NaCl脅迫對野生苜蓿種子萌發(fā)特性的影響

梁維維，張薈薈，賈納提，朱昊，李莉

(新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

土壤鹽堿化，是世界性的生態(tài)和資源問題[1]，目前受到鹽漬化威脅的全球耕地面積約為9.5×108hm2[2]，新疆位于我國西部地區(qū)，受封閉內(nèi)陸盆地和干旱氣候的影響，光照較長且晝夜溫差較大，也成為了我國鹽漬化土地較為集中的分布區(qū)之一[3]，土壤鹽堿化問題已經(jīng)成為新疆農(nóng)牧業(yè)開發(fā)和持續(xù)發(fā)展的重大限制條件和障礙因素[4]。土壤中鹽濃度過高致使植物從土壤中吸收水分受到限制，造成植物生理干旱和營養(yǎng)虧缺，抑制植物生長[5-7]。苜蓿屬植物是世界上種植面積較大的豆科牧草，是中等耐鹽堿植物，在中度或輕度鹽堿土壤中生長良好，苜蓿對鹽漬化草地畜牧業(yè)的發(fā)展、鹽堿土的改良和利用有著重要的作用[8]。

苜蓿耐鹽性的研究國內(nèi)外大多集中在紫花苜蓿上，而關(guān)于黃花苜蓿和雜花苜蓿的耐鹽性研究鮮有報道。大量研究證明黃花苜蓿具有許多紫花苜蓿所不具備的優(yōu)良性狀，是苜蓿屬牧草育種和品種改良的重要基因源[9]。秦峰梅[10]研究結(jié)果表明黃花苜蓿在發(fā)芽百分數(shù)和發(fā)芽指數(shù)上比紫花苜蓿表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢，具有更高的耐鹽潛力。雜花苜蓿是紫花苜蓿與黃花苜蓿雜交種，它既有紫花苜蓿產(chǎn)量高、草質(zhì)優(yōu)、再生快、長勢好的優(yōu)點，又有黃花苜?？购⒖购?、抗逆性好的特點[11]。近年來隨著國家對野生牧草種質(zhì)資源的重視，野生牧草種質(zhì)資源收集數(shù)量急劇增加，在生態(tài)環(huán)境治理中表現(xiàn)出較強的適應(yīng)性，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)、環(huán)境保護方面。面對當前土壤鹽堿化、新疆南疆地區(qū)飼草料緊缺等問題，新疆作為全國5大牧區(qū)之一，如何實現(xiàn)畜牧業(yè)更好地發(fā)展，挖掘適宜于當?shù)貧夂驐l件的耐鹽牧草品種是其中一項重要舉措。

本研究對2份新疆野生苜蓿種質(zhì)資源野生黃花苜蓿、野生雜花苜蓿進行種子萌發(fā)期和幼苗期耐鹽能力的鑒定和評價，旨在了解2份野生苜蓿種質(zhì)的耐鹽狀況，為今后新疆苜蓿種質(zhì)資源的保護、生態(tài)修復(fù)利用和耐鹽苜蓿品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

野生黃花苜蓿(MedicagoM.falcata)和野生雜花苜蓿(M.varia)種子來源于新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所新疆特色牧草種質(zhì)資源創(chuàng)新實驗室。野生黃花苜蓿2018年采自新疆瑪納斯縣蝗蟲鼠害預(yù)測預(yù)報防治中心試驗基地，E 86°13′01.39″,N 43°90′51.58″，海拔1 343.11 m，草地類型為荒漠草原。野生雜花苜蓿2018年采自新源縣鐵勒喀拉牧業(yè)村宏爾東，海拔920 m，E 83°26′11.79″，N 43°26′35.12″，草地類型為低地草甸。

1.2 試驗方法

試驗于2018 年12月進行，從試驗材料中分別挑選籽粒飽滿的種子100粒，砂紙打磨后置于邊長10 cm的發(fā)芽盒中，鋪設(shè)2層濾紙作為發(fā)芽床。將5 mL濃度為0(CK)、50、100、150、200 mmol/L的NaCl溶液分別注入發(fā)芽盒中，PE封口膜密封，每處理重復(fù)3次。為了使 NaCl 溶液濃度在試驗設(shè)計范圍之內(nèi)，每日稱重補充蒸餾水并記錄發(fā)芽數(shù)。將發(fā)芽盒放入相對濕度60%，恒溫25 ℃的培養(yǎng)箱中，每24 h 統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)，以可見胚根突破種皮2 mm為發(fā)芽標準。連續(xù)記錄14 d后，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)。萌發(fā)結(jié)束測量苗長、胚根長、干重和鮮重。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 發(fā)芽指標測定 從培養(yǎng)的第1 d開始，每天觀察并記錄發(fā)芽種子的數(shù)量，至第14 d結(jié)束。萌發(fā)指標計算公式如下：

