鹽脅迫對(duì)苜蓿生理性狀和生長(zhǎng)性狀的影響

劉青松，賈艷麗，肖 宇，郭志頂，紀(jì)明妹，趙忠祥，黃素芳，岳明強(qiáng)，劉 震，閻旭東，徐玉鵬

（滄州市農(nóng)林科學(xué)院，河北 滄州 061001）

0 引言

苜蓿是中國(guó)栽培最早、分布最廣、利用效益最高的優(yōu)良豆科牧草之一，被譽(yù)為“牧草之王”，它不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、產(chǎn)量高、適口性好，而且具有很強(qiáng)的生物固氮、改土培肥、固土護(hù)坡和植物修復(fù)的能力，同時(shí)具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)性[1-3]。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、高效優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)發(fā)展以及2019年河北省奶業(yè)振興規(guī)劃綱要的提出，優(yōu)質(zhì)牧草發(fā)展得到了前所未有機(jī)遇[4]。

中國(guó)土壤鹽漬化面積大，鹽漬化土壤約占耕地面積的1/5[5]，主要分布在中國(guó)東北、華北和西北地區(qū)。2010年以來(lái)，中國(guó)北方地區(qū)土壤次生鹽漬化危害進(jìn)一步加重，到2010年中國(guó)鹽堿化土壤面積已超過(guò)3667萬(wàn)hm2[6-9]。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，改良鹽堿地最經(jīng)濟(jì)有效的方法為種植耐鹽作物[10]。紫花苜蓿(Medicago sativaL.)是全世界范圍內(nèi)種植面積最廣的耐鹽性較強(qiáng)的優(yōu)良豆科牧草，培育篩選耐鹽性強(qiáng)的苜蓿品種，是開發(fā)利用鹽堿地土壤的有效方式之一[11]。河北滄州東部有超過(guò)2萬(wàn)hm2的鹽堿地，土地資源豐富，進(jìn)一步開發(fā)培育耐鹽紫花苜蓿新品種對(duì)改善該地區(qū)土壤條件意義重大。本試驗(yàn)選用‘中苜3號(hào)’和‘WL440HQ’2個(gè)紫花苜蓿品種進(jìn)行鹽脅迫下的生理指標(biāo)和生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定分析，探究鹽脅迫對(duì)苜蓿的生理特性等的影響，以期為鹽堿地改良和苜蓿分子育種研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

通過(guò)盆栽和MS培養(yǎng)基培養(yǎng)2種培育方式的耐鹽性鑒定，從120個(gè)苜蓿種質(zhì)資源中篩選出2個(gè)紫花苜蓿品種‘中苜3號(hào)’和‘WL440HQ’作為試驗(yàn)材料。其中‘中苜3號(hào)’為耐鹽型，‘WL440HQ’為敏鹽型。

1.2 種子預(yù)處理

選取成熟健康、籽粒飽滿的種子，采用75%乙醇表面震蕩消毒30 s，0.1% HgCl2震蕩滅菌8 min，去離子水清洗3次。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽法，鹽堿土為取自河北滄州黃驊地區(qū)的重度鹽堿土，土壤含鹽量0.75%，砂壤土含鹽量0.1%。

試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理（表1），按體積比例設(shè)置鹽堿土與砂壤土的混合土壤。裝入盆高35 cm，盆口直徑30 cm的塑料盆中，內(nèi)裝定量的風(fēng)干過(guò)篩后的耕層土壤，盆底無(wú)排水孔。播種紫花苜蓿品種，播量按22.5 kg/hm2，播深1.5 cm，每個(gè)處理3次重復(fù)，共21盆，于2020年4月12日播種，播前澆水，每隔一天進(jìn)行補(bǔ)水。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法

根據(jù)不同處理下的苜蓿長(zhǎng)勢(shì)，待其生長(zhǎng)至苗期時(shí)，選擇長(zhǎng)勢(shì)相近的的苜蓿20株，并做好標(biāo)記，用于測(cè)定生長(zhǎng)性狀。

