NaCl處理對(duì)4種牧草植物種子萌發(fā)的影響

火旭堂， 賈 昊， 曹 兵

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021)

土壤鹽堿化是全球生態(tài)環(huán)境所面臨的主要問題之一，我國是土壤鹽堿化危害最為嚴(yán)重的國家之一，約有 2×107hm2鹽荒地和 6.67×106hm2鹽堿化土壤[1]，主要分布于東北、西北和華北地區(qū)[2]。土壤鹽堿化是影響植物生長發(fā)育、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要非生物脅迫因子，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重要的影響。草本植物，特別是具有飼用價(jià)值的牧草類植物是鹽堿地生態(tài)修復(fù)中植被建設(shè)的重要組成部分，有些甚至是鹽堿地的主要先鋒植物類群，對(duì)鹽堿地生態(tài)修復(fù)具有重要作用。植物對(duì)鹽堿生境的適應(yīng)機(jī)理是鹽堿地治理與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，植物種子能正常萌發(fā)是種子植物成功存活、生長的前提[3]，但由于種子萌發(fā)階段對(duì)外界環(huán)境因素十分敏感[4]，更容易受到脅迫環(huán)境的影響甚至傷害[5]。代莉慧等[6]利用NaCl和Na2CO3處理鹽地堿蓬(Suaedaglauca(Bunge) Bunge)的種子，研究表明種子萌發(fā)率隨著鹽濃度的升高而下降；李云海等[7]研究了濱藜(Atriplexpatens(Litv.) Iljin)、堿蓬、海篷子(SalicorniaeuropaeaL)種子，發(fā)現(xiàn)其萌發(fā)率均與NaCl濃度呈顯著負(fù)相關(guān)；申忠寶對(duì)5種禾本科植物種子在混合鹽堿脅迫下的萌發(fā)進(jìn)行測定[8]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無芒雀麥(BromusinermisLeyss)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均低于對(duì)照。

牧草植物不僅是草食家畜生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而且種植牧草對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)土壤肥力也有重要作用[9]。由于牧草植物的生存環(huán)境十分復(fù)雜，特別是土壤鹽堿化也是影響牧草生存和生長的重要環(huán)境因素之一，在鹽堿地、礦山地植被恢復(fù)中，選擇具有抗逆性的草種，特別是萌發(fā)期對(duì)鹽堿環(huán)境有一定耐性的牧草植物非常重要。本試驗(yàn)選用西北干旱沙區(qū)的草木樨(MelilotussuaveolensLedeb)、沙打旺(AstragalusadsurgensPall)、沙米(Agriophyllumsquarrosum(Linn.) Moq)、蒙古冰草(AgropyronmongolicumKeng)為試驗(yàn)材料，采用不同濃度NaCl溶液模擬土壤鹽分，研究NaCl處理對(duì)幾種牧草植物種子萌發(fā)的影響，探究其種子萌發(fā)的耐鹽程度及耐鹽潛力，為區(qū)域植被修復(fù)、生態(tài)建設(shè)提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以草木樨、沙打旺、沙米和蒙古冰草4種牧草的種子為試驗(yàn)材料，購自寧夏遠(yuǎn)聲綠陽草業(yè)生態(tài)工程有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1種子處理 根據(jù)國際種子檢驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)。試驗(yàn)前將4種牧草種子浸種24 h，然后用0.5%高錳酸鉀溶液消毒30 min，用蒸餾水沖洗5～6次，再用濾紙吸干水分。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)利用不同濃度的NaCl溶液對(duì)牧草種子作處理，即50 mmol· L-1，100 mmol·L-1，150 mmol·L-1，200 mmol·L-1，300 mmol·L-1，并以蒸餾水作為對(duì)照(CK)。每草種6個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。自經(jīng)浸種消毒后的不同草種選取大小均勻、顆粒飽滿健康的種子，整齊置于墊有兩層濾紙的干凈玻璃培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿放置25粒草種，即每處理3個(gè)培養(yǎng)皿，75粒種子。將配好的不同濃度NaCl溶液依次加入相應(yīng)的培養(yǎng)皿中，使濾紙濕潤而種子不浸為宜，再將培養(yǎng)皿移至人工氣候箱中，溫度為25℃，濕度60%。試驗(yàn)期間每天補(bǔ)充2 ml NaCl溶液以保證持續(xù)鹽脅迫，每天記錄發(fā)芽的種子數(shù)，直至無新種子萌發(fā)。種子萌發(fā)以胚芽突破種皮為標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)束后測量萌發(fā)種子的胚根、胚軸長度。