發(fā)芽率=(試驗種子萌發(fā)個數(shù)/待測種子總數(shù))×100%

發(fā)芽勢=(14 d 內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/待測種子數(shù))×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑(第t天種子萌發(fā)個數(shù)/相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)t)

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×幼苗生長勢

式中：幼苗生長勢用萌發(fā)后幼苗平均長度表示。

1.3.2 生長指標測定 于萌發(fā)期結(jié)束從每個處理中隨機選出5株幼苗，用直尺測量胚根長、苗長，用電子分析天平測量幼苗鮮重和干重，幼苗干重先105 ℃烘2 h 殺青，后80 ℃烘至恒重。

1.3.3 抗旱性綜合評價方法 采用隸屬函數(shù)法對2種野生苜蓿耐鹽性進行綜合評價。

隸屬函數(shù)值X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：X為2種野生苜蓿某一指標的測定值，Xmin、Xmax為2種野生牧草某一指標均值的最小值和最大值。如果某一指標與抗性指標呈負相關(guān)，則可以通過反隸屬函數(shù)計算其抗旱性隸屬函數(shù)X(v)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，最后將每種野生牧草各個指標的隸屬值累加求其平均值。根據(jù)平均隸屬函數(shù)值大小排序，平均值越大則抗旱性越強[12-13]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用 Excel 2003 對數(shù)據(jù)進行整理并繪制柱狀圖，采用 SPSS 17.0 軟件進行方差分析處理，通過隸屬函數(shù)法對2種野生材料進行綜合評比。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl 脅迫下2種野生苜蓿種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢的變化

隨NaCl溶液濃度的不斷升高，2種野生苜蓿種子發(fā)芽率基本呈現(xiàn)下降趨勢(圖1)，表明不同NaCl濃度對2種野生苜蓿種子發(fā)芽都產(chǎn)生了抑制作用。雜花苜蓿的發(fā)芽率在0～100 mmol/L NaCl濃度時無顯著差異(P>0.05)，當NaCl濃度達到150 mmol/L時，發(fā)芽率顯著下降(P<0.05)，降至15%以下。黃花苜蓿的發(fā)芽率在不同濃度NaCl脅迫下變化較為緩慢。NaCl濃度0～100 mmol/L雜花苜蓿發(fā)芽率都高于黃花苜蓿，但是在150～200 mmol/L濃度黃花苜蓿發(fā)芽率高于雜花苜蓿發(fā)芽率,表明在低濃度NaCl(0～100 mmol/L)條件下雜花苜蓿的發(fā)芽率高于黃花苜蓿，高濃度NaCl(15～200 mmol/L)條件下黃花苜蓿的發(fā)芽率比雜花苜蓿高。

圖1 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的發(fā)芽率

發(fā)芽勢與發(fā)芽率的變化規(guī)律相似，隨著NaCl濃度的升高，發(fā)芽勢呈現(xiàn)下降趨勢(圖2)。NaCl濃度在0～50 mmol/L時，雜花苜蓿和黃花苜蓿的發(fā)芽勢無顯著差異(P>0.05)，NaCl濃度為50和100 mmol/L時，雜花苜蓿和黃花苜蓿的發(fā)芽勢均差異顯著(P<0.05)，雜花苜蓿從58%下降到18%，黃花苜蓿從39.33%下降到21.33%。可以看出低濃度的NaCl脅迫對2種野生牧草種子的發(fā)芽勢都產(chǎn)生了影響，但并不顯著。當NaCl濃度達到100 mmol/L時，2種野生牧草種子發(fā)芽勢都顯著下降，且雜花苜蓿對NaCl脅迫更為敏感。另外0～50 mmol/L時黃花苜蓿的發(fā)芽勢低于雜花苜蓿，在100～200 mmol/L時的發(fā)芽勢高于雜花苜蓿，說明黃花苜蓿比雜花苜蓿更耐NaCl脅迫。