株高：用直尺測(cè)定株高。

地上生物量：試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，收獲盆內(nèi)全部地上部苜蓿，稱重后105℃殺青，75℃烘干至恒重，根據(jù)含水量計(jì)算地上生物量[12]。單株干重(g)=單株鮮重×（1-含水量）。

主枝側(cè)枝數(shù)：試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，取每一株苜蓿記錄其側(cè)枝數(shù)目。

根系長(zhǎng)：試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將盆內(nèi)所有根系挖出，洗凈后烘干，用直尺測(cè)定其長(zhǎng)度。

地下生物量：將測(cè)定長(zhǎng)度后的根系進(jìn)行生物量的稱取。

于不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)不同處理進(jìn)行抗逆性評(píng)價(jià)指標(biāo)丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)和超氧化物歧化酶(SOD)含量的測(cè)定。

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[13]。

脯氨酸含量采用磺基水楊酸提取，茚三酮比色法測(cè)定[13]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽脅迫處理對(duì)苜蓿株高的影響

由表2可以看出，砂壤土混入鹽堿土后，苜蓿各生長(zhǎng)階段株高均受到抑制，且隨著混入鹽堿土比例的升高，株高受抑制程度顯著增強(qiáng)。各處理中以未混入鹽堿土的苜蓿各生育時(shí)期株高表現(xiàn)最好，均顯著高于其他各處理?！熊?號(hào)’苜蓿在YJ-0、YJ-1和YJ-2 3個(gè)處理下株高無(wú)顯著差異(P＜0.05)，且在YJ-1和YJ-2處理下株高高于YJ-0，說(shuō)明其耐鹽性較強(qiáng)。而‘WL440HQ’在各生育時(shí)期株高均隨著鹽堿土比例的升高而顯著下降(P＜0.05)，說(shuō)明其對(duì)鹽敏感，鹽脅迫對(duì)其株高影響較大?！熊?號(hào)’和‘WL440HQ’在YJ-6純鹽堿土脅迫下初花期株高分別為17.9 cm和4.6 cm，說(shuō)明高鹽濃度脅迫會(huì)導(dǎo)致苜蓿生長(zhǎng)顯著降低，甚至生長(zhǎng)停滯。

表2 鹽脅迫處理對(duì)苜蓿株高的影響cm

2.2 不同鹽脅迫對(duì)苜蓿地上生物量的影響

由表3可以看出，苜蓿地上生物量和主枝側(cè)枝數(shù)均隨著鹽堿土比例的增加受抑制程度加強(qiáng)。其中在YJ-0、YJ-1和YJ-2 3個(gè)梯度下，‘中苜3號(hào)’紫花苜蓿單株鮮重、干重和主枝側(cè)枝數(shù)均隨著鹽堿土比例的增加而身高，但差異不顯著(P＜0.05)。當(dāng)鹽堿土：砂壤土比例超過(guò)1:2時(shí)，單株鮮重、干重和主枝側(cè)枝數(shù)則顯著下降(P＜0.05)，純鹽堿土種植的‘中苜3號(hào)’初花期單株干重僅為0.7 g，主枝側(cè)枝數(shù)僅為3.2個(gè)，說(shuō)明低鹽脅迫對(duì)‘中苜3號(hào)’生長(zhǎng)無(wú)顯著影響，當(dāng)鹽濃度超過(guò)一定比例時(shí)，對(duì)其抑制作用加強(qiáng)，說(shuō)明‘中苜3號(hào)’耐鹽性較強(qiáng)?！甒L440HQ’苜蓿品種單株鮮重、干重和主枝側(cè)枝數(shù)則均隨著鹽堿土比例的增加而顯著下降(P＜0.05)，低鹽脅迫對(duì)‘WL440HQ’有顯著的抑制作用，‘WL440HQ’對(duì)鹽脅迫較敏感。

