盐分胁迫对紫花苜蓿发芽特性的影响

程 贝，樊文娜，刘家齐，赵世玉，张丹璐，韩如冰

(河南科技大学 动物科技学院，河南 洛阳 471003)

近年来，草产业在我国蓬勃发展，苜蓿以其适应性广、再生能力强而成为世界上广泛种植的一种多年生优质豆科牧草,有“牧草之王”的美誉[1]。我国存在土地的盐碱化、荒漠化等问题，使畜牧业发展受到一定程度的制约[2]。苜蓿作为青绿饲料的代表，不仅能够促进畜牧业的发展,对生态环境进行改善,还可以推动相关产业的发展，盐碱地的存在对此造成了不可忽视的影响[3]，据不完全统计，我国大约存在9913万hm2的盐碱地,严重影响着我国农业生产,在我国的西北地区,问题尤其突出,要解决这些问题,除了改良土壤外,还要研究苜蓿的耐盐性，选育出抗盐的品种，进一步扩大种植范围[4]。WL系列种子具有包衣，能防病虫害、促进田间成苗率高、幼苗生长快等优点，在农业种植中被用来应对环境的不利条件[5-8]。

苜蓿适宜生长在中性稍微偏碱性的土地，pH值约为7.5，但是不耐强酸或强碱[9-15]，苜蓿可以使种植地区的盐分降低。据研究表明：紫花苜蓿在盐碱土壤种植5年以上，0～30 mm的含盐量降低40.62%，30～60 mm土壤的含盐量降低75%以上，同时碱性也有所降低。紫花苜蓿的抗寒性强，属于强光合作用植物，其需水量较大，但因为其根系粗壮发达，深入土层，能够利用到土层深处的地下水，因而抗旱性也强[16]。苜蓿中含有动物生长所需的蛋白质、脂肪、矿物质和维生素等营养物质[17]，处于相同的生长条件下，苜蓿收获所获得的粗蛋白质含量是禾本科植物的3倍。苜蓿干物质中的必需氨基酸含量是玉米的5.7倍。紫花苜蓿在我们生活中已不再仅仅作为一种豆科牧草,它还被广泛应用于蜜源植物、水土保持和土壤改良等多个方面，并已发挥出了巨大的作用[18-19]。21世纪以来，中国加快调整和优化农业结构，农业进行积极的转型，乳业作为畜牧业发展的重点也随之开始蓬勃发展，苜蓿的种植一定会被进一步推广[20]。紫花苜蓿叶片具有排盐功能,在豆科中的耐盐性较强。主要分布于我国西北、华北、东北及江淮流域等地,呈栽培或半野生状态[21]，其各个生长发育阶段都会受到盐胁迫的影响,其中对盐胁迫最为敏感的时期为种子萌发期,因而对苜蓿种子萌发期受盐胁迫的研究对耐盐性苜蓿的选择和培育至关重要[22]。苜蓿种子在盐度大于1.5%的条件下萌发率显著降低[23]。苜蓿对盐胁迫最敏感时期就是种子萌发期,这个时期也是判定该苜蓿能否在盐碱环境下生长的关键阶段,不仅影响种子本身的播种品质,也可能影响到作物整个生长季的正常发育。很多科学家已经对耐盐品种进行了研究，而且已有许多相关的研究报道。

盐分对苜蓿的影响分为原初盐害和次生伤害。首先，土壤中存在过多的盐分会使苜蓿的细胞和外部形成浓度差，导致自身失水严重、叶绿素被破坏、正常的生理活动受到影响、光合作用受抑制。叶绿素合成受阻、气孔关闭,使光合速率下降。呼吸作用的改变，蛋白质合成受抑制和有毒物质的积累，盐胁迫使苜蓿体内积累有毒的代谢产物[24]。次生伤害的持续时间会更长并会持续作用于植物体，水分亏缺、土壤盐分过多使苜蓿根际土壤溶液渗透势降低,植物处于水逆境,导致吸水困难,处于生理干旱状态。苜蓿处于缺水和盐分流失的情形下，苜蓿的外部形态特征会处于病态。同时多余的盐分也会导致离子吸收不平衡,主要是由于苜蓿在吸收矿质元素的过程中盐与各种营养元素相互竞争,从而阻止苜蓿对一些矿质元素的吸收而造成的。最常见的就是由NaCl所引起的缺K+现象[25]。据联合国教科文组织和粮农组织的不完全估计,世界上的盐碱地广泛分布于100多个国家[26],我国主要分布于华北、东北、西北和东北等内陆干旱和半干旱地带，我国东北松辽盆地的中部区域一带有大面积的盐碱地[27-30]，并逐渐扩展到我国东部沿海一带，对于我国种植业的发展产生了不利的影响。本次试验的主要目的是筛选在盐碱地种植时生长较好的苜蓿品种，为紫花苜蓿在盐碱地的有效种植利用提供科学依据。

