30份苜蓿種質(zhì)萌發(fā)期耐鹽性評價

楊紫貽，唐 芳，王亞文，米福貴

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室/草地資源教育部重點實驗室，呼和浩特 010018)

土壤鹽漬化是引致土壤退化的主要原因，已成為全球環(huán)境及農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要問題。全球至少有20%的耕地不同程度受到鹽漬化影響，其中我國鹽堿地面積達(dá)到667萬hm2[1～2]。土壤鹽堿化問題不僅會抑制植物生長,還會導(dǎo)致農(nóng)作物以及牧草大幅減產(chǎn),阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展[3～4]。內(nèi)蒙古屬于典型鹽漬化區(qū)域，境內(nèi)土默特平原、科爾沁沙地、河套灌區(qū)等地均存在大面積鹽漬土。紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是豆科苜蓿屬多年生草本植物，蛋白質(zhì)含量高,營養(yǎng)價值豐富，被譽為“牧草之王”[5]；抗性強，對土壤要求不嚴(yán)，能夠在表層可溶性含鹽量為0.3%的鹽土中正常生長[6]。紫花苜蓿不同品種耐鹽性差異較大[7～9]，篩選耐鹽材料或培育耐鹽品種，不僅可以改良鹽堿地[10]，提高土地利用率，還可以增加飼料供給，促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展[11]。植物在發(fā)育過程中，種子萌發(fā)對外界環(huán)境較為敏感，尤其是對鹽脅迫的反應(yīng)強于其他生長發(fā)育階段[12]。此外，植物在萌發(fā)期耐鹽性越強，對植物的生長越有利，故種子能否正常萌芽是耐鹽植物選擇的基礎(chǔ)[13]。國內(nèi)外對紫花苜蓿耐鹽性研究較多，Alkhatib[14]等研究表明，紫花苜蓿生長發(fā)育過程中種子萌發(fā)對鹽分最敏感；宮文龍等[15]通過對22個不同紫花苜蓿品種萌發(fā)期耐鹽性的綜合評價，篩選出適宜在鹽堿地種植的品種。本研究選用30份來源于不同國家和地區(qū)的紫花苜蓿種質(zhì)為材料，于萌發(fā)期采用不同濃度的NaCl溶液進(jìn)行鹽脅迫處理，通過對相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對根長以及相對芽長等指標(biāo)的測定和隸屬函數(shù)分析，綜合鑒定評價試驗材料的耐鹽性，為耐鹽種質(zhì)篩選和新品種選育種質(zhì)材料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為30份來源不同的紫花苜蓿種質(zhì)(見表1)，其中國外材料11份，國內(nèi)材料19份。除一部分材料屬于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)自有外，其余材料從中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧分院、黑龍江省畜牧研究所收集而來。

表1 供試材料名稱及來源

1.2 試驗方法

從每份材料中選取均勻一致、成熟飽滿的種子100粒，用濃硫酸浸泡10min，無菌水沖洗后于超凈工作臺中用4%次氯酸鈉溶液浸泡5min進(jìn)行表面消毒，再用滅菌水沖洗6～7次，置于鋪有2層濾紙、直徑9cm培養(yǎng)皿中，加入滅菌水，4℃暗培養(yǎng)放置2d進(jìn)行春化。隨后，每個培養(yǎng)皿加入5ml不同濃度(100mM、150mM、200mM)的鹽溶液進(jìn)行脅迫，以蒸餾水作對照，每個濃度梯度設(shè)置3次重復(fù)。脅迫處理后的種子置于發(fā)芽箱中，25℃光照培養(yǎng)16h(光照強度120umol/m2.s)，22℃暗培養(yǎng)8h。種子萌發(fā)以胚根出現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)，胚根出現(xiàn)第2d開始記錄萌發(fā)情況，將第4d的發(fā)芽率定為發(fā)芽勢，統(tǒng)計發(fā)芽率至第7d。

1.3 測定指標(biāo)

