鈍葉草鹽脅迫的臨界濃度初步研究

徐毓皎，周宇杰，羅 瑛，廖 麗，白昌軍，王志勇

(1.海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院，海南 ?？?570228；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737)

高鹽環(huán)境會抑制植物組織和器官的生長和分化，進(jìn)而導(dǎo)致植物生長緩慢，對于敏鹽型的植物，過多的鹽分甚至?xí)?dǎo)致植物死亡[1]。環(huán)境中鹽分過多也會抑制植物光合作用，導(dǎo)致植物生長速率下降。我國鹽堿土地面積大，分布廣，這些都導(dǎo)致土地利用率較低，隨著環(huán)境被破壞，我國土壤鹽堿化日益嚴(yán)重。鹽堿地主要分為三大類，內(nèi)陸鹽漬區(qū)，海浸鹽漬區(qū)，蘇打-堿化鹽漬區(qū)[2]。海南省是位于我國南部的海島，由于海水倒灌等原因?qū)е屡R海的土壤逐漸變成鹽堿地，形成海浸鹽漬區(qū)。草坪草是土地綠化和改善土壤土質(zhì)的主要方法之一，選育出耐鹽性的草坪草是亟待解決的問題。國內(nèi)關(guān)于草坪草鹽脅迫的研究較多，主要集中在鹽分對植物的傷害，植物的耐鹽機(jī)制研究及耐鹽基因的相關(guān)研究，如，對結(jié)縷草(Zoysiajaponica)[3]的耐鹽性研究、白穎苔草(Carexrigescen)[4]的耐鹽性研究，對狗牙根屬(Cynodondactylon)的耐鹽性種質(zhì)資源篩選及部分相關(guān)生理機(jī)理研究[5-7]以及對竹節(jié)草(Chrysopogonaciculatus)與地毯草(Axonpuscompressu)的種質(zhì)資源耐鹽性初步篩選研究[8-11]。

鈍葉草(Stenotaphrumsecundatum)是一種暖季型草坪草，多分布在熱帶或者亞熱帶地區(qū)。多年生草本植物，具有匍匐莖，蔓延性較強(qiáng)。與其他暖季型草坪草相比，鈍葉草的抗寒性較差[12]、耐陰性強(qiáng)[13]、抗旱性好[14]、具有一定的抗病性[15-16]、具有耐淹性[17]。鈍葉草繁殖快、競爭力強(qiáng)、耐踐踏、具有較強(qiáng)的生命力，是一種優(yōu)良的暖季型草坪草[18]。國內(nèi)關(guān)于鈍葉草的利用較少，偶有選做運動草坪，大多是作為觀賞性草坪使用。目前國內(nèi)外關(guān)于草坪草耐鹽性的研究較多，但關(guān)于鈍葉草的耐鹽性研究及種質(zhì)篩選較少。本研究主要對鈍葉草的鹽脅迫臨界濃度開展初步研究，以期為選育耐鹽型鈍葉草品系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院中國熱帶作物品種資源研究所基地，屬于熱帶季風(fēng)氣候，太陽輻射強(qiáng)度在14 012.2～53 587.4 Lu，光照充足，每年光照時間約2 000 h，年均降水量約1 815 mm。試驗時間為7-10月，屬于雨季，適宜鈍葉草生長。

1.2 試驗材料

試驗選取鈍葉草S10為材料。

1.3 試驗方法

1.3.1試驗準(zhǔn)備 取3個鈍葉草匍匐莖，放入盛有石英砂的塑料水杯(水杯直徑6.5 cm，高9.5 cm，杯底打孔并墊紗布)中。將4個塑料水杯(即4個重復(fù))嵌入泡沫板中，將泡沫板架在6.0 L的小桶上培養(yǎng)，桶內(nèi)裝5.0 L的Hoagland營養(yǎng)液，培養(yǎng)期間不間斷通入氧氣，調(diào)節(jié)pH 5.5～6.0，培養(yǎng)60 d。

