5种禾本科牧草种子萌发及幼苗耐盐性鉴定

， ， ， ， ， ， ， 伟光(.黑龙江省畜牧研究所， 黑龙江 齐齐哈尔 6005； .四川省草原科学研究院， 成都 674；.内蒙古农业大学生态环境学院， 呼和浩特 0009)

5种禾本科牧草种子萌发及幼苗耐盐性鉴定

王晓龙1，李红1，闫利军2，米福贵3，于洁3，贾振宇3，杨曌1，杨伟光1
(1.黑龙江省畜牧研究所， 黑龙江 齐齐哈尔 161005； 2.四川省草原科学研究院， 成都 611743；3.内蒙古农业大学生态环境学院， 呼和浩特 010019)

采用培养皿纸上发芽法，在NaCl和Na2SO4复盐溶液7个盐浓度梯度下(0.4%～1.6%)，比较分析了5种禾本科牧草种子耐盐指数和根长的变化；在NaCl和Na2SO4复盐溶液5个盐浓度梯度下(0.3%～1.5%)进行盆栽幼苗培育，比较分析了5种禾本科牧草幼苗的可溶性蛋白含量(SP)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活力的变化情况。结果表明，随着盐胁迫程度的加剧，牧草种子的耐盐指数和根长呈现下降趋势；牧草幼苗的可溶性蛋白呈现上升趋势，而SOD、POD和CAT则呈先上升后下降的变化趋势。通过隶属函数进行综合评价得出，5种禾本科牧草在萌发期和苗期耐盐能力排序依次为：垂穗披碱草>细茎冰草>无芒雀麦>扁穗冰草>老芒麦。

禾本科牧草； 种子萌发； 幼苗； 耐盐性

我国各类盐碱地呈逐年上升趋势，盐碱地(盐土中含有NaCl、Na2SO4等；碱土中含有Na2CO3、NaHCO3等)是人类面临的世界性问题，主要分布在内陆的干旱区和半干旱区[1]。盐分是影响植物种子萌发和幼苗生长的一个重要环境因子，人们在生物措施治理盐碱地方面已做了大量工作[2]。在豆科牧草[3]、草坪草[4]、禾本科牧草[5]和经济作物[6]等种子萌发及幼苗的耐盐性研究较多。牧草是改良和利用盐碱地的良好植物，其具有适应性好、耐盐碱性强的特性[7]。在耐盐性方面，禾本科牧草通常优于豆科牧草和作物[8]。牧草种子能否在盐胁迫条件下正常萌发成苗，是保证植物生长发育的前提，因此研究盐分胁迫对牧草种子的萌发及幼苗生长意义重大。

本研究在盐胁迫条件下对5种禾本科牧草萌发期和苗期的各指标变化情况进行分析，通过隶属函数进行综合评价得出各禾草耐盐能力强弱顺序，旨在为牧草耐盐性鉴定、耐盐新品种选育和盐碱地改良利用提供理论参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本研究选取了5种在我国内蒙古、东北和华北地区分布较为广泛的禾本科牧草进行耐盐性评价。这5种禾本科牧草均具有较强的抗旱性和耐盐性，大多为中旱生物种，饲用品质亦优良。其分布详见表1。

表1 供试材料

编号种名拉丁名 分布L老芒麦ElymussibiricusL．东北、华北盐碱化草地上P垂穗披碱草E．nutansGriseb．内蒙古、华北、西北较干旱的碱性土壤上BB扁穗冰草Agropyroncristatum(L．)Gaertn东北、西北、内蒙古等干旱、半干旱地区XB细茎冰草A．trachycaulumL．内蒙古、陕西干旱草地W无芒雀麦BromusinermisLeyss．东北、华北、西北等干旱地区

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发期试验

种子萌发试验选取均匀一致、成熟饱满的供试种子50粒，用0.1%的升汞消毒20 min后，用清水冲洗4～5次，置于铺有2层滤纸直径9 cm培养皿中，分别加入5 mL浓度为0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%的复盐溶液(NaCl与Na2SO4，摩尔比1∶1)进行胁迫，以蒸馏水作对照，每个浓度梯度3次重复。每日根据水分蒸发量用称量法加入蒸馏水以维持盐浓度，调节恒温光照培养箱，湿度80%，恒温25 ℃，光照间隔12 h，第2天开始记录种子萌发情况，将第6天的发芽率定为发芽势，第10天统计发芽率，并分别称量5种禾本科牧草发芽种子胚根、胚芽的重量。根据公式计算下列指标：

