7个野生一年生早熟禾种质萌发期耐盐性综合评价

李娟霞，白小明*，张 翠，刘娅娜，冉 福，李 萍，陈 辉

(1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070；2.甘肃农业大学林学院，甘肃 兰州 730070)

土壤盐渍化是世界上最重要和最广泛的环境问题之一[1]，对区域生态环境建设和农业生产造成很大影响[2]。目前，我国也是土壤盐碱化危害最严重的国家之一，约有2×107hm2盐荒地和6.67×106hm2盐碱化土壤，主要分布于东北、西北和华北地区[3-4]。近年来，过度放牧和水利工程的不合理建设致使草地盐碱化日渐严重[5]。研究表明，草本植物是盐碱地生态植被的重要组成成分，对盐碱地修复具有重要作用[6]。因此，筛选和培育耐盐植物是盐碱地改良与利用的重要途径[7]，而建立草本植物种质资源耐盐评价体系是其耐盐育种和种质创新的基础[8]。

盐碱胁迫是限制植物生长发育的主要非生物胁迫之一[9]，能直接影响种子的发芽率和发芽势、根长和苗长、叶绿素含量和光合性能[10]。种子萌发期和幼苗建成期不仅是草坪建植成败的关键期[13]，也是植物生活周期中最重要和最脆弱的阶段，这一阶段植物的耐盐能力在一定程度上能表征其整体的耐盐性[14]，也关系到植物能否在盐渍环境中建植成功[15]。目前，国内外关于种子萌发对盐胁迫的响应，主要集中在NaCl胁迫方面，这在一定程度上可能脱离了植物生境的实际情况[14-15]。

一年生早熟禾(PoaannuaL.)为禾本科(Gramineae)冷季型草坪草，具有耐践踏、耐修剪、存活率高、易成坪等特性，是快速建植冬、春季优良短期观赏草坪和作为秋末草坪交播或补播的先锋草种材料之一，近年来被作为新型草坪草种广受关注[16]。陈雅琦等[17]的耐盐性评价指出，发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长和根芽比等可作为植物萌发期耐盐性评价的指标。受遗传因素的影响，不同禾本科植物对盐胁迫的响应呈现较大的差异。白小明等[18]对8个野生早熟禾种质进行耐盐性评价，筛选出耐盐性较强的小药早熟禾。柴艳等[19]对新疆不同生境下50份狗牙根种质进行萌发期耐盐性评价，筛选到极耐盐的种质材料。谢宇涵等[20]对5个高羊茅品种进行萌发期耐盐性评价，筛选出耐盐能力最强的高羊茅品种。季波等[21]对10种禾本科牧草种子在NaCl胁迫下的耐受性进行了评价，发现扁穗冰草的耐盐性最强。目前，对栽培草坪植物种子萌发期耐盐性评价已有诸多报道[22-23]，而关于野生一年生早熟禾种子萌发期耐盐性研究还鲜有报道。本研究选取甘肃和青海境内7个不同生境的野生一年生早熟禾种质，采用不同浓度NaCl和Na2SO4溶液模拟盐胁迫，探究盐胁迫对一年生早熟禾种子萌发的影响及不同采集地种质间耐盐性差异，以期筛选出耐盐性更强的种质，为一年生早熟禾耐盐新品种的选育和推广提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试的7个野生一年生早熟禾种质于2021年5月-10月在甘肃和青海境内采集，其地理位置及气候条件见表1。

表1 供试的7个野生一年生早熟禾种质

1.2 试验方法

试验用NaCl和Na2SO4盐溶液处理，均设6个浓度水平，NaCl处理浓度分别为0(CK)，50，100，150，200，250 mmol·L-1，Na2SO4处理浓度分别为0(CK)，25，50，75，100，125 mmol·L-1，均以蒸馏水为对照，每个处理4次重复。供试种子先用0.2% H2O2浸泡消毒1 h，再用75%的酒精消毒30 s，蒸馏水冲洗5～6次，晾干。将消过毒的100粒种子均匀的放在直径9 cm且铺有2层滤纸的培养皿中，分别加入8 mL盐溶液，置于温度24℃，12 h光照/12 h黑暗的FYZ-智能光照培养箱内进行萌发。采用称重补水法每天定时补充蒸发的水分，以维持盐浓度。