1.2.3測定指標(biāo) 利用以下公式分別計(jì)算草種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及耐鹽指數(shù)：

發(fā)芽率(Germination Percentage，GP)=N1/N0×100%；

發(fā)芽勢(Germination Energy，GE)=N2/N0×100%；

發(fā)芽指數(shù)(Germination Index，GI)=Σ(GT/DT)；

活力指數(shù)(Vitality Index，VI)=L×GI；

耐鹽指數(shù)(Salt Tolerance Index，SI)=VI鹽/VI水×100。

式中：N0為供試種子數(shù)；N1為試驗(yàn)期間萌發(fā)種子的總數(shù)；N2為種子發(fā)芽高峰期的數(shù)量；GT為第T日的種子萌發(fā)數(shù)；DT為種子萌發(fā)的天數(shù)；L為試驗(yàn)期萌發(fā)種子的胚根、胚軸總長度；VI鹽為經(jīng)NaCl處理的活力指數(shù)；VI水為對(duì)照下的活力指數(shù)[10]。

耐鹽臨界值(Salt Tolerance Critical Value)計(jì)算：發(fā)芽率的耐鹽臨界值為發(fā)芽率為50 %時(shí)的NaCl濃度[11]，其他指標(biāo)的耐鹽臨界值為指標(biāo)值降低到對(duì)照值的50%時(shí)對(duì)應(yīng)的NaCl濃度[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016作數(shù)據(jù)整理及制圖，用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，在顯著水平為0.05的基礎(chǔ)上，利用Duncan法進(jìn)行多重比較，統(tǒng)計(jì)值用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果分析

2.1 NaCl處理對(duì)草木樨種子萌發(fā)的影響

發(fā)芽率和發(fā)芽勢是評(píng)價(jià)種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)是衡量種子活力的指標(biāo)，活力指數(shù)也是種子萌發(fā)速率和種苗生長量的綜合反映[13]。從表1可知，隨著NaCl濃度的增大，草木樨種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均呈明顯的下降趨勢。當(dāng)NaCl濃度小于100 mmol·L-1時(shí)，處理與對(duì)照間的草木樨種子發(fā)芽率差異不顯著；NaCl濃度大于等于100 mmol·L-1時(shí)，各處理間發(fā)芽率差異極顯著；當(dāng)NaCl濃度為200 mmol·L-1時(shí)，其發(fā)芽率僅為對(duì)照的38.8%；當(dāng)NaCl濃度達(dá)到300 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率僅有對(duì)照的20.8%，說明NaCl濃度越高，對(duì)草木樨種子發(fā)芽率抑制越明顯。在不同濃度NaCl處理下，草木樨種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與發(fā)芽率的表現(xiàn)趨勢一致，NaCl濃度達(dá)到150 mmol·L-1及以上時(shí)，各處理間的差異顯著，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均明顯降低，如NaCl處理濃度為200 mmol·L-1時(shí)，其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別僅為對(duì)照的42.8%，43.5%，30.8%，說明隨著NaCl濃度的升高，對(duì)草木樨種子的發(fā)芽抑制作用增強(qiáng)。

表1 NaCl處理對(duì)草木樨種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of NaCl Treatments on Germination of M. suaveolens Seeds

注：表中不同的小寫字母代表在0.05的顯著水平下存在顯著性差異，下表同

Note:Different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 level,the same as below

2.2 NaCl處理對(duì)沙打旺種子萌發(fā)的影響

表2可得，NaCl濃度的升高使得沙打旺種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)表現(xiàn)出明顯的下降趨勢。當(dāng)NaCl濃度為50 mmol·L-1時(shí)，其與對(duì)照間的發(fā)芽率差異不顯著，大于50 mmol·L-1時(shí)，各處理與對(duì)照間發(fā)芽率差異顯著；當(dāng)NaCl濃度為150 mmol·L-1時(shí)，其發(fā)芽率僅為對(duì)照的32.3%；當(dāng)NaCl濃度達(dá)到300 mmol·L-1時(shí)，發(fā)芽率僅有對(duì)照的14.7%，說明NaCl濃度越高，對(duì)沙打旺種子發(fā)芽率的抑制作用越強(qiáng)。在不同濃度NaCl處理下，沙打旺種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與發(fā)芽率的表現(xiàn)趨勢一致，如NaCl處理濃度為150 mmol·L-1時(shí)，其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)分別僅為對(duì)照的39.7%，41.5%，24.9%，說明隨著NaCl濃度的升高，沙打旺種子的發(fā)芽抑制作用越大。

