鈉鹽脅迫對白花草木樨種子發(fā)芽的影響

張穎超 ，賈玉山，任永霞

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 2.河北北方學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院，河北 張家口 075000 )

鹽分是影響作物生產(chǎn)力的主要環(huán)境因子之一，全世界大約20%的土地和50%的灌溉地受鹽漬化影響[1]。我國有3 330萬hm2鹽漬土，約占全國可耕地面積的25%[2]。鹽漬土是鹽土與堿土的總稱。鹽土中主要含NaCl和Na2SO4，堿土主要含Na2CO3、重碳酸鈉和鉀鹽較多[3]。隨著環(huán)境的惡化及人類不合理的灌溉和耕作措施，土地鹽堿化不斷加劇，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。而種植耐鹽堿牧草是改良鹽堿地的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的措施，白花草木樨(Melilotusalba)是一種優(yōu)良的越年生豆科牧草，耐貧瘠、干旱、寒冷和鹽堿[4]。因此，研究白花草木樨的耐鹽性，不僅可以增加優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼草，還可以改良鹽堿地，培肥地力，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)向良性循環(huán)發(fā)展。

種子萌發(fā)期對環(huán)境脅迫最為敏感。目前，牧草種子萌發(fā)期耐鹽性研究較多，使用最廣泛的指標(biāo)是發(fā)芽率[5]，且多集中在不同牧草對同一種鹽分(主要是NaCl)的研究,而不同鹽分對同一種牧草種子萌發(fā)的影響鮮有報(bào)道[6-7]。因此，本試驗(yàn)以白花草木樨種子為材料，選用NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO34種不同鈉鹽對白花草木樨種子進(jìn)行不同濃度梯度鹽脅迫處理，通過測算其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長和耐鹽指數(shù)等多個(gè)生物學(xué)指標(biāo)，研究白花草木樨種子的發(fā)芽特性，以確定其對不同鈉鹽的耐性強(qiáng)弱及發(fā)芽規(guī)律，為白花草木樨在鹽堿地上的種植提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料 試驗(yàn)于2012年9月-2013年4月進(jìn)行，供試的草木樨種子由河北北方學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院草地實(shí)驗(yàn)室提供。試驗(yàn)藥劑NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO3均為分析純。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1種子和培養(yǎng)皿的處理 選取健康飽滿白花草木樨種子為試驗(yàn)材料。先用0.1%HgCl2溶液浸種10 min進(jìn)行消毒，再用蒸餾水反復(fù)沖洗5～6次，用濾紙吸干備用。洗干凈的玻璃培養(yǎng)皿(直徑為90 mm)烘干(105 ℃，2 h)備用[8]。

1.2.2鹽脅迫 采用紙上培養(yǎng)法[9]。在培養(yǎng)皿中放入雙層濾紙，皿內(nèi)分別添加不同濃度的NaCl、Na2SO4、Na2CO3和NaHCO34種溶液至濾紙飽和為止。每種鹽分各設(shè)0(CK，蒸餾水)、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%和1.8%共10個(gè)濃度梯度，每梯度設(shè)3次重復(fù)。每皿均放置100粒種子。將培養(yǎng)皿置于恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，在25 ℃、光照12 h·d-1條件下培養(yǎng)，每天適當(dāng)補(bǔ)充蒸發(fā)的水分以保持處理期間各濃度保持相對穩(wěn)定。

1.2.3耐鹽指標(biāo)的測定 發(fā)芽期間，每日記載種子發(fā)芽情況及發(fā)芽粒數(shù)，第10天發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束，并測幼芽長、幼根長和幼苗全長。計(jì)算前4 d種子發(fā)芽勢，發(fā)芽率按10 d計(jì)。發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)：胚根突破種皮2 mm視為發(fā)芽。根據(jù)以下公式計(jì)算發(fā)芽勢[7]、發(fā)芽率[7]、幼根/幼芽長、發(fā)芽指數(shù)[7]、活力指數(shù)[8]和耐鹽指數(shù)[6]。

發(fā)芽勢=發(fā)芽前4 d內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率=發(fā)芽試驗(yàn)?zāi)┢谌空０l(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

幼根/幼芽長：發(fā)芽末期，每培養(yǎng)皿各取15株測定；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑Gt/Dt；

活力指數(shù)(VI)=GI×S；

耐鹽指數(shù)=(VI鹽/VI水)×100%。

式中，Gt為第t天種子發(fā)芽數(shù)，Dt為對應(yīng)的種子發(fā)芽的天數(shù))

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel錄入并作圖，用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因子方差分析，差異顯著時(shí)用LSD法進(jìn)行多重比較。百分率數(shù)據(jù)分析之前先進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