表3 鹽脅迫對(duì)苜蓿地上生物量的影響

2.3 不同鹽脅迫處理對(duì)苜蓿地下生物量和根系長(zhǎng)度影響

由表4可以看出，鹽堿土混入比例的增加顯著影響苜蓿的地下生物量和根系長(zhǎng)度?！熊?號(hào)’在YJ-0、YJ-1、YJ-2和YJ-3 4個(gè)梯度下地下生物量和根系長(zhǎng)度均無(wú)顯著差異(P＜0.05)，且YJ-1和YJ-2 2個(gè)處理的地下生物量和根系長(zhǎng)度高于YJ-0和YJ-3，說(shuō)明一定的鹽脅迫能刺激‘中苜3號(hào)’苜蓿品種的根系生長(zhǎng)，低鹽脅迫對(duì)‘中苜3號(hào)’具有一定的促進(jìn)作用。WL440HQ地下生物量和根系長(zhǎng)度均隨著鹽堿土比例的增加而顯著下降(P＜0.05)，說(shuō)明低鹽脅迫對(duì)‘WL440HQ’根系生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用?！甒L440HQ’在YJ-6純鹽堿土種植條件下初花期根系長(zhǎng)度僅為0.71 cm，生長(zhǎng)基本停滯。

表4 鹽脅迫處理對(duì)地下生物量和根系長(zhǎng)度的影響

2.4 不同鹽脅迫下苜蓿丙二醛含量的變化

由表5可以看出，同一鹽堿土混入比例條件下，‘中苜3號(hào)’和‘WL440HQ’葉片丙二醛的含量均表現(xiàn)為隨著生育時(shí)期的推移而增加，各處理均在初花期表現(xiàn)為丙二醛含量最高。同一生育期內(nèi)，2個(gè)苜蓿品種丙二醛含量均表現(xiàn)為隨著鹽堿土比例的增加而增加。丙二醛含量增加速度則隨著生育期的推移而表現(xiàn)為先快后慢的趨勢(shì)，苗期—分枝期丙二醛含量增加速度最快，分枝期以后增加速度變緩。在YJ-1和YJ-2 2個(gè)處理?xiàng)l件下，‘中苜3號(hào)’紫花苜蓿在初花期較苗期丙二醛含量分別增加5.8 nmol/g FW和5.9 nmol/g FW，高于其他處理。而‘WL440HQ’則在YJ-3和YJ-4 2個(gè)處理下丙二醛增加量最大。

表5 鹽脅迫處理對(duì)苜蓿丙二醛含量的影響 nmol/g FW

2.5 不同鹽脅迫下苜蓿脯氨酸含量的變化

由表6可以看出，苜蓿內(nèi)脯氨酸的含量與丙二醛的表現(xiàn)規(guī)律相似。同一鹽堿土混入比例條件下，苜蓿脯氨酸含量隨著生育時(shí)期的推移而提高，2個(gè)苜蓿品種均表現(xiàn)為初花期脯氨酸含量最高。同一生育時(shí)期，隨著鹽堿土混入比例的增加，苜蓿脯氨酸含量增加?！熊?號(hào)’苜蓿在YJ-2和YJ-3 2個(gè)處理下，初花期脯氨酸含量較苗期分別增加了6.1 g/g FW和6.0g/g FW，增加量最大。而‘WL440HQ’則在YJ-3和YJ-42個(gè)處理下初花期較苗期脯氨酸含量增加最大，分別增加了6.7 g/g FW和6.5 g/g FW。苗期—初花期脯氨酸含量增加速度表現(xiàn)為先快后慢，苗期—分枝期增長(zhǎng)速度最快。

表6 鹽脅迫處理對(duì)苜蓿脯氨酸含量的影響 g/g FW

3 結(jié)論

（1）砂壤土中混入不同比例的鹽堿土均會(huì)對(duì)苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生抑制。本試驗(yàn)中‘中苜3號(hào)’苜蓿品種隨著鹽堿土比例的升高，株高、地上生物量、主枝側(cè)枝數(shù)、地下生物量及根系長(zhǎng)度等均表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)；而‘WL440HQ’的生長(zhǎng)指標(biāo)則表現(xiàn)為隨著鹽堿土占比的升高而下降的趨勢(shì)。

