坪用品質差異不顯著(P>0.05)，20 mmol·L-1濃度處理與對照草坪坪用品質相當，但顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于其他濃度處理的坪用質量(40 mmol·L-1濃度處理除外)。在0～120 mmol·L-1濃度處理下，地毯草坪用品質都超過了6分，且極顯著高于高濃度(140～180 mmol·L-1)處理。在180 mmol·L-1處理下，草坪幾乎接近于死亡(坪用品質評分為2.50分)(表1)。

2.2鹽脅迫對地毯草葉色的影響 隨著濃度的提高，地毯草草坪的葉色評分呈下降趨勢(表1)。在低濃度鹽處理下(0～60 mmol·L-1)，地毯草葉色評分高于中等濃度(80～120 mmol·L-1)或高濃度(140～180 mmol·L-1)處理的葉色。在0～60 mmol·L-1鹽離子脅迫下，地毯草葉色評分變化不顯著；在80～180 mmol·L-1濃度處理下，地毯草葉色評分極顯著(P<0.01)低于對照。在高濃度處理下，葉色評分下降比較顯著，尤其在180 mmol·L-1濃度下，95%的葉片都變?yōu)辄S色或褐色，遠遠低于可接受的評分標準。

2.3鹽脅迫對地毯草葉片枯黃率的影響 0～140 mmol·L-1濃度鹽處理下，地毯草的葉片枯黃率都低于50%，其中在0～40和40～80 mmol·L-1處理下，枯黃率分別小于5.00%和小于10.00%，且它們之間差異不顯著(P>0.05)；而在120～180 mmol·L-1濃度處理下，隨著濃度的增加，地毯草的葉片枯黃率極顯著高于低濃度(0～80 mmol·L-1)處理。在140 mmol·L-1時，枯黃率接近于50%，而在160和180 mmol·L-1濃度處理下，枯黃率分別高達75.00%和87.50%，極不利于地毯草的生長(表1)。

2.4各指標間的相關性分析 葉色、坪用品質和葉片枯黃率之間的相關性非常高，均超過了0.98，且都達到極顯著水平(P<0.01)(表2)。

2.5耐鹽閾值的計算 試驗分別以地毯草不同鹽濃度脅迫后28 d時的枯黃率作為自變量，以鹽濃度作為因變量建立回歸方程，求得鹽脅迫后28 d時的鹽濃度相對于葉片枯黃率的一元二次回歸方程：LF=3.3408 85-184.090 6X+3693.181X2(R=0.992 5，R0.01=0.855 5)。以其他草坪草耐鹽研究[19,32,37]為參考，以枯黃率下降50%作為地毯草存活臨界鹽離子濃度，得出地毯草具有50%存活臨界鹽離子濃度為141 mmol·L-1。

表1 鹽脅迫(28 d)對地毯草坪用質量、葉色和枯黃率的影響

表2 各指標之間的相關系數(shù)

3 討論與結論

土壤鹽分被認為是限制植物生長的主要因子之一[4]。植物在鹽脅迫下，鹽離子在植物體內不斷積累，對植物葉片造成離子傷害，使葉片呈燒焦狀枯黃[16]。許多地區(qū)由于水資源匱乏，用含鹽的非飲用水長期灌溉草地，會造成土壤的鹽堿化[16,30,38]。種植抗鹽性強的植物以抵抗較高鹽危害是土壤改良的有效途徑之一[18,30]。草坪草在受到鹽脅迫時，所有草坪草的枯黃癥狀均先從老葉開始。較高鹽濃度條件下，抗鹽性差的植物中上部葉片也開始黃化，并最終死亡，而抗鹽性強的植物葉片則保持綠色[18]。