2.1不同鈉鹽脅迫對白花草木樨種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響 不同鈉鹽脅迫對白花草木樨種子發(fā)芽存在顯著影響。用0.2%的Na2SO4處理時(shí)發(fā)芽勢高于對照(表1)，濃度為0.2%～0.6%的Na2SO4處理時(shí)，種子發(fā)芽率高于對照(表2)，0.2%NaCl種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率均高于對照。而其它鹽處理，隨著鹽濃度的增加，白花草木樨種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(表1、表2、表3)。隨Na2CO3與NaHCO3濃度的增加，發(fā)芽勢與發(fā)芽率均較對照降低，濃度為0.6%時(shí)，發(fā)芽率驟然下降至10%以下，當(dāng)鹽濃度為0.8%時(shí)，Na2CO3和NaHCO3脅迫下白花草木樨基本停止發(fā)芽，而在1.8%Na2SO4處理下，發(fā)芽率仍高達(dá)56.66%(P<0.05)。

4種鹽分在同一濃度下，草木樨種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)高低順序依次為Na2SO4、NaCl、NaHCO3和Na2CO3。在Na2SO4脅迫下，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)均高于其它3種鹽分。

2.2不同鈉鹽脅迫對白花草木樨種子活力指數(shù)的影響 Na2SO4脅迫下白花草木樨種子的活力指數(shù)均高于其它3種鈉鹽，且0.2% Na2SO4時(shí)高于對照。Na2CO3、NaHCO3分別在0.4%和0.8%濃度時(shí)，活力指數(shù)均已接近0(表4)。就活力指數(shù)而言，白花草木樨種子對Na2SO4的耐性最強(qiáng)，對Na2CO3耐性最弱。同一濃度的不同鈉鹽對草木樨種子平均活力指數(shù)的影響有顯著差異(P<0.05)(表4)?？傮w上Na2SO4、NaCl和NaHCO3、Na2CO3有顯著性差異，NaHCO3和Na2CO3兩者之間無顯著差異。Na2SO4脅迫下活力指數(shù)最高，Na2CO3最低。

表1 不同鹽分處理對草木樨種子發(fā)芽勢的影響Table 1 Effects of germination energy of sweetclover under different salt treatments

表3 不同鹽分處理對草木樨種子發(fā)芽指數(shù)的影響Table 3 Effects of germination index of sweetclover under different salt treatments

表4 不同鹽分處理對草木樨種子活力指數(shù)的影響Table 4 Effects of vigor index of sweetclover under different salt treatments

2.3不同鈉鹽脅迫對白花草木樨種子幼根長的影響 根的生長狀況是研究鹽脅迫影響的重要指標(biāo)。在4種鈉鹽脅迫下，總體上幼根生長受到抑制。不同鹽分在同一濃度時(shí)對幼根生長影響不同，Na2SO4和NaCl脅迫下幼根生長明顯強(qiáng)于NaHCO3和Na2CO3。當(dāng)NaHCO3、Na2CO3濃度為0.8%時(shí)幼根基本停止生長，而1.8%Na2SO4和1.8%NaCl時(shí)根系仍然在生長。說明NaHCO3、Na2CO3對幼根的抑制作用更明顯，白花草木樨對Na2SO4和NaCl的耐性更強(qiáng)(圖1)。

2.4不同鈉鹽脅迫對白花草木樨耐鹽指數(shù)的影響 除0.2%Na2SO4脅迫下白花草木樨耐鹽指數(shù)大于對照外，其余隨著鹽濃度逐漸加大，耐鹽指數(shù)均呈下降趨勢(圖2)。4種鈉鹽中，Na2SO4脅迫下草木樨種子耐鹽指數(shù)最高。在4種鈉鹽脅迫下，草木樨耐鹽指數(shù)大小依次為Na2SO4>NaCl>NaHCO3>Na2CO3。因此，草木樨對Na2SO4耐性最強(qiáng)。

圖1 不同鹽分脅迫對草木樨幼根長的影響Fig.1 Radicle length under different salt stress of sweetclover

圖2 不同鹽分脅迫對草木樨耐鹽指數(shù)的影響Fig.2 Salt tolerance index under different salt stress of sweetclover

2.5白花草木樨種子在不同鹽分中的耐鹽指標(biāo) 白花草木樨種子在Na2SO4的脅迫下，耐鹽適應(yīng)范圍最大，其次為NaCl，在Na2CO3脅迫下其耐鹽適應(yīng)范圍最小，且耐鹽極限濃度最低(表5)。在1.8% Na2SO4高濃度脅迫下種子發(fā)芽率仍為對照的68.0%(表2)，因此，本試驗(yàn)未測出Na2SO4的耐鹽半致死濃度和耐鹽極限濃度，只測出了NaCl的耐鹽半致死濃度(表5)。

