12个草地早熟禾品种幼苗耐盐性分析

叶文兴, 张胜男, 刘雪婷

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院,草地资源教育部重点实验室, 内蒙古 呼和浩特 010011)

土壤盐碱化是土地生产力低下和土壤质量下降的重要原因之一,盐碱化土壤溶液含高浓度Na+,Cl-以及pH呈碱性[1],极大程度制约着土壤的开发利用[2]。据联合国教科文组织和联合国粮农组织统计,全世界盐碱地面积约为9.54×108公顷,中国盐碱地总面积约为9.91×107公顷[3-4]。土壤含盐量高会抑制植物生长发育,影响农牧业发展及环境绿化。研究发现土壤pH值影响温带草原多样性-稳定性[5]。土壤盐碱化影响草坪建植、诱发生理性病害、增加养护管理成本[6]。草坪是城市绿化的重要绿植景观,也是生态建设的重要元素。草坪受各种环境因子的影响,尤其是土壤盐碱化对草坪的建植和坪观质量造成严重制约。土壤盐碱化已成为全球面临的重大挑战[7]。

草地早熟禾(PoapratensisL.)为禾本科早熟禾属多年生冷季型草坪草,分布范围广,适应性强,其生长年限长、质地纤细、绿期长、耐修剪性强、坪质优美[8-9],被誉为‘草坪之王’,广泛应用于冷季型草坪建植[10],是宝贵的植物种质资源[11]。随着我国盐碱土地的面积不断增大,城市园林绿化美化以及草坪建植会遇到品种耐盐性差、盐碱地出苗率低,草坪质量低等问题。植物受到盐胁迫后,其种子萌发及幼苗生长均会受到影响,生物膜结构遭到破坏,新陈代谢发生变化[12]。现有研究集中于转基因品种耐盐性研究[13]、外源亚精胺添加物[14]和不同生长调节剂[15]对草地早熟禾耐盐性的影响等方面。也有研究报道,草地早熟禾种子萌发率及幼根的生长状况在中性盐胁迫下的表现[16-17];不同品种草地早熟禾蛋白质含量与盐浓度的关系[18]。不同植物品种其耐盐性不同,即使是同一品种,生长期不同其耐盐性也不同[19]。为此,本研究着眼于草地早熟禾品种耐盐性状,采用不同浓度的NaCl溶液胁迫处理常用草地早熟禾品种,测定其生理指标,结合数据统计分析,评价不同草地早熟禾品种幼苗的耐盐性,筛选出耐盐性品种,以期为草坪建植品种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用12个草地早熟禾品种均由内蒙古农业大学草原与资源环境学院提供,种子购买于2021年,在种子柜5～8℃条件保存,本试验始于2021年10月。具体品种如下:‘踏春’‘探险家’‘斗士’‘蓝精灵’‘奔腾’‘洁妮’‘如意’‘蓝之梦’‘迪瓦’‘水星’‘午夜’‘爱娃’。

1.2 试验方法

以12个草地早熟禾品种为试验材料,采用沙培法栽培,水培花盆中装入10—20目酸洗石英砂,然后盆中均匀播撒等量种子,种子用石英砂覆盖0.5～1 cm厚。将播完种的石英砂盆置于(22±3)℃、16 h光照/8 h黑暗条件培养。每天早8点、下午2点和晚上8点均匀浇灌蒸馏水各1次,第20 d生长高度为5 cm左右时,对叶面和沙表面喷施1/2霍氏营养液,喷施量以湿透石英砂表层1～2 cm为宜,每天多次喷施,保持石英砂表面湿润为宜。当长到10 cm左右时,浇灌1倍的霍氏营养液,浇灌量以见培养液渗透石英砂为宜。各个盆栽保持湿度一致,观察其生长状况。当幼苗长至15 cm左右时,分别对每个品种根部浇灌等量含有0 mmol·L-1、100 mmol·L-1、200 mmol·L-1和300 mmol·L-1NaCl的霍氏营养液,每2 h浇灌一次,连续浇灌6 d(晚10点至次日8点不浇灌),于NaCl胁迫120 h取样,测定叶片叶绿素含量、根长、相对含水量及相对电导率。每个盆栽处理4次重复。

1.3 测定指标

1.3.1叶片叶绿素含量测定 叶绿素含量使用OPTI-SCIENCES CCM-300叶绿素测定仪,每盆样品中随机选择3个株丛,依次放入测量位置,2～3 s后,仪器显示屏自动显示叶绿素值,重复测量3次,取平均值。