1 试验材料

1.1 试验种子

试验采用WL系列的紫花苜蓿品种，分别为：WL903、WL168HQ、WL343HQ、WL353LH、WL363HQ，具体的品种介绍见表1。

表1 不同紫花苜蓿品种的特性

1.2 试验试剂和仪器

试验试剂：NaCl分析纯配制溶液。

试验仪器：人工气候培养箱、0.0001感量的天平、250 mL容量瓶、小烧杯、培养皿105个、直径9 mm滤纸、试剂瓶、游标卡尺等。

1.3 试验设计

试验采用5种WL系列的紫花苜蓿种子，在对培养皿进行充分消毒晾干后，对各个品种的苜蓿进行随机取样，去除包衣不完整的种子。试验设置0、20、40、60、80、100、120 mmol/L共7个浓度，3组重复试验。

试验采用滤纸发芽法，将选取的苜蓿种子均匀平放于铺有单层滤纸的9 mm玻璃培养皿中，每皿50粒。对应不同品种分别加入各浓度梯度的盐溶液，每个培养皿中滴加溶液要等量，至滤纸湿润即可。然后室内放置12 h后于次日早晨7：00放入人工气候箱中进行培养。以0的蒸馏水为对照组，进行3次重复试验，采用单因素设计。

人工气候箱中的温度设置为光照25 ℃、黑暗时为22 ℃；每天13 h的光照时间，11 h的黑暗时间；箱内相对湿度65%、光照强度8000 lx。培养时间周期为10 d,试验期间，根据培养皿内每天所失水分，加对应等量的相应盐溶液，以保持苜蓿苗期生长环境的所需水分。

1.4 测定指标

根据相应的《GB/T 3543─1995农作物种子检验规程》的试验要求。从种子放入培养箱中的第2天开始，每天定时察看并记录种子发芽和幼苗生长的情况(当胚根伸出种皮发时即为芽)。确保种子处于正常的试验运作之中，试验于第4天统计发芽势，发芽率第10天计算，对种子的鲜重，根长进行测定和记录，试验的数据处理公式如下:

发芽率(GR)/%=∑Gt/T×100%

发芽势(GP)/%=∑Gt′/T×100%

发芽指数(GI)=∑Gt/Dt

活力指数(VI)=GI×S

在公式中，Gt是10 d内的种子发芽数，T是试验种子数，Gt′是4 d内的种子发芽数，Dt是发芽的天数，S是单株幼苗的平均鲜重。

根长:试验第10天时，在每个培养皿中随机取出10株苜蓿幼苗，用游标卡尺测定并记录。

鲜重:试验第10天时，在每个培养皿中随机取出10株苜蓿幼苗，于分析天平上称量并记录幼苗的重量，然后计算单株幼苗的鲜重。

2 样品与数据处理

试验数据使用Excel 2007进行基本处理后，采用中文版SPSS 20.0数据处理软件进行方差分析。

3 结果与分析

3.1 盐溶液对5种紫花苜蓿种子发芽势的影响

由表2可知，在不同的盐溶液胁迫下，苜蓿所受的影响存在一定差异。各个品种在120 mmol/L时的发芽势与0～100 mmol/L之间存在显著性差异(P<0.05)。WL353LH在浓度0～40 mmol/L与60～100 mmol/L之间差异性显著(P<0.05)；WL363HQ品种在浓度0～20 mmol/L与40～100 mmol/L之间差异性显著(P<0.05)；WL168HQ在浓度0～60 mmol/L与80～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL903品种在浓度0～40 mmol/L与60～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL343HQ在浓度0～60 mmol/L与80～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；5个品种在浓度0～20 mmol/L均不存在显著差异(P>0.05)。