(1)相對發(fā)芽率(%)=鹽處理后第7d的種子發(fā)芽率/第7d對照種子發(fā)芽率×100%

(2)相對發(fā)芽勢(%)=鹽處理后第4d的種子發(fā)芽勢/第4d對照種子發(fā)芽勢×100%

(3)相對根長(%)=鹽處理后第7d種子根長/第7d對照種子根長×100%

(4)相對芽長(%)=鹽處理后第7d種子芽長/第7d對照種子芽長×100%

(5)隸屬函數(shù)計算公式為：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X為參試材料某一指標(biāo)的測定值;Xmax和Xmin分別為所有材料中該指標(biāo)的最大值和最小值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件和SAS軟件進(jìn)行單因素方差分析和試驗材料萌發(fā)期鹽性綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 相對發(fā)芽率變化

隨著NaCl鹽濃度升高，所有材料相對發(fā)芽率總體呈現(xiàn)下降趨勢,但品種不同相對發(fā)芽率的下降程度不同(表2)。材料發(fā)芽率越高，生活力越強，出苗率亦越高。30份材料經(jīng)100mM、150mM和200mM 3個濃度處理，平均相對發(fā)芽率為87%、80%和55%,說明NaCl對萌發(fā)有明顯抑制作用，且抑制程度隨鹽濃度增大而增加。100mM濃度下，敖漢苜蓿、Magna601、龍牧806、BR4010相對發(fā)芽率最高，肇東苜蓿相對發(fā)芽率最低；150mM濃度下，Magna601和新牧1號相對發(fā)芽率最高，WL323相對發(fā)芽率最低；在200mM濃度下，甘農(nóng)3號相對發(fā)芽率最高，準(zhǔn)格爾苜蓿相對發(fā)芽率最低。方差分析結(jié)果表明，同一品種在不同鹽濃度條件下差異顯著( P<0.001)，且濃度越高差異越顯著。

表2 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度下脅迫的相對發(fā)芽率變化

2.2 相對發(fā)芽勢的變化

相對發(fā)芽勢主要反映種子萌發(fā)初期發(fā)芽能力的強弱以及種子的萌發(fā)速度和生長發(fā)育。發(fā)芽勢越高，種子生活力強、發(fā)芽整齊性好，增產(chǎn)潛力大。與對照(CK)相比，所有材料的相對發(fā)芽勢在200mM鹽濃度下最低，說明高濃度NaCl鹽對種子萌發(fā)有明顯的抑制作用(見表3)。個別材料的相對發(fā)芽勢隨鹽濃度增加呈先上升后下降趨勢，如馴鹿苜蓿在鹽濃度為100mM時相對發(fā)芽勢為0.81，低于在150mM濃度下的發(fā)芽指數(shù)，表明在150mM濃度下能夠使相對發(fā)芽勢增加。對于金黃后而言，相對發(fā)芽勢在低濃度鹽脅下高于對照，并且相對發(fā)芽勢最高，即低濃度鹽脅迫更有利于提高種子的相對發(fā)芽勢。不同鹽濃度下同一品種之間相對發(fā)芽勢存在顯著差異(P<0.001)。

表3 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度脅迫下的相對發(fā)芽勢變化

2.3 相對根長變化

隨著鹽濃度的增加，不同品種相對根長呈逐漸減少趨勢(表4)。在100mM鹽濃度脅迫下，不同材料間相對根長差異顯著，其中敖漢苜蓿的相對根長顯著高于對照(CK)。200mM鹽濃度脅迫下，各材料的相對根長比100mM處理平均下降39%，說明不同苜蓿品種對高濃度鹽脅迫反應(yīng)都非常敏感。方差分析結(jié)果表明，同一品種在不同鹽濃度之間差異顯著( P<0.001)。

