不同地區(qū)野生芨芨草種子萌發(fā)期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

時(shí)嘉翊,曹 嶺,余舟昌,白小明,張 偉

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 草業(yè)與草原學(xué)院,陜西楊凌 712100;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院,蘭州 730070)

隨著氣候變化的不斷加劇,加之人類(lèi)對(duì)土地資源的不合理利用,土壤鹽漬化面積逐年擴(kuò)大,已成為全球農(nóng)業(yè)和生態(tài)健康可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大問(wèn)題[1]。一方面,鹽漬化土壤可通過(guò)鹽脅迫抑制種子萌發(fā)、減緩生理代謝、阻礙養(yǎng)分吸收等方式來(lái)妨礙作物繁殖和生長(zhǎng),威脅區(qū)域農(nóng)業(yè)持續(xù)與健康發(fā)展[2];另一方面,鹽漬化土壤還會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)組成發(fā)生變化,造成土壤退化、水土流失等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[3-4]。因此,開(kāi)展鹽漬化土壤改良和生態(tài)修復(fù)工作不僅在保護(hù)耕地資源、增加糧食產(chǎn)量等方面具有重要作用,在調(diào)節(jié)局地氣候、改善生態(tài)環(huán)境方面也具有十分重要的價(jià)值[5]。

中國(guó)西北干旱半干旱區(qū)為土壤鹽漬化較為嚴(yán)重的區(qū)域,在該區(qū)域進(jìn)行鹽漬化土壤生態(tài)改良過(guò)程中,選擇耐鹽、適生、優(yōu)良的草本植物品種極為重要[6]。芨芨草(Achnatherum splendens)為禾本科芨芨草屬植物[7],屬多年生草本,具有耐鹽堿、耐寒冷、耐干旱等優(yōu)點(diǎn)。部分學(xué)者對(duì)多種草本植物進(jìn)行了NaCl脅迫處理后發(fā)現(xiàn),芨芨草耐鹽性最強(qiáng),鹽脅迫下死亡率為0.00%,顯著低于其他草本植物[8]。此外,有學(xué)者[9]研究發(fā)現(xiàn),芨芨草具有發(fā)達(dá)的根系,可以治理水土流失、防止侵蝕,是鹽生草甸的重要建群種,可以作為鹽漬化土壤改良以及生態(tài)重建過(guò)程中的首選植物。因此,探究芨芨草耐鹽特征可為復(fù)雜生境下鹽漬化土壤改良和治理提供理論依據(jù)。種子萌發(fā)和幼苗形態(tài)建成是草本植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段,同時(shí)也是草本植物整個(gè)生活史周期中抗外界干擾能力最弱的環(huán)節(jié)[10],很大程度上能夠準(zhǔn)確、客觀(guān)地反映草本植株整體的耐鹽性,決定該種植物能否在鹽漬化土壤上成功繁殖、定居與生長(zhǎng)。因此,對(duì)芨芨草萌發(fā)期生長(zhǎng)指標(biāo)耐鹽性進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)于選擇優(yōu)良芨芨草種質(zhì)開(kāi)展鹽漬化土壤治理具有重要意義。

部分學(xué)者研究了該地區(qū)紫花苜蓿、草木犀、堿蓬、湖南稷子、高羊茅、鷹嘴紫云英等草本植物的耐鹽特征[11-13],對(duì)芨芨草耐鹽性的研究相對(duì)較少,特別是缺乏對(duì)不同地區(qū)、不同生境條件下芨芨草種子萌發(fā)過(guò)程耐鹽性的比較研究。基于此,本研究以中國(guó)西北干旱半干旱區(qū)13個(gè)地區(qū)的芨芨草種子為材料,探究不同濃度NaCl溶液對(duì)13個(gè)地區(qū)芨芨草種子萌發(fā)指標(biāo)的影響,通過(guò)綜合評(píng)價(jià)篩選出耐鹽性較強(qiáng)的芨芨草種質(zhì)資源,為芨芨草種子萌發(fā)期耐鹽性研究提供數(shù)據(jù)支持,也為西北地區(qū)鹽漬化土壤治理過(guò)程中芨芨草品種選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 種質(zhì)來(lái)源 供試野生芨芨草種子均于2020年在芨芨草種子成熟期采收,分別采自甘肅、陜西、內(nèi)蒙及新疆,詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