表2 盐溶液对不同紫花苜蓿种子发芽势的影响 %

3.2 盐溶液对5种紫花苜蓿种子发芽率的影响

由表3可知，各个品种在浓度为120 mmol/L时的发芽率与0～100 mmol/L之间存在显著性差异。WL353LH品种在浓度0～40 mmol/L与60～100 mmol/L之间存在显著性差异(P<0.05)；WL363HQ在浓度0～20 mmol/L与80～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL168HQ在浓度0～80 mmol/L与100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL903在浓度0～40 mmol/L与80～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL343HQ在浓度0～20 mmol/L与40～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；各个品种在浓度为0～20 mmol/L时的发芽率差异性均不显著。

3.3 盐溶液对5种紫花苜蓿单株鲜重的影响

由表4可知，5个品种紫花苜蓿在盐浓度为120 mmol/L和0～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)。WL903系列种子在pH值为2的溶液培养下表现较好(平均单株鲜重0.0229 g)。各个品种的苜蓿在盐浓度为120 mmol/L时与浓度在0～100 mmol/L的单株鲜重存在显著性差异(P<0.05)；WL363HQ、WL353LH、WL168HQ和WL343HQ几个品种在盐浓度为0～100 mmol/L时的差异性不显著(P>0.05);WL903品种在盐浓度为0～80 mmol/L与100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)。溶液的浓度在20 mmol/L时，各个品种的苜蓿的鲜重均大于蒸馏水时，在弱盐的条件下会促进苜蓿的生长。

表3 盐溶液对不同紫花苜蓿种子发芽率的影响 %

表4 盐溶液对不同紫花苜蓿幼苗单株鲜重的影响 g

3.4 盐溶液对5种紫花苜蓿根长的影响

由表5可知，相同盐溶液胁迫下，所选参与试验的WL系列紫花苜蓿幼苗根长均受到不同影响。5个品种紫花苜蓿的根长在盐浓度为120 mmol/L和0～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)。WL353LH品种在浓度为0～120 mmol/L与80～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL363HQ品种在浓度为0～20 、60～100、40 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL168HQ品种在浓度为0～20 mmol/L与40～80 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL903品种在浓度为0～40 mmol/L与60～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)；WL343HQ品种在浓度为0～60 mmol/L与80～100 mmol/L之间存在差异性显著(P<0.05)。

表5 盐溶液对不同紫花苜蓿幼苗根长的影响 mm

3.5 盐溶液对5种紫花苜蓿种子发芽指数和活力指数的影响

由图1可知，在不同程度的盐胁迫下，不同品种的紫花苜蓿种子的发芽指数均受到不同程度的影响。当溶液的盐浓度达到120 mmol/L时，苜蓿的发芽指数显著降低，盐浓度在0～60 mmol/L这一区间有较高的发芽指数，处于平缓状态。当盐浓度处于较低时(20～80 mmol/L)苜蓿的能够生长正常，浓度较高时(120 mmol/L)苜蓿生长受到严重抑制。在盐浓度达到20 mmol/L是苜蓿中的发芽指数处于最大值，随着盐浓度的不断增大，种子的发芽指数不断减小在盐浓度为100 mmol/L和120 mmol/L时，WL903的发芽指数均明显大于其他几个品种，表明该品种的抗盐性要好于其他品种。

由图2可知，在不同程度的盐胁迫下，不同品种的紫花苜蓿种子的活力指数均受到不同程度的影响。当溶液的盐浓度达到120 mmol/L时，苜蓿的活力指数显著降低，盐浓度在0～60 mmol/L这一区间有较高的活力指数，处于平缓状态。当盐浓度处于较低时(20～80 mmol/L)苜蓿的能够生长正常，浓度较高时(120 mmol/L)苜蓿生长受到严重抑制。种子的活力指数不断减小；在盐浓度为100～120 mmol/L时WL903的发芽指数均明显大于其他几个品种，表明该品种的抗盐性要好于其他品种；溶液的浓度在20 mmol/L时，各个品种的苜蓿的鲜重均大于蒸馏水时，弱盐的条件下会促进苜蓿种子的生长。

