不同鹽脅迫對燕麥和無芒雀麥種子萌發(fā)的影響

李海賢，鄭凌波，白朕銀，高晨曦，曲善民，侯賀春，王明君

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2.石家莊職業(yè)學(xué)院，河北 石家莊 050081；3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163711；4.黑龍江省齊齊哈爾市富?？h繁榮種畜場，黑龍江 齊齊哈爾 161200)

土壤鹽堿化導(dǎo)致牧草和作物產(chǎn)量下降，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。位于東北的松嫩平原是中國重要的糧食產(chǎn)地之一,但同時也是世界第三大鹽堿土分布區(qū),土壤鹽堿化對糧食生產(chǎn)造成的影響正日益加劇[1]。改良和利用鹽堿土的有效措施之一是引進(jìn)和馴化耐鹽堿的牧草或作物，可以在進(jìn)行土壤改良的同時兼顧經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。因此，篩選適宜的耐鹽堿牧草或作物具有重要的意義。

燕麥(AvenasativaL.)是禾本科早熟禾亞科燕麥屬的一年生草本植物。同時，燕麥也是一種糧飼兼用型飼草作物，具有抗旱、抗寒、耐鹽堿、易栽培、適口性好、營養(yǎng)價值高等特點，是我國青藏高原公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)飼草，具有廣泛的種植范圍和悠久的種植歷史，也多用作先鋒植物用于鹽堿地改良[2-3]。不同品種的燕麥對不同鹽脅迫的響應(yīng)存在差異。目前，對燕麥耐鹽性的研究主要集中在生長期階段的生理生化反應(yīng)以及耐鹽堿機(jī)制方面，反映不同品種燕麥種子萌發(fā)對鹽脅迫響應(yīng)差異的研究較少[4-5]。

無芒雀麥(BromusinermisLeyss.)為禾本科雀麥屬多年生草本植物，其適應(yīng)性廣。不僅可以作為天然飼草，制作干草，也常被用作改良土壤及護(hù)坡植物[6]。但無芒雀麥耐鹽性相對較弱，在鹽堿地中生長受限甚至抑制生長。所以，如何提高其耐鹽性，如何選培耐鹽草種，對于治理我國的鹽堿地，以及發(fā)展畜牧業(yè)是一個重要的研究方向。

試驗以燕麥和無芒雀麥種子為研究對象，選用不同類型的鹽溶液，模擬不同鹽脅迫環(huán)境，比較燕麥和無芒雀麥對三種類型鹽脅迫的耐受程度，為不同類型鹽堿地的牧草種植選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為4個品種燕麥：林納、青引1號、青引2號和甜燕麥，以上材料均來自青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院。無芒雀麥?zhǔn)菛|北農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的牧草新品系東農(nóng)231無芒雀麥。

1.2 試驗方法

實驗采用三類鹽溶液對種子萌發(fā)進(jìn)行脅迫，其中包括單鹽溶液和混合鹽溶液，單鹽溶液又分為中性鹽溶液(NaCl)和堿性鹽溶液(Na2CO3)，混合鹽溶液采用濃度比為1∶9∶9∶1的Na2CO3，NaHCO3，Na2SO4和NaCl混合溶液。三類鹽溶液分別設(shè)置六個濃度梯度(見表1)。種子萌發(fā)采用培養(yǎng)皿發(fā)芽法，選取大小一致，籽粒飽滿，無明顯病害的燕麥種子，用0.1%HgCl2溶液消毒8 min，用蒸餾水和去離子水沖洗2次，濾紙吸干后備用。直徑12 cm的培養(yǎng)皿預(yù)先洗凈烘干，內(nèi)鋪雙層濾紙，將處理好的種子擺入，每個皿均勻放入20粒種子，分別加入相應(yīng)處理濃度的NaCl、Na2CO3和混合鹽溶液至濾紙飽和。以蒸餾水作為對照。每種處理3次重復(fù)。每日根據(jù)水分蒸發(fā)量加入蒸餾水以維持鹽濃度，在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

表1 各處理的成分及鹽分濃度

1.3 數(shù)據(jù)處理

從第3天開始，每24 h統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)(以胚芽長度等于種子長度的1/2作為發(fā)芽的標(biāo)準(zhǔn)),計算發(fā)芽率和相對發(fā)芽率，并通過SAS 9.2軟件統(tǒng)計分析鹽脅迫下種子發(fā)芽的耐鹽適宜范圍、耐鹽半致死濃度、及耐鹽極限濃度。

發(fā)芽率(%)=(試驗過程中正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

相對發(fā)芽率(%)=(處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率)×100%。

鹽脅迫下種子發(fā)芽的耐鹽適宜范圍、耐鹽半致死濃度和耐鹽極限濃度的確定用Yoav Waisel的方法[7]：耐鹽適宜范圍是發(fā)芽率達(dá)到對照的75%以上的鹽溶液濃度范圍；耐鹽半致死濃度是發(fā)芽率達(dá)到對照發(fā)芽率50%時相對應(yīng)的鹽溶液濃度；耐鹽致死濃度是發(fā)芽率達(dá)到對照的10%時相對應(yīng)的鹽濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對燕麥種子萌發(fā)的影響

