33 份偃麥草種質(zhì)芽期耐鹽性評價(jià)

李培英，孫宗玖

(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)自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830052)

據(jù)2007 年聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)不完全統(tǒng)計(jì)，全球有6%的陸地面積及30%的灌溉土地存在著鹽堿問題。雖然通過合理灌溉、大水漫灌、施用改良劑等能在一定程度上降低土壤的含鹽量，但相對而言成本大、收效低［1-2］，因而，培育耐鹽品種進(jìn)行生物治理是對鹽堿地進(jìn)行改良和利用的重要措施之一［3］。

芽期是植物對鹽分脅迫最為敏感的一個(gè)時(shí)期，圍繞著不同的牧草及草坪草種質(zhì)資源包括苜蓿(Medicago sativa)［4］、燕麥(Avena sativa)［5］、早熟禾(Poa annua)［6］、高羊茅(Festuca arundinacea)［7］等，以及不同鹽分種類包括單鹽(NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3等)以及混鹽(NaCl + Na2SO4，Na2CO3+NaHCO3等)的芽期耐鹽性已有大量研究。但由于植物不同、鹽分種類不同，鹽分濃度對其萌發(fā)的影響也存在差異。

偃麥草(Elytrigia repens)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)，是一種極具開發(fā)價(jià)值的牧草和草坪草資源，也是新疆、青海、內(nèi)蒙古等省(區(qū))重要的防風(fēng)固沙植物。目前，針對國外引進(jìn)的偃麥草屬種質(zhì)芽期耐鹽性已有大量相關(guān)報(bào)道［8-10］，相對而言，對我國不同來源或不同生境下偃麥草種質(zhì)資源耐鹽性的評價(jià)較少。2006 年，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)開始進(jìn)行野生偃麥草資源的搜集及評價(jià)工作，2012 年孫宗玖等［11］對1.2% NaCl 和Na2SO4混鹽脅迫下38 份新疆偃麥草種質(zhì)的耐鹽性進(jìn)行研究，初步篩選出耐鹽的種質(zhì)。但這些種質(zhì)在單鹽條件下是否具有相同的耐鹽能力，以及不同的鹽濃度對這些種質(zhì)的影響還未見報(bào)道。為此，以33 份新疆野生偃麥草種質(zhì)為材料，研究其在0、0. 4%、0.8%、1.2% NaCl 脅迫下的萌發(fā)情況，探討評價(jià)適宜鹽濃度，進(jìn)而篩選出耐鹽種質(zhì)，以期為偃麥草耐鹽育種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試偃麥草材料共33 份，其中2 份引自北京市農(nóng)林科學(xué)院，31 份采自新疆不同生境(表1)。供試材料于2006 年6 月條播于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)場，出苗后進(jìn)行正常田間管理工作。本試驗(yàn)所用偃麥草種子于2011 年7 月采自該試驗(yàn)區(qū)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每份材料選取大小均勻一致、籽粒飽滿的種子50粒，浸入70%酒精消毒30 ～60 s，用蒸餾水沖洗3 ～5 次、晾干后置于直徑為9 cm 并鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中。試驗(yàn)設(shè)置0(CK)、0. 4%、0. 8%、1.2%共4 個(gè)NaCl 處理濃度，每濃度3 次重復(fù)，每培養(yǎng)皿中添加10 mL 鹽溶液，對照加10 mL 蒸餾水，然后置于變溫光照培養(yǎng)箱進(jìn)行發(fā)芽，高溫30 ℃(8 h，3 000 lx 光照度)，低溫20 ℃(16 h，黑暗)。每2 d進(jìn)行一次稱重補(bǔ)水，保證鹽濃度的穩(wěn)定。以胚根突破種皮1 mm、胚芽為種子長的二分之一為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，逐日定時(shí)記載發(fā)芽種子數(shù)。試驗(yàn)持續(xù)21 d，在發(fā)芽試驗(yàn)?zāi)┢诿恐貜?fù)隨機(jī)選取10 株幼苗，用精度為0.01 cm 的刻度尺測量胚根長、胚芽長，用精度為0.1 mg 電子天平稱量幼苗重。