图1 不同的盐浓度对紫花苜蓿幼苗的发芽指数的影响

图2 不同的盐浓度对紫花苜蓿幼苗活力指数的影响

4 讨论与小结

苜蓿种子的发芽和生长指标是衡量紫花苜蓿种子品质的关键，在NaCl溶液胁迫试验中，紫花苜蓿不同品种在相同溶液中种子发芽率的差异表明着它们对盐性环境的耐受性差异的不同。

缑锋利[31]的研究结果表明,当NaCl质量分数小等0.42%时使苜蓿种子正常萌发,而其耐盐的临度可能在0.6%～0.9%,所以苜蓿是具有较强的耐盐性。杨光[32]等的研究指出：植物萌发期和幼苗期对盐胁迫比较敏感其他生长发育阶段对盐浓度相对不敏感,植物生长发育早期是进行耐盐性研究的适宜时期。因此,在种子萌发期进行耐盐性鉴定和评价具有重要意义。彭湖[33]对于多品种的苜蓿研究发现低浓度(50 mmol/L)盐处理对紫花苜蓿的萌发和生长具有促进作用;随着盐浓度(85、120、170 mmol/L)的升高,紫花苜蓿的发芽率和生长受到明显抑制,表现为相对发芽率、相对幼根长、相对幼苗高以及相对单株鲜质量随着盐浓度的升高而明显下降。Bouzid等[34]发现苜蓿种子可以在高盐浓度中萌发。然而，在低盐分中获得了最高的发芽率。发芽的最佳温度为15～25 ℃，而低温和高温显著抑制了所有NaCl浓度的种子萌发。在较高的热周期中，与较低的热周期相比，萌发率明显较低。黄婷等[35]通过研究在不同pH值的H2SO4与HNO3混合而成的模拟酸雨对紫花苜蓿种子生理生化特性的影响。对试验结果进行分析比较后发现，在弱酸条件下(pH值在4.0以上)的苜蓿种子可以正常发芽生长,这说明紫花苜蓿对酸也具有一定的耐受性[36]。候振安等[37]认为把发芽指数活力指数、发芽势、发芽率等结合起来进行综合行的评价更加合理，考虑了种子的发芽数目，生长的活力，种子发芽的整齐度和萌发速度，本试验增加了根长、茎长、根重和鲜重等指标。马亚丽等[38]等研究发现同等盐浓度下NaCl的胁迫作用要明显于Na2SO4，单盐的毒性大于复盐，刘卓等[39]发现我国大部分的盐碱地是氯化物，结合两项结论本试验采用NaCl溶液。试验结果表明，盐胁迫对包衣紫花苜蓿种子萌发影响是否显著取决于盐浓度大小。刘卓等[39]的试验得出浓度为0.8%和1%的NaCl溶液对苜蓿的生长有较强的抑制作用，本试验中当NaCl溶液的浓度达到120 mmol/L时，紫花苜蓿种子萌发和生长收到极强的抑制，WL系列5个品种的紫花苜蓿种子的发芽率均低于60%。在盐浓度为20～80 mmol/L区间中，紫花苜蓿的发芽势、发芽率、根长、茎长等数据处于平缓的趋势，各生长数据没有明显的波动，说明苜蓿在弱盐条件下也可正常生长，具有一定的耐盐性的[40]。本试验中，低浓度的盐溶液条件下，种子的发芽特性要优于蒸馏水中，与王玉民等[41]研究表明：“低浓度的盐溶液对苜蓿的萌发和生长有一定的促进作用”是一致的。

试验证明，紫花苜蓿种子在低盐环境(20～60 mmol/L)下的生长发育优于蒸馏水中的，能够正常的进行萌发和生长，包衣紫花苜蓿种子具有一定的耐盐性，但是在高盐环境(120 mmol/L)中紫花苜蓿种子的萌发受到了明显的抑制，发芽和生长受到严重阻碍。

对紫花苜蓿种子发芽率，发芽势，幼苗单株鲜重，幼苗根长，根重，发芽指数，活力指数等数据进行测定分析后发现：

(1)在20～60 mmol/L的盐溶液中紫花苜蓿种子的萌发良好，说明紫花苜蓿种子能够在弱盐环境中正常发芽。

(2)5种紫花苜蓿种子对盐的耐受性由高到低表现为：WL903>WL168HQ>WL343HQ>WL353LH>WL363HQ。