表1 芨芨草種質(zhì)編號(hào)及其來(lái)源Table 1 Code and source of Achnatherum splendens germplasm

1.1.2 儀器與試劑 人工日光培養(yǎng)箱,寧波普朗特儀器有限公司產(chǎn)品,型號(hào)為L(zhǎng)RX-1100;供試NaCl為分析純。

1.1.3 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn) 試驗(yàn)從2021年3月10日-4月30日在西北農(nóng)林科技大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置6 個(gè)不同鹽(NaCl)濃度處理,分別為0.00%(對(duì)照)、0.30%、0.60%、0.90%、1.20%、1.50%。每個(gè)處理6次重復(fù)。試驗(yàn)在人工日光培養(yǎng)箱中進(jìn)行,培養(yǎng)條件為:每天光照培養(yǎng)8 h,溫度為25 ℃±0.5 ℃;每天暗培養(yǎng)16 h,溫度為20 ℃±0.5 ℃;相對(duì)濕度均為55%。

隨機(jī)選取顆粒飽滿(mǎn)、大小均勻、無(wú)破損的芨芨草種子,每個(gè)重復(fù)100 粒,用75%酒精消毒5 min,再用蒸餾水沖洗3～5次,吸水紙吸干水分,備用。采用直徑90 mm 的培養(yǎng)皿培養(yǎng),每個(gè)培養(yǎng)皿放兩層濾紙,按試驗(yàn)設(shè)計(jì)加7 m L 對(duì)應(yīng)濃度的鹽溶液,稱(chēng)量,放置于人工日光培養(yǎng)箱中,以恒量法每天定時(shí)稱(chēng)量補(bǔ)水以維持鹽濃度的相對(duì)穩(wěn)定。種子萌發(fā)培養(yǎng)時(shí)期共計(jì)28 d,發(fā)芽第7天時(shí)計(jì)算發(fā)芽勢(shì),試驗(yàn)第16天時(shí)測(cè)量胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和幼苗鮮質(zhì)量,每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)取15 粒萌發(fā)的幼苗,用直尺從胚芽與胚根的分界處分別測(cè)定幼苗和幼根絕對(duì)長(zhǎng)度;然后用濾紙吸干種子表面的水分并立即放入精確度為0.000 1 g的天平稱(chēng)取質(zhì)量,計(jì)算單株幼苗平均質(zhì)量,28 d后結(jié)束發(fā)芽,計(jì)算發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。

1.3 測(cè)定方法

每天觀(guān)察發(fā)芽情況并記錄當(dāng)天發(fā)芽數(shù),以胚根露出種皮1 mm 作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。

初始萌發(fā)時(shí)間定義為第一粒種子萌發(fā)所需的時(shí)間,單位用d表示。

發(fā)芽率(Germination rate,GR)=發(fā)芽終期(規(guī)定日期內(nèi))全部發(fā)芽粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%[14];發(fā)芽勢(shì)(Germination potential,GP)=發(fā)芽初期(規(guī)定日期內(nèi))正常發(fā)芽粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%[14];發(fā)芽指數(shù)(Germination index,GI)=∑(Gt/Dt),其中,Gt為時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間[14];簡(jiǎn)化活力指數(shù)(Vigor index,VI)=S×發(fā)芽率,其中,S表示生物量,以種苗生長(zhǎng)量(長(zhǎng)度或者質(zhì)量)表示[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量及簡(jiǎn)化活力指數(shù)作為芨芨草種子萌發(fā)期耐鹽性評(píng)價(jià)的基本指標(biāo),分析處理前先對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,通過(guò)主成分分析得到主成分公因子方差、載荷矩陣和貢獻(xiàn)率[15]。采用加權(quán)法計(jì)算種子耐鹽性綜合指數(shù),表達(dá)式為[16]:IFI=∑W i×F i,其中,W i為各主成分貢獻(xiàn)率,F i為各地區(qū)主成分因子得分。

采用Excel 2016和SPSS 26.00軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以O(shè)rigin 2022軟件繪制插圖。通過(guò)單因素方差分析法(one-way ANOVA)檢驗(yàn)不同處理下各發(fā)芽指標(biāo)的顯著性,采用多元線(xiàn)性回歸分析建立綜合指數(shù)與發(fā)芽指標(biāo)的多元線(xiàn)性回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽濃度對(duì)芨芨草種子發(fā)芽率的影響