1.3.2試驗設(shè)計 試驗處理時參考王志勇等[8]的結(jié)果，設(shè)置0、35、70、105、140、175、210、245、280和315 mmol·L-110個NaCl處理濃度梯度，pH調(diào)節(jié)為5.5～6.0。處理時以每天遞增的方法逐漸提高營養(yǎng)液內(nèi)NaCl濃度，每天增加35 mmol·L-1，當(dāng)濃度升至315 mmol·L-1時，記為處理第1天，沿塑料杯邊緣修剪鈍葉草，并將每個塑料杯里的鈍葉草修剪至相同高度，處理28 d，處理期間不間斷通氧，每5～6 d更換營養(yǎng)液，每天補(bǔ)充因溫度高失去的水分，用NaOH和濃鹽酸調(diào)節(jié)pH至5.5～6.0。

1.3.3指標(biāo)測定 參考王志勇等[9]試驗方法，在處理28 d時，測定葉色(分)、枯黃率(%)坪用質(zhì)量(分)、匍匐莖長度(cm)和干物質(zhì)重量(g)5個指標(biāo)，具體方法如下。

葉色：以目測法對各處理進(jìn)行評分，4人打分求平均值。打分標(biāo)準(zhǔn)為，藍(lán)綠(9分)，深綠(7分)，綠(5分)，淺綠(3分)，黃綠(1分)。

枯黃率：目測法打分,5%以下表示草坪草基本沒有枯黃葉片，50%表示草坪草枯黃一半，95%以上表示草坪草基本沒有綠葉。4人打分求平均值。

坪用質(zhì)量：采用目測法，參照NTEP(The National Turfgrass Evaluation Program，美國國家草坪評比項目)標(biāo)準(zhǔn)，以草坪的密度、質(zhì)地、均一性等為指標(biāo)進(jìn)行評分，最好質(zhì)量為9分，6分為可以接受的草坪質(zhì)量，0分為草坪死亡。4人打分求平均值。

匍匐莖長度： 取每個處理10個匍匐莖，用直尺對匍匐莖長度進(jìn)行測量，求其平均值。

干物質(zhì)重量：將各個處理的地上部、地下部清洗干凈，放入烘箱內(nèi)，105 ℃殺青15 min，65 ℃烘至恒重，天平稱取干物質(zhì)重量。

1.3.4數(shù)據(jù)處理 試驗所得數(shù)據(jù)使用Excel 2000對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用SPSS 19.0對各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，Graphpad 6.02繪圖。

2 結(jié)果與分析

不同濃度NaCl處理間，鈍葉草生長狀態(tài)差異明顯(圖1)。從0～315 mmol·L-1，生長狀態(tài)逐漸呈現(xiàn)衰弱趨勢，0 mmol·L-1處理下，鈍葉草生長狀況良好，顏色健康；35～140 mmol·L-1處理下，鈍葉草生長狀態(tài)雖然呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，但坪用質(zhì)量良好；175～315 mmol·L-1處理下，鈍葉草生長狀況較差，并逐漸出現(xiàn)枯死的鈍葉草，315 mmol·L-1濃度時，鈍葉草基本死亡，極少存活的鈍葉草葉片發(fā)黃，受到了嚴(yán)重脅迫。

圖1 不同NaCl濃度處理28 d鈍葉草的變化Fig. 1 Effects of different NaCl concentrations at 28 days on Stenotaphrum secundatum

圖中數(shù)字為NaCl處理濃度，單位：mmol·L-1.

The number in the picture represents NaCl concentration,unit: mmol·L-1.

