5個高羊茅品種萌發(fā)期的耐鹽性比較

謝宇涵，洪 盛，朱 瑾，王 婧，劉 璐，柴 琦

（1. 蘭州大學草業(yè)科學實驗教學中心 / 蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院，甘肅 蘭州 730020；2. 江蘇省通州灣聯(lián)動開發(fā)示范區(qū)管委會，江蘇 南通 226333）

土壤鹽漬化主要是由自然環(huán)境與人類活動引起的，全球大約有 8.31 × 108hm2的土壤面臨著鹽漬化的危險[1-2]。我國鹽漬土總面積約 3.6 × 107hm2，占全國可利用土地面積的4.88%[3]。鹽堿脅迫是目前危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和降低土地生產(chǎn)力的最主要的因素，對人類的生產(chǎn)生活造成很大影響[4]。土壤鹽分對于植物的傷害作用主要體現(xiàn)在兩個方面，一是高濃度引起的滲透脅迫，二是某種離子濃度過高從而對植物造成離子毒害作用[5-7]。

高羊茅又叫葦狀羊茅(Festuca arundinacea)，為禾本科羊茅屬，是應用最廣泛的冷季型草坪草之一。有較強的耐踐踏性，抗病性強，適應范圍廣等優(yōu)點[8]，另外，高羊茅耐旱性和耐寒性較強，對土壤要求不嚴格，在我國干旱、半干旱地區(qū)廣泛種植[9]。在輕度鹽脅迫下，高羊茅往往可以通過調(diào)整自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理狀態(tài)，來適應鹽漬環(huán)境[10]，維持其正常的生長發(fā)育，但當高羊茅面臨重度的鹽脅迫時，往往會因脅迫過度而造成其膜結(jié)構(gòu)損傷、抗氧化系統(tǒng)受損等不可逆轉(zhuǎn)的傷害，最終導致植株的干枯，甚至死亡[11-12]。因此，提高高羊茅在鹽漬環(huán)境中的生長能力，是草坪綠地管理中必須面對的重要命題之一。而在鹽漬環(huán)境下，種子的萌發(fā)階段作為種子植物生活史的第一階段，最早受到鹽脅迫。因此，對不同品種的高羊茅種子進行萌發(fā)階段耐鹽性的研究、評價和篩選，是高羊茅耐鹽性研究中的重要組成部分。目前，對高羊茅種子萌發(fā)階段耐鹽性的研究大多集中于獵狗 (Hounddog)、愛瑞 (Arid)、巴法 7851(Bar Fa 7851)、梯坡(Tip)、肯塔基-31(Kentucky-31)等幾個品間[13]，其他高羊茅品種萌發(fā)階段耐鹽性的相關研究較少或未見報導。隨著科技的不斷發(fā)展和新品種的不斷出現(xiàn)，進入流通領域的品種也在不斷更新，為了能適應品種發(fā)展的需要，本研究選用目前市場上銷量較大的高羊茅品種，對其萌發(fā)期的耐鹽性進行研究、評價，以期選出耐鹽性更佳的品種，為鹽堿地改良與綠化提供一定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試草種為超級警犬、警犬、踏火6號、紅寶石2號和貝克5個高羊茅品種，均由北京克勞沃草業(yè)技術開發(fā)中心提供；分析純NaCl由天津市光復科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設計

試驗用NaCl模擬鹽脅迫，共設置5個NaCl處理，以蒸餾水作為對照，共計6種處理，每個品種的每個處理4次重復。選取適量成熟、勻稱、飽滿的高羊茅種子，將各品種的種子分別浸泡于0.1%HgCl2溶液消毒10 min，用蒸餾水沖洗6次，保證其被沖洗干凈，然后晾干，將不同濃度的處理液分別加入鋪有兩層濾紙、直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿5 mL，使之充分潤濕濾紙。然后取消毒的種子50粒均勻鋪于其中，在25 ℃的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，采用稱重法每日補充蒸散的水分，以維持鹽濃度。

1.3 測定指標與方法

每天觀察并記錄種子發(fā)芽數(shù)；7 d后統(tǒng)計種子的發(fā)芽勢，11 d 后統(tǒng)計種子的發(fā)芽率[9, 14]，每個品種的每個處理隨機挑選10株幼苗，用直尺測定其苗長，并用分析天平測量幼苗鮮重。根系指標用Delta-TSCAN根系分析系統(tǒng)(HP.C7717 Singaporean)測量。其中各指標計算公式如下：