1) 发芽指数(GI)=∑Gt/Dt(式中，Gt为t天的发芽数；Dt为相应的天数)；

2) 萌发活力指数(VI)=GI×S(式中，S表示生物量)；

3) 耐盐指数=VI盐/VI水×100%(式中，VI盐为盐处理VI值；VI水为对照VI值)[9]；

4) 根长(cm)。

1.2.2 禾草幼苗期试验

本试验用花土、蛭石和过2 mm目土壤筛的干土，以1∶1∶1的比例混合，装入内径为15 cm，高度为11 cm的塑料花盆，每盆装土1 500 g，种子100粒撒播，浇清水使土壤含水量达到饱和；当幼苗长出4～5片叶子时进行盐化处理，处理浓度为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的复盐溶液(NaCl与Na2SO4，摩尔比1∶1)，每个浓度梯度3次重复，以清水为对照(每天称重补充损失的水分以保持盐浓度)。处理12 d后测定相关指标，测定的具体指标如下：

1) 可溶性蛋白含量(考马斯亮蓝法)；

2) SOD测定(氮蓝四唑法)；

3) POD测定(愈创木酚法)；

4) CAT测定(紫外吸收法)[10]。

1.3 统计分析

采用SAS(9.1版)数据处理系统进行方差分析。采用Excel 2003作图。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫下的耐盐指数

随着盐浓度的增加，所有供试材料的耐盐指数均呈下降趋势。由图1可以看出，5种材料中垂穗披碱草耐盐指数下降幅度较小，当盐浓度为1.0%时，垂穗披碱草与其他4种材料耐盐指数相比存在显著性差异(p<0.05)；而细茎冰草在0～0.8%浓度范围内，耐盐指数下降较大，下降了75%；无芒雀麦在0～0.6%浓度时，耐盐指数下降了74%，而后趋于平稳。扁穗冰草和细茎冰草的耐盐指数变化较相近，表明扁穗冰草和细茎冰草耐盐性差异不大。

2.2 盐胁迫对5种禾本科牧草根生长的影响

由图2可以看出，随着盐胁迫的加剧各供试材料的根长均有不同程度降低。当盐浓度为1.6%时，各材料根长均最短，与对照相比，垂穗披碱草、老芒麦、扁穗冰草、细茎冰草和无芒雀麦分别下降了86.9%、96.3%、95.6%、95.7%和94.5%，其中老芒麦下降较明显，说明高浓度盐胁迫对种子根的生长有较强抑制作用。

图1 盐胁迫下5种禾本科牧草耐盐指数的变化

图2 盐胁迫下5种禾本科牧草根的生长变化

2.3 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗可溶性蛋白含量的变化

盐胁迫下5种材料可溶性蛋白含量相对于对照均随着盐浓度的增加呈上升趋势(见图3)，其中老芒麦和无芒雀麦在0～0.6%浓度时，蛋白含量上升幅度较小，而在0.6%～1.5%浓度时，蛋白含量上升幅度较大。老芒麦和扁穗冰草在1.5%浓度分别比0.6%浓度高6.4%和4.1%，而垂穗披碱草和细茎冰草蛋白含量上升幅度相对较小。

图3 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗叶片可溶性蛋白含量的变化

2.4 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗超氧化物歧化酶(SOD)的变化

由图4可以看出，随着盐浓度的升高，5种禾本科牧草叶片SOD活性总体呈先上升后下降的变化趋势，但在盐浓度小于0.6%时，盐胁迫对禾草叶片SOD活性影响较小；当盐浓度为0.9%～1.2%时，无芒雀麦、细茎冰草和扁穗冰草SOD活性明显上升，与对照相比差异显著(p<0.05)；当盐胁迫浓度继续增加时，SOD活性下降；扁穗冰草下降较明显，在1.5%浓度比1.2%浓度SOD活性下降了14.3%。