2.1 鹽脅迫對葉色的影響

鈍葉草葉片顏色在鹽脅迫下呈現(xiàn)由深變淺的趨勢，在0～245 mmol·L-1處理下，鈍葉草葉片顏色由藍(lán)綠(9.00分)漸漸變?yōu)榫G色(5.75分)(圖2)，葉色評分顯著高于280與315 mmol·L-1處理(P<0.05)。315 mmol·L-1時鈍葉草葉片顏色為黃色(1.00分)，顯著低于其他處理得分(P<0.05)。

2.2 鹽脅迫對匍匐莖長度的影響

鈍葉草匍匐莖長度隨著NaCl濃度的增加呈現(xiàn)降低趨勢(圖2)。0～105 mmol·L-1處理匍匐莖長度顯著高于210～315 mmol·L-1處理的(P<0.05)，但這4個濃度間差異不顯著(P>0.05)。140、175與210、245和280 mmol·L-1差異顯著(P<0.05)。315 mmol·L-1處理未出現(xiàn)匍匐枝。

2.3 鹽脅迫對坪用質(zhì)量的影響

鈍葉草坪用質(zhì)量呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(圖2)。0～70 mmol·L-1坪用質(zhì)量較好，與其余濃度處理間差異顯著(P<0.05)。0～70、105～140和175～245 mmol·L-1處理之間差異不顯著(P>0.05)。在315 mmol·L-1處理時，草坪基本死亡，坪用質(zhì)量僅為0.575分，顯著低于其他處理(P<0.05)。

2.4 鹽脅迫對干物質(zhì)重量的影響

干物質(zhì)重量分為地上部干重與地下部干重。隨著NaCl處理濃度的升高，地上部干重呈下降趨勢，各處理間顯著差異(P<0.05)(圖2)，地下部干重各處理間顯著差異(P<0.05)。鹽脅迫導(dǎo)致鈍葉草生長速率降低。

2.5 鹽脅迫對枯黃率的影響

不同濃度鹽脅迫對鈍葉草枯黃率的影響較大，各處理間顯著差異(P<0.05)。低濃度0～105 mmol·L-1NaCl處理時，鈍葉草的枯黃率非常低，均在15%以下。在210～280 mmol·L-1處理時，鈍葉草的枯黃率已經(jīng)超過50%，在58.8%～91.5%；315 mmol·L-1處理時，鈍葉草的枯黃率達(dá)到了98%，草坪基本死亡?？蔹S率結(jié)果表明，高鹽脅迫對鈍葉草產(chǎn)生顯著傷害。

2.6 各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

各指標(biāo)間顯著相關(guān)(P<0.05)或極顯著相關(guān)(P<0.01)。其中枯黃率與匍匐莖長度、葉色、坪用質(zhì)量、地上部干重和地下部干重5個指標(biāo)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.925、-0.908、-0.964、-0.851和-0.775?？蔹S率與坪用質(zhì)量相關(guān)性最大；與地下部干重相關(guān)性最小，這說明枯黃率對坪用質(zhì)量的影響最大。匍匐莖長度、葉色、坪用質(zhì)量、地上部干重和地下部干重5個指標(biāo)間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)或極顯著正相關(guān)(P<0.01)。其中葉色、匍匐莖長度與坪用質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)較高，說明葉色和匍匐莖對坪用質(zhì)量的影響較大。綜上，枯黃率對坪用質(zhì)量的影響最為顯著。

2.7 鹽脅迫半致死閾值計算

試驗分別以不同NaCl濃度處理28 d的枯黃率為自變量，鹽處理濃度為因變量建立回歸方程，得到線性回歸方程Y=3.229 913X-0.005 57X2+37.780 86，R2=0.955 17。參考張振銘和胡化廣[19]方法，以葉片枯黃率50%的NaCl處理濃度為鈍葉草鹽脅迫半致死閾值，從回歸方程可知鈍葉草半致死濃度為185 mmol·L-1。

圖2 不同濃度鹽脅迫處理對鈍葉草各指標(biāo)的影響Fig. 2 Effects of different NaCl treatments on different indexes of Stenotaphrum secundatum