2.1.1鹽脅迫對燕麥種子發(fā)芽率的影響

從表2看出，不同鹽溶液處理下燕麥種子的發(fā)芽率總體上隨著鹽溶液濃度升高而降低，呈下降趨勢，說明不同鹽溶液對燕麥種子的萌發(fā)均有抑制作用。在3.6%的NaCl、0.7%的Na2CO3、2.0%的混合鹽脅迫下，4種燕麥種子的萌發(fā)被完全抑制，說明在這3個濃度下，4種燕麥均受到嚴(yán)重抑制，無法正常生長，當(dāng)NaCl、Na2CO3、混合鹽3種溶液濃度分別大于1.2%、0.3%和0.8%時，各品種燕麥種子的發(fā)芽率與對照相比差異顯著(p<0.05)。

表2 不同濃度鹽脅迫下燕麥種子的發(fā)芽率

在NaCl脅迫下，品種林納的對照處理發(fā)芽率最高，在鹽濃度為1.2%和2.8%時林納發(fā)芽率顯著高于其他品種的燕麥，在鹽濃度為2.0%時甜燕麥發(fā)芽率最高，其次是林納。說明林納更耐中性鹽脅迫。

在Na2CO3脅迫下，鹽濃度為0.1%時，甜燕麥發(fā)芽率最高，與其他3個品種差異顯著；鹽濃度為0.3%時，甜燕麥發(fā)芽率最高，林納與其他3個品種差異顯著；鹽濃度為0.5%時，青引1號和青引2號發(fā)芽率最高，與另兩種差異顯著。

在混合鹽脅迫下，林納在各濃度梯度下發(fā)芽率均高于其他3種燕麥，且在鹽濃度為1.2%和1.6%時，只有林納的種子能夠萌發(fā)。

2.1.2燕麥種子對不同鹽溶液的耐受范圍

總體來看，各品種燕麥對于不同鹽脅迫的適應(yīng)性差異較大(圖1)，其中Na2CO3所造成的堿性鹽脅迫對植物的危害最大，其致死濃度最大的甜燕麥(0.56%)要遠(yuǎn)小于其他兩種鹽脅迫下最小的致死濃度(青引1號的2.41%和甜燕麥的0.91%)。

圖1 不同鹽溶液處理下燕麥種子的相對發(fā)芽率及對鹽脅迫的耐受范圍

在NaCl脅迫下，甜燕麥的適宜濃度范圍最小(0～0.34%)，適宜濃度范圍最大的是青引1號(0～0.73%)；半致死濃度最小的是青引1號的1.42%，最大的是甜燕麥(2.27%)；致死濃度最小的是青引1號(2.41%)，最大的是林納(2.95%)。

在Na2CO3脅迫下，林納的適宜濃度范圍最小(0～0.05%)，最大的是甜燕麥(0～0.1%)；半致死濃度最小的是林納(0.18%)，最大的是甜燕麥(0.46%)；致死濃度最小的是林納(0.45%)，最大的是甜燕麥(0.56%)?？傮w而言，堿性鹽脅迫下4種燕麥品種耐鹽能力大小順序為：甜燕麥>青引2號>青引1號>林納。

在混合鹽脅迫下，青引2號的適宜濃度范圍最小(0～0.54%)，最大的是林納(0～0.84%)；半致死濃度最小的是青引2號(0.54%)，最大的是林納(0.90%)；致死濃度最小的是青引2號(0.87%)，最大的是林納(1.42%)?？傮w而言，混合鹽脅迫對4個燕麥品種的耐鹽能力順序為：林納>青引1號>甜燕麥>青引2號。

2.2 鹽脅迫對無芒雀麥種子萌發(fā)的影響

從圖2看出，不同鹽溶液處理下無芒雀麥種子的發(fā)芽率呈下降趨勢。鹽溶液對無芒雀麥種子的萌發(fā)有明顯抑制作用，但不同鹽溶液間具有顯著差異。同一處理間種子發(fā)芽率隨著貯藏年限的延長而降低。貯藏年限對種子發(fā)芽具有明顯的抑制作用，從對照可以看出，貯存期在兩年以內(nèi)的種子發(fā)芽率較高，超過兩年后發(fā)芽率大幅下降，不超過20%。在NaCl脅迫下，鹽濃度為4%時貯藏1年無芒雀麥種子的發(fā)芽率略高于對照。貯存年限相同時，各濃度梯度間差異顯著(p<0.05)。溶液濃度為3.6%時，仍有種子發(fā)芽，說明無芒雀麥種子對中性鹽脅迫的耐受度較高。

注：大寫字母表示同一濃度梯度處理下不同年限間的顯著性差異，小寫字母表示不同濃度梯度間的顯著性差異；相同字母表示差異不顯著(p>0.05)。圖2 不同濃度鹽溶液處理對無芒雀麥種子發(fā)芽率的影響

