10种禾本科牧草种子萌发期耐盐性

季 波，徐金鹏，时 龙，蒋 齐，俞鸿千，王占军

(1.宁夏农林科学院荒漠化治理研究所，银川 750002；2.宁夏大学农学院，银川 750021；3.宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室，银川 750002；4.北京林业大学草业与草原学院，北京 100083)

0 引 言

【研究意义】土壤中盐浓度过高导致细胞渗透胁迫，使植物从土壤中吸收水分受到限制，造成植物生理干旱和营养亏缺，抑制植物生长[1-3]。我国是世界盐碱地大国之一，约有盐碱地667×104hm2[4]。在干旱半干旱地区，由于水分的缺失更易导致土壤盐渍化，并且由于近年在气候变暖及化肥大量施用等各种不合理因素的影响下，土壤次生盐渍化程度更加严重[5，6-8]。改良盐渍土过程复杂、难度大，通过筛选耐盐植物，种植耐盐牧草是高效利用及改良盐渍化土壤最为有效和经济的途径和措施[4，9]。【前人研究进展】蒙古冰草、沙生冰草、扁穗冰草、细茎冰草、新麦草、老芒麦、格林针茅、披碱草和长穗偃麦草均为禾本科多年生草本植物，且均具有较高的饲用价值。如达布拉嘎[10]对沙生冰草、扁穗冰草、蒙古冰草、细茎冰草、老芒麦及新麦草等16种草种，在科尔沁沙地植被恢复中的适应效果的研究认为，蒙古冰草、老芒麦及扁穗冰草在沙地植被恢复及人工草地植被建设中效果良好；陈昕等[11]对宁夏盐池半干旱地区禾本科牧草引种试验研究认为，粗穗偃麦草在宁夏盐池半干旱区产量最高，其次是蒙古冰草、沙生冰草、西伯利亚冰草、杂交冰草、扁穗冰草等。【本研究切入点】但对这些牧草系统的开展萌发期耐盐性的研究报道还较少。种子是植物最重要的繁殖器官，不同的植物种子因其生态型不同，种子萌发对水分、温度、光照及盐分等生态因子的响应程度也不同[12]。通过植物种子萌发阶段的盐分胁迫试验，可以反映不同物种的耐盐力，也可为早期鉴定并筛选优良的耐盐植物提供参考[4，13]。宁夏地处我国西北内陆农牧交错带干旱、半干旱气候区，干旱和土壤盐渍化是影响该区域生态环境最主要的因素。在该区域进行退化生态修复过程中，选择适生、优良的牧草品种就显得尤为重要。研究盐胁迫对其种子萌发的影响。【拟解决的关键问题】研究选择10种多年生禾本科牧草种质资源，采用不同浓度NaCl溶液模拟盐胁迫，比较和评价各牧草种质材料的耐盐力，为宁夏干旱半干旱区退化生态系统修复，筛选耐盐力高的种植材料提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验在宁夏农林科学院荒漠化治理研究所植物生态实验室进行。共选用禾本科牧草种质资源10种，均为2018年采收和采购的种子。表1

表1 供试禾本科牧草种质材料Table 1 Information of gramineae forages germplasms used in this study

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

选择成熟、大小均匀一致的各供试材料种子50粒作为萌发材料。每份种子用0.1%高锰酸钾消毒3 min.，用蒸馏水清洗干净，再用滤纸吸干后，均匀的置于铺有2层滤纸的培养皿(直径9 cm)中。每个培养皿分别加入7 mL浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.2%和1.4%的NaCl溶液作为盐胁迫处理，对照为7 mL蒸馏水，每个处理组重复3次。放入智能人工气候培养箱。培养条件为培养温度调控在25℃，湿度为60%，光照设置为白天/黑暗为12 h/12 h。从种子置于培养皿开始，每天观察种子发芽情况，以胚芽长度为种子长度的1/2作为萌发的标准，记录发芽种子数，适时补充相应量的NaCl溶液和蒸馏水，以维持培养皿内渗透势，第15 d时结束发芽实验。

1.2.2 测定指标

发芽率(Germination rate，GR)=发芽结束时正常发芽种子数/供试种子数×100%。

发芽势(Germination potential，GP)=发芽7 d时正常发芽的种子数/供试种子数×100%。

胚芽长(Germ length，GL)、胚根长(Radicle length，RL)：从每个培养皿中随机选取10株生长正常的种苗，用直尺测量芽长和根长，若不足10株的则全部测量，每个处理3组重复。