從各個(gè)不同來(lái)源種質(zhì)種子放入培養(yǎng)皿開(kāi)始到第28天終止,統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理的全部發(fā)芽種子數(shù)。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求計(jì)算種子的發(fā)芽率。由圖1 可見(jiàn),NaCl濃度對(duì)芨芨草種子發(fā)芽率具有顯著影響。分析圖1發(fā)現(xiàn),除天祝地區(qū)外,其他12個(gè)地區(qū)的芨芨草種子發(fā)芽率隨NaCl濃度的升高均呈下降趨勢(shì),其中0.90%、1.20%和1.50%的處理對(duì)發(fā)芽率抑制較為明顯,發(fā)芽率僅為5.33%～22.67%、2.00%～12.00%和0.00%～4.67%。天祝地區(qū)芨芨草種子發(fā)芽率隨NaCl濃度的升高呈先增加后降低趨勢(shì),其發(fā)芽率在0.30%時(shí)最高,為38.00%;在1.5%時(shí)最低,僅為1.67%。與對(duì)照(濃度0.00%)的發(fā)芽率相比,NaCl濃度為1.50%時(shí)發(fā)芽率下降幅度最大的地區(qū)為榆林、張掖和新疆,降幅均達(dá)到100.00%,下降幅度最小的為天祝地區(qū),降幅91.04%。

圖1 不同鹽濃度處理的芨芨草種子發(fā)芽率Fig.1 Germination rate of Achnatherum splendens seeds treated with different salt concentrations

2.2 不同鹽濃度對(duì)芨芨草種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的影響

發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)是衡量種子活力的重要指標(biāo),它們能較好地反映種子品質(zhì)優(yōu)劣和萌發(fā)速度。從各個(gè)處理種子放入培養(yǎng)皿計(jì)時(shí),試驗(yàn)進(jìn)行到第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽的種子數(shù),按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求計(jì)算各處理種子的發(fā)芽勢(shì)。從圖2和圖3可以看出,不同濃度的NaCl溶液對(duì)芨芨草種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)有不同的影響。隨NaCl濃度的增加,芨芨草種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)在各地區(qū)均呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)。與對(duì)照相比(濃度0.00%),各地區(qū)芨芨草種子在0.30%、0.60%、0.90%、1.20%和1.50%鹽濃度時(shí)發(fā)芽指數(shù)分別下降6.32%(金昌)～21.65%(平川)、35.45%(包頭)～57.14%(天祝)、70.86%(巴 彥淖爾)～90.33%(新疆)、80.84%(武威)～93.61%(金昌)和97.61%(蘭州)～100%(榆林和新疆),發(fā)芽勢(shì)分別下降10.13%(新疆)～31.38%(包頭)、21.86%(平川)～63.55%(巴彥淖爾)、65.28%(天祝)～86.26%(金昌)、63.23%(天祝)～100%(蘭州、張掖、武威、包頭、景泰和新疆)和100%(所有地區(qū))。

圖2 不同鹽濃度處理的芨芨草種子發(fā)芽勢(shì)Fig.2 Germination potential of Achnatherum splendens seeds treated with different salt concentrations

圖3 不同鹽濃度處理的芨芨草種子發(fā)芽指數(shù)Fig.3 Germination index of Achnatherum splendens seeds treated with different salt concentrations

2.3 不同鹽濃度對(duì)芨芨草種子胚芽和胚根的影響

由表2可知,隨著NaCl濃度的增加,供試材料的胚芽長(zhǎng)度呈現(xiàn)不同變化。與對(duì)照(濃度0.00%)相比,巴彥淖爾、榆林、張掖、天祝和平川地區(qū)的芨芨草種子胚芽長(zhǎng)度表現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),其余地區(qū)呈下降趨勢(shì)。整體而言,各地區(qū)芨芨草種子在濃度為0.30%、0.60%、0.90%、1.20%和1.50%時(shí)胚芽長(zhǎng)度分別下降3.94%(景泰)～33.33%(武威)、5.12%(酒泉)～49.17%(蘭州)、7.12%(張掖)～53.25%(新疆)、5.88%(天祝)～53.68%(榆 林)、32.35%(天 祝)～100.00%(榆林、張掖和新疆)。