相對發(fā)芽率=處理種子發(fā)芽數(shù)/對照種子發(fā)芽數(shù)×100%；

相對發(fā)芽勢=第7天處理種子發(fā)芽數(shù)/第7天對照種子發(fā)芽數(shù)×100%[16]；

相對發(fā)芽指數(shù)=處理種子發(fā)芽指數(shù)/對照種子發(fā)芽指數(shù)×100%。

式中：Gt為不同時間發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應發(fā)芽天數(shù)。

式中：S為幼苗平均質(zhì)量[14-16]。

相對鹽害率 = (對照種子發(fā)芽率-處理種子發(fā)芽率)/對照種子發(fā)芽率 × 100%[14]。

1.4 耐鹽性綜合評價

參照張國新等[17]和賈蓉等[18]的方法，采用隸屬函數(shù)法對5個高羊茅品種的萌發(fā)期耐鹽性進行綜合評價。選取發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、苗長、鹽害率這幾項指標作為主要分析指標，通過計算各項指標的相對值，來消除品種本身的固有差異。通過計算單項指標在不同濃度下的相對值的均值，得出該項指標的耐鹽系數(shù)。根據(jù)單項指標的耐鹽系數(shù)計算其隸屬函數(shù)值。其中正相關指標隸屬函數(shù)值計算方法：X1=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；負相關指標隸屬函數(shù)值計算方法：X2= 1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中：X1為正相關指標隸屬函數(shù)值，X2為負相關指標隸屬函數(shù)值。X為指標的實際測定值，Xmax為指標測定的最大值，Xmin為指標測定的最小值。其中除了鹽害率外，其他指標都是正相關指標。對各項指標的耐鹽系數(shù)運用正相關和負相關的計算方法將各項指標換算成隸屬函數(shù)值后，將各項指標的隸屬函數(shù)值相加求平均值，并對均值進行排序，均值越大，耐鹽性越強。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均用 Microsoft Excel 2003統(tǒng)計并制圖，采用 IBM SPSS Statistics 20統(tǒng)計軟件對同種高羊茅在不同NaCl濃度下以及相同NaCl濃度下不同高羊茅品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的相對值、種子活力指數(shù)、相對根長及苗長等指標進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl 脅迫對高羊茅種子萌發(fā)的影響

對照條件下，所有品種的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)均為100%。50～250 mmol·L-1NaCl濃度范圍內(nèi)，5個高羊茅品種的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)都隨著鹽濃度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢(表1、表2)。在50 mmol·L-1的鹽濃度下，5個高羊茅品種之間的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均無顯著差異(P＞ 0.05)；踏火6號、警犬和超級警犬的活力指數(shù)均顯著高于對照(P＜ 0.05)，說明低濃度的鹽對于這3個品種的萌發(fā)有一定的促進作用。100 mmol·L-1的鹽濃度下，5個高羊茅品種間的種子相對發(fā)芽率差異顯著(P＜ 0.05)，踏火6號的最高，除與警犬的差異不顯著(P＞ 0.05)，顯著高于貝克、紅寶石2號和超級警犬(P＜ 0.05)，5個高羊茅品種間的相對發(fā)芽勢與相對發(fā)芽指數(shù)的差異不顯著(P＞ 0.05)。隨著鹽濃度升高至150 mmol·L-1，品種間相對發(fā)芽指數(shù)差異顯著(P＜ 0.05)，其中踏火6號的相對發(fā)芽率降幅最低，為7.47百分點，而貝克的相對發(fā)芽率的降幅最高，達到了34.48百分點，相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)方面踏火6號的降幅最小，其降幅分別12.5百分點和41.66百分點。在NaCl濃度繼續(xù)升至200 mmol·L-1時，相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)3個方面表現(xiàn)最好的依然是踏火6號，其降幅依次為28.74百分點、45百分點和67.12百分點，而表現(xiàn)最差的則為紅寶石2號，其相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)的降幅分別為88.67百分點和85.51百分點，其次為超級警犬，其相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)的降幅分別為81.94百分點和84.64百分點。而當 NaCl濃度到達 250 mmol·L-1時，踏火 6號種子的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽指數(shù)均顯著高于其他 4個高羊茅品種 (P＜ 0.05)。在 0～250 mmol·L-1的NaCl濃度內(nèi)，各個濃度下踏火6號的種子活力指數(shù)均顯著高于其他4個高羊茅品種(P＜ 0.05)。