表1 供試材料編號及來源Table 1 Materials and origins tested in this study

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 21.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析法分析同一濃度下不同材料間及同一材料不同濃度間發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚芽長、胚根長以及苗重的差異，計(jì)算同一濃度下不同材料間各指標(biāo)變異系數(shù)。

發(fā)芽率=發(fā)芽總數(shù)/供試種子數(shù)×100%;

發(fā)芽指數(shù)=∑(DG/DT)。DG為逐日發(fā)芽數(shù)，DT為相應(yīng)DG的發(fā)芽天數(shù)。

1.4 耐鹽性評價(jià)

計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長、胚芽長的耐鹽系數(shù)，即某指標(biāo)耐鹽系數(shù)=(3 個(gè)鹽濃度下某指標(biāo)測定均值/對照)，利用隸屬函數(shù)綜合評價(jià)法對各種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽性進(jìn)行評價(jià)［12］。利用下列公式對各指標(biāo)耐鹽系數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即μ(Xj)= (Xj－Xmin)/(Xmax－Xmin)，j=1，2，3，…，n，式中，j 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，然后根據(jù)公式(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，按照公式(2)計(jì)算權(quán)重系數(shù)Wj;按照公式(3)計(jì)算隸屬函數(shù)值(D)。隸屬函數(shù)值越大，表示耐鹽性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度NaCl 脅迫對偃麥草種子發(fā)芽率的影響

在供試0 ～1.2%NaCl 脅迫下，隨著鹽濃度的升高，E01、E04、E08、E10、E12、E13、E17、E23、E25、E26-1 和E31 共計(jì)11 份種質(zhì)發(fā)芽率未發(fā)生顯著降低(P ＞0.05)，其余22 份種質(zhì)發(fā)芽率與對照比均出現(xiàn)下降，各處理間有不同程度的差異。對同一濃度下各材料間發(fā)芽率的變異系數(shù)進(jìn)行分析可知，隨鹽濃度增加，變異系數(shù)呈增加趨勢，對照僅為10.5%，而NaCl 濃度為1.2%時(shí)，其變異系數(shù)達(dá)42.3%。33份種質(zhì)中，E01、E17、E26-1、E11、E23、E31、E04、E08在各鹽濃度下均維持高的發(fā)芽率，在NaCl 濃度為1.2%時(shí)，E01、E17、E26-1 發(fā)芽率仍分別達(dá)93.5%、94.0%、89. 7%，表現(xiàn)出對高鹽較強(qiáng)的適應(yīng)性，而E11、E23、E31、E04、E08 發(fā)芽率介于80% ～89%，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽適應(yīng)性;隨鹽濃度上升，E19、E35 發(fā)芽率顯著下降(P ＜0.05)，與對照相比，在1.2%鹽濃度下的相對發(fā)芽率僅為對照的15.5%和19.4%，而E38 在各濃度下發(fā)芽率均為最低。

2.2 不同濃度NaCl 脅迫對偃麥草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

隨NaCl 濃度的升高，除材料E01、E13、E23 發(fā)芽指數(shù)呈先增后降趨勢，材料E10、E36、E37、E39 呈先降后升，材料E09-1 呈波狀變化外，其余25 份種質(zhì)發(fā)芽指數(shù)均表現(xiàn)為逐漸下降趨勢(表2)，且與對照相比，0.8%及1.2%NaCl 處理下33 份種質(zhì)發(fā)芽指數(shù)均降低顯著(P ＜0.05)。方差分析表明，所有鹽處理對33 份種質(zhì)間發(fā)芽指數(shù)均有極顯著影響(P＜0.01);同一濃度下各材料間發(fā)芽指數(shù)變異系數(shù)隨鹽濃度增加呈逐漸增加趨勢，對照的變異系數(shù)為30.3%，而當(dāng)鹽濃度為1.2%時(shí)，變異系數(shù)達(dá)55.2%(表2)，說明高鹽濃度下材料間的發(fā)芽指數(shù)差異較大，表現(xiàn)出對高鹽適應(yīng)性的不一致。33 份種質(zhì)中，E26-1、E17 在各鹽濃度下均維持高的發(fā)芽指數(shù)，而E38 在各濃度下均表現(xiàn)為發(fā)芽指數(shù)最低、種子萌發(fā)較慢、整齊度較差。與對照相比，在1.2%鹽濃度下，材料E01、E23、E26-1 發(fā)芽指數(shù)下降較少，其發(fā)芽指數(shù)均超過了對照的70%，其次為E25、E04、E39、E17、E31、E10，其發(fā)芽指數(shù)均達(dá)到對照的60% ～70%，而E35、E38 則表現(xiàn)為發(fā)芽指數(shù)降低最明顯，其發(fā)芽指數(shù)僅為對照的14%和12%。