发芽指数(Germination index，GI)=ΣGt/Dt。

活力指数(Vigor index，Ⅵ)=胚芽长×发芽指数。

上式中：Gt为第td发芽的种子数；Dt为发芽的天数[14]。

按照发芽率、发芽势、芽长、根长、发芽指数和活力指数的值，分别计算相对发芽率(relative germination rate，RGR)、相对发芽势(relative germination potential，RGP)、相对胚芽长(relative germ length，RGL)、相对胚根长(relative radicle length，RRL)、相对发芽指数(relative germination index，RGI)和相对活力指数(relative vigor index，RⅥ)[15]。

相对发芽率(RGR)=盐胁迫处理下种子发芽率/对照发芽率×100%；

相对发芽势(RGP)=盐胁迫处理下种子发芽势/对照发芽势×100%；

相对胚芽长(RGL)=盐胁迫处理下胚芽长度/对照胚芽长×100%；

相对胚根长(RRL)=盐胁迫处理下胚根长度/对照胚根长×100%；

相对发芽指数(RGI)=盐胁迫处理下发芽指数/对照发芽指数×100%；

相对活力指数(RVI)=盐胁迫处理下活力指数/对照活力指数×100%。

1.2.3 耐盐性

采用相对发芽率、相对发芽势、相对胚芽长、相对胚根长、相对发芽指数和相对活力指数6项指标，计算被引选的10种多年生禾本科牧草种质材料盐胁迫下萌发期的综合隶属函数值，以评价其耐盐性。按下述公式(1)先计算每份材料在不同浓度NaCl溶液胁迫下RGR、RGP、RGL、RRL、RGI和RVI的具体隶属函数值，再用公式(2)计算每个指标在不同浓度NaCl溶液胁迫下的隶属函数值的平均值[14]，即为该物种该指标的隶属函数值；然后按照式(3)、(4)、(5)依次计算标准差系数(Vj)、权重系数(Wj)、加权隶属函数值(Z)[15]。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对种子发芽率和相对发芽率的影响

研究表明，10种禾本科牧草种质材料的发芽率(GR)和相对发芽率(RGR)均随着盐胁迫浓度的增强而呈现下降趋势。种质材料A和B盐胁迫浓度为0.2%时，种子发芽率即显著低于对照，2种种质材料对盐胁迫非常敏感；种植材料C、G和H在盐浓度0.2%～0.6%，种子发芽率均与对照差异不显著，在盐浓度为0.8%时才显著低于对照，这3种种质材料可以耐受0.6%浓度的盐胁迫，对盐胁迫较不敏感；种质材料D在盐浓度0.4%时显著低于对照，该种质材料对盐胁迫也较敏感；种质材料E和F在盐浓度0.6%时显著低于对照，2种种质材料可以耐受0.4%的盐胁迫；种质材料I和J在盐浓度0.2%～1.0%时种子发芽率均与对照差异不显著，这2种种质材料可以耐受1.0%的盐浓度，对盐胁迫不敏感。

种质材料A、B、D、F、G、H和I均在0.2%浓度盐胁迫时，相对发芽率就表现出不同程度的降幅，分别为CK的56.52%、51.22%、81.82%、76.27%、83.92%、97.66%和91.00%，这7种种质材料对盐胁迫较为敏感。种质材料C、E和J在盐胁迫浓度为0.2%浓度时，种子相对发芽率均有增幅，分别为CK的100.76%、106.10%和120.00%，显著高于种质材料A和B(P<0.05)，低浓度的盐胁迫对这3种种质材料种子发芽具有促进作用。其中，种质材料J在盐胁迫浓度增加到1.0%时，其相对发芽率才出现降幅，为CK的53.33%，该种质材料对盐胁迫不敏感，耐盐性较高。表2

表2 不同浓度NaCl溶液胁迫下种子发芽率和相对发芽率Table 2 The germination rate and relative germination rate under different concentrations of NaCl solution

2.2 盐胁迫对种子发芽势和相对发芽势的影响

研究表明，10种禾本科牧草种质材料的发芽势(GP)和相对发芽势(RGP)均随着盐胁迫浓度的增大而均呈现下降趋势。从GP数据发现，种质材料A、B、F、G和I均在盐胁迫浓度为0.2%时，种子发芽势即显著低于对照，这5种种质对盐胁迫非常敏感；种植材料C、D、E和H在盐浓度0.4%时，种子发芽势显著低于对照，这4种种质材料发芽势对盐胁迫较敏感；种质材料J对照发芽势就较低，仅为5.33%，其种子发芽势在盐胁迫下，在盐浓度0.8%时降为0，但7个试验处理与对照发芽势差异均不显著(P<0.05)。