1.3.2叶片相对电导率测定 称取0.1 g供试材料放进2 ml的离心管中,利用球磨仪进行研磨,将研磨后的样品转移到10 ml的离心管中,加入10 ml蒸馏水,充分震荡。立即测定电导率初值C1。静置3 h后,将离心管放入到恒温水浴锅中煮沸10 min,待冷却至室温后测定电导率终值C2。公式C1/C2×100%计算出叶片的相对电导率。

1.3.3根长测定 采用直接测量法测定,在每盆样品中随机选择10株幼苗测量主根,取平均值,进行分析。

1.3.4相对含水量测定 采用烘干法测定[20]。称取0.5 g植株,记录植株的鲜重(Fresh weigh,Wf),将植株放入塑封袋中,加入蒸馏水9 mL,使植株完全浸入,放置70 min后取出植株,擦干植株表面水分,立即测量植株重量,记录为水饱和重(Saturated weight,Wt)。然后放入信封袋中,于80℃烘箱中烘干至恒重,冷却至室温后再次称量叶片重量,记录叶片干重(Dry weight,Wd)。根据公式[(Wf-Wd)/(Wt-Wd)×100%]计算出植株的相对含水量。

1.4 数据统计分析

试验所得数据利用Excel 2013软件进行统计,用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析,各项数据用平均值±标准偏差表示,P<0.05 代表差异显著。利用隶属函数[21]法对12份不同品种草地早熟禾材料进行幼苗耐盐性的综合评价。计算公式如下:

2 结果与分析

2.1 叶绿素含量

随着盐浓度的增加,不同品种草地早熟禾120 h的叶绿素含量呈下降趋势。‘踏春’ ‘如意’‘迪瓦’‘爱娃’叶绿素含量在4个NaCl盐浓度处理时差异均显著(P<0.05)(表1)。在0,100和200 mmol·L-1NaCl盐浓度处理时‘斗士’‘奔腾’‘蓝之梦’‘水星’的叶绿素含量差异均显著(P<0.05),200和300 mmol·L-1时差异不显著;在100和200 mmol·L-1NaCl盐浓度处理时,‘探险家’和‘洁妮’叶绿素含量差异不显著,与其它浓度差异显著(P<0.05);‘蓝精灵’在200和300 mmol·L-1处理时显著低于0和100 mmol·L-1。

表1 不同盐浓度下草地早熟禾品种叶绿素含量变化

在0 mmol·L-1处理时,‘如意’叶绿素含量最高,显著高于‘水星’和‘午夜’(P<0.05),与其它品种间差异不显著,‘水星’的叶绿素含量最低,显著低于其它品种(P<0.05);在盐溶液100 mmol·L-1处理时,‘如意’叶绿素含量最高,与‘探险家’‘蓝精灵’‘洁妮’‘爱娃’显著高于其它品种(P<0.05),水星的叶绿素含量最低;在盐溶液200 mmol·L-1时,‘探险家’叶绿素含量最高,‘奔腾’最低,‘探险家’与洁妮差异不显著,显著高于其它品种(P<0.05),‘奔腾’与‘水星’‘踏春’异不显著;在300 mmol·L-1处理时,‘探险家’叶绿素含量最高,与‘洁妮’‘午夜’差异不显著,显著高于其它品种(P<0.05),迪瓦的叶绿素含量最低(P<0.05)。

3.2 相对电导率

4个NaCl盐浓度处理的12个草地早熟禾品种幼苗相对电导率的差异如表2所示,随着盐浓度的增加,‘踏春’‘探险家’‘斗士’‘蓝精灵’‘如意’‘蓝之梦’‘水星’‘午夜’‘爱娃’的相对电导率差异不显著。‘奔腾’‘迪瓦’随着盐浓度增加,相对电导率呈上升趋势,但是,在0 mmol·L-1和100 mmol·L-1处理时差异不显著,在200 mmol·L-1和300 mmol·L-1处理时不显著;‘洁妮’则相反,随着盐浓度增加,相对电导率呈下降趋势。

表2 不同盐浓度下草地早熟禾品种相对电导率变化

在0 mmol·L-1处理时,‘洁妮’相对电导率显著高于其它品种(P<0.05),‘奔腾’相对电导率显著低于其它品种(P<0.05);在100 mmol·L-1处理时,‘洁妮’相对电导率显著高于其它品种(P<0.05),‘奔腾’相对电导率最低,与‘蓝之梦’‘迪瓦’‘爱娃’差异不显著,显著低于的其它品种(P<0.05);在200 mmol·L-1处理时,‘蓝精灵’相对电导率显著高于‘探险家’和‘奔腾’(P<0.05),与其它品种差异不显著;在300 mmol·L-1处理时,’迪瓦’相对电导率最高,与‘蓝之梦’差异不显著,显著高于除其它品种(P<0.05),‘探险家’相对电导率最低,仅与‘蓝之梦’和‘迪瓦’差异显著(P<0.05)。