2.2 NaCl 脅迫對高羊茅幼苗生長的影響

對照條件下，所有品種的相對根長和相對苗長均為 100%。在 50～250 mmol·L-1的 NaCl濃度范圍內(nèi)，5個高羊茅品種的相對根長和相對苗長隨著鹽濃度的升高而整體呈現(xiàn)下降趨勢(表3)，這表明隨著鹽濃度的上升，高羊茅的胚根和幼苗的生長受到的抑制逐漸加重。在50 mmol·L-1的鹽濃度下，各品種間相對根長與相對苗長的差異均不顯著(P＞0.05)；在 100 mmol·L-1的鹽脅迫下，紅寶石 2號、警犬、踏火6號和超級警犬的相對苗長均顯著高于貝克 (P＜ 0.05)；NaCl濃度上升至 150 mmol·L-1時，各品種間相對根長差異顯著(P＜ 0.05)，其中根系生長受抑制程度最重的是踏火6號，其根長降幅為59.30百分點，其次為貝克和超級警犬，其根長降幅分別為44.74百分點和49.64百分點，而相對苗長受抑制最嚴重的為警犬和踏火6號，其苗長降幅分別為55.17百分點和50.17百分點；在NaCl濃度繼續(xù)上升至200 mmol·L-1時，紅寶石2號根系生長受抑制程度最低，其根長降幅為58.73百分點，而苗長生長受抑制程度最低的為踏火6號，其苗長降幅為62.39百分點，苗長生長受抑制程度最嚴重的為警犬和超級警犬，其苗長降幅分別為71.27百分點和71.56百分點；在鹽濃度到達250 mmol·L-1時，各品種的相對苗長差異不顯著(P＞ 0.05)，根系生長受抑制程度最嚴重的是踏火6號和超級警犬，降幅分別為85.30百分點和85.31百分點，受抑制程度最輕的是紅寶石2號，降幅為76.90百分點。

表1 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)Table 1 Relative germination rate, potential, and index of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations

表2 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種活力指數(shù)Table 2 Seed vigor index of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations

表3 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種相對根長和相對苗長Table 3 Relative root length and seedling length of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations %

2.3 NaCl 脅迫對高羊茅種子相對鹽害率的影響

相對鹽害率能反映種子萌發(fā)期鹽脅迫對種子的傷害程度。對照條件下，所有品種的相對鹽害率均為 0。在 50～250 mmol·L-1的鹽濃度范圍內(nèi)，隨著NaCl濃度的增加，5種高羊茅種子的相對鹽害率總體呈現(xiàn)上升趨勢 (表4)。在 50 mmol·L-1的鹽濃度下，5個高羊茅品種間的相對鹽害率差異不顯著(P＞ 0.05)，當 NaCl濃度大于 50 mmol·L-1時，5種高羊茅間相對鹽害率出現(xiàn)顯著差異(P＜ 0.05)；在100 mmol·L-1的 NaCl濃度下，5個高羊茅品種的相對鹽害率依次為踏火6號 ＜ 警犬＜ 紅寶石2號、貝克＜超級警犬 ；當 NaCl濃度為150 mmol·L-1時，踏火6號的相對鹽害率最低，紅寶石2號、警犬、超級警犬次之，貝克的相對鹽害率最高；而當 NaCl濃度上升至 200和 250 mmol·L-1時，踏火6號的相對鹽害率顯著低于其余4種高羊茅(P＜ 0.05)。

2.4 高羊茅種子萌發(fā)期耐鹽性綜合評價

通過對發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、苗長、鹽害率這7項指標的隸屬函數(shù)值進行比較分析(表5)，得出5個高羊茅品種總的耐鹽性排序為踏火 6號 ＞ 警犬 ＞ 紅寶石 2號 ＞ 貝克 ＞超級警犬。

表4 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種相對鹽害率Table 4 Relative salt damage rate of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations %

