NaCl处理对4种牧草植物种子萌发的影响

火旭堂， 贾 昊， 曹 兵

(宁夏大学农学院， 宁夏 银川 750021)

土壤盐碱化是全球生态环境所面临的主要问题之一，我国是土壤盐碱化危害最为严重的国家之一，约有 2×107hm2盐荒地和 6.67×106hm2盐碱化土壤[1]，主要分布于东北、西北和华北地区[2]。土壤盐碱化是影响植物生长发育、农业可持续发展的主要非生物胁迫因子，对区域生态环境建设和农业生产都有重要的影响。草本植物，特别是具有饲用价值的牧草类植物是盐碱地生态修复中植被建设的重要组成部分，有些甚至是盐碱地的主要先锋植物类群，对盐碱地生态修复具有重要作用。植物对盐碱生境的适应机理是盐碱地治理与生态修复的关键，植物种子能正常萌发是种子植物成功存活、生长的前提[3]，但由于种子萌发阶段对外界环境因素十分敏感[4]，更容易受到胁迫环境的影响甚至伤害[5]。代莉慧等[6]利用NaCl和Na2CO3处理盐地碱蓬(Suaedaglauca(Bunge) Bunge)的种子，研究表明种子萌发率随着盐浓度的升高而下降；李云海等[7]研究了滨藜(Atriplexpatens(Litv.) Iljin)、碱蓬、海篷子(SalicorniaeuropaeaL)种子，发现其萌发率均与NaCl浓度呈显著负相关；申忠宝对5种禾本科植物种子在混合盐碱胁迫下的萌发进行测定[8]，结果发现无芒雀麦(BromusinermisLeyss)种子的发芽率、发芽指数及活力指数均低于对照。

牧草植物不仅是草食家畜生产的基础，而且种植牧草对改善生态环境、增强土壤肥力也有重要作用[9]。由于牧草植物的生存环境十分复杂，特别是土壤盐碱化也是影响牧草生存和生长的重要环境因素之一，在盐碱地、矿山地植被恢复中，选择具有抗逆性的草种，特别是萌发期对盐碱环境有一定耐性的牧草植物非常重要。本试验选用西北干旱沙区的草木樨(MelilotussuaveolensLedeb)、沙打旺(AstragalusadsurgensPall)、沙米(Agriophyllumsquarrosum(Linn.) Moq)、蒙古冰草(AgropyronmongolicumKeng)为试验材料，采用不同浓度NaCl溶液模拟土壤盐分，研究NaCl处理对几种牧草植物种子萌发的影响，探究其种子萌发的耐盐程度及耐盐潜力，为区域植被修复、生态建设提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

以草木樨、沙打旺、沙米和蒙古冰草4种牧草的种子为试验材料，购自宁夏远声绿阳草业生态工程有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1种子处理 根据国际种子检验规程进行种子发芽试验。试验前将4种牧草种子浸种24 h，然后用0.5%高锰酸钾溶液消毒30 min，用蒸馏水冲洗5～6次，再用滤纸吸干水分。

1.2.2试验设计 本试验利用不同浓度的NaCl溶液对牧草种子作处理，即50 mmol· L-1，100 mmol·L-1，150 mmol·L-1，200 mmol·L-1，300 mmol·L-1，并以蒸馏水作为对照(CK)。每草种6个处理，每处理3次重复。自经浸种消毒后的不同草种选取大小均匀、颗粒饱满健康的种子，整齐置于垫有两层滤纸的干净玻璃培养皿中，每个培养皿放置25粒草种，即每处理3个培养皿，75粒种子。将配好的不同浓度NaCl溶液依次加入相应的培养皿中，使滤纸湿润而种子不浸为宜，再将培养皿移至人工气候箱中，温度为25℃，湿度60%。试验期间每天补充2 ml NaCl溶液以保证持续盐胁迫，每天记录发芽的种子数，直至无新种子萌发。种子萌发以胚芽突破种皮为标准，试验结束后测量萌发种子的胚根、胚轴长度。

1.2.3测定指标 利用以下公式分别计算草种的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数及耐盐指数：

发芽率(Germination Percentage，GP)=N1/N0×100%；

发芽势(Germination Energy，GE)=N2/N0×100%；

发芽指数(Germination Index，GI)=Σ(GT/DT)；

活力指数(Vitality Index，VI)=L×GI；

耐盐指数(Salt Tolerance Index，SI)=VI盐/VI水×100。

式中：N0为供试种子数；N1为试验期间萌发种子的总数；N2为种子发芽高峰期的数量；GT为第T日的种子萌发数；DT为种子萌发的天数；L为试验期萌发种子的胚根、胚轴总长度；VI盐为经NaCl处理的活力指数；VI水为对照下的活力指数[10]。