表4 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度脅迫下的相對根長變化

隨著NaCl鹽溶液濃度的升高，不同品種相對芽長呈逐漸下降趨勢，在100mM和150mM鹽濃度處理下各品種間相對芽長變化不大，而在200mM鹽濃度處理下各品種相對芽長變幅較大，從0.22cm到0.44cm不等，表明鹽脅迫對苜蓿發(fā)芽有抑制作用(表5)。與相對根長相比，相對芽長對鹽脅迫更加敏感，所有材料的平均相對芽長從100mM鹽濃度脅迫開始就顯著下降。個別材料(如WL323)低濃度鹽脅迫和高濃度鹽脅迫下的相對根長差異較大，前者0.74cm，后者僅為0.23cm，屬于典型的敏鹽材料。同一品種在不同鹽濃度條件下差異顯著( P<0.001)。

表5 不同紫花苜蓿品種在不同鹽濃度下的相對芽長變化

2.5 耐鹽性綜合評價

牧草耐鹽性是由多種因素互相作用的復(fù)雜綜合特性，單一元素或指標(biāo)難以全面反映植物真實的耐鹽能力[16～19]。在評價30份材料耐鹽性時，若分別采用相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對芽長或相對根長單獨評定，其結(jié)果總體趨勢一致，但排序先后略有不同。如以相對發(fā)芽率為主要指標(biāo)加以考量，甘農(nóng)3號苜蓿的耐鹽性較強；如用相對發(fā)芽勢評定，新牧1號苜蓿則最不敏鹽。采用隸屬函數(shù)將上述4個指標(biāo)綜合評定，中苜1號紫花苜蓿總得分最高，耐鹽性最強；隴東苜?？偟梅肿畹停望}性最弱(見表6)；而以相對發(fā)芽率高使耐鹽性排序靠前的甘農(nóng)3號苜蓿，綜合排序為第9；以相對發(fā)芽勢排名靠前的新牧1號苜蓿，綜合排序為第10。依據(jù)耐鹽性排序，供試30份種質(zhì)可劃分為耐鹽、中度耐鹽和敏鹽三種類型：耐鹽種質(zhì)有10份材料，耐鹽性能依次為中苜1號>Magna601>公農(nóng)1號>龍牧806>騎士苜蓿>皇后>敖漢苜蓿>草原2號>甘農(nóng)3號>新牧1號；中度耐鹽種質(zhì)有11份材料，耐鹽性能依次為阿迪娜>金皇后>中草3號>草原1號>BR4010>康賽>龍牧803>驚喜>潤布勒>肇東苜蓿>三得利；敏鹽種質(zhì)有9份材料，能依次為阿爾岡金>草原4號>新疆大葉苜蓿>賽特>草原3號>準(zhǔn)格爾苜蓿>WL323>馴鹿苜蓿>隴東苜蓿。

表6 不同紫花苜蓿品種耐鹽性綜合評價得分

種子萌發(fā)期是植物整個生育期中最重要、最脆弱的時期，萌發(fā)過程因受自身基因和外界環(huán)境因素的共同影響也是一個非常復(fù)雜的生理生化過程。種子能否在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是鹽漬化環(huán)境中植物生長發(fā)育的前提，因此萌發(fā)期植物耐鹽性研究具有較為重要的理論意義和實用價值。植物的耐鹽性是由多基因共同控制和多種活動共同作用的，而且不同植物的耐鹽機理也不盡相同[20]。薛莉等[21]研究表明，植物不同時期對鹽脅迫環(huán)境的敏感度不同，種子的萌發(fā)期是最敏感的時期之一[22～ 23]。本文通過種子萌發(fā)期相關(guān)指標(biāo)的測定分析，發(fā)現(xiàn)30份試驗材料的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對根長均隨著鹽溶液濃度升高而不斷增加，耐鹽性則呈現(xiàn)下降趨勢，低濃度鹽脅迫對種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，脅迫強度增強則會抑制種子萌發(fā)[20]。中苜1號苜蓿屬于耐鹽品種，耐鹽性備受贊譽[24]，本文隸屬函數(shù)的綜合評價結(jié)果，使中苜1號苜蓿的這一優(yōu)良抗性再次得到驗證。此外，隸屬函數(shù)綜合評價結(jié)果，將供試30份材料按照耐鹽性強弱分為耐鹽、中度耐鹽和敏鹽三類，其中中苜1號苜蓿耐鹽性最強，隴東苜蓿耐鹽性最弱。