1.3 测定指标与方法

自种子培养开始每天统计发芽数，以胚根长0.2 cm为标志。第14天时统计不同处理下的发芽势，共处理28天。第28天时统计种子的发芽率、发芽指数、活力指数、盐害率，并测定幼苗胚根长、芽长，称量幼苗鲜重(单株幼芽)。计算公式[24-25]如下：

发芽率=发芽结束时正常发芽种子数/供试种子数×100%;

发芽势=发芽14天时正常发芽的种子数/供试种子数×100%;

发芽指数=Σ(每天正常发芽种子数/对应发芽天数);

活力指数=胚芽长×发芽指数;

相对发芽率=盐胁迫处理下种子发芽率/对照发芽率×100%;

相对发芽势=盐胁迫处理下种子发芽势/对照发芽势×100%;

相对发芽指数=盐胁迫处理下种子发芽指数/对照发芽指数×100%;

相对活力指数=盐胁迫处理下种子活力指数/对照活力指数×100%;

相对芽长=盐胁迫处理下幼苗芽长/对照芽长×100%;

相对根长=盐胁迫处理下幼苗根长/对照根长×100%;

相对根芽比=盐胁迫处理下幼苗根芽比/对照根芽比×100%;

相对鲜重=盐胁迫处理下幼苗鲜重/对照鲜重×100%;

相对盐害率=(对照发芽率-盐胁迫处理下种子发芽率)/对照发芽率×100%。

1.4 数据处理及评价方法

利用Excel 2010，SPSS 20.0统计分析软件进行数据处理、回归分析、主成分分析等，使用GraphPad Prism 9绘图，采用主成分赋予权重法和隶属函数法计算各种质的耐盐性综合评价值[26]。各综合指标的隶属函数值：指标与耐盐性成正相关的隶属函数公式为μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)；指标与耐盐性成负相关的隶属函数公式为μ(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中μ(Xj)表示第j个指标的隶属函数值；Xj表示第j个指标值；Xmin表示第j个指标最小值；Xmax表示第j个指标最大值。

2 结果与分析

2.1 不同盐胁迫对一年生早熟禾种质萌发特性的影响

2.1.1对一年生早熟禾种子相对发芽率和相对发芽势的影响 由图1可知，盐处理对一年生早熟禾种子的相对发芽率和相对发芽势均有抑制作用，且两者随盐浓度的增加均呈下降趋势。Na+浓度为50 mmol·L-1时，NaCl胁迫下YZYC，YZGZ和YZHZ，Na2SO4胁迫下YZYC，YZGZ的相对发芽率和相对发芽势与对照差异不显著，其余材料均显著低于对照(P<0.05)。当Na+浓度大于100 mmol·L-1时，7个种质的相对发芽率和相对发芽势均显著低于对照(P<0.05)，种子萌发受到显著抑制。Na+浓度为250 mmol·L-1时，NaCl胁迫与对照相比，YZLZ的相对发芽率和相对发芽势降幅均最大，分别下降96.69%和98.30%，且分别显著小于YZGZ和YZAN(P<0.05)，YZGZ和YZAN的相对发芽率和相对发芽势降幅最小，分别下降77.81%和84.15%；Na2SO4胁迫与对照相比，YZTZ的相对发芽率和相对发芽势降幅均最大，分别下降95.46%和98.20%，且分别显著小于YZYC和YZLZ(P<0.05)，YZYC和YZLZ的相对发芽率和相对发芽势降幅最小，分别下降72.78%和84.27%。