表2 不同NaCl 濃度脅迫對偃麥草種質(zhì)的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響Table 2 Germination rate and germination index of E. repens under different NaCl concentration

2.3 不同濃度NaCl 脅迫對偃麥草胚根長的影響

除E04、E08、E11、E24、E25、E26-2 和E31 出現(xiàn)較大波動(dòng)外，其余種質(zhì)大體表現(xiàn)為隨鹽濃度上升，胚根長逐漸下降。方差分析表明，所有鹽處理對33 份種質(zhì)間胚根長均有極顯著影響(P ＜0.01)。對同一濃度下各材料間胚根長變異系數(shù)分析可知，不同鹽濃度間胚根長變異系數(shù)差異不大，在16. 2% ～23.2%，當(dāng)鹽濃度為1.2%時(shí)，其變異系數(shù)最大(表3)，說明低鹽對各材料影響差異不大，但高鹽對各材料胚根影響開始出現(xiàn)差異。33 份種質(zhì)中，與對照相比，在1.2%鹽濃度下，種質(zhì)E04、E03、E08、E36、E37 胚根長下降較少，其胚根長為對照的80%以上;而E02、E15 則胚根長降低最明顯，其胚根長均僅為對照的41%左右。

表3 不同NaCl 濃度脅迫對偃麥草種質(zhì)的胚根長及胚芽長的影響Table 3 Radical length and plumule length of E. repens under different NaCl concentration

2.4 不同濃度NaCl 脅迫對偃麥草胚芽長的影響

在供試的4 個(gè)鹽濃度下，19 份種質(zhì)在鹽濃度為0.4%時(shí)其胚芽長達(dá)到最長(表3)。除E13、E12、E07-2、E06、E08、E28、E17、E19、E35、E38 外，其余種質(zhì)胚芽長在不同鹽濃度下差異不顯著(P ＞0.05);同一濃度下不同種質(zhì)胚芽長變異系數(shù)也在1.2%NaCl濃度時(shí)達(dá)到最大，為22.7%。此外，33 份種質(zhì)中E31、E37、E39 在各鹽濃度下均維持較高的胚芽長。

2.5 不同濃度NaCl 脅迫對偃麥草幼苗苗重的影響

對不同濃度NaCl 脅迫下33 份偃麥草種質(zhì)進(jìn)行10 株幼苗苗重測定(表4)表明，隨鹽濃度上升，各材料苗重基本呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，但僅有10份材料在不同鹽濃度間出現(xiàn)顯著差異(P ＜0.05)。不同鹽濃度下33 份種質(zhì)幼苗苗重均值表明，苗重隨鹽濃度上升呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。就同一濃度下不同種質(zhì)間苗重變異系數(shù)而言，各濃度間相差不大。

2.6 耐鹽指標(biāo)相關(guān)性分析

對鹽濃度與各供試材料發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長、胚芽長和苗重間進(jìn)行相關(guān)分析可知，5 項(xiàng)指標(biāo)中幼苗苗重與鹽濃度相關(guān)系數(shù)為0.013，相關(guān)不顯著(P ＞0.05);而發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長、胚芽長與鹽濃度的相關(guān)系數(shù)分別為－0.519、－0.561、－0.754 和－0.432，均呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)(P ＜0.01)，因此選擇這4 項(xiàng)作為種子耐鹽評價(jià)的指標(biāo)。

2.7 耐鹽綜合評價(jià)

一般而言，采用隸屬函數(shù)法對植物抗逆性進(jìn)行評價(jià)時(shí)，某材料的綜合評價(jià)值越高，其抗性就越強(qiáng)，反之就越弱。通過隸屬函數(shù)法對33 份種質(zhì)進(jìn)行耐鹽性綜合評價(jià)(表5)，E04 隸屬函數(shù)值最高，達(dá)0.879，表現(xiàn)為各指標(biāo)耐鹽隸屬函數(shù)值都較高，因而耐鹽性最強(qiáng);其次為E08、E23、E11、E25，隸屬函數(shù)值在0.68 以上;而E27、E35、E37、E38 的耐鹽性最差，隸屬函數(shù)值在0.3 以下，特別是E38，隸屬函數(shù)值僅為0.037，為33 份種質(zhì)中耐鹽性最弱的材料。