3.3 根长

随着盐浓度的增加,不同品种草地早熟禾的根长呈下降趋势(表3)。在0 mmol·L-1处理时,‘踏春’‘斗士’‘洁妮’‘蓝之梦’‘水星’‘爱娃’的根长显著长于其它盐浓度(P<0.05),在100 mmol·L-1、200 mmol·L-1和300 mmol·L-1处理之间差异不显著;‘探险家’‘蓝精灵’‘奔腾’‘如意’的根长在0 mmol·L-1显著长于200和300 mmol·L-1(P<0.05),100 mmol·L-1显著长于300 mmol·L-1(P<0.05);‘迪瓦’在4个盐浓度下根长差异不显著。

表3 不同盐浓度下草地早熟禾品种根长

在0 mmol·L-1时,‘洁妮’根长最长,仅显著高于爱娃(P<0.05);在100 mmol·L-1和在200 mmol·L-1时,‘奔腾’根长最长,显著高于‘蓝之梦’‘水星’‘爱娃’(P<0.05);在300 mmol·L-1时,‘洁妮’根长最长,与‘踏春’‘斗士’‘奔腾’‘迪瓦’‘午夜’差异不显著,显著高于其它品种(P<0.05),‘水星’根长最短,与‘蓝精灵’‘蓝之梦’‘爱娃’差异不显著,显著低于其它品种(P<0.05)。

3.4 相对含水量

随着盐浓度的增加,不同品种草地早熟禾的相对含水量呈下降趋势(表4)。‘蓝之梦’的相对含水量随着盐浓度的增加差异不显著,除‘午夜’外其余品种均为0 mmol·L-1盐浓度相对含水量最高,‘踏春’‘洁妮’在200 mmol·L-1处理时相对含水量最低,其余品种均在300 mmol·L-1处理时相对含水量最低。

表4 不同盐浓度下草地早熟禾品种相对含水量变化

在0 mmol·L-1时,‘奔腾’相对含水量最高,与‘洁妮’ ‘蓝之梦’‘午夜’差异不显著,显著高于其余品种(P<0.05);在100 mmol·L-1和200 mmol·L-1时,’午夜’相对含水量最高,100 mmol·L-1处理显著高于其它品种(P<0.05),在200 mmol·L-1时,除‘奔腾’ ‘洁妮’‘水星’外,‘午夜’显著高于其它品种(P<0.05),‘迪瓦’在0 mmol·L-1和100 mmol·L-1时最低;‘踏春’相对含水量最低(P<0.05);在300 mmol·L-1时,‘洁妮’相对含水量最高,显著高于其它品种(P<0.05),‘迪瓦’相对含水量最低,显著低于其它品种(P<0.05)。

3.5 幼苗期耐盐性综合评价

为了综合评价12个草地早熟禾品种幼苗耐盐性,本试验采用隶属函数法对相对含水量、根长、相对电导率及叶绿素含量进行了综合评价。隶属函数平均值(又称平均隶属度)越大说明其幼苗耐盐特性越优。0 mmol·L-1NaCl处理时,平均隶属度在0.510～0.950,其中‘奔腾’ ‘如意’‘蓝之梦’‘踏春’‘洁妮’5个品种大于0.7,其幼苗特性好;平均隶属度均大于0.5,其幼苗特性均较好,幼苗性状从强到弱依次为:‘奔腾’>‘如意’>‘蓝之梦’>‘踏春’>‘洁妮’>‘午夜’>‘斗士’>‘探险家’>‘爱娃’>‘水星’>‘蓝精灵’>‘迪瓦’(表5)。100 mmol·L-1NaCl处理时,平均隶属度在0.292～0.776,其中仅有‘奔腾’大于0.7,幼苗耐盐特性最好,平均隶属度小于0.4的2个品种为‘踏春’‘水星’,其幼苗耐盐特性较差,其余品种幼苗耐盐特性评价居中,幼苗耐盐性状从强到弱依次为:‘奔腾’>‘如意’>‘探险家’>‘午夜’>‘蓝精灵’>‘迪瓦’>‘洁妮’>‘爱娃’>‘蓝之梦’>‘斗士’>‘踏春’>‘水星’(表6)。200 mmol·L-1NaCl处理时,平均隶属度在0.308～0.845,其中‘洁妮’‘午夜’‘探险家’大于0.7,幼苗耐盐特性较好;平均隶属度小于0.4的4个品种‘蓝精灵’‘水星’‘踏春’‘蓝之梦’幼苗耐盐特性较差,其余品种幼苗耐盐特性评价居中,幼苗耐盐性状从强到弱依次为:‘洁妮’>‘午夜’>‘探险家’>‘奔腾’>‘如意’>‘斗士’>‘爱娃’>‘迪瓦’>‘蓝之梦’>‘踏春’>‘水星’>‘蓝精灵’(表7)。300 mmol·L-1NaCl处理时,平均隶属度在0.280～0.897,其中‘洁妮’和‘探险家’大于0.7,幼苗耐盐特性较好;平均隶属度小于0.4的6个品种为‘迪瓦’‘爱娃’‘蓝之梦’‘水星’‘蓝精灵’‘奔腾’,其幼苗耐盐特性较差,其余品种幼苗耐盐特性评价居中,幼苗耐盐性状从强到弱依次为:‘洁妮’>‘探险家’>‘午夜’>‘如意’>‘斗士’>‘踏春’>‘奔腾’>‘蓝精灵’>‘水星’>‘蓝之梦’>‘爱娃’>‘迪瓦’(表8)。由此可见,在低浓度(0 mmol·L-1和100 mmol·L-1)NaCl处理时,‘奔腾’性状表现最优;在高浓度(200 mmol·L-1和300 mmol·L-1)NaCl处理时,‘洁妮’‘探险家’ ‘午夜’性状表现最优。