种质材料A、B、D、F、G、H和I均在0.2%浓度盐胁迫时，相对发芽势就表现出不同程度的降幅，分别为CK的33.33%、22.22%、66.67%、61.54%、58.65%、90.48%和68.67%，这7种种质材料发芽势对盐胁迫较为敏感。种质材料C在盐胁迫浓度为0.2%浓度时，种子相对发芽势较对照有增幅，为CK的106.72%；种质材料E在盐胁迫浓度0.2%～0.4%，种子相对发芽势均有增幅，分别为CK的160.87%和130.43%，并在0.4%盐胁迫浓度时种子相对发芽势显著高于其他种质材料(P<0.05)，低浓度的盐胁迫对种质材料C和E的种子发芽势具有促进作用。种质材料J在盐胁迫浓度为0.2%时，发芽势与对照相比无增减，故此相对发芽势为对照的100%，随着盐胁迫浓度增加，其种子相对发芽势在盐浓度为0.4%时，降为CK的50.00%，该种质材料发芽势对盐胁迫较敏感。表3

表3 不同浓度NaCl溶液胁迫下种子发芽势和相对发芽势Table 3 The germination power and relative germination power under different concentrations of NaCl solution

2.3 盐胁迫对种子相对胚芽长和相对胚根长的影响

研究表明，10种禾本科牧草种质材料受不同浓度盐胁迫，其相对胚芽长和相对胚根长受影响程度各不相同，但均表现为随着盐胁迫浓度的增加，呈现降低趋势。种质材料A、B、C、D、G、H和J在盐胁迫浓度为0.2%时，种子相对胚芽长均较对照出现不同程度的降幅，分别为CK的66.40%、65.68%、97.48%、92.12%、76.57%、80.60%和96.86%，这7种种质材料胚芽的生长对盐胁迫较为敏感；种质材料E在盐胁迫浓度为0.2%时，种子胚芽长较对照有增幅，为CK的124.76%；种质材料F和I在盐胁迫浓度为0.2%～0.4%时，种子胚芽长较对照均有增幅，分别为CK的122.26%、106.76%和112.76%、108.38%，0.4%内低浓度的盐胁迫对这2种种质材料胚芽的生长具有促进作用。10种禾本科牧草种质材料在NaCl盐溶液胁迫下，胚根长均受到抑制，较对照均呈现不同程度降幅，分别为对照的54.27%、31.11%、86.70%、81.82%、87.50%、88.33%、55.40%、96.30%、64.32%和77.04%，其中降幅程度较大的为种质材料A、B和G，显著低于其他种质材料(P<0.05)，10种禾本科牧草胚根的生长对盐胁迫均较敏感，其中种质材料A、B和G较其他种植材料更敏感。表4

2.4 盐胁迫对种子相对发芽指数和相对活力指数影响

研究表明，10种多年生禾本科牧草种质材料相对发芽指数和相对活力指数也均随着盐胁迫浓度的增大，而呈现降低的趋势。种质材料A、B、D、F、G、H和I在盐胁迫浓度为0.2%时，种子相对发芽指数呈现不同程度降幅，分别为CK的56.52%、51.22%、81.82%、76.27%、83.92%、97.66%和93.00%，其中降幅较大的为种质材料A和B，发芽指数仅为对照56.52%和51.22%，显著低于其他种质材料(P<0.05)，2种种质材料种子的萌发对盐胁迫非常敏感。种质材料C和E在盐胁迫浓度0.2%时，发芽指数较对照均有增幅，分别为CK的100.76%和106.10%，这2种种质材料对低浓度的盐胁迫不敏感；种质材料J在盐胁迫浓度0.2%～0.8%，种子发芽指数分别为CK的120.00%、100.00%、100.00%和100.00%，该种质材料对盐胁迫不敏感，耐盐性较强。种质材料A、B、C、D、F、G和H种子相对活力指数在0.2%盐浓度胁迫下，均较CK呈现不同程度降幅，分别为CK的38.84%、34.45%、98.38%、74.90%、92.42%、64.07%和78.79%，其中降幅较大的种质材料A、B、D和G，显著低于其他种质材料，这4种种质材料对盐胁迫较为敏感，不耐盐。种质材料E、I和J在0.2%浓度盐胁迫时，种子活力指数均较CK有增幅，分别为CK的131.62%、104.73%和118.27%，低浓度的盐胁迫对这3种种质材料种子萌发具有促进作用。表5