表5 隸屬函數(shù)值及綜合排序Table 5 Value of membership function and comprehensive ranking

3 討論

鹽脅迫對于植物的危害主要體現(xiàn)在兩個方面，其一是鹽分濃度過高會導致外界溶液的滲透壓也隨之提高，從而使種子吸水困難，難以萌發(fā)；其二是某種離子濃度過高造成離子對種子毒害作用[19]。本研究主要通過對5個高羊茅品種萌發(fā)期的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)、相對苗長、相對根長和相對鹽害率等指標進行觀測，分析、比較其耐鹽性的差異，從而篩選出耐鹽性較佳的品種。結(jié)果表明，在一定濃度范圍內(nèi)，NaCl脅迫會抑制高羊茅種子的萌發(fā)，并且隨著NaCl濃度的升高，高羊茅種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)等發(fā)芽指標也隨之降低，這與范燕等[20]和盧艷敏[14]的研究結(jié)果一致；同時，鹽脅迫會導致高羊茅種子發(fā)芽勢降低，萌發(fā)進程緩慢，這與李孔晨等[21]的研究結(jié)果一致。在50 mmol·L-1鹽濃度下，紅寶石2號和超級警犬的發(fā)芽勢相比對照略有提高，說明一定低濃度的鹽分對種子萌發(fā)具有一定的促進作用，這與張劍云等[22]的研究結(jié)果相符。在同一鹽濃度下，不同品種的高羊茅種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)不同，反映出不同品種間耐鹽性的差異，因此，種子活力指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)可以作為種子萌發(fā)期耐鹽能力評價指標。

鹽脅迫對高羊茅的根生長和幼苗生長具有顯著的抑制作用，主要表現(xiàn)為根系長度與幼苗長度會隨鹽濃度的提高而降低，說明隨著鹽脅迫的提高，高羊茅幼苗與根系生長所受到的抑制加劇，這與范燕等[20]和宋銳等[23]的研究結(jié)果一致，在同一鹽濃度下，幼苗長度的降幅普遍低于根長的降幅，這與李海燕等[24]的研究結(jié)果一致，說明鹽脅迫對于高羊茅幼根生長的抑制作用要強于對幼苗生長的抑制作用，這可能與根和鹽直接接觸有關。而鹽脅迫抑制植物生長的機理可能主要與植物根系對于水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收受到抑制有關[25]。當外界溶液鹽濃度升高時，水勢降低，根部細胞難以從外界吸收到足夠的水分和營養(yǎng)物質(zhì)，導致植物的蒸騰作用受到抑制，進而導致植物的光合作用因缺乏必要的原材料(如CO2和H2O)而難以進行，最終影響到植物幼苗的生長與發(fā)育。當外界溶液的鹽濃度高到一定程度時，植物根系細胞甚至可能水分外滲進而導致整株植物萎蔫失水，嚴重時導致植物死亡[26]。

很多植物通過改變自身結(jié)構(gòu)、外部形態(tài)和調(diào)節(jié)生理機制來適應外界的鹽脅迫[27]。研究中5種高羊茅的形態(tài)特征會在鹽脅迫下發(fā)生改變，比如莖葉、根系等的長度會隨著鹽溶液濃度的升高而縮短。說明高羊茅可以通過調(diào)控細胞的分裂和生長過程減緩植物生長，減少對于水分的消耗以緩解外界高鹽濃度導致的植物生理干旱，進而增強植物對于鹽脅迫的耐受性。

與大多數(shù)冷季型草坪草相比，高羊茅的耐鹽性更強[28-29]，高羊茅種子在萌發(fā)期對鹽分具有一定的耐受能力，且耐瘠薄，抗逆性強，適應范圍較廣[30]，因此可用于鹽堿地的改良與綠化，但不同品種高羊茅對于鹽分的耐受能力不同，且對不同環(huán)境的適應性也不同，因此，應用時應考慮到品種間的差異，并根據(jù)當?shù)氐乃募皻夂驐l件，選擇較為耐鹽且對當?shù)丨h(huán)境適應較好的品種來進行推廣、綠化，以達到經(jīng)濟及生態(tài)效益的最大化。

4 結(jié)論

在一定的濃度范圍內(nèi)，NaCl脅迫會導致高羊茅的萌發(fā)與生長受到抑制，并且隨著NaCl濃度的升高，高羊茅種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)等發(fā)芽指標也隨之降低，根長和苗長也隨之縮短以增強其對于鹽脅迫的耐受性，相對鹽害率隨鹽濃度的增加而升高。5個高羊茅品種種子萌發(fā)期耐鹽性強弱依次為踏火 6號 ＞ 警犬 ＞ 紅寶石 2號 ＞ 貝克 ＞ 超級警犬。