目前，草坪草種質資源的收集、評價和育種研究是全球草坪草研究熱點之一。地毯草作為重要的暖季型草坪草種之一，國內外學者已對部分地區(qū)地毯草種質遺傳特性和抗性方面開展了一些研究[4,8,10-11]。結果表明，地毯草種內均存在著豐富的遺傳變異，具體表現(xiàn)在外部形態(tài)、生理、抗性(抗寒、抗寒、耐陰、抗鹽等)等特性上。因此，要篩選優(yōu)質耐鹽的地毯草進行鹽堿地綠化，耐鹽性鑒定非常重要。地毯草的耐鹽性相對于其他草坪草，其耐鹽性能較差，各株系之間存在較大差異，但地毯草耐粗放性管理使其更具有開發(fā)前景[4,8-9,20,32-34]。然而，目前對地毯草的耐鹽性研究相對甚少[4]，尤其是缺乏快速鑒定技術體系，針對此現(xiàn)狀，在前人研究的基礎上[22]，開展地毯草耐鹽性評價，為地毯草可持續(xù)利用和改良提供依據(jù)。

篩選耐鹽的植物資源是遺傳改良工作的基礎，通常采用的篩選耐鹽植物基因型方法主要有2種：土培和水培。前人研究表明，相對于其他方法，水培條件易受控制，影響因子相對較少，已廣泛利用在草坪草耐鹽性鑒定方法研究[4,16,19]。本研究以此理論為基礎，采用大塑料盆進行集中培養(yǎng)，而后用小塑料桶進行分開處理，消除不同鹽濃度處理間的誤差。以坪用品質、葉色和葉片枯黃率為指標，初步評價了地毯草對鹽脅迫的響應差異，結果表明，在不同鹽濃度處理下，地毯草耐鹽性達到顯著(P<0.05)或極顯著差異(P<0.01)。

耐鹽性的篩選指標主要是外部形態(tài)指標(葉片枯黃率、葉片開始出現(xiàn)燒傷的時間、死亡率等)、生長量指標(根系生長量、根系長度、枝葉長度、發(fā)芽率或發(fā)芽勢等)、生理指標(滲透勢、無機離子、保護酶、有機滲透調節(jié)物、葉綠素等)等來判斷植物的耐鹽性[23]。相對于大批量篩選草坪草或其他植物的種質資源而言，如何利用低成本且勞動強度低的指標來快速鑒定已成為科研工作者的首要目標。陳靜波等[23]利用不同評價指標對暖季型草坪草耐鹽性進行評價，結果表明，各指標之間達到極顯著差異(P<0.01)。不同指標之間測定時間都達到顯著差異(P<0.05)，其中枯黃率使用的時間最短。目前，前人已通過枯黃率來快速鑒定狗牙根(Cynodondactylon)、結縷草(Zoysiajaponica)、海雀稗(Paspalumvaginatum)、鈍葉草(Stenotaphrumhelferi)等草坪草的耐鹽性差異[25]，這為本研究提供了理論參考。本研究表明，不同指標(葉色、坪用質量和枯黃率)之間相關性都達到極顯著水平(P<0.01)。因此，利用枯黃率來評估地毯草耐鹽性差異是可行的，這與前人研究結果一致[22]。本研究可為今后鑒定地毯草種質資源耐鹽性差異提供參考，為選育出耐鹽性強的草坪草新品種和耐鹽育種的親本材料提供試驗依據(jù)。

對Paspalumvaginatum、Zoysiamatrella、Cynodondactylon、Eremochloaophiuroides、Axonopuscompressus、Axonopusaffinis等8種熱帶草坪草的耐鹽性研究表明，不同草坪草耐鹽性存在顯著差異，其中地毯草的耐鹽性相對較差[4]。本研究以此為基礎，設置相應的濃度處理(0～180 mmol·L-1)，結果表明，不同濃度處理下，地毯草耐鹽性隨鹽濃度的提高呈下降趨勢，低濃度處理比高濃度處理的坪用品質和葉色好，而且葉片枯黃率更低(表1)。這些結果基本上與其他草坪草耐鹽性鑒定的趨勢一致[16,19-20,29-31,39]。

中國地毯草分布區(qū)地域廣闊，擁有豐富的氣候、土壤和植被類型，在長期的環(huán)境適應中形成各種具有應用價值的生態(tài)型，從而構成我國特有的地毯草種質資源。本研究的結果(LF50%=141 mmol·L-1)可為今后開展大量地毯草種質資源的耐鹽性篩選提供依據(jù)。

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