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫會對草種的萌發(fā)及生長發(fā)育產(chǎn)生影響，并且由于物種、品種或品系的不同以及鹽種類及濃度的不同，結(jié)果也會不同［4-7，13-14］。有些材料低鹽可以促進(jìn)其發(fā)芽及幼苗胚根、胚芽的生長，而有些材料即使是低鹽也會限制其種子萌發(fā)，這也反映出即使是同一物種，不同的材料也具有不同的耐鹽適應(yīng)性。本研究也發(fā)現(xiàn)E01、E04、E23 等材料表現(xiàn)為低鹽促進(jìn)其萌發(fā)及生長，而大部分材料均表現(xiàn)為鹽抑制其萌發(fā)。

表4 不同NaCl 濃度脅迫對偃麥草種質(zhì)苗重的影響Table 4 Seedling weight of E. repens under different NaCl concentration

表5 不同NaCl 濃度下偃麥草種質(zhì)耐鹽綜合評價(jià)Table 5 The comprehensive evaluation of 33 E. repens under different NaCl concentration

彭運(yùn)翔等［15］、張競［16］研究發(fā)現(xiàn)，偃麥草萌發(fā)的NaCl 半致死濃度為0.5% ～1.0%。孫宗玖等［11］曾利用1.2% NaCl 和Na2SO4混鹽脅迫對38 份偃麥草種質(zhì)耐鹽性進(jìn)行鑒定，但對這些種質(zhì)在低鹽下的響應(yīng)還未探討，并且單鹽和混鹽是否會得出相似的結(jié)果還不清楚，因此參考前人研究經(jīng)驗(yàn)，選擇0.4%、0.8%和1.2%作為耐鹽性篩選的濃度，這樣既能篩選出耐鹽性強(qiáng)的種質(zhì)資源，又能將參試材料耐鹽性有效區(qū)分開。通過對3 個(gè)濃度下各指標(biāo)變異系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，1.2%適合做偃麥草種質(zhì)耐鹽性鑒定濃度。對比本研究及混鹽下鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不耐鹽的材料排序結(jié)果相似，但耐鹽材料存在一定的差異，可能是由于評價(jià)時(shí)所選的指標(biāo)及評價(jià)濃度不同所造成。

在種子萌發(fā)期進(jìn)行耐鹽評價(jià)時(shí)，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚根長、胚芽長、苗重等是常用的耐鹽評價(jià)指標(biāo)，并且由于各指標(biāo)對鹽濃度響應(yīng)不一致，因此多采用多個(gè)指標(biāo)結(jié)合隸屬函數(shù)法［6，12］或打分法［17］等對材料進(jìn)行耐鹽評價(jià)。本研究對偃麥草種子芽期耐鹽評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選，通過相關(guān)分析認(rèn)為，幼苗苗重與鹽濃度間無相關(guān)關(guān)系，因此不建議選用其作為耐鹽評價(jià)指標(biāo)，而發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根長、胚芽長均與鹽濃度呈現(xiàn)極顯著相關(guān)，因而可被用作耐鹽評價(jià)指標(biāo)。

本研究利用隸屬函數(shù)法對33 份偃麥草種質(zhì)進(jìn)行種子萌芽期耐鹽評價(jià)，根據(jù)綜合評價(jià)值，33 份材料可分為耐鹽型、敏鹽型及中間型材料。其中材料E04、E08、E23、E11、E25 為耐鹽型材料，表現(xiàn)為當(dāng)鹽濃度為1.2%時(shí)，雖發(fā)芽指數(shù)有一定程度降低，但其發(fā)芽率、胚根長及胚芽長仍與無鹽脅迫時(shí)無顯著差異;而敏鹽材料E27、E35、E37、E38 則表現(xiàn)為在鹽濃度為0.4%時(shí)，其發(fā)芽率就出現(xiàn)顯著降低、胚根顯著縮短，種子出苗受抑制。

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