29个紫花苜蓿品种种子萌发期耐盐性评价

王佳敏, 柴润东, 陈璐云, 冯渝茜, 朱梦杳, 马宏忠, 孙盛楠,2*, 严学兵,2

(1. 扬州大学动物科学与技术学院, 江苏 扬州 225009; 2. 教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室, 江苏 扬州 225009)

随着全球粮食与发展需求的不断增加,而全球人均耕地面积总体呈现下降趋势,导致耕地资源的供需矛盾日益加剧。根据《中国统计年鉴2011》数据,中国耕地面积12 172万hm2,仅占国土面积的12.68%,而且绝大部分耕地存在缺乏水源保障、干旱退化、水土流失、污染严重等问题。因此耕地后备资源的开发利用尤为重要。沿海滩涂自然资源作为海陆交接带特殊的生态资源,因其地理位置优越、社会经济条件发达而具有较高的开发价值[1]。中国沿海地区滩涂资源面积约2.17×104km2,江苏沿海滩涂面积达50万hm2,其滩涂资源量约占全国的1/4、全省耕地面积的1/7,是江苏省主要的土地后备资源[2]。江苏农田土壤pH总体呈现“南酸北碱”和“东部沿海高于内陆”的空间分布特征[3]。梅芹芹等[4]选取江苏自北向南三处平原土壤进行盐渍化分析得出,连云港滨海平原区平均含盐量为1.65%,大丰滨海平原区平均含盐量为0. 39%,总体分布0. 06%～1. 22%之间;南通长江三角洲平原区平均含盐量为0.64%。近年来,随着沿海地区生态的不断恶化和不合理的开发利用,土壤盐渍化程度不断上升,盐渍化成为制约江苏沿海滩涂土壤开发利用的主要障碍之一。盐渍土不仅影响幼苗的萌发,还影响幼苗的存活和生长,对植物生长危害较大[5],严重影响了我国沿海滩涂盐渍化地区土地的利用率。目前,可以通过物理方法、化学方法、生物改良方法进行盐碱土壤的改良,其中通过筛选、培育和种植耐盐植物的生物改良措施是经济有效的措施之一[6-8]。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)为豆科苜蓿属多年生草本植物,对盐渍化土壤有较强的适应能力,可以通过叶片进行排盐[9]。Munns等[10]指出紫花苜蓿与其他牧草相比具有较高的耐盐性,并具有改良土壤盐渍化的作用。不同生长年限的紫花苜蓿根系对次生盐渍化土壤的改良效果不同,紫花苜蓿种植地的可溶性盐分含量及各种盐分离子含量与荒滩地相比均有所降低,说明紫花苜蓿的种植对土壤表层盐分含量具有抑制作用。原因是一方面种植紫花苜蓿减少了地表蒸发,使盐分滞留在下层土壤;另一方面一部分盐分被紫花苜蓿吸收带出土壤[11-12]。此外,因为江苏沿海地区水土盐分最主要的离子为Na+和Cl-,且土体含盐特征以氯盐为主[13],而长期种植紫花苜蓿也可以有效地降低土壤中NaCl的含量,提高土壤有机质的含量,对江苏沿海滩涂土壤改良具有显著效果[14-17]。

紫花苜蓿在发芽期和苗期时对盐分更为敏感,因此可在苜蓿生长幼年期进行耐盐筛选[18]。在河北滨海和松嫩平原西部等盐碱地区,已有学者对不同的苜蓿品种进行了耐盐性评价[19-21],但目前适用于江苏沿海滩涂地区种植的耐盐紫花苜蓿品种尚未明确。在有限的耕地资源条件下,筛选并推广紫花苜蓿耐盐品种不仅可以提高沿海滩涂土壤利用率,也可为该区域发展草地畜牧业提供优质牧草,进一步促进草地农业可持续发展。本试验以29个不同品种的紫花苜蓿为材料,研究不同浓度NaCl溶液对紫花苜蓿种子萌发期的影响,采用隶属函数方法对紫花苜蓿萌发期各项指标进行综合评价分析,筛选出适合江苏沿海滩涂盐渍化土壤的品种,为在南方沿海滩涂推广紫花苜蓿种植、提高滩涂土壤利用率以及盐渍化土壤改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取29份不同紫花苜蓿品种为试验材料,其中国内品种7份,国外品种22份,具体信息见表1。