图4 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗叶片SOD的变化

2.5 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗过氧化物酶(POD)的变化

盐胁迫浓度较低时，5种材料叶片POD活性呈现上升趋势，随着盐胁迫浓度的继续升高，5种禾本科牧草叶片POD活性呈下降的趋势(见图5)；盐浓度在1.2%时，老芒麦叶片POD活性升高到最大值24.06 U/(g·min)(FW)与对照相比存在显著性差异(p<0.05)；在盐浓度0.6%～1.2%时，扁穗冰草叶片POD活性变化幅度较小，差异不显著(p<0.05)。

图5 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗叶片POD的变化

2.6 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗过氧化氢酶(CAT)的变化

由图6可以看出，随着盐胁迫浓度的升高，5种禾本科牧草叶片CAT活性总体呈现上升的趋势，在盐浓度0.9%时，盐胁迫对无芒雀麦、细茎冰草和垂穗披碱草叶片CAT活性呈现最大值，分别比对照高219.1%、301.1%和380.1%，与对照相比存在显著性差异(p<0.05)。老芒麦在盐浓度1.2%时呈现最高值，与其他盐浓度处理相比存在显著性差异；而细茎冰草在不同盐浓度梯度间均存在显著差异。

图6 盐胁迫下5种禾本科牧草幼苗叶片CAT的变化

2.7 5种禾本科牧草耐盐性比较

采用模糊数学隶属函数法求耐盐指标的隶属函数值，具体计算方程为：

1) 若所测指标与禾草的耐盐性呈正相关，则

Fij=[Xij-Ximin]/[Ximax-Ximin]。

2) 若所测指标与禾草的耐盐性呈负相关，则

Fij=1-[Xij-Ximin]/[Ximax-Ximin]。

式中：Fij为i草种j性状值；Xij为鉴定i草种j性状耐盐隶属值；Ximax为所鉴定i草种j性状最大值；Ximin为所鉴定i草种j性状最小值。

将i草种各指标耐盐隶属值进行累加，求出平均值，平均值越大该禾草耐盐性越强[5,11]。最后对5种禾本科牧草的耐盐性进行比较(见表2)，得出各禾草耐盐性由强到弱顺序。

表2 5种禾本科牧草耐盐隶属值比较

函数值PLBBXBW耐盐指数0．5710．2770．3400．3410．307根长0．5690．4180．5370．4730．502蛋白质含量0．4940．1910．3070．4890．212超氧化物歧化酶0．4330．4390．5990．6180．562过氧化物酶0．5460．5570．3260．6580．648过氧化氢酶0．6650．5250．4290．6560．548总隶属函数值0．5460．4010．4230．5390．463耐盐性排序15423

注：P为垂穗披碱草；L为老芒麦；BB为扁穗冰草；XB为细茎冰草；W为无芒雀麦。

3 讨 论

3.1本试验中，与其他4种材料相比，盐浓度在0～0.8%浓度时，垂穗披碱草的耐盐指数下降相对较小；细茎冰草下降较大，下降了75%，随着盐胁迫进一步加剧，5份材料的耐盐指数和根长均呈下降趋势。罗志娜等对不同燕麦种子萌发耐盐性研究发现，随着盐胁迫程度的加剧，燕麦种子的芽长和根长整体呈现降低趋势，低浓度盐胁迫对燕麦种子萌发影响较小，而高浓度盐胁迫对燕麦种子萌发有较强的抑制作用[12]。吕亚慈等对燕麦种子萌发期耐盐性的研究发现，随着NaCl胁迫浓度的增加，燕麦种子活力指数下降较明显，胚根生长受到较强的抑制作用[13]。武俊英等对燕麦种子萌发及幼苗耐盐性研究指出，当盐浓度超过一定浓度范围时，随着盐胁迫强度的增加，盐分抑制了燕麦种子萌发和幼苗的生长[14]。史燕山等对7种地被植物的耐盐性进行研究，结果表明，在低盐浓度下，种子萌发和胚根生长受抑制的程度较轻，甚至有些植物种子萌发和胚根生长状况优于对照，而在高盐浓度条件下，盐分对种子萌发及胚根生长的抑制作用较明显[15]，与本研究结果相一致，由此得出高浓度盐胁迫对种子萌发有抑制作用，抑制作用的大小因材料耐盐性强弱不同而不同。