此外,同一鹽濃度下不同地區(qū)芨芨草種子胚芽長(zhǎng)度存在差異(表2),與對(duì)照(濃度為0.00%)相比,1.50% 鹽濃度下芨芨草種子胚芽長(zhǎng)度減少幅度最大地區(qū)為榆林、酒泉和新疆,均減少100.00%,減少幅度最小的為天祝地區(qū),僅減少32.35%。

表2 不同鹽濃度處理下芨芨草種子胚芽的長(zhǎng)度(ˉx±s)Table 2 Length of seed germ of Achnatherum splendens under different salt concentrations

表3表明,隨著NaCl濃度的增加,供試材料的胚根長(zhǎng)度呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。其中,蘭州、巴彥淖爾、榆林、天祝、內(nèi)蒙包頭、金昌、平川和景泰地區(qū)的芨芨草胚根長(zhǎng)度隨NaCl濃度的增加呈先增加后降低趨勢(shì),其余地區(qū)則呈下降趨勢(shì)。整體而言,與對(duì)照濃度相比,13個(gè)地區(qū)芨芨草種子在濃度 為0.30%、0.60%、0.90%、1.20% 和1.50%時(shí)胚根長(zhǎng)度分別下降13.00%(酒泉)～24.00%(慶陽(yáng))、4.00%(包頭)～49.00%(武威)、3.00%(新疆)～49.00%(武威)、2.00%(景泰)～63.00%(武威)、8.00%(天祝)～100.00%(張掖、新疆)。與對(duì)照(濃度0.00%)相比,1.50%NaCl濃度下芨芨草種子胚根長(zhǎng)度減少幅度最大的地區(qū)為榆林、張掖和新疆,均減少100.00%,幅度最小的地區(qū)為天祝,減少8.00%。

表3 不同鹽濃度處理下芨芨草種子的胚根長(zhǎng)度(ˉx±s)Table 3 Radicle length of Achnatherum splendens seeds under different salt concentrations

2.4 不同鹽濃度對(duì)芨芨草種子簡(jiǎn)化活力指數(shù)的影響

隨著NaCl濃度的升高,所有地區(qū)芨芨草種子的簡(jiǎn)化活力指數(shù)均呈現(xiàn)漸變的降低趨勢(shì)(表4)。與對(duì)照相比(濃度0.00%),各地區(qū)芨芨草種子簡(jiǎn)化活力指數(shù)在濃度為0.30%、0.60%、0.90%、1.20%和1.50%時(shí)分別下降4.17%(天祝)～73.91%(武威)、25.00%(天祝)～70.00%(新 疆)、33.33%(天 祝)～87.50%(蘭 州)、76.19%(巴彥淖爾)～98.44%(榆林)、95.65%(武威)～100%(榆林、張掖、新疆)。與對(duì)照相比(濃度0.00%),1.50%濃度下芨芨草種子簡(jiǎn)化活力指數(shù)下降幅度最大的為榆林、張掖和新疆地區(qū),降幅為100.00%;下降幅度最小的為武威地區(qū),降幅為95.65%。

表4 不同鹽濃度處理下芨芨草種子的簡(jiǎn)化活力指數(shù)(ˉx±s)Table 4 Simplified vitality index of Achnatherum splendens seeds under different salt concentrations

2.5 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

從表5可以看出,各發(fā)芽指標(biāo)的公因子方差互不相同。其中,發(fā)芽指數(shù)的公因子方差最大,為0.965,胚根長(zhǎng)的公因子方差最小,為0.506。2個(gè)主成分特征值分別為5.812和0.957,這2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到84.62%,即這2個(gè)主成分反映出的原始數(shù)據(jù)提供的信息占總量的84.62%。對(duì)前2種主成分做進(jìn)一步分析,第1主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)到72.66%,為最重要的影響因子,與發(fā)芽率、活力指數(shù)顯著相關(guān),載荷系數(shù)較大。第2主成分的貢獻(xiàn)率為11.96%,該主成分在鮮質(zhì)量上的負(fù)載較大。

表5 13個(gè)地區(qū)芨芨草種子初始因子載荷矩陣及主成分的貢獻(xiàn)率Table 5 Initial factor load matrix and contribution rate of principal components of germplasm seeds in 13 regions