表5 白花草木樨種子在不同鹽分中的耐鹽指標(biāo)Table 5 The salt tolerance indexes of sweetclover seeds under different salt stress

3 討論

發(fā)芽勢反映種子發(fā)芽的快慢和整齊度，發(fā)芽率反映種子發(fā)芽的多少，發(fā)芽指數(shù)能夠反映種子在整個(gè)發(fā)芽期的綜合活力，活力指數(shù)既能反映種子發(fā)芽率、發(fā)芽速度，又能反映生長勢及生長活力[10]。在本試驗(yàn)中，隨著4種鈉鹽溶液濃度的增加，草木樨種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和耐鹽指數(shù)總體呈下降趨勢。高鹽抑制種子萌發(fā)是由于滲透效應(yīng)和毒性效應(yīng)[11]，同時(shí)高濃度鹽分破壞了種子細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能也可能是一部分原因。

在本試驗(yàn)中，0.2%NaCl脅迫下，白花草木樨種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢都高于對照；0.2%～0.6%Na2SO4脅迫下，發(fā)芽率均高于對照，發(fā)芽勢與對照相近，說明低濃度的NaCl、Na2SO4可以促進(jìn)草木樨種子的萌發(fā)。此結(jié)論與對紫花苜蓿(Medicagosativa)及小麥(Triticumaestivum)的研究一致[12-13]。王曉棟和石鳳翎[14]研究也發(fā)現(xiàn)，低濃度NaCl能促進(jìn)紅豆草(Onobrychispulchella)種子的萌發(fā)，原因是一定濃度的鹽分可產(chǎn)生種子引發(fā)作用。因此，采用低濃度的NaCl、Na2SO4處理白花草木樨種子可以提高發(fā)芽率，對生產(chǎn)實(shí)踐有指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)中低濃度鹽對種子發(fā)芽的促進(jìn)作用隨著鹽濃度的遞增逐漸消失，而抑制作用逐漸增強(qiáng)。

鹽分對種子發(fā)芽的影響因鹽分種類不同而存在很大差異。在本試驗(yàn)中，Na2CO3脅迫對白花草木樨種子發(fā)芽的影響極為強(qiáng)烈，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均顯著低于相同濃度處理下的其它3種鈉鹽。這與紀(jì)榮花等[15]的研究結(jié)果一致。在盧艷敏[11]的研究中，鹽脅迫對高羊茅(Festucaarundinacea)影響為Na2SO4脅迫對種子萌發(fā)的危害最小，Na2CO3脅迫對種子萌發(fā)的危害最大，NaCl對種子萌發(fā)的危害介于兩者之間。

本試驗(yàn)未探索出Na2SO4的耐鹽半致死濃度、耐鹽極限濃度，以及Na2CO3、NaHCO3的耐鹽半致死濃度，這有待進(jìn)一步研究。此外，鹽堿土還存在多種鹽分的復(fù)合鹽環(huán)境，本試驗(yàn)僅探討了鹽堿土中主要的4種不同單鹽不同濃度對白花草木樨牧草種子萌發(fā)的影響，而復(fù)合鹽分對白花草木樨牧草種子萌發(fā)的影響也有待于深入研究探討。

4 結(jié)論

1)不同鈉鹽不同濃度處理下，總體表現(xiàn)為隨著鹽濃度的增加，白花草木樨的種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及耐鹽指數(shù)都降低。低濃度的NaCl、Na2SO4能夠促進(jìn)白花草木樨種子萌發(fā)，隨著鹽濃度的增加抑制作用增強(qiáng)。

2)通過對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和耐鹽指數(shù)等指標(biāo)的綜合分析，所測定4種鈉鹽中，白花草木樨種子對Na2SO4耐性最強(qiáng)，其次是NaCl和NaHCO3，對Na2CO3的耐性最弱。白花草木樨種子對4種鈉鹽耐性強(qiáng)弱順序?yàn)镹a2SO4>NaCl>NaHCO3>Na2CO3。

3)白花草木樨種子耐鹽適應(yīng)范圍分別為NaCl≤0.8%，Na2SO4≤1.4%，NaHCO3≤0.4%，Na2CO3≤0.2%；耐鹽半致死濃度NaCl 1.2%；耐鹽極限濃度為NaCl 1.8%，Na2CO30.4%，NaHCO30.6%。

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