表1 29个紫花苜蓿品种信息

1.2 试验设计

以NaCl溶液为培养液,各处理质量体积浓度,分别为0%(对照),0.6%,0.9%,1.2%和1.5%,每个处理重复4次。每皿选取大小均匀、籽粒饱满的种子50粒,发芽床采用滤纸法。先将紫花苜蓿种子用75%乙醇溶液消毒30 s,蒸馏水冲洗3～4次,并用滤纸吸干多余水分。选用直径 90 mm培养皿,上铺1层90 mm滤纸,加入2 mL蒸馏水或者不同浓度盐水。培养皿置于智能人工气候箱:DFQ-500-3RG,25℃,光周期为12 h/12 h(光照/黑暗)培养9天,每2天向培养皿中补加蒸馏水至润湿滤纸即可,以补充蒸发的水分。每日按空间顺序上下交换培养皿位置。试验共进行9天,第4天测定发芽势,第7天统计发芽率、第9天测定胚根和胚芽长度(胚根长、胚芽长在培养第9天进行测定,每个处理中随机选取10株苗,用直尺测量每株的胚根长、胚芽长,以平均值表示)。

1.3 种子萌发测定指标

1.3.1发芽势 盐处理后第4 d,观测每皿正常发芽种子数占供检种子数的百分率;

1.3.2发芽率 盐处理后第7 d,观测每皿正常发芽种子数占供检种子数的百分率;

1.3.3芽长 盐处理后第 9 d,用直尺测定每株苗从种子胚到最长叶叶尖的长度。

1.3.4根长 盐处理后第 9 d,用直尺测定每株苗从种子胚到最长根根尖的长度。

1.3.5隶属函数计算公式为:

式中,Xi为参试材料某一指标的测定值;Xmax和Xmin分别为所有材料中该指标的最大值和最小值。

1.4 数据统计与处理

用Excel 2007软件对数据进行简单的分类计算,利用SPSS 27. 0对各盐浓度处理下材料的相对发芽势、相对发芽率、相对根长和相对芽长进行单因素方差分析。以所选的指标为原始数据,采用隶属函数公式对各数据进行换算。记录每个指标在不同盐浓度下的隶属函数值,再根据每个指标的隶属函数值计算平均值并进行聚类分析,对不同品种紫花苜蓿的耐盐性进行排名。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对种子相对发芽势的影响

由表2可知,高浓度NaCl溶液对大部分种子萌发具有抑制作用。低盐浓度下,‘淮阴苜蓿’ ‘中苜2号’等品种发芽能力不足,而一些品种,如‘巨能601’ ‘大叶’ ‘莎莎’等品种在低盐浓度下萌发状态良好,说明低浓度的盐溶液可以促进部分种子的萌发。在0.6%浓度下,‘巨能601’相对发芽势最高,‘莎莎’ ‘大叶’ ‘巨能2’ ‘Paola’相对发芽势相对较高;在0.9%浓度下,‘威力’ ‘威神’ ‘莎莎’相对发芽势位于前列;在1.2%浓度下,‘MS-5S43’相对发芽势最高,‘巨能2’ ‘莎莎’ ‘赛迪7’ ‘威力’ ‘游客’ ‘天马’的相对发芽势在95%以上;在1.5%浓度下,英斯特和阿罗拉的相对发芽势都在80%以上,说明在1.5%盐浓度下,‘英斯特’和‘阿罗拉’两个品种仍具备良好的发芽能力。

表2 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对发芽势的影响

2.2 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对发芽率的影响

不同NaCl浓度,紫花苜蓿品种种子的相对发芽率不同(表3)。当NaCl浓度为0.6%时,部分紫花苜蓿品种种子的相对发芽率高于对照组,但随着NaCl浓度的升高,大部分紫花苜蓿品种相对发芽率均呈现出下降趋势。在0.6% NaCl浓度下,‘大叶’相对发芽率最高,‘莎莎’其次;在0.9%浓度下,‘大叶’ ‘威力’ ‘莎莎’等相对发芽率仍能高于对照组;在1.2%浓度下,‘威力’ ‘MS-5S43’ ‘莎莎’ ‘赛迪10’ ‘巨能2’ ‘阿罗拉’相对发芽率仍能达到95%左右;在1.5%浓度下,‘莎莎’ ‘威力’耐盐性较强,相对发芽率均在90%以上。