（2）同一生育時(shí)期，‘中苜3號(hào)’和‘WL440HQ’體內(nèi)脯氨酸和丙二醛含量均表現(xiàn)為隨著鹽堿土占比的增加而升高，說(shuō)明鹽脅迫能提高苜蓿體內(nèi)脯氨酸和丙二醛的積累，增強(qiáng)苜蓿的抗逆性。‘中苜3號(hào)’在YJ-1和YJ-2 2個(gè)處理下體內(nèi)脯氨酸和丙二醛含量增加最多，而‘WL440HQ’則在YJ-3和YJ-4 2個(gè)處理下增加最多。

（3）在YJ-0、YJ-1和YJ-2 3個(gè)處理下，‘中苜3號(hào)’在株高、地上生物量、主枝側(cè)枝數(shù)、地下生物量以及根系長(zhǎng)度等方面均無(wú)顯著差異(P＜0.05)，且在YJ-2處理下脯氨酸和丙二醛積累最多，說(shuō)明在輕度鹽脅迫對(duì)‘中苜3號(hào)’無(wú)顯著影響，而輕度鹽脅迫則對(duì)‘WL440HQ’產(chǎn)生顯著的抑制。

綜合分析鹽脅迫對(duì)2個(gè)苜蓿生長(zhǎng)特性和生理特性產(chǎn)生的影響可以看出，在選用耐鹽性紫花苜?！熊?號(hào)’時(shí)，河北滄州東部黃驊等地區(qū)重度鹽堿土可以通過(guò)鹽堿土:砂壤土=1:2的混合比例，既不影響苜蓿正常的生長(zhǎng)，還可改良利用該地區(qū)鹽堿土壤。

4 討論

鹽脅迫會(huì)嚴(yán)重影響苜蓿的正常生長(zhǎng)[14]。王曉春[15]等通過(guò)研究15個(gè)苜蓿品種在鹽脅迫下的種子萌發(fā)率，結(jié)果表明鹽濃度低于0.6%時(shí)，多數(shù)品種均能保持較高的種子萌發(fā)率，且當(dāng)鹽濃度為0.2%時(shí)，對(duì)部分苜蓿品種的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用。藺吉祥等[16]則研究表明隨著鹽濃度的增大，苜蓿種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及種子活力等均會(huì)受到抑制。陳小芳等[17]通過(guò)研究‘中苜3號(hào)’和‘WL-SALT’2個(gè)苜蓿品種的耐鹽性，結(jié)果表明低鹽脅迫并不影響2個(gè)苜蓿品種的正常生長(zhǎng)，但隨著鹽濃度的升高，生長(zhǎng)受到顯著抑制，甚至生長(zhǎng)停滯。王運(yùn)濤等[18]則研究表明鹽堿脅迫主要影響苜蓿主根生長(zhǎng)，對(duì)側(cè)根影響不大。于浩然等[19]則研究表明輕度鹽堿地對(duì)苜蓿產(chǎn)量影響不大，但中度和重度鹽堿地則顯著降低苜蓿產(chǎn)量。本研究中較低的鹽堿土占比時(shí)，對(duì)‘中苜3號(hào)’紫花苜蓿的生長(zhǎng)影響不大，且能促進(jìn)苜蓿的生長(zhǎng)，這與陳小芳[17]、于浩然[19]等研究結(jié)果一致。

諸多研究[20-21]表明，植物對(duì)環(huán)境脅迫的承受能力與植物體內(nèi)脯氨酸和丙二醛含量的積累呈正相關(guān)。Sanada等[22]認(rèn)為，植物體內(nèi)脯氨酸和丙二醛含量的上升，是植物對(duì)環(huán)境脅迫的一種自身適應(yīng)能力。張永鋒等[23]則研究認(rèn)為脯氨酸和丙二醛可作為植物滲透調(diào)節(jié)的關(guān)鍵物資，是衡量植物耐鹽堿的重要指標(biāo)。但也有一些研究認(rèn)為[24]，脯氨酸和丙二醛含量不能作為衡量植物抗逆性的指標(biāo)。本研究中，苜蓿在受到鹽脅迫后，體內(nèi)脯氨酸和丙二醛含量均逐漸積累，說(shuō)明鹽脅迫后可能導(dǎo)致苜蓿體內(nèi)細(xì)胞失水，滲透脅迫會(huì)促使植株體內(nèi)積累脯氨酸等物資來(lái)維持植物的正常代謝。