2.5 10种禾本科牧草萌发期耐盐性综合评价

研究表明，10种多年生禾本科牧草种质材料综合耐盐性Z值在0.104～0.233，Z值大小顺序依次为D>J>G>A>H>C>E>F>B>I，相对其他种质材料，种质D和J具有较强的耐盐性，种质B和I的耐盐性相对较差。表6

表4 不同浓度NaCl溶液胁迫下种子相对胚芽长和相对胚根长Table 4 The relative germ length and relative radicle length under different concentrations of NaCl solution

表5 不同浓度NaCl溶液胁迫下种子相对发芽指数和相对活力指数Table 5 The relative germination index and relative vigor index under different concentrations of NaCl solution

表6 不同种质材料各指标隶属函数值及综合评价值Table 6 The value of subordinate function and comprehensive evaluation (Z)of each germplasm material

3 讨 论

植物种子在受到盐胁迫时，能否正常萌发成苗，是植物在盐碱条件下可以正常生存发育最基本的前提条件[18]。植物种子能正常萌发的一个先决条件是充足的水分，当植物种子受到盐胁迫时，实质上是由于盐浓度产生的渗透胁迫，而影响种子对水分的吸收利用；当植物种子从外界吸收水分受阻，其种子萌发所需的各种酶、蛋白等物质的合成也因此受阻，进而影响种子整个发芽过程[19]。不同的植物种子对不同浓度的盐胁迫的耐受程度不同，研究发现低浓度(0.2%)盐胁迫对部分禾本科牧草种子(C、E和J)萌发具有促进作用，即“引发作用”[20]。与张利霞等[21]的研究结果一致，即认为低浓度盐胁迫对夏枯草种子的萌发具有促进作用。分析原因可能是在低浓度盐溶液胁迫下，激发了种子内酶的活性，引起引发，在种子的引发过程，种子完成了一些有利于其后萌发及生长的物质代谢过程[22-23]。

根系的发育直接影响植物的生长发育，综合研究学者的研究，盐胁迫下胚根的生长变化与其抗盐性呈正相关，是一个良好的抗盐评价指标[16]。研究结果中NaCl盐溶液对10种禾本科牧草种子萌发胚根的生长均有抑制作用，与陈小芳等[4]的研究结果不一致，究其原因，可能与种质材料不同有关，陈小芳等[4]研究的是双子叶植物—紫花苜蓿，研究单子叶植物，但具体还需要进一步研究探讨确定。植物耐盐性评价是一个较为复杂的问题[4]，它是受多种因素影响的复杂数量性状。目前，萌发期选用发芽势及发芽率数据是必选的鉴定指标[24]。研究学者对植物耐盐性评价的方法也各异，研究采用隶属函数值法，综合考虑各指标的变异系数和权重，可以消除个别指标带来的片面性，能全面、准确的评价种质的耐盐性[17]。但在研究中，仅仅只选择NaCl单盐溶液模拟盐胁迫研究其对牧草种子萌发的影响，这与实际土壤中盐离子的组成还存在差异；此外，种子萌发在大田中还受到土壤温度、土壤理化性质等各方面因素的影响，而且研究也仅是在萌发期得出的鉴定结果，具体在苗期及整个生育期的耐盐性都还需要进一步的研究证实，筛选优质耐盐性牧草还需要进一步开展田间试验进行鉴定[5]。

4 结 论

4.1 8个浓度梯度的NaCl盐溶液对10种多年生禾本科牧草种子的相对发芽率、相对发芽势、相对胚芽长、相对胚根长、相对发芽指数和相对活力指数的影响，均表现出随着盐胁迫强度的增强，呈现降低趋势。

4.2 低浓度(0.2%)的盐胁迫对种质材料C、E和J种子萌发具有促进作用，对种质材料E、F和I种子胚芽长有促进作用，可以显著提高种质材料E、I和J种子活力指数。

4.3 8个浓度梯度的NaCl盐溶液对10种多年生禾本科牧草种子萌发胚根长均有抑制作用，相对胚根长均较对照降低。

4.4 采用相对发芽率(RGR)、相对发芽势(RGP)、相对胚芽长(RGL)、相对胚根长(RRL)、相对发芽指数(RGI)和相对活力指数(RVI)6项指标的加权隶属函数值，对10种多年生禾本科牧草耐盐性进行综合评价认为，10种多年生禾本科牧草，其耐盐性强弱表现为D(扁穗冰草)>J(长穗偃麦草)>G(老芒麦)>A(蒙古冰草-宁夏)>H(格林针茅)>C(沙生冰草)>E(细茎冰草)>F(新麦草)>B(蒙古冰草-内蒙)>I(披碱草)。