混合鹽堿脅迫對16個紫花苜蓿品種萌發(fā)期的影響

李詩琴 于洪柱 劉藝杉

摘要：采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，用3個濃度的混合鹽堿溶液（30、40、50 mmol/L）以及對照對16個紫花苜蓿品種進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，測定其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽和胚根長度，并通過隸屬函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差賦予權(quán)重法進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明，鹽堿濃度40 mmol/L為紫花苜蓿受鹽堿脅迫萌發(fā)的臨界濃度;鹽堿濃度50 mmol/L為紫花苜蓿萌發(fā)的極限濃度;供試紫花苜蓿的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽和胚根長度隨著鹽堿濃度的增加而不斷降低，4個指標(biāo)與紫花苜蓿耐鹽堿性相關(guān)性大小依次為發(fā)芽 勢> 發(fā)芽率>胚根>胚芽;16個紫花苜蓿品種的耐鹽堿強(qiáng)弱依次為公農(nóng)1號>驚喜>金皇后>WL343HQ>北極熊>公農(nóng)5號>旱地>斯貝德>3010>阿爾岡金>先行者>MT4014>巨能2>馴鹿>巨能7>英斯特。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿;混合鹽堿脅迫;萌發(fā)期;隸屬函數(shù)值;權(quán)重法;耐鹽堿;相關(guān)性;綜合評價

中圖分類號： S541+.103.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0194-05

土壤鹽漬化已經(jīng)成為了全球環(huán)境及農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要問題，我國約有鹽堿地667萬hm2[1]。鹽堿土中的可溶性鹽主要分為中性鹽與堿性鹽，主要成分包括Na+、Ca2+、Mg2+、K+等陽離子，及CO2-3、HCO-3、Cl-、SO2-4和NO-3等陰離子[2]。通常將中性鹽脅迫稱為鹽脅迫，而將堿性鹽脅迫稱為堿脅迫，由Na2CO3、NaHCO3等堿性鹽所造成的堿脅迫對植物所造成的危害遠(yuǎn)大于中性鹽脅迫[3]。因其土壤中的陰離子CO2-3、HCO-3會導(dǎo)致土壤pH值升高，是植物不僅受到鹽脅迫，還會受到高pH值脅迫[4]。

紫花苜蓿是一種優(yōu)良的豆科牧草，葉片具有排鹽機(jī)制，耐鹽堿性較強(qiáng)，培育與篩選耐鹽堿苜蓿品種是改良與利用鹽堿地的重要措施[5]。據(jù)報道，紫花苜蓿品種間耐鹽性差異較大，在種子萌發(fā)期對鹽堿比較敏感[6-7]，并且種子是否萌發(fā)是耐鹽堿選擇的基礎(chǔ)[8]。關(guān)于紫花苜蓿種子萌發(fā)期耐鹽堿的研究較多，但都主要側(cè)重于中性鹽脅迫[9-13]，對混合鹽堿脅迫研究較少。在天然鹽堿地中，堿性鹽以Na2CO3、NaHCO3為主。本研究以Na2CO3和NaHCO3混合鹽堿脅迫對16種紫花苜蓿品種在種子萌發(fā)期的耐鹽堿能力進(jìn)行鑒定與評價，篩選出優(yōu)質(zhì)的耐鹽堿品種，為耐鹽堿品種的推廣與培育以及鹽堿地區(qū)苜蓿的生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試苜蓿品種名稱、來源及原產(chǎn)地見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計與測量指標(biāo)

選擇飽滿的紫花苜蓿品種，用70%乙醇消毒，蒸餾水沖洗干凈，鹽堿處理為Na2CO3和NaHCO3按1 ∶ 1摩爾比混合，處理濃度為30、40、50 mmol/L 以及對照組，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)100粒種子，每個培養(yǎng)皿中放2層濾紙加入5 mL混合溶液，對照組加入5 mL蒸餾水，置于（25±1） ℃、光周期12 h/d、光照度3 000～4 000 lx的人工氣候室中培養(yǎng)。每天稱質(zhì)量澆水，觀察并記錄發(fā)芽數(shù)，于萌發(fā)后第3 d統(tǒng)計發(fā)芽勢，第6 d統(tǒng)計發(fā)芽率。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，每個處理取10株用游標(biāo)卡尺測量胚根和胚芽長度。各指標(biāo)數(shù)值均為相對值，某指標(biāo)相對值=鹽堿處理組數(shù)值/對照組數(shù)值×100%[14]。