對(duì)各地區(qū)的主成分因子得分和方差貢獻(xiàn)率加權(quán)得到芨芨草耐鹽性綜合指數(shù),因子分析結(jié)果見(jiàn)表6。不同地區(qū)芨芨草種質(zhì)耐鹽性綜合指數(shù)依次表現(xiàn)為:酒泉(0.383)＞榆林(0.348)＞平川(0.265)＞金昌(0.215)＞慶陽(yáng)(0.203)＞景泰(0.159)＞張掖(0.002)＞包頭(-0.019)＞巴彥淖爾 (-0.095)＞武威(-0.239)＞新疆(-0.259)＞天祝(-0.432)＞蘭州(-0.531)。從耐鹽性綜合指數(shù)變化情況看,不同采樣地芨芨草種質(zhì)的耐鹽性差別較大,其中耐鹽性最高的芨芨草種子(酒泉)比耐鹽性最差的芨芨草種子(蘭州)耐鹽性綜合指數(shù)值高0.914。從綜合指數(shù)分析結(jié)果可以看出,酒泉、榆林、平川、金昌、慶陽(yáng)和景泰地區(qū)的芨芨草種子耐鹽性較強(qiáng),張掖、包頭以及巴彥淖爾地區(qū)的芨芨草種子耐鹽性一般,武威、新疆、天祝和蘭州地區(qū)的芨芨草種子耐鹽性最弱。

表6 不同地區(qū)芨芨草種子主成分因子得分及耐鹽性綜合指數(shù)Table 6 Principal component factor scores and comprehensive index of salt tolerance of different germplasm seeds

2.6 耐鹽性指標(biāo)篩選

從圖4可以看出,鹽濃度與各指標(biāo)之間以及各指標(biāo)內(nèi)部均存在顯著的相關(guān)關(guān)系。其中,鹽濃度與野生芨芨草種子各測(cè)試項(xiàng)目都呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,鹽濃度與各指標(biāo)的相關(guān)性排序?yàn)?活力指數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量。說(shuō)明鹽濃度對(duì)活力指數(shù)的抑制作用最為明顯。此外,活力指數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量?jī)蓛芍g均呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系。

圖4 各測(cè)試指標(biāo)相關(guān)性熱圖Fig.4 Correlation heat map of each test index

如表7所示,將種子萌發(fā)期生長(zhǎng)指標(biāo)作為自變量,耐鹽性綜合指數(shù)作為因變量,設(shè)自變量X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分 別 代 表 胚 根 長(zhǎng)、胚 芽長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù),建立不同地區(qū)生長(zhǎng)指標(biāo)與耐鹽性綜合指數(shù)的回歸方程,篩選出影響不同地區(qū)耐鹽性綜合指數(shù)的生長(zhǎng)指標(biāo),回歸方程均達(dá)到顯著性差異水平。由表7可知,在各地區(qū)耐鹽性綜合指數(shù)(Y)與生長(zhǎng)指標(biāo)(X)的正態(tài)總體中,13 個(gè)地區(qū)種質(zhì)整體受胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)影響最大。綜上表明,13個(gè)地區(qū)種質(zhì)耐鹽性綜合指數(shù)主要受鮮質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)影響,可以作為耐鹽性評(píng)價(jià)的核心指標(biāo)。此外,可以根據(jù)各地區(qū)種質(zhì)不同的特性選擇培育方法,通過(guò)提高以上4個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)達(dá)到增加種質(zhì)耐鹽性目的。

表7 影響耐鹽性綜合指數(shù)的生長(zhǎng)指標(biāo)篩選及回歸方程Table 7 Selection and regression equation of growth indexes affecting comprehensive index of salt tolerance

