盐胁迫对沙芦草萌发特性影响及耐盐性评价

周璐璐，伏兵哲，许冬梅，陈丽萍，吴小娟，高雪芹

(1．宁夏大学农学院草业科学研究所，宁夏 银川750021;2．宁夏大学科学技术处，宁夏 银川750021)

在干旱半干旱地区，由于水分的缺失易导致土壤盐渍化，并且程度不断加重［1-2］，在很大程度上影响了农作物的产量［3-7］。然而这种恶劣的自然条件使丰富的抗盐品种孕育而生［8］。沙芦草(Agropyron mongolicum)是一种多年生禾本科草［9］，与大部分冰草属植物类似，有较强的耐旱和耐盐能力，适应沙地生境［10-11］，是一种非常重要的牧草资源，目前已列为急需保护的农作物野生近缘种和国家二级珍稀濒危植物，在宁夏盐碱地区可见成片分布的居群。

植物最重要的繁殖器官是种子，因此植物种子在萌发阶段的耐盐状况可以反映该物种的耐盐力［12］，是早期鉴定并筛选耐盐植物的主要依据之一［13］。此外，可通过了解不同盐分对种子发芽的影响分析种子的耐盐机制，从而选育高耐盐品种［14］。盐胁迫又分为单盐胁迫和复盐胁迫，由于单盐的毒害比复盐要大，所以目前在植物耐盐性研究中单盐胁迫更普遍，而且最多的方法是NaCl 溶液胁迫，该方法鉴定并筛选出的种质材料耐盐性更强。为此，研究不同程度的NaCl 胁迫对7 份野生沙芦草种子和1 个对照蒙农1 号蒙古冰草(Agropyron mongolicum cv． Mengnong No． 1)种子萌发的影响，旨在鉴定和比较评价本试验各材料的耐盐性强弱，并进一步筛选耐盐力高的种质材料，为沙芦草耐盐新品种的培育奠定基础，同时可指导我国干旱与半干旱地区盐渍土壤的改良与合理利用。

1 材料与方法

1．1 试验材料

本试验所用材料与高雪芹等［2］所用材料来源一致(表1)，于2011 年7 月采于宁夏盐池马儿庄、四墩子等地，并采用内蒙古农业大学提供的蒙农1号作为对照。

表1 试验材料和来源Table 1 Experiental material and the source

1．2 试验方法

配制浓度为0、0． 30%、0． 60%、0． 90% 和1．20%的5 种不同质量分数的NaCl 溶液，选择成熟、饱满、均一的种子，0．50%次氯酸钠消毒5 min，均匀摆在铺有两层滤纸的90 mm 培养皿中，每皿50 粒，加入6 mL 配制好的NaCl 溶液，每处理设3 个重复，对每个培养皿进行称重并记录，置于25 ℃恒温培养箱内培养［15］，及时保持水分，观察萌发动态，以芽长=种子长为发芽标准，发芽后7 d 时统计发芽势，10 d 时统计苗长、根长，试验至连续4 d 不再有出芽时为止。

参考苑盛华等［16］的方法计算各项发芽指标。

1)发芽率(Gp)=n/N×100%;

相对发芽率(RGp)= 处理发芽率/对照发芽率×100%。

式中，n 为发芽种子数，N 为供试种子总数。

2)发芽势(Ge)= n/N×100%;

相对发芽势(RGe)= 处理发芽势/对照发芽势×100%。

式中，n 为第7 天累积发芽种子数，N 为供试种子总数。

3)发芽指数(Gi)=∑Gt/Dt;

相对发芽指数(RGi)=处理发芽指数/对照发芽指数×100%。

式中，Gt为在第t 天的发芽数，Dt为发芽天数。

4)活力指数(Vi)=发芽指数(Gi)×幼苗鲜重(W)(10 株幼苗重);

相对活力指数(RVi)=处理活力指数/对照活力指数×100%。

5)相对盐害率(RSi)=(对照发芽率－处理发芽率)/对照发芽率×100%

1．3 综合评价方法

用隶属函数法进行耐盐性综合评价［17］，计算方法如公式(1)和公式(2)。

式中，X 为参试植物耐盐指标的测定值;Xmax为该指标最大值;Xmin为该指标最小值。

式(1)用于与耐盐性成正相关的指标，式(2)用于与耐盐性呈负相关的指标。分别计算每种植物各指标不同盐浓度下的隶属值，再将不同浓度下各材料各指标的隶属值累加，求其总平均值，并比较其大小，确定耐盐性强弱。