表3 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对发芽率的影响

2.3 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对芽长的影响

筛除1.5%浓度下发芽率低于50%的品种,将剩下的13个品种进行后续评价。由表4可知,随着盐浓度的增加,不同品种相对芽长呈逐渐下降趋势,少量品种相对芽长高于对照组。在0.6%和0.9%的盐浓度处理下,各品种间相对芽长变化较小,而在1.5%盐浓度处理下,各品种相对芽长变幅较大。在0.6%盐浓度下,‘赛迪7’ ‘赛迪10’和‘法多’的相对芽长表现优异;在0.9%盐浓度下,不同材料间相对芽长差异更为显著(P<0.05),‘赛迪10’表现最好,其次是‘威力’;在1.2%盐浓度下,‘威力’的相对芽长最长,其次是‘莎莎’和‘法多’;在1.5%盐浓度下,‘莎莎’和‘法多’相对芽长显著大于对照组且‘莎莎’的相对芽长最长。

表4 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对芽长的影响

2.4 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对根长的影响

由表5可知,随着盐浓度的增加,不同品种相对根长呈逐渐降低的趋势。在0.6%盐浓度下‘法多’表现最好,其次是‘莎莎’;在0.9%盐浓度下,不同材料间相对根长差异更为显著(P<0.05),‘阿罗拉’ ‘威力’ ‘英斯特’的相对根长均大于对照组;在1.2%盐浓度下,‘威力’的相对根长最大,其次是‘赛迪7(2代)’;在1.5%盐浓度下,‘阿罗拉’的相对根长最长且大于对照组。

表5 盐胁迫对紫花苜蓿幼苗相对根长的影响

2.5 耐盐性综合评价

利用隶属函数法对13个紫花苜蓿种质萌发期的综合耐盐能力进行评价,13个紫花苜蓿种子萌发期耐盐性强弱依次为:‘赛迪10’>‘皇冠’>‘阿罗拉’>‘赛迪7’>‘法多’>‘莎莎’>‘劲能5020’>‘英斯特’>‘希模’>‘天马’>‘赛迪7(2代)’>‘巨能551’>‘威力’(表6)。再根据13个紫花苜蓿品种的秋眠级(图1),可进一步筛选出适合在江苏沿海地区种植的10个品种:‘皇冠’ ‘阿罗拉’ ‘赛迪7’ ‘莎莎’ ‘劲能5020’ ‘英斯特’ ‘天马’ ‘赛迪7(2代)’ ‘巨能551’ ‘威力’。

图1 13个紫花苜蓿品种的秋眠级

表6 13个紫花苜蓿品种隶属函数评价

3 讨论

本研究设置了紫花苜蓿盐胁迫试验的NaCl盐浓度梯度(0%,0.6%,0.9%,1.2%,1.5%),该浓度梯度能体现出苜蓿发芽率、发芽势等生长指标随盐浓度增长的梯度变化[22]。以往研究表明,低盐浓度能促进细胞膜的渗透调节,细胞膜的渗透调节能力越强,越有利于植物从逆境中吸水,增强其抵抗不良环境的能力[23-24]。因此,本研究中低浓度盐溶液对部分紫花苜蓿品种的生长表现出促进作用[25]。但是,随着盐浓度增加,大部分种子生长受到抑制,且盐浓度越大抑制作用越强,这与前人研究结果一致[26-28]。