3 討論

在植物生活史過(guò)程中種子萌發(fā)是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[17],種子萌發(fā)期是對(duì)鹽脅迫最為敏感的階段[18],研究發(fā)現(xiàn),同種種子對(duì)不同濃度鹽分脅迫響應(yīng)不同[19]。在本研究中,蘭州、巴彥淖爾、榆林等13個(gè)地區(qū)野生芨芨草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和簡(jiǎn)化活力指數(shù)隨著鹽濃度增加呈下降趨勢(shì),這與劉薇等[20]的研究結(jié)果一致,出現(xiàn)這一情況的原因主要有以下3個(gè)方面:一是鹽脅迫對(duì)種子造成的滲透脅迫使種子吸水能力降低,導(dǎo)致種子處于生理干旱狀態(tài),從而抑制其萌發(fā)[21]。二是鹽脅迫會(huì)造成種子細(xì)胞中Na+內(nèi)流,破壞細(xì)胞內(nèi)離子平衡,高濃度的Na+會(huì)降低種子K+的吸收,導(dǎo)致離子區(qū)域化產(chǎn)生離子毒害[22],種子吸收過(guò)多的Na+和Cl-后,破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)并干擾正常代謝,從而抑制種子生長(zhǎng)[23-24]。三是高鹽環(huán)境下抗氧化酶類(lèi)活性受鹽脅迫環(huán)境的抑制快速降低,造成種子中積累的ROS無(wú)法及時(shí)被清理,對(duì)種子萌發(fā)造成一定影響[25]。在低鹽濃度下,鹽脅迫種子的發(fā)芽率,發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)影響作用不明顯,高濃度鹽對(duì)參試種質(zhì)的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)都存在明顯的抑制作用,0.90% NaCl濃度處理后,芨芨草的萌發(fā)率均小于25%。當(dāng)NaCl濃度到達(dá)1.50% 時(shí),不同產(chǎn)地芨芨草種子大部分發(fā)芽率極低,甚至不萌發(fā),這與徐曼等[26]在長(zhǎng)穗偃麥草種子耐鹽性研究的結(jié)果一致,其研究發(fā)現(xiàn)高濃度鹽破壞了種子細(xì)胞膜,使細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)選擇性透過(guò)功能及控制膜內(nèi)外物質(zhì)交換功能喪失,影響了種子的整個(gè)萌發(fā)進(jìn)程[27]。此外,本研究中部分種質(zhì)種子胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)隨著NaCl濃度增加呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì),這可能是由于低濃度的無(wú)機(jī)離子促進(jìn)了細(xì)胞膜的滲透作用[27],激活了胚根胚芽生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)酶的活性,使種子處于最適生長(zhǎng)狀況,進(jìn)而促進(jìn)了幼苗胚根胚芽的發(fā)育,但后期高鹽環(huán)境抑制種子生長(zhǎng),導(dǎo)致指標(biāo)下降[28]。大部分學(xué)者認(rèn)為:鹽脅迫對(duì)種子的萌發(fā)有顯著的抑制效應(yīng)[29],也有人認(rèn)為低濃度促進(jìn)種子萌發(fā)[30]。

雖然同種種子對(duì)不同濃度鹽分脅迫存在相似關(guān)聯(lián),但在不同地區(qū)中由于環(huán)境條件的差異及長(zhǎng)期篩選適應(yīng),同種種子耐鹽性各不相同,其抑制作用變化幅度差異較大[19]。本研究發(fā)現(xiàn),發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)最高的種子出現(xiàn)在酒泉地區(qū),最低出現(xiàn)在蘭州地區(qū)。酒泉地區(qū)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)隨著NaCl濃度的不斷增加變化幅度最大,分別從60.33%、51.33%、49.64變化到3.67%、0.00%、0.57,說(shuō)明酒泉芨芨草種質(zhì)對(duì)鹽的耐受力比較強(qiáng),在低鹽濃度時(shí)表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐鹽性,隨著鹽濃度不斷增加,種子受傷害程度逐漸加大,對(duì)種子的萌發(fā)起到抑制作用,這與宋國(guó)英[31]的研究結(jié)果一致。而蘭州地區(qū)芨芨草種子的變化幅度相對(duì)最小,其原因有可能是該種質(zhì)本身發(fā)芽率低,發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)小導(dǎo)致隨著濃度增加,發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)變化幅度不大。造成種子之間變化差異較大的一個(gè)原因是種子自身原因,種子自身因素可能有種皮障礙、種子休眠、胚發(fā)育不完全、含有抑制物質(zhì)等[32]。另一個(gè)原因是環(huán)境篩選,在不同地區(qū)中,環(huán)境溫度和土壤p H 共同作用影響種子生長(zhǎng),酒泉地區(qū)年平均氣溫7.5 ℃,土壤p H 平均為8.56,土壤含鹽量高,使植物體內(nèi)聚集鹽分[33],酒泉地區(qū)種子長(zhǎng)期在低溫高鹽環(huán)境下生長(zhǎng),對(duì)種子自身形成一定程度的耐鹽性訓(xùn)練,環(huán)境篩選對(duì)其作用強(qiáng),種子耐鹽性增強(qiáng),在鹽脅迫下萌發(fā)率相對(duì)較高。蘭州地區(qū)年平均氣溫10.3 ℃,土壤p H 平均為8.49[34],和酒泉地區(qū)相比氣溫高,土壤p H 低,種子萌發(fā)環(huán)境較為溫和,環(huán)境篩選對(duì)其作用弱,因此蘭州地區(qū)種子耐鹽性弱,在高鹽條件下萌發(fā)率低。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn),種子其他生長(zhǎng)指標(biāo)最值并不出現(xiàn)在酒泉和蘭州地區(qū),胚芽、胚根最長(zhǎng)的種子出現(xiàn)在巴彥淖爾地區(qū),最短出現(xiàn)在新疆地區(qū),簡(jiǎn)化活力指數(shù)最大的種子出現(xiàn)在金昌地區(qū),最小出現(xiàn)在新疆地區(qū),這是由于種子萌發(fā)后不同地區(qū)水分、鹽、光照、土壤存在差異,導(dǎo)致萌發(fā)之后胚根胚芽生長(zhǎng)存在差異,不同地區(qū)氣候海拔以及溫度存在的差異,導(dǎo)致各種質(zhì)種子之間生長(zhǎng)習(xí)性呈現(xiàn)多樣化,鹽脅迫下生長(zhǎng)指標(biāo)也存在不同。