1．4 统计分析

用SAS 9．0 软件进行数据的统计分析，分别对不同沙芦草种质在不同盐浓度下的萌发特性进行方差分析和多重比较，Excel 2007 作图。

2 结果与分析

2．1 盐胁迫对沙芦草发芽率、发芽势的影响

试验材料种子在不同NaCl 浓度下的相对发芽率和相对发芽势(图1 和图2)显示，8 份材料种子在不同浓度的盐胁迫下相对发芽率和相对发芽势与对照相比均有不同程度的降低，随着盐浓度的增加，对沙芦草种子萌发的抑制作用越强，并且高浓度的盐胁迫能很大程度抑制沙芦草种子萌发的速度和整齐度。方差分析结果(表2)显示，8 种材料在4 个梯度盐胁迫下的平均相对发芽率与对照相比除1．20% NaCl 外其余均有显著下降(P ＜0．05)，且4 个梯度之间的平均相对发芽率也存在显著差异(P ＜0．05)。不同NaCl 浓度下各材料之间的相对发芽率差异程度不同，在NaCl 浓度为0．30%和0．90%时，各材料的相对发芽率呈显著差异，0．60%浓度下差异程度达到极显著水平(P ＜0．01)，浓度为1．20%时差异不显著(P ＞0．05)。对于种子的发芽势而言，在NaCl 浓度为0．30%和0．60%的条件下，各材料的相对发芽势呈显著差异;浓度为0． 90% 和1．20%时，差异不显著。

图1 盐胁迫对沙芦草种子相对发芽率的影响Fig．1 Effects of salt stress on relative germination percentage of Agropyron mongolicum

图2 盐胁迫对沙芦草种子相对发芽势的影响Fig．2 Effects of salt stress on relative germination energy of Agropyron mongolicum

表2 不同NaCl 浓度胁迫下各沙芦草材料间相对发芽率、相对发芽势差异Table 2 Accumulating different relative germination percentage and germination energy of every material under different concentrations of NaCl

2．2 盐胁迫对沙芦草发芽指数和活力指数的影响

不同浓度的盐胁迫使得所有材料的相对发芽指数与活力指数均明显低于对照，且影响程度随着盐浓度的增加而增强(图3 和图4)。方差分析结果(表3)显示，在不同NaCl 浓度下，各材料的相对发芽指数和活力指数差异不一样，NaCl 浓度为0．30%和0．90%时，各材料相对发芽指数呈显著差异(P ＜0．05)，0．60% 浓度下差异达到极显著水平(P ＜0．01)，浓度为1．20%时，差异不显著(P ＞0．05)。在NaCl 浓度为0．30%和0．60%时，各材料相对活力指数呈极显著差异，浓度为0．90%和1．20%时，差异不显著。

2．3 盐胁迫对沙芦草种子盐害率的影响

各材料的相对盐害率均随着盐浓度的增加不断升高(图5)。其中6 号沙芦草种子的盐害率在任何浓度下都是最高的，7 号材料最低，说明6 号材料耐盐性最差，7 号最强。方差分析结果(表4)显示，NaCl 浓度为0．30%和0．90%时，各材料间相对盐害率呈显著差异(P ＜0．05)，0．60%浓度下差异达到极显著水平(P ＜0．01)，浓度为1．20%时差异不显著(P ＞0．05)。

2．4 盐胁迫对沙芦草胚芽长和胚根长的影响

幼苗的生长随盐浓度的增加均呈下降趋势，而幼根的生长没有幼苗敏感(图6)。方差分析结果(表5)显示，在0．90%NaCl 浓度下，各材料间相对苗长呈显著差异(P ＜0．05)，0．30% NaCl 浓度下差异达到极显著水平(P ＜0． 01)，浓度为0． 60%和1．20%时，差异不显著(P ＞0．05)。在NaCl 浓度为0．60%时，各材料相对根长呈显著差异，0．90%NaCl浓度下差异达到极显著水平，浓度为0． 30% 和1．20%时，差异不显著。

图3 盐胁迫对沙芦草种子相对发芽指数影响Fig．3 Effects of salt stress on relative germination index of Agropyron mongolicum