圖2 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的發(fā)芽勢

2.2 NaCl脅迫下2種野生苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)的變化

雜花苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)在NaCl濃度0和50 mmol/L時差異不明顯，當NaCl濃度達到100 mmol/L時發(fā)芽指數(shù)顯著降低(P<0.05)，此時的發(fā)芽指數(shù)較對照下降50%。黃花苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)在NaCl濃度0和50 mmol/L之間差異顯著，當NaCl濃度達到100 mmol/L時發(fā)芽指數(shù)較對照降低50%(圖3)。

圖3 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)

雜花苜蓿種子的活力指數(shù)變化趨勢較為平緩，黃花苜蓿種子的活力指數(shù)在NaCL濃度為0～50 mmol/L時變化較大，之后趨于平緩。對照種子活力指數(shù)黃花苜蓿是雜花苜蓿的2倍，NaCl濃度為50～200 mmol/L時雜花苜蓿種子活力指數(shù)高于黃花苜蓿。黃花苜蓿種子活力指數(shù)在0 mmol/L時為3.53，50 mmol/L時為1.10，比對照降低了31.2%(圖4)。說明黃花苜蓿種子活力對NaCl脅迫的敏感性比雜花苜蓿更強。

圖4 不同NaCl濃度下2種野生苜蓿種子的活力指數(shù)

2.3 NaCl 脅迫對2種野生苜蓿幼苗的影響

野生黃花苜蓿和雜花苜蓿的苗長和胚根長都隨著NaCl濃度的增加而減少(表1)。黃花苜蓿種子的苗長在0和50 mmol/L時差異顯著(P<0.05)，50、100、150、200 mmol/L時的苗長比對照分別降低了50.5%，50.5%，60.6%，78.8%。雜花苜蓿苗長在0～200 mmol/L時變化均不顯著，在50、100、150、200 mmol/L時分別比對照降低了4.92%，16.4%，24.6%，29.5%。黃花苜蓿胚根長在100～150 mmol/L時差異顯著(P<0.05)，其他濃度間差異不顯著。50、100、150、200 mmol/L時的胚根長比對照分別降低了7.2%，15.5%，67.3%，73.6%。雜花苜蓿的胚根長在各濃度之間都差異顯著(P<0.05)，50、100、150、200 mmol/L處理的胚根長比對照分別降低了38.9%，49.5%，72.6%，81.1%。由此可以看出NaCl 脅迫對胚根長的抑制作用大于苗長，雜花苜蓿對鹽濃度的敏感性較黃花苜蓿大。

表1 NaCl脅迫下2種野生牧草的幼苗長度

2.4 NaCl脅迫對2種野生苜蓿種子幼苗鮮重和干重的影響

2種野生苜蓿種子幼苗鮮重、干重隨著NaCl 濃度的增加出現(xiàn)下降的趨勢(表2)。黃花苜蓿幼苗鮮重、干重表現(xiàn)為先升高后降低趨勢，分別在50、100 mmol/L時達到最大值(0.147、0.008 3 g)，較對照分別增加了24.6%、23.9%。雜花苜蓿幼苗鮮重、干重隨著NaCl濃度的升高而降低，50、100、150、200 mmol/L濃度下鮮重較對照分別降低了2.91%、15.53%、32.04%、52.43%，干重較對照分別降低了4.76%、20.63%、25.40%、31.75%。

表2 NaCl脅迫下2種野生牧草幼苗的鮮重和干重

2.5 2種野生苜蓿種子萌發(fā)過程中的耐鹽性評價

利用隸屬函數(shù)對2種野生苜蓿種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、苗長、胚根長、鮮重、干重進行綜合評價(表3)，黃花苜蓿的耐鹽性較雜花苜蓿強(表3)。