1.3 綜合評價

采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法[15-16]進(jìn)行抗旱性綜合評價，步驟為：采用公式（1）計算隸屬函數(shù)值，與抗逆性負(fù)相關(guān)的指標(biāo)用反隸屬函數(shù)公式（2）計算，用公式（3）計算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，公式（4）歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重，用公式（5）計算各材料的綜合評價值D，并根據(jù)D值大小進(jìn)行排序。

式中：μ（Xj）表示第j個指標(biāo)的隸屬函數(shù)值;Xj表示第j個指標(biāo)值;Xmin表示第j個指標(biāo)最小值;Xmax表示第j個指標(biāo)最大值;Xj表示第j個指標(biāo)平均值;Xij表示i材料j性狀的隸屬函數(shù)值;Vj表示第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù);Wj表示第j個指標(biāo)權(quán)重;D表示各材料的綜合評價值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件整理數(shù)據(jù)，并計算紫花苜蓿各指標(biāo)的相對值、隸屬函數(shù)值和綜合評價值等，利用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分別各指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對發(fā)芽勢的影響

相對發(fā)芽勢能夠反映種子在萌發(fā)初期的活力。供試的16份紫花苜蓿材料的相對發(fā)芽勢隨著鹽堿濃度的增加而呈顯著下降趨勢。在30 mmol/L鹽堿濃度處理下，平均相對發(fā)芽勢為77.53%;MT4015與金皇后的相對發(fā)芽勢均大于90%，遠(yuǎn)高于平均水平;而北極熊的相對發(fā)芽勢最低，僅有47.82%。隨著鹽堿濃度增加到40 mmol/L，各品種紫花苜蓿相對發(fā)芽勢呈顯著下降，平均相對發(fā)芽勢降為37.06%;馴鹿在這水平的相對發(fā)芽勢最高，為60.56%;而驚喜最低，僅為19.79%。在鹽堿濃度進(jìn)一步增加到 50 mmol/L，各品種紫花苜蓿的相對發(fā)芽勢下降至最低，平均相對發(fā)芽勢僅為12.94%;英斯特的相對發(fā)芽勢在這一水平最高，為28.77%，公農(nóng)5號只有 4.96%（表2）。

2.2 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對發(fā)芽率的影響

供試紫花苜蓿品種的相對發(fā)芽率與相對發(fā)芽勢表現(xiàn)基本一致，隨著鹽堿脅迫濃度的增加而呈顯著下降趨勢（表3）。不同紫花苜蓿品種間表現(xiàn)差異較大。在30 mmol/L鹽堿濃脅迫下，供試紫花苜蓿平均相對發(fā)芽率為83.18%;斯貝德的相對發(fā)芽率最高，為 95.6%，而驚喜最低（58.62%）。當(dāng)鹽堿脅迫濃度為40 mmol/L時，供試苜蓿相對發(fā)芽率顯著降低，平均相對發(fā)芽率（51.94%）低于30 mmol/L的發(fā)芽率。其中，英斯特與巨能2表現(xiàn)較好，相對發(fā)芽率為72.10%和79.53%，公農(nóng)1號最低，僅為26.24%。當(dāng)鹽堿脅迫濃度達(dá)到50 mmol/L時，各紫花苜蓿品種的相對發(fā)芽率都受到明顯抑制，平均相對發(fā)芽率僅為15.63%。