在牧草生长发育中,种子萌发阶段对盐胁迫响应最为敏感[29]。环境胁迫常用种子发芽率、发芽势、胚芽长和胚根长四项指标进行测定。发芽势高,则表示种子活力强,发芽迅速,整齐,增产潜力大。发芽率越高,说明种子饱满,整齐度高,种胚发育良好,种子生命力高。李崇巍等[30]研究指出胚根胚芽的长度也可以作为紫花苜蓿耐盐性评定的指标,本研究发现在盐胁迫下有8个品种的相对芽长、4个品种的相对根长大于对照组,说明紫花苜蓿根部对盐胁迫更加敏感,这一研究结果与已有的研究结果一致[31-32]。马洪雨[33]利用蛋白质组学方法比较两种大豆幼苗根部与叶片蛋白质表达谱在短时间、长时间盐胁迫下的差异发现,根部蛋白组比叶蛋白组对盐胁迫更敏感,能更准确地反应植物的耐盐能力。而随着盐浓度的增加,相对芽长和相对根长都出现显著性降低趋势[33-34]。

植物受盐胁迫后表现出的耐盐性是多方面的,不同品种之间的表现不同,不同性状也有不同的变化趋势[35-38],因此不能只评价某个单一指标。本试验利用隶属函数公式计算,将各个性状评分汇总,在保证发芽率的前提下,将筛选出的13种紫花苜蓿品种进行综合评价,其中‘赛迪10’的耐盐性最强,且在发芽率,发芽势,相对芽长中均表现突出。此外,不同品种的秋眠级也是不同地区选用紫花苜蓿品种的重要依据。秋眠性是紫花苜蓿的一个生长特性,与紫花苜蓿的再生能力、耐寒性等紧密相关[39]。毕玉芬等[40]研究表明,随着种植地区湿润度增加和纬度的降低,适宜种植的紫花苜蓿品种秋眠性减弱。北方地区可种植耐寒性强抗热能力差的秋眠型品种,如‘公农一号’ ‘中苜一号’ ‘中兰二号’等。南方地区主要种植耐寒性差但抗热性好的非秋眠型苜蓿品种,如‘极光’ ‘精英’等,其中适合在长江中下游地区种植的苜蓿品种为半秋眠型和非秋眠型,即秋眠级为4～9级的紫花苜蓿品种。本研究使用的紫花苜蓿品种秋眠级情况见图1,根据不同品种的秋眠级可进一步从13个耐盐紫花苜蓿品种中筛选适用于江苏沿海地区种植的10个品种:‘皇冠’ ‘阿罗拉’ ‘赛迪7’ ‘莎莎’ ‘劲能5020’ ‘英斯特’ ‘天马’ ‘赛迪7(2代)’ ‘巨能551’ ‘威力’。

此外,紫花苜蓿的丰产性是衡量紫花苜蓿质量的重要指标之一,对评价紫花苜蓿的经济效益、生长情况和抗逆性也至关重要。冯洁琼等[41]通过灰色关联度分析法综合评价了21个紫花苜蓿品种的生产性能,筛选出‘5S43’ ‘赛迪7(2代)’ ‘威力’ ‘劲能5020’ ‘百绿三得利’这5个适合在南方滩涂盐碱地种植的丰产性良好的牧草品种。沈思聪等[42]依据紫花苜蓿丰产性及品质筛选出‘天马’ ‘希模’ ‘游客’ ‘赛迪7(2代)’ ‘英斯特’ ‘梅佐’ ‘莎莎’ ‘劲能5020’ ‘百绿三得利’9个适宜在扬州地区栽种的品种。根据以往研究的紫花苜蓿丰产性[41-44],以及本研究的耐盐性评价,可将上述品种继续筛选出5个紫花苜蓿品种,即‘皇冠’‘阿罗拉’‘赛迪7’‘莎莎’‘劲能5020’。为了保证筛选出的材料准确可靠,后期还将对筛选出的品种进行苗期耐盐性评价,并在滩涂盐渍土壤原位种植进行生产试验。

4 结论

1.5% NaCl浓度的盐胁迫对29个紫花苜蓿品种种子的相对发芽率、相对发芽势、相对胚芽长和相对胚根长均有抑制作用,对相对胚根长的抑制作用强于相对胚芽长。根据隶属函数综合评价结果,结合不同品种紫花苜蓿的秋眠级和丰产性,筛选出适合在江苏沿海滩涂种植的5个品种为‘皇冠’ ‘阿罗拉’ ‘赛迪7’ ‘莎莎’ ‘劲能5020’,为推广紫花苜蓿在江苏滩涂盐渍化土壤种植,改良盐渍化土壤提供了一定依据。