耐盐临界值(Salt Tolerance Critical Value)计算：发芽率的耐盐临界值为发芽率为50 %时的NaCl浓度[11]，其他指标的耐盐临界值为指标值降低到对照值的50%时对应的NaCl浓度[12]。

1.3 数据处理

采用Excel 2016作数据整理及制图，用SPSS 17.0进行方差分析，在显著水平为0.05的基础上，利用Duncan法进行多重比较，统计值用均值±标准差表示。

2 结果分析

2.1 NaCl处理对草木樨种子萌发的影响

发芽率和发芽势是评价种子质量的重要指标之一，发芽指数和活力指数是衡量种子活力的指标，活力指数也是种子萌发速率和种苗生长量的综合反映[13]。从表1可知，随着NaCl浓度的增大，草木樨种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均呈明显的下降趋势。当NaCl浓度小于100 mmol·L-1时，处理与对照间的草木樨种子发芽率差异不显著；NaCl浓度大于等于100 mmol·L-1时，各处理间发芽率差异极显著；当NaCl浓度为200 mmol·L-1时，其发芽率仅为对照的38.8%；当NaCl浓度达到300 mmol·L-1时，发芽率仅有对照的20.8%，说明NaCl浓度越高，对草木樨种子发芽率抑制越明显。在不同浓度NaCl处理下，草木樨种子的发芽势、发芽指数、活力指数与发芽率的表现趋势一致，NaCl浓度达到150 mmol·L-1及以上时，各处理间的差异显著，发芽势、发芽指数、活力指数均明显降低，如NaCl处理浓度为200 mmol·L-1时，其发芽势、发芽指数、活力指数分别仅为对照的42.8%，43.5%，30.8%，说明随着NaCl浓度的升高，对草木樨种子的发芽抑制作用增强。

表1 NaCl处理对草木樨种子萌发的影响Table 1 Effects of NaCl Treatments on Germination of M. suaveolens Seeds

注：表中不同的小写字母代表在0.05的显著水平下存在显著性差异，下表同

Note:Different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 level,the same as below

2.2 NaCl处理对沙打旺种子萌发的影响

表2可得，NaCl浓度的升高使得沙打旺种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数表现出明显的下降趋势。当NaCl浓度为50 mmol·L-1时，其与对照间的发芽率差异不显著，大于50 mmol·L-1时，各处理与对照间发芽率差异显著；当NaCl浓度为150 mmol·L-1时，其发芽率仅为对照的32.3%；当NaCl浓度达到300 mmol·L-1时，发芽率仅有对照的14.7%，说明NaCl浓度越高，对沙打旺种子发芽率的抑制作用越强。在不同浓度NaCl处理下，沙打旺种子的发芽势、发芽指数、活力指数与发芽率的表现趋势一致，如NaCl处理浓度为150 mmol·L-1时，其发芽势、发芽指数、活力指数分别仅为对照的39.7%，41.5%，24.9%，说明随着NaCl浓度的升高，沙打旺种子的发芽抑制作用越大。

表2 NaCl处理对沙打旺种子萌发的影响Table 2 Effects of NaCl Treatments on Germination of A. adsurgens Seeds

2.3 NaCl处理对沙米种子萌发的影响

由表3可知，当NaCl浓度在100 mmol·L-1以内时，沙米种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均随着NaCl浓度的增大而降低，且各处理与对照间差异显著；NaCl浓度为50 mmol· L-1和100 mmol·L-1的发芽率分别只占对照的68.8%和37.5%，说明NaCl浓度越大对沙米种子发芽率抑制越明显，在不同浓度NaCl处理下，其发芽势、发芽指数和活力指数与发芽率的表现趋势一致，如浓度为100 mmol·L-1时，它们分别仅为对照的38.6%，38.9%，17.3%，可见NaCl浓度的升高对沙米种子的活力指数影响最大。当NaCl浓度大于等于150 mmol·L-1时，沙米种子发芽率为0。

2.4 NaCl处理对蒙古冰草种子萌发的影响

表4中，蒙古冰草种子的各萌发指标值均随NaCl浓度的增大而降低，其中NaCl浓度达到300 mmol·L-1时，种子发芽率为0。当NaCl浓度小于等于200 mmol·L-1时，各处理与对照间差异显著。NaCl浓度为100 mmol·L-1时，蒙古冰草种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数分别为对照的51.8%，58.1%，53.2%，23.0%，NaCl浓度为200 mmol·L-1时，其发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数分别为对照的9.3%，7.0%，8.7%，1.4%，说明高浓度的NaCl对蒙古冰草种子的抑制作用更强。

表3 NaCl处理对沙米种子萌发的影响Table 3 Effects of NaCl Treatments on Germination of A. squarrosum Seeds

表4 NaCl处理对蒙古冰草种子萌发的影响Table 4 Effects of NaCl Treatments on Germination of A. mongolicum Seeds