图1 盐胁迫对野生一年生早熟禾相对发芽率和相对发芽势的影响

2.1.2对一年生早熟禾种子相对发芽指数和相对活力指数的影响 随盐浓度的增加，一年生早熟禾种子的相对发芽指数和相对活力指数均呈下降趋势(图2)。Na+浓度为50 mmol·L-1时，NaCl胁迫下YZGZ和YZHZ，Na2SO4胁迫下YZYC，YZGZ的相对发芽指数和相对活力指数与对照差异均不显著，其余材料均显著低于对照(P<0.05)。当Na+浓度大于100 mmol·L-1时，7个种质的相对发芽指数和相对活力指数均显著低于对照(P<0.05)。Na+浓度为250 mmol·L-1时，NaCl胁迫与对照相比，YZLZ的相对发芽指数和相对活力指数降幅均最大，分别下降97.86%和99.42%，且分别显著小于YZGZ和YZHZ(P<0.05)，YZGZ，YZHZ的相对发芽指数和相对活力指数降幅最小，分别下降77.43%和85.10%；Na2SO4胁迫与对照相比，YZQZ的相对发芽指数和相对活力指数降幅均最大，分别下降97.26%和99.02%，均显著小于YZYC(P<0.05)，YZYC的相对发芽指数和相对活力指数降幅均最小，分别下降65.84%和93.61%。

图2 盐胁迫对野生一年生早熟禾相对发芽指数和相对活力指数的影响

2.2 不同盐胁迫对一年生早熟禾幼苗生长的影响

盐胁迫对7个野生一年生早熟禾种质幼苗生长的影响不相同(图3，图4)。Na+浓度为50 mmol·L-1时，NaCl胁迫下，YZLZ，YZGZ，YZTZ和YZHZ的相对芽长，YZYC的相对根长，YZAN，YZQZ和YZYC的相对根芽比，YZHZ的相对鲜重均大于对照，但除YZTZ的相对芽长与对照差异显著外(P<0.05)，其余均与对照差异不显著；Na2SO4胁迫下，YZGZ，YZTZ和YZHZ的相对芽长与YZHZ的相对鲜重均大于对照，且YZTZ和YZHZ的相对芽长与对照差异显著(P<0.05)。当Na+浓度大于150 mmol·L-1时，除NaCl胁迫下YZHZ的相对芽长和相对鲜重仍大于对照外，其余材料的相对芽长、相对根长、相对根芽比和相对鲜重均小于对照。Na+浓度为250 mmol·L-1时，NaCl胁迫与对照相比，YZYC的相对芽长，YZLZ的相对根长和相对根芽比及YZQZ的相对鲜重降幅最大，分别下降80.7%，96.15%，87.21%和93.82%，且分别显著小于YZHZ，YZGZ，YZYC和YZHZ(P<0.05)；Na2SO4胁迫与对照相比，YZYC的相对根长，YZAN的相对根长，YZTZ的相对根芽比和YZQZ的相对鲜重降幅均最大，分别下降80.7%，96.16%，93.75%和94.95%，且分别显著小于YZTZ，YZHZ，YZQZ和YZHZ(P<0.05)。

图3 盐胁迫下野生一年生早熟禾幼苗生长情况

图4 盐胁迫对野生一年生早熟禾材料幼苗生长的影响

2.3 盐胁迫对一年生早熟禾相对盐害率的影响

由图5可知，一年生早熟禾种子的相对盐害率随盐浓度的增加呈上升趋势。Na+浓度为50 mmol·L-1时，NaCl胁迫下YZYC，YZGZ和YZHZ，Na2SO4胁迫下YZYC的相对盐害率与对照差异不显著，其余材料均显著高于对照(P<0.05)。当Na+浓度大于100 mmol·L-1时，7个种质的相对盐害率均显著高于对照(P<0.05)，种子萌发受到显著抑制。Na+浓度为250 mmol·L-1时，NaCl胁迫与对照相比，YZLZ的相对盐害率增幅最大，增加96.69个百分点，且显著小于YZGZ(P<0.05)，YZGZ的相对盐害率增幅最小，增加79.81个百分点；Na2SO4胁迫与对照相比，YZTZ的相对盐害率增幅最大，增加95.46个百分点，且显著小于YZYC(P<0.05)，YZYC的相对盐害率增幅最小，增加82.78个百分点。