表2 NaCl處理對(duì)沙打旺種子萌發(fā)的影響Table 2 Effects of NaCl Treatments on Germination of A. adsurgens Seeds

2.3 NaCl處理對(duì)沙米種子萌發(fā)的影響

由表3可知，當(dāng)NaCl濃度在100 mmol·L-1以內(nèi)時(shí)，沙米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨著NaCl濃度的增大而降低，且各處理與對(duì)照間差異顯著；NaCl濃度為50 mmol· L-1和100 mmol·L-1的發(fā)芽率分別只占對(duì)照的68.8%和37.5%，說明NaCl濃度越大對(duì)沙米種子發(fā)芽率抑制越明顯，在不同濃度NaCl處理下，其發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與發(fā)芽率的表現(xiàn)趨勢一致，如濃度為100 mmol·L-1時(shí)，它們分別僅為對(duì)照的38.6%，38.9%，17.3%，可見NaCl濃度的升高對(duì)沙米種子的活力指數(shù)影響最大。當(dāng)NaCl濃度大于等于150 mmol·L-1時(shí)，沙米種子發(fā)芽率為0。

2.4 NaCl處理對(duì)蒙古冰草種子萌發(fā)的影響

表4中，蒙古冰草種子的各萌發(fā)指標(biāo)值均隨NaCl濃度的增大而降低，其中NaCl濃度達(dá)到300 mmol·L-1時(shí)，種子發(fā)芽率為0。當(dāng)NaCl濃度小于等于200 mmol·L-1時(shí)，各處理與對(duì)照間差異顯著。NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)，蒙古冰草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別為對(duì)照的51.8%，58.1%，53.2%，23.0%，NaCl濃度為200 mmol·L-1時(shí)，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別為對(duì)照的9.3%，7.0%，8.7%，1.4%，說明高濃度的NaCl對(duì)蒙古冰草種子的抑制作用更強(qiáng)。

表3 NaCl處理對(duì)沙米種子萌發(fā)的影響Table 3 Effects of NaCl Treatments on Germination of A. squarrosum Seeds

表4 NaCl處理對(duì)蒙古冰草種子萌發(fā)的影響Table 4 Effects of NaCl Treatments on Germination of A. mongolicum Seeds

2.5 NaCl處理對(duì)4種牧草種子耐鹽指數(shù)的影響

耐鹽指數(shù)是反映種子對(duì)鹽堿地耐受程度的指標(biāo)[14]。NaCl處理下牧草種子耐鹽指數(shù)的變化見圖1。圖中顯示，在同一NaCl濃度下，草木樨種子耐鹽指數(shù)整體高于其他3種牧草。NaCl濃度為50 mmol·L-1時(shí)，沙打旺種子耐鹽指數(shù)最高，草木樨次之，僅略低于對(duì)照，并且沙米種子耐鹽表現(xiàn)優(yōu)于蒙古冰草。隨著NaCl濃度升高，草木樨種子耐鹽表現(xiàn)最好，沙打旺次之，但兩者差距明顯；蒙古冰草種子耐鹽表現(xiàn)較沙米更好。當(dāng)NaCl濃度達(dá)150 mmol·L-1時(shí)，沙米種子的耐鹽指數(shù)為0，其余3種牧草耐鹽指數(shù)也大幅下降。NaCl濃度至300 mmol·L-1時(shí)，蒙古冰草種子耐鹽指數(shù)亦為0。綜上，4種牧草對(duì)鹽堿地耐受程度的表現(xiàn)為：草木樨>沙打旺>蒙古冰草>沙米。

圖1 NaCl處理下牧草種子耐鹽指數(shù)的變化Fig. 1 Changes of salt tolerance index of forage seeds under NaCl treatments

2.6 4種牧草種子萌發(fā)指標(biāo)與NaCl濃度的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明，在NaCl處理下，4種草種的各萌發(fā)指標(biāo)均與NaCl濃度之間存在顯著的相關(guān)性。因此，用線性回歸方程擬合草種萌發(fā)指標(biāo)與NaCl濃度之間的關(guān)系，結(jié)果見圖2、圖3，各草種的不同萌發(fā)指標(biāo)對(duì)不同濃度NaCl處理的響應(yīng)程度不同，利用回歸方程的斜率大小可以判斷萌發(fā)指標(biāo)的敏感程度。如圖所示，在NaCl處理下，4種牧草種子萌發(fā)指標(biāo)的敏感度為：活力指數(shù)>發(fā)芽指數(shù)>發(fā)芽率>發(fā)芽勢。