表3 野生牧草各測定指標隸屬函數(shù)綜合評價

3 討論

種子萌發(fā)是植物生活史的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，種子萌發(fā)對荒漠地區(qū)植物的種群更新及植被恢復(fù)都具有重要意義[14]。發(fā)芽勢和發(fā)芽率是檢測種子生活力的重要指標，通過種子發(fā)芽速度、整齊度、發(fā)芽數(shù)量和幼苗健壯的潛勢反映出種子活力和抵御逆境脅迫的能力。不同植物在種子萌發(fā)時期的耐鹽性變化趨勢不同，研究發(fā)現(xiàn)當NaCl濃度超過50 mmol/L和0.6%時，會分別顯著抑制羊草種子[15]和垂穗披堿草種子的發(fā)芽率[16]。但也有研究表明，低濃度鹽脅迫對波伐早熟禾種子[17]、紫花苜蓿種子[18]、結(jié)縷草種子[19]的萌發(fā)有促進作用，同時隨著鹽濃度的增加會抑制種子的萌發(fā)。本試驗結(jié)果顯示，在NaCl脅迫下2種野生苜蓿種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢都呈現(xiàn)下降趨勢，表明不同NaCl濃度對2種野生苜蓿種子發(fā)芽率都產(chǎn)生了抑制作用，但是在不同的脅迫濃度區(qū)間2種野生苜蓿的發(fā)芽率、發(fā)芽勢不同，雜花苜蓿的發(fā)芽率在NaCl濃度為0～100 mmol/L、發(fā)芽勢在0～50 mmol/L時都高于黃花苜蓿，黃花苜蓿的發(fā)芽率在NaCl濃度為150～200 mmol/L、發(fā)芽勢為100～200 mmol/L時比雜花苜蓿高，表明輕度NaCl脅迫明顯延長2種野生苜蓿種子萌發(fā)時間，且2種野生苜蓿種子萌發(fā)對NaCl脅迫的耐受能力不同，黃花苜蓿的耐受力大于雜花苜蓿。

發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)是衡量種子活力的重要指標，數(shù)值越高說明種子的活力越高，萌發(fā)所需要的時間越短，幼苗越健壯，可以預(yù)示在自然狀態(tài)下種子能夠更快萌發(fā)出苗并建植生長[20]。本研究結(jié)果表明隨著NaCl濃度的增加2種野生苜蓿種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都降低，當NaCl濃度達到100 mmol/L時黃花苜蓿和雜花苜蓿的發(fā)芽指數(shù)都較對照降低了50%，這與李源[21]、張秀玲[22]的研究結(jié)果基本一致。黃花苜蓿種子的活力指數(shù)在0～50 mmol/L之間變化較大，活力指數(shù)從3.53降至1.10，降低了31.2%，之后變化趨于平緩，雜花苜蓿種子活力指數(shù)變化一直較為平緩，這王曉航[23]研究結(jié)果相一致。

鹽分脅迫不僅對植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生影響，而且也會抑制幼苗的生長。植物從種子轉(zhuǎn)化到幼苗的過程中所需的物質(zhì)及能量是由種子中貯藏的有機物提供，在種子萌發(fā)過程中幼苗長度、鮮重、干重等指標能體現(xiàn)出植物種苗轉(zhuǎn)化狀況[19]。李海燕等[24]研究表明鹽分對胚根生長的影響大于胚芽，王景瑞等[20]通過對4種一年生草本植物種子進行鹽脅迫萌發(fā)試驗表明，胚芽長、胚根長均隨鹽分脅迫的加劇呈遞減趨勢。本研究結(jié)果表明隨著NaCl濃度的升高，2種野生苜蓿種子苗長、胚根長不斷減小，且對胚根長的抑制作用大于苗長，同一濃度對比發(fā)現(xiàn)，雜花苜蓿對鹽濃度的敏感性較黃花苜蓿大。2種野生苜蓿種子幼苗鮮重、干重隨著NaCl 濃度的增加總體表現(xiàn)為下降的趨勢，黃花苜蓿幼苗鮮重、干重表現(xiàn)為先升高后降低趨勢，雜花苜蓿幼苗鮮重、干重則表現(xiàn)為降低趨勢，這與何建軍、楊志的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

1)高濃度NaCl脅迫對野生黃花苜蓿發(fā)芽率影響大，但是高濃度下黃花苜蓿的發(fā)芽率高于雜花苜蓿。

2)野生黃花苜蓿在低濃度(0～50 mmol/L)時發(fā)芽勢低于野生雜花苜蓿，在高濃度(100～200 mmol/L)時發(fā)芽勢高于野生雜花苜蓿，說明野生黃花苜蓿比雜花苜蓿更耐鹽。

3)NaCl脅迫下野生黃花苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與對照相比均顯著降低。

4)2種野生苜蓿種子在NaCl 脅迫下胚芽長和胚根長表現(xiàn)出不同的下降規(guī)律，NaCl 脅迫對野生黃花苜蓿胚芽長度影響較野生雜花苜蓿大，下降幅度也較大。在NaCl 脅迫下野生雜花苜蓿的胚根長下降幅度較野生黃花苜蓿大。利用隸屬函數(shù)對2種野生苜蓿萌發(fā)期各指標進行綜合評價得出：野生黃花苜蓿的耐鹽性較野生雜花苜蓿強，可用于鹽漬化土壤的建植。