在Na2CO3脅迫下，不同濃度鹽溶液處理下貯存年限兩年以內(nèi)的種子發(fā)芽率顯著低于對照(p<0.05)，與對照相比下降了51.2%～93.1%。溶液濃度為0.9%時，各類種子的發(fā)芽率僅有5%左右，說明Na2CO3對無芒雀麥種子發(fā)芽的抑制作用高于NaCl。

在混合鹽脅迫下，不同濃度鹽溶液處理下種子發(fā)芽率顯著低于對照(p<0.05)。濃度為0.4%的溶液處理下，與貯存一年相比，貯存兩年的種子發(fā)芽率大幅下降，差異顯著(p<0.05)。鹽溶液濃度為1.2%時，不同年限種子發(fā)芽率均低于10%，而1.2%的NaCl溶液處理下，貯存3年以內(nèi)的種子發(fā)芽率均高于20%，說明混合鹽溶液對無芒雀麥種子發(fā)芽的抑制作用高于中性鹽溶液，但低于堿性鹽溶液。

3 討 論

在植物的整個生育過程中，植物種子在萌發(fā)期對外界條件(如鹽脅迫)的反應(yīng)最為敏感。研究表明，種子能否順利萌發(fā)是制約耐鹽植物生長的主要因素之一[8]，對植物種子而言，鹽脅迫對植物的影響主要包括2個方面：滲透脅迫和離子毒害[8]。滲透脅迫會打破植物細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓平衡，致使種子生理性缺水[9]；離子毒害則是大量鹽離子的攝入會抑制其他營養(yǎng)離子的吸收，造成某種植物缺素癥[10]。由此可見，植物種子耐鹽性的高低取決于種子萌發(fā)期對滲透脅迫和離子毒害的綜合響應(yīng)。

本實驗中發(fā)現(xiàn)不同濃度和類型的鹽溶液對燕麥和無芒雀麥種子萌發(fā)的抑制作用整體表現(xiàn)顯著，燕麥和無芒雀麥種子的發(fā)芽率隨著鹽溶液濃度的升高而大幅降低。不同燕麥品種對同類鹽溶液的鹽脅迫響應(yīng)有差異，反映了不同品種燕麥對鹽脅迫的適應(yīng)性不同。雖然多數(shù)研究證明鹽脅迫下植物種子萌發(fā)呈下降趨勢，但一直以來，不斷有實驗證明低濃度鹽脅迫對植物種子萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。羅志娜等[11]的實驗發(fā)現(xiàn)，低濃度的NaCl溶液處理下各燕麥品種種子發(fā)芽率均高于對照。這與本實驗中貯藏1年無芒雀麥種子發(fā)芽率的表現(xiàn)相一致。中性鹽溶液對種子的危害較低，低鹽濃度下種子對水分的需求能被滿足，且NaCl溶液中的鹽離子同樣是植物生長的必需元素。因此，在低濃度時，NaCl溶液能夠?qū)ΨN子萌發(fā)起一定的促進(jìn)作用[12]。

同一品種的燕麥和無芒雀麥對不同性質(zhì)的鹽脅迫的耐受程度不同，綜合來看燕麥對中性鹽脅迫的耐受性最高，混合鹽脅迫次之，對堿性鹽脅迫的耐受性最低，這與盧艷敏等[13]在白三葉種子萌發(fā)實驗中的結(jié)果一致。黃立華等[14]認(rèn)為，對于羊草種子而言，碳酸鹽本身所具有的高pH值對其種子萌發(fā)的抑制作用，遠(yuǎn)大于中性鹽溶液的鹽分作用。隨著植物生物量的增加，其對鹽脅迫的耐受性也會相應(yīng)增加,如雀麥屬牧草在不同生命周期的耐鹽性強(qiáng)弱具有一定差異[15]，大豆萌發(fā)期和苗期的耐鹽性篩選結(jié)果不一致[16]，但大豆幼苗期和全生育期的耐鹽性表現(xiàn)大體相同[17]，可能是由于大豆萌發(fā)期和生長期的耐鹽機(jī)理不同所導(dǎo)致的。

4 結(jié) 論

4個供試燕麥品種中，較耐NaCl鹽脅迫的是甜燕麥和林納，較差的是青引1號、青引2號，甜燕麥和林納的極限濃度分別是2.95%和2.76%，半致死濃度分別是2.27%和2.06%。最耐Na2CO3鹽脅迫的是甜燕麥，極限濃度是0.56%，半致死濃度是0.46%。最耐混合鹽(NaCl、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3)脅迫的是林納，極限濃度是1.42%，半致死濃度是0.90%。

無芒雀麥對堿性Na2CO3溶液對種子發(fā)芽的抑制作用最為顯著，其次為混合鹽溶液，中性的NaCl溶液對無芒雀麥種子發(fā)芽率的影響最小，在低濃度下甚至對種子發(fā)芽有少量的促進(jìn)作用。從貯存年限來看，無芒雀麥種子發(fā)芽率會隨貯存時間的延長而顯著下降，尤其是貯存超過兩年的種子，發(fā)芽率不超過20%。