植物的耐鹽性是一個(gè)受多種因素影響的較為復(fù)雜的綜合性狀[35],選擇不同的耐鹽指標(biāo)可能得出不同的結(jié)果[36],不同鹽濃度下種子生長(zhǎng)指標(biāo)因品種地區(qū)不同存在差異,單一的生長(zhǎng)指標(biāo)不能很好衡量種子耐鹽性,應(yīng)采用綜合多種指標(biāo)評(píng)價(jià)耐鹽性,因此綜合指數(shù)可以反映出種子耐鹽性。13個(gè)地區(qū)中,綜合指數(shù)最大在酒泉地區(qū),最小在蘭州地區(qū),這是由于不同地區(qū)土壤鹽分不同導(dǎo)致環(huán)境長(zhǎng)期篩選的結(jié)果。綜合指數(shù)主要受到鮮質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的影響,隨著這4種生長(zhǎng)指標(biāo)的升高,綜合指數(shù)也會(huì)隨之升高。種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)均能反映作物種子發(fā)芽期耐鹽性的大小[37-38],根據(jù)綜合指數(shù)的多元線(xiàn)性回歸分析結(jié)果,可以將鮮質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指標(biāo)作為后續(xù)試驗(yàn)中測(cè)定種質(zhì)種子耐鹽性的重要指標(biāo),還可以根據(jù)各地區(qū)種質(zhì)不同的特性選擇培育方法,通過(guò)提高以上4個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)達(dá)到增強(qiáng)種質(zhì)種子耐鹽性的目的。下一步可以對(duì)其不同產(chǎn)地野生芨芨草種子在抗氧化保護(hù)酶活性、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、MDA 等影響進(jìn)行研究,以從生理生化角度進(jìn)一步分析不同產(chǎn)地野生芨芨草耐鹽性的生理機(jī)理。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)甘肅、新疆、陜西和內(nèi)蒙等地采集的野生芨芨草種子采用不同濃度鹽(NaCl)溶液[分 別 為0.00% (對(duì) 照)、0.30%、0.60%、0.90%、1.20%和1.50%]進(jìn)行處理,結(jié)果表明:不同鹽濃度均不利于野生芨芨草種子的萌發(fā),表現(xiàn)在對(duì)種子萌芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽和胚根等都存在不同的抑制作用,而且隨鹽濃度增大,發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚根長(zhǎng)度、胚芽長(zhǎng)度及活力指數(shù)等越來(lái)越低,說(shuō)明鹽濃度越大,越不利于野生芨芨草種子的萌發(fā)。

不同采集地的野生芨芨草種子的耐鹽性呈現(xiàn)差異,芨芨草種子耐鹽性主要通過(guò)鮮質(zhì)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)來(lái)體現(xiàn)。不同地區(qū)種子耐鹽性表現(xiàn)為酒泉＞榆林＞平川＞金昌＞慶陽(yáng)＞景泰＞張掖＞包頭＞巴彥淖爾＞武威＞新疆＞天祝＞蘭州。