图5 盐胁迫对野生一年生早熟禾材料种子相对盐害率的影响

2.4 不同盐胁迫与野生一年生早熟禾种子萌发率间的回归分析

为进一步分析盐胁迫对野生一年生早熟禾种子萌发率的影响，以盐溶液浓度为自变量(x)、种子萌发率为因变量(y)建立一年生早熟禾种子萌发率与盐浓度之间的线性回归方程(表2)。由表2可见，7个种质萌发率与不同盐分浓度回归方程斜率均为负值，表明随着盐浓度的增加种子萌发率均降低，且7个种质的萌发率与盐浓度间回归方程斜率的绝对值均为NaCl

表2 不同盐处理与一年生早熟禾种子萌发率间的回归方程

2.5 野生一年生早熟禾耐盐指标主成分分析

采用主成分降维的方法对7个材料的9个耐盐指标进行主成分分析(表3)。前3个主成分的累积贡献率为89.76%，可作为评价7个野生一年生早熟禾种质萌发期耐盐性的综合指标。第一主成分和第二主成分累积贡献率达到80.84%，基本代表了萌发期耐盐指标的大部分信息。选第一主成分和第二主成分中的较大特征向量：相对发芽势、相对根长、相对盐害率、相对发芽率、相对发芽指数和相对活力指数等6个指标作为7个野生一年生早熟禾种质萌发期耐盐性筛选与评价的关键指标。

表3 一年生早熟禾种质耐盐指标的主成分分析

2.6 野生一年生早熟禾种子萌发期耐盐性评价

为全面综合反映7个野生一年生早熟禾种质萌发期耐盐性强弱，本研究在6个处理中选择所有种子各指标实测值非零、且变异系数最大的盐浓度水平[18]，即Na+浓度为250 mmol·L-1。根据主成分分析筛选结果，将7个野生一年生早熟禾材料在2种盐Na+浓度为250 mmol·L-1胁迫下的相对发芽势、相对根长、相对盐害率、相对发芽率、相对发芽指数和相对活力指数等6项指标分别取其均值，作为种子萌发期耐盐性综合评价各指标的实测值，然后计算隶属函数值，并以此为标准对7个种质萌发期的综合耐盐能力进行评价，结果如表4所示。7个野生一年生早熟禾种子萌发期耐盐性强弱依次为：一年生早熟禾(YZHZ)>一年生早熟禾(YZGZ)>一年生早熟禾(YZYC)>一年生早熟禾(YZAN)>一年生早熟禾(YZTZ)>一年生早熟禾(YZLZ)>一年生早熟禾(YZQZ)。

表4 7个一年生早熟禾种质萌发期耐盐性综合评价

3 讨论

种子萌发易受干旱、低温、盐碱等环境胁迫的影响[27]。盐胁迫对种子萌发最直观的影响为相对发芽率，相对发芽势，相对发芽指数和相对活力指数下降[28]。本研究表明，7个野生一年生早熟禾种子的萌发指标随NaCl和Na2SO4浓度的增大受到的抑制作用增强，这可能是胁迫初期低浓度的盐溶液因种子周围的水势降低而使其吸水受阻，并未完全影响种子的正常吸胀[29]，但随盐浓度的增加，种子内外水势差增大，种皮细胞失水，使细胞壁受到破坏[30]，大量溶质外渗，使内部激素合成及淀粉酶、蛋白酶的诱导受到阻碍[31]，导致萌发所需的原料和能量不足，最终使种子萌发受到影响，这与王治江等[32]和宋建超等[33]的研究结果相似。

盐胁迫对种子的萌发、形态、细胞、生理、分子等水平产生影响，当胁迫严重时会抑制植物的生长[34]。李珍等[35]研究盐胁迫对新麦草种子萌发及幼苗期生理特性的影响，发现NaCl抑制植物生长。而本研究中，当Na+浓度为50 mmol·L-1时，NaCl的添加提高了一年生早熟禾(凉州)、一年生早熟禾(甘州)、一年生早熟禾(天祝)和一年生早熟禾(湟中)的相对芽长，一年生早熟禾(永昌)的相对根长，一年生早熟禾(安宁)、一年生早熟禾(秦州)和一年生早熟禾(永昌)的相对根芽比，一年生早熟禾(湟中)的相对鲜重；Na2SO4的添加提高了一年生早熟禾(甘州)、一年生早熟禾(天祝)和一年生早熟禾(湟中)的相对芽长与一年生早熟禾(湟中)的相对鲜重，这可能是由于钠元素是植物生长所必需的，低钠对植物生长也会有促进作用，这与张娜等[36]、彭玉梅等[37]得出的结论一致。而其他种质的相对根长、相对芽长、相对根芽比和相对鲜重均随NaCl和Na2SO4胁迫的增大而受到显著抑制，且这种抑制效应随盐浓度的增大而增强，这与罗小燕等[38]和吴承东等[39]的研究结果一致。盐胁迫对不同植物种子的抑制效果各不相同，这是因为不同植物对不同盐的耐受能力各不相同，不同种子生理代谢也存在一定差异[40]。