指標(biāo) Parameter 匍匐莖長度Stolonlength葉色Leafcolor坪用質(zhì)量Turfquality枯黃率Leaffiringpercentage地上部干重Dryweightofshoot地下部干重Dryweightofroot匍匐莖長度Stolonlength1．000葉色Leafcolor0．965??1．000坪用質(zhì)量Turfquality0．941??0．970??1．000枯黃率Leaffiringpercentage-0．925??-0．908??-0．964??1．000地上部干重Dryweightofshoot0．821??0．797??0．842??-0．851??1．000地下部干重Dryweightofroot0．749?0．711?0．775??-0．775??0．793??1．000

*， **分別表示在0.05， 0.01水平上顯著相關(guān)。

* and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 level, respectively.

3 討論與結(jié)論

鹽堿地是因自然氣候變化和人類活動導(dǎo)致土壤中鹽分含量過高，影響植物的正常生長。土壤鹽漬化導(dǎo)致土壤利用率降低，我國干旱、半干旱和濱海地區(qū)鹽漬化嚴(yán)重[2]。植物在高鹽環(huán)境下，會導(dǎo)致植物細(xì)胞膜兩側(cè)的滲透壓失衡，影響植物對水分、養(yǎng)分的吸收，破壞植物的正常代謝過程，使植物體內(nèi)活性氧含量增加，導(dǎo)致毒害作用，進(jìn)而傷害細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，抑制植物的正常生長，導(dǎo)致植物生長緩慢，嚴(yán)重時導(dǎo)致植物死亡[20-21]。高鹽環(huán)境也會影響葉綠素及相關(guān)酶的合成，使植物光合作用受到抑制，導(dǎo)致植物葉片發(fā)黃[3]。

草坪草耐鹽評價指標(biāo)主要包括生理、外部形態(tài)、生長量三大類指標(biāo)，本研究主要選取后兩類指標(biāo)，以干物質(zhì)重量、坪用質(zhì)量、枯黃率為主要指標(biāo)進(jìn)行鈍葉草耐鹽性評價。結(jié)果表明不同鹽濃度處理下，鈍葉草耐鹽性表現(xiàn)出明顯差異。本研究中，隨著處理鹽濃度的增加，地上部干重與地下部干重各處理間差異顯著(P<0.05)，說明高鹽脅迫抑制了鈍葉草的生長速率。高鹽處理下地上部生長受到明顯抑制，與喻登麗等[3]對結(jié)縷草耐鹽性研究結(jié)果相似。匍匐莖長與葉色均隨著鹽濃度的增加而呈現(xiàn)下降趨勢，其中葉色變化較為顯著，葉片顏色隨著處理鹽濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢，280和315 mmol·L-1高濃度處理中，葉片出現(xiàn)嚴(yán)重枯死現(xiàn)象，存活的葉片也出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象，導(dǎo)致枯黃率顯著上升，干物質(zhì)量和坪用質(zhì)量顯著下降，此結(jié)果與竹節(jié)草[9]、紫露草(Tradescantiareflexa)[22]、白穎苔草[23]耐鹽性研究結(jié)果相似。

相關(guān)性分析結(jié)果可知，枯黃率的變化對坪用質(zhì)量的影響呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)或極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，由此可知枯黃率的增加會導(dǎo)致坪用質(zhì)量的降低。高濃度鹽脅迫下，葉片會變黃，葉片邊緣也會出現(xiàn)燒灼現(xiàn)象，從而出現(xiàn)葉片枯黃或死亡的現(xiàn)象，進(jìn)而降低坪用質(zhì)量。廖麗等[10]在對地毯草(Axonopuscompresus)鹽脅迫半致死濃度篩選中確定了枯黃率作為主要指標(biāo)。本研究以枯黃率指標(biāo)為自變量，氯化鈉處理濃度為因變量，建立線性回歸方程，得出結(jié)果：鈍葉草鹽脅迫半致死閾值濃度為185 mmol·L-1。此結(jié)果為后期鈍葉草種質(zhì)資源大量快速篩選提供了參考。

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