2.5 NaCl处理对4种牧草种子耐盐指数的影响

耐盐指数是反映种子对盐碱地耐受程度的指标[14]。NaCl处理下牧草种子耐盐指数的变化见图1。图中显示，在同一NaCl浓度下，草木樨种子耐盐指数整体高于其他3种牧草。NaCl浓度为50 mmol·L-1时，沙打旺种子耐盐指数最高，草木樨次之，仅略低于对照，并且沙米种子耐盐表现优于蒙古冰草。随着NaCl浓度升高，草木樨种子耐盐表现最好，沙打旺次之，但两者差距明显；蒙古冰草种子耐盐表现较沙米更好。当NaCl浓度达150 mmol·L-1时，沙米种子的耐盐指数为0，其余3种牧草耐盐指数也大幅下降。NaCl浓度至300 mmol·L-1时，蒙古冰草种子耐盐指数亦为0。综上，4种牧草对盐碱地耐受程度的表现为：草木樨>沙打旺>蒙古冰草>沙米。

图1 NaCl处理下牧草种子耐盐指数的变化Fig. 1 Changes of salt tolerance index of forage seeds under NaCl treatments

2.6 4种牧草种子萌发指标与NaCl浓度的相关性

相关性分析表明，在NaCl处理下，4种草种的各萌发指标均与NaCl浓度之间存在显著的相关性。因此，用线性回归方程拟合草种萌发指标与NaCl浓度之间的关系，结果见图2、图3，各草种的不同萌发指标对不同浓度NaCl处理的响应程度不同，利用回归方程的斜率大小可以判断萌发指标的敏感程度。如图所示，在NaCl处理下，4种牧草种子萌发指标的敏感度为：活力指数>发芽指数>发芽率>发芽势。

图2 4种牧草发芽率和发芽势与NaCl浓度的关系Fig. 2 The relationship between germination rate and germination potential of four forage species and NaCl concentration

图3 4种牧草活力指数和发芽指数与NaCl浓度的关系Fig. 3 The relationship between activity index and germination index of four forage species and NaCl concentration

3 讨论与结论

在NaCl的作用下，很多植物种子的萌发都会受到抑制，基本呈现浓度越高抑制越明显的趋势。NaCl处理之所以能抑制植物种子正常萌发，是因为渗透胁迫造成植物细胞的低水势，使种子吸水困难；另一方面，盐离子进入细胞使细胞液浓度增大，从而使种子吸水加速萌发。Dash M等[15]研究发现Na+的毒害作用会使植物细胞质中的多种酶失活，从而干扰种子正常代谢，影响种子正常萌发。冷家明等[16]通过试验得出：相较于中性盐NaCl，碱性盐Na2CO3和NaHCO3明显降低了种子的发芽率，胚芽和胚根的伸长受到抑制更强。

本试验着重研究了不同浓度的NaCl对草木樨、沙打旺、沙米、蒙古冰草4种牧草种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、耐盐指数的影响，结果发现，低浓度的NaCl处理对草木樨和沙打旺种子的萌发具有不显著的抑制作用，但是韩润燕[17]等研究发现，低浓度的NaCl处理对草木樨种子的萌发具有明显的促进作用，高浓度的NaCl处理对草木樨种子的萌发具有显著的抑制作用。杨姝[18]等研究了沙打旺种子在盐胁迫下的萌发情况，结果发现低浓度的盐处理会促进沙打旺种子的萌发及植株生长。陈文[19]等通过试验表明：随着NaCl浓度的升高，沙米种子吸胀率先升后降，种子萌发率呈现不同程度降低。王荣华等[20]研究发现轻度盐处理对蒙古冰草幼苗的生长有一定的促进作用，而中度和重度盐胁迫对幼苗生长有显著抑制作用。石玉龙[21]等通过试验发现，‘同德’老芒麦(ElymussibiricusLinn)种子的发芽率在NaCl浓度为100 mmol·L-1时显著低于对照，且种子开始萌发的时间比低浓度的NaCl处理延迟2天，这可能与高浓度NaCl降低了细胞膜渗透调节能力有关，但也可能是因为Na+对呼吸酶有一定的抑制作用。

本试验结果表明，NaCl处理对草木樨、沙打旺、沙米、蒙古冰草种子的萌发都产生了不同程度的抑制作用。低浓度NaCl对草木樨和沙打旺种子的萌发抑制作用不显著，但对沙米和蒙古冰草种子萌发抑制作用显著；高浓度的NaCl对4种牧草种子萌发具有明显抑制作用。NaCl浓度为150 mmol·L-1及以上时，沙米种子不萌发；当NaCl浓度达到300 mmol·L-1及以上时，蒙古冰草种子不萌发。在NaCl处理下，草木樨、沙打旺、沙米、蒙古冰草各萌发指标的敏感度变现均为：活力指数>发芽指数>发芽率>发芽势。4种牧草对盐碱地的耐受程度为：草木樨>沙打旺>蒙古冰草>沙米。