3.2盐分胁迫使植物体内积累更多的可溶性蛋白等渗透调节物质，这些物质的积累可使细胞渗透势下降，导致植物加强吸水以维持膨压从而减轻渗透胁迫[16]。与对照相比，低浓度盐胁迫时无芒雀麦和老芒麦幼苗叶片中可溶性蛋白含量变化不明显，而在高盐胁迫(0.6%～1.5%)浓度时，可溶性蛋白含量随着盐浓度升高而变化较大。植物为抵御活性氧对细胞的伤害，会启动活性氧清除机制。SOD是保护酶系统中清除活性氧的主要保护酶，有研究表明，植物抗逆性与SOD活性呈正相关[17]。孙国荣等研究指出，盐胁迫对星星草幼苗保护酶系统中过氧化物酶活力提高与盐胁迫的严重程度相关[18-19]。刘延吉等对牧草幼苗叶片耐盐性进行研究，结果表明，牧草幼苗SOD、POD和CAT活性随盐浓度的增加而显著升高，3种酶活性与盐浓度呈显著正相关；随胁迫时间延长，SOD和POD活性显著降低，与胁迫时间呈显著负相关[20]。本试验中5种禾本科牧草SOD、POD、CAT活性变化则随着盐浓度的增加基本呈先升高后降低的变化趋势，与本研究结果相一致。由此说明可能由于盐胁迫程度加重导致5种禾本科牧草保护酶系统的平衡遭到破坏，使活性氧累积，加剧了膜脂过氧化而造成膜损伤。在低盐胁迫时，SOD对O2-转化为O2和H2作用增强，SOD 活性升高；而盐分胁迫程度过大会影响H2O2后续分解，导致H2O2积累过多抑制O2-的转化，进而 SOD、POD和CAT 活性降低。

4 结 论

本研究运用隶属函数对5 种禾本科牧草种子萌发及幼苗的耐盐性进行综合评价分析，得出各供试材料的耐盐性由大到小顺序依次为：垂穗披碱草>细茎冰草>无芒雀麦>扁穗冰草>老芒麦。

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Salt-Tolerance of Seed Germination and Seedling Growth for Five Grass Species

WANGXiaolong1，LIHong1，YANLijun2，MIFugui3，YUJie3，JIAZhenyu3，YANGZhao1，YANGWeiguang1
(1.Institute of Animal Science of Heilongjiang Province，Qiqihaer Heilongjiang 161005，China;2.Sichuan Academy of Grassland Science,Chengdu 611743，China;3.College of Ecological and Environmental Science，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010019，China)

The salt tolerance index and root length of five grass species were observed and analyzed by the method of paper germination in petri dishes and pot seedling cultivation under seven different salt gradient of NaCl and Na2SO4(0.4%-1.6%);The soluble protein content,SOD,POD and CAT content of the same grass species were measured and compared in another five different salt gradient(0.3%-1.5%).The results showed that the salt tolerance index and root length decreased with intensifying of salt stress,the content of protein increased with intensifying of salt stress,the SOD,POD and CAT increased at first then decreased with increase of salt stress.The order of salt tolerance of five grass species was:Elymusnutans>Agropyrontrachycaulum>Bromusinermis>Agropyroncristatum>Elymussibiricus.

grasses; seed germination; seedling; salt-tolerance

2016-04-26

黑龙江省应用技术研究与开发计划重大项目“优质多抗牧草新品种选育及高效生产关键技术研究”(编号：GA 15 B 105-5)；黑龙江省科研业务基本专项经费项目“苜蓿对苏打盐碱胁迫的适应机理及优异种质资源筛选研究”(编号：XZNKT 15-08)；

王晓龙(1986—)，男，内蒙古通辽市人；主要从事牧草育种与栽培研究；E-mail：wangxiaolong 1640@126.com。

李 红，女，研究员，研究方向：牧草育种与栽培；E-mail：hljlihong@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.08.027

S 543

A

1001-4705(2016)08-0027-05