圖2 4種牧草發(fā)芽率和發(fā)芽勢與NaCl濃度的關(guān)系Fig. 2 The relationship between germination rate and germination potential of four forage species and NaCl concentration

圖3 4種牧草活力指數(shù)和發(fā)芽指數(shù)與NaCl濃度的關(guān)系Fig. 3 The relationship between activity index and germination index of four forage species and NaCl concentration

3 討論與結(jié)論

在NaCl的作用下，很多植物種子的萌發(fā)都會(huì)受到抑制，基本呈現(xiàn)濃度越高抑制越明顯的趨勢。NaCl處理之所以能抑制植物種子正常萌發(fā)，是因?yàn)闈B透脅迫造成植物細(xì)胞的低水勢，使種子吸水困難；另一方面，鹽離子進(jìn)入細(xì)胞使細(xì)胞液濃度增大，從而使種子吸水加速萌發(fā)。Dash M等[15]研究發(fā)現(xiàn)Na+的毒害作用會(huì)使植物細(xì)胞質(zhì)中的多種酶失活，從而干擾種子正常代謝，影響種子正常萌發(fā)。冷家明等[16]通過試驗(yàn)得出：相較于中性鹽NaCl，堿性鹽Na2CO3和NaHCO3明顯降低了種子的發(fā)芽率，胚芽和胚根的伸長受到抑制更強(qiáng)。

本試驗(yàn)著重研究了不同濃度的NaCl對(duì)草木樨、沙打旺、沙米、蒙古冰草4種牧草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、耐鹽指數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低濃度的NaCl處理對(duì)草木樨和沙打旺種子的萌發(fā)具有不顯著的抑制作用，但是韓潤燕[17]等研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的NaCl處理對(duì)草木樨種子的萌發(fā)具有明顯的促進(jìn)作用，高濃度的NaCl處理對(duì)草木樨種子的萌發(fā)具有顯著的抑制作用。楊姝[18]等研究了沙打旺種子在鹽脅迫下的萌發(fā)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低濃度的鹽處理會(huì)促進(jìn)沙打旺種子的萌發(fā)及植株生長。陳文[19]等通過試驗(yàn)表明：隨著NaCl濃度的升高，沙米種子吸脹率先升后降，種子萌發(fā)率呈現(xiàn)不同程度降低。王榮華等[20]研究發(fā)現(xiàn)輕度鹽處理對(duì)蒙古冰草幼苗的生長有一定的促進(jìn)作用，而中度和重度鹽脅迫對(duì)幼苗生長有顯著抑制作用。石玉龍[21]等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，‘同德’老芒麥(ElymussibiricusLinn)種子的發(fā)芽率在NaCl濃度為100 mmol·L-1時(shí)顯著低于對(duì)照，且種子開始萌發(fā)的時(shí)間比低濃度的NaCl處理延遲2天，這可能與高濃度NaCl降低了細(xì)胞膜滲透調(diào)節(jié)能力有關(guān)，但也可能是因?yàn)镹a+對(duì)呼吸酶有一定的抑制作用。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，NaCl處理對(duì)草木樨、沙打旺、沙米、蒙古冰草種子的萌發(fā)都產(chǎn)生了不同程度的抑制作用。低濃度NaCl對(duì)草木樨和沙打旺種子的萌發(fā)抑制作用不顯著，但對(duì)沙米和蒙古冰草種子萌發(fā)抑制作用顯著；高濃度的NaCl對(duì)4種牧草種子萌發(fā)具有明顯抑制作用。NaCl濃度為150 mmol·L-1及以上時(shí)，沙米種子不萌發(fā)；當(dāng)NaCl濃度達(dá)到300 mmol·L-1及以上時(shí)，蒙古冰草種子不萌發(fā)。在NaCl處理下，草木樨、沙打旺、沙米、蒙古冰草各萌發(fā)指標(biāo)的敏感度變現(xiàn)均為：活力指數(shù)>發(fā)芽指數(shù)>發(fā)芽率>發(fā)芽勢。4種牧草對(duì)鹽堿地的耐受程度為：草木樨>沙打旺>蒙古冰草>沙米。