表5 0 mmol·L-1盐浓度处理12个草地早熟禾品种幼苗性状综合评价与排名

表6 100 mmol·L-1盐浓度处理12个草地早熟禾品种幼苗耐盐性状综合评价与排名

表7 200 mmol·L-1盐浓度处理12个草地早熟禾品种幼苗耐盐性状综合评价与排名

表8 300 mmol·L-1盐浓度处理12个草地早熟禾品种幼苗耐盐性状综合评价与排名

4 讨论

植物叶片是进行光合作用的重要器官,叶绿素(Chl)是植物光合作用的主要物质,在一定程度上可以衡量植物对盐胁迫耐受的能力[22]。有研究表明,耐盐品种的叶绿素含量在盐胁迫下高于敏盐品种[23]。本研究中,12个草地早熟禾品种叶绿素含量随着盐浓度的增加呈下降趋势,这与张韦钰等[24]对草地早熟禾品种午夜的研究结果一致。盐胁迫对植物光合作用起到抑制作用,从而降低光合速率,抑制电子传递,使产量下降甚至死亡。

盐胁迫会破坏细胞膜的完整性,导致膜透性增大[25],电导率和相对电导率的值越大[26]。本研究发现,随着盐浓度的增加,‘踏春’‘探险家’‘斗士’‘蓝精灵’‘如意’‘蓝之梦’‘水星’‘午夜’‘爱娃’的相对电导率差异不显著;‘奔腾’‘迪瓦’随着盐浓度增加,相对电导率呈上升趋势。因此,‘奔腾’‘迪瓦’对盐胁迫较敏感,盐胁迫导致其叶片电解质外渗,对其生长造成伤害,与任智新等[27]的研究结果一致。

植物的根系生长的能力可通过根长表现,同时由于植物根系是最早感受到盐胁迫的器官,因而其生长会受到抑制作用[19]。本研究表明,随着盐浓度的增加,不同品种草地早熟禾120 h的根长呈下降趋势。盐胁迫对草地早熟禾根生长有抑制作用,耐盐性强的品种较敏盐品种在盐胁迫下根长的变化幅度小[28]。

相对含水量是反映植物水分状况的一项重要指标,植物体内的含水量变化是影响植物生长状况的重要因素之一[29]。本研究发现随着盐浓度的增加,12个草地早熟禾品种的相对含水量呈下降趋势。

牧草幼苗耐盐性特性的评价方法很多,为了避免评价过程中的片面性,本研究根据平均隶属函数值法进行了12个草地早熟禾品种幼苗期耐盐性综合评价。通过隶属函数平均值排序发现,0 mmol·L-1及100 mmol·L-1NaCl处理时,‘奔腾’和‘如意’在12个草地早熟禾品种中耐盐性强;200 mmol·L-1和300 mmol·L-1NaCl处理时,‘洁妮’‘午夜’和‘探险家’在12个草地早熟禾品种中耐盐性强。

5 结论

在低NaCl浓度(0和100 mmol·L-1)处理时,‘奔腾’耐盐性状表现最优;在高NaCl浓度(200和300 mmol·L-1)处理时,‘洁妮’‘探险家’‘午夜’耐盐性状表现最优。其中,‘水星’在4个NaCl盐浓度均表现较差。因此,建议在盐渍化土壤建植草地早熟禾草坪可选择‘奔腾’‘洁妮’‘探险家’‘午夜’作为建坪草种。