图4 盐胁迫对沙芦草种子相对活力指数的影响Fig．4 Effects of salt stress on relative vitality index of Agropyron mongolicum

表3 不同NaCl 浓度胁迫下各沙芦草材料间相对发芽指数、相对活力指数方差分析Table 3 Variance test of relative germination index and relative vitality index of Agropyron mongolicum under different concentrations of NaCl

2．5 沙芦草种子萌发期耐盐性综合评价

鉴于种子的耐盐机理涉及多方面因素，单一指标难以说明耐盐性的强弱，因此评价种子的耐盐性需要进行多指标的综合评判［18］。本研究采用隶属函数法，以种子萌发过程中的7 个指标为基本依据，对8 份供试材料萌发阶段的耐盐性进行综合评价。通过比较隶属值的大小(表6)，8 份材料种子萌发期的耐盐性可初步评价为:7 号＞5 号＞4 号＞3 号＞1 号＞2 号＞8 号＞6 号。

图5 盐胁迫对沙芦草种子相对盐害率的影响Fig．5 Effects of salt stress on relative salt injury rate of Agropyron mongolicum

表4 不同NaCl 浓度胁迫下各沙芦草材料间的相对盐害率方差分析Table 4 Variance test of relative salt injury of A． mongolicum under different concentrations of NaCl

3 讨论与结论

本研究结果表明，不同浓度盐胁迫对沙芦草的相对发芽率、相对发芽势、活力指数、发芽指数及幼芽长度均有抑制作用，这同常琳琳等［19］对鸭儿芹(Cryptotaenia japonica)种子萌发的研究结果一致，并随着盐浓度的增加抑制作用加剧;因在0．60%和0．90%盐浓度下各指标在不同材料之间存在差异，因此可将0．60% ～0．90% NaCl 浓度作为沙芦草种子萌发期耐盐性鉴定和评价的适宜浓度。

图6 盐胁迫对沙芦草的胚芽与胚根相对生长长度的影响Fig．6 Effects of salt stress on relative germ and radicle length of Agropyron mongolicum

表5 不同NaCl 浓度胁迫下各沙芦草材料间相对苗长、相对根长方差分析Table 5 Variance test of relative germ and relative radical length of Agropyron mongolicum under different NaCl concentrations

表6 8 种沙芦草种子萌发期耐盐性综合评价Table 6 Comprehensive assessment of salt tolerance among the eight kinds of seeds during germination stage

种子的发芽速率和生长量可通过发芽指数和活力指数来反映［20］，在相同盐胁迫强度下种子的活力指数越高，说明其耐盐性越强，因此沙芦草种子活力指数下降的程度能够反映出耐盐性的差异。根据对苗长与根长的研究统计可知盐胁迫不仅对种子萌发有影响，对萌发后幼苗的生长也有很大影响［21-22］，这些影响可能是由于渗透效应和离子效应［23］所引起的，要验证还需进一步深入研究。前人对其他植物种子及幼苗做过盐胁迫试验，所得结果和本研究相似，朱义等［23］和卢艳敏［24］分别对高羊茅(Festuca arundinacea)幼苗和种子进行不同浓度以及不同种类的盐胁迫试验，结果表明高度盐胁迫对高羊茅种子萌发的各项指标均有抑制作用，施月婕等［25］对芜菁(Brassica rapa)种子进行耐盐性试验，得出150 mmol·L－1的NaCl 溶液适合于芜菁种子耐盐性的选择，张敏等［26］对小麦(Triticum aestivum)的不同抗盐品种做耐盐性的研究得出，低盐胁迫对苗高的抑制作用大于对根长的抑制作用，高盐胁迫对根长的抑制作用大于对苗高的抑制作用。这些说明不同种质资源的耐盐性有相似处也有差异，因此，若进行耐盐性驯化需根据不同种子类型设置不同的盐处理浓度与梯度。

由于单一指标不能充分说明种子耐盐性的综合情况，隶属函数法可以克服这一缺点，可在多指标测定基础上对材料特性进行综合分析，将其用于本研究中，可大大提高沙芦草种子耐盐性筛选的可靠性［17］，因此通过该方法可得到8 份材料种子萌发期耐盐性排序:7 号＞5 号＞4 号＞3 号＞1号＞2 号＞8 号＞6 号。后期可根据初步判定结果，继续研究环境和遗传因素这些自然环境中的其他因素对沙芦草种子萌发各项指标的综合影响效果。

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