由于植物种类的不同，盐胁迫对不同组织和器官的响应也不同，有的植物地上部抑制作用较地下部明显，有的则地下部较地上部更敏感[41]。本研究表明同一盐浓度胁迫对相对根长的抑制普遍强于相对芽长，可能与幼苗的胚根和盐溶液直接接触有关[20]，这与杨迎月等[42]的研究结果一致。此外，一年生早熟禾(甘州)、一年生早熟禾(天祝)、一年生早熟禾(凉州)、一年生早熟禾(秦州)和一年生早熟禾(湟中)的相对根芽比均随盐浓度的增加而受到显著抑制，这也再次表明了盐胁迫对胚根的伤害强于胚芽。相对盐害率表征种子萌发期盐胁迫对种子的伤害程度[43]。本研究结果表明，盐胁迫对一年生早熟禾种子的伤害程度随盐浓度的增加而增大，这与徐宁伟等[44]的研究结果相似。

植物种子萌发耐盐的实质主要是种子萌发过程中适应盐溶液而引起的渗透效应和离子效应的强弱，进而使种子耐盐性受到影响[45]。本研究结果表明一年生早熟禾(湟中)种子萌发时对盐溶液的耐性最强，对NaCl和Na2SO4的耐盐阈值分别为165.27 mmol·L-1和99.59 mmol·L-1，极限值分别为284.31 mmol·L-1和192.19 mmol·L-1。7个野生一年生早熟禾种子萌发对不同盐分胁迫的响应不同，且种子萌发受到不同盐分的抑制程度均为Na2SO4>NaCl，这与范惠玲等[46]的研究结果相似。研究还发现7个野生一年生早熟禾对NaCl和Na2SO4的耐盐阈值和极限值均不同，故在西北盐碱地引种时应尽早分析土壤的盐分和含盐量组成。植物耐盐性综合评价是一个复杂的过程，这和植物种类、品种和发育阶段密切相关，不能仅用单一指标来有效衡量植物的耐盐性[47]。因此，本研究使用主成分分析法将多项指标转化成综合指标，结合隶属函数法科学有效的对7个野生一年生早熟禾萌发期耐盐性进行评价。耐盐性综合评价显示，7个种质萌发期耐盐性强弱依次为：一年生早熟禾(湟中)>一年生早熟禾(甘州)>一年生早熟禾(永昌)>一年生早熟禾(安宁)>一年生早熟禾(天祝)>一年生早熟禾(凉州)>一年生早熟禾(秦州)，表明植物的耐盐性与其采集地的区域环境(土壤、降水、无霜期等)有关。此外，不同种质萌发期耐盐性强弱也可能与种子采集的时间有关，这还有待进一步研究。

4 结论

在盐胁迫下7个野生一年生早熟禾种子的相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数和相对活力指数均受到抑制，且同一盐浓度胁迫对相对胚根的抑制作用普遍强于相对胚芽。一年生早熟禾(湟中)种子萌发时对盐溶液的耐性最强，对NaCl和Na2SO4的耐盐阈值分别为165.27 mmol·L-1和99.59 mmol·L-1，其极限值分别为284.31 mmol·L-1和192.19 mmol·L-1，且Na2SO4对7个野生一年生早熟禾种子萌发的抑制作用均大于NaCl。一年生早熟禾(湟中)和一年生早熟禾(甘州)种子萌发期耐盐性较强，可在以氯化盐和硫酸盐为主的盐碱地上引种种植，具有培育耐盐一年生早熟禾新品种的开发应用潜力。