2.3 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對芽長的影響

在鹽堿脅迫周期結(jié)束后對供試紫花苜蓿的芽長進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)隨著鹽堿脅迫濃度的增加，對紫花苜蓿芽長的抑制強(qiáng)度也增加。在30 mmol/L鹽堿濃度下，旱地與金皇后的相對芽長較長，分別為76.5%和76.2%，遠(yuǎn)高于平均水平（59.9%），公農(nóng)5號最低，為40.1%。當(dāng)鹽堿濃度達(dá)到40 mmol/L時，各紫花苜蓿品種的相對芽長受到不同程度的抑制，其中MT4015相對芽長最高，為59.9%，北極熊最低，為32.1%。當(dāng)鹽堿脅迫濃度上升至50 mmol/L，紫花苜蓿平均相對芽長降至24.1%，各品種都受到嚴(yán)重抑制（表4）。

2.4 鹽堿脅迫對紫花苜蓿相對根長的影響

隨著鹽堿脅迫濃度的增加，供試紫花苜蓿的相對根長明顯下降（表5）。在30 mmol/L鹽堿濃度脅迫下，各供試紫花苜蓿品種間的相對根長呈現(xiàn)出顯著差異，其中公農(nóng)5號的相對根長在不同鹽堿脅迫下都優(yōu)于其他品種，而驚喜的表現(xiàn)最差。隨著鹽堿濃度的增加，對相對根長的脅迫更加顯著，40、50 mmol/L 濃度處理的平均相對根長分別相較于 30 mmol/L 濃度處理下降19.6%、45.3%，各紫花苜蓿品種對高濃度鹽堿脅迫都非常敏感。

2.5 隸屬函數(shù)綜合評價

采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法對測量各指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，耐鹽堿性綜合評價D值越高，耐鹽堿能力越強(qiáng)。因此，16份苜蓿品種苗期耐鹽堿能力強(qiáng)弱順序依次為公農(nóng)1號>驚喜>金皇后>WL343HQ>北極熊>公農(nóng)5號>旱地>斯貝德>3010>阿爾岡金>先行者>MT4014>巨能2>馴 鹿> 巨能7>英斯特（表6）。

3 討論與結(jié)論

種子在萌發(fā)期和早期幼苗期階段對環(huán)境脅迫最為敏感[8]，對紫花苜蓿耐鹽性的研究主要集中在萌發(fā)期與幼苗期。關(guān)于苜蓿種子萌發(fā)期的耐鹽性研究已有大量報道[17-19]，但大都集中在中性鹽脅迫，而天然鹽堿地主要以混合鹽堿脅迫為主，有研究表明堿性脅迫對植物種子萌發(fā)的抑制作用強(qiáng)于中性脅迫[20]，因?yàn)閴A性脅迫會造成環(huán)境pH值升高，高pH值是種子萌發(fā)的最大敵害因素，Na+效應(yīng)次之，滲透效應(yīng)最小[21]。

種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽和胚根的長度是環(huán)境脅迫常用的指標(biāo)。本研究表明，鹽堿脅迫對種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢都有明顯抑制作用，這與之前的研究結(jié)果[12]一致。并且在40 mmol/L混合鹽堿濃度下，大部分紫花苜蓿的發(fā)芽率只有50%左右，表明 40 mmol/L 混合鹽堿濃度已到達(dá)紫花苜蓿萌發(fā)的臨界濃度，可作為處理種子耐鹽堿性鑒定指標(biāo)。而在 50 mmol/L 混合鹽堿濃度下，種子萌發(fā)率只有10%左右，可視為萌發(fā)的極限濃度。而在胡宗英研究中[21]，在中性鹽脅迫下Na+濃度達(dá)到 240 mmol/L 時，才會達(dá)到苜蓿萌發(fā)的極限濃度，表明Na2CO3和NaHCO3混合鹽堿溶液造成的高pH值對種子萌發(fā)的抑制遠(yuǎn)高于中性鹽堿脅迫。隨著堿性鹽脅迫濃度的增加，種子胚根、胚芽的生長也受到明顯抑制，郎志紅研究表明，胚芽和胚根長度在受到鹽脅迫時會先增加后減小[22]，本研究與其研究結(jié)果[22]不一致，在受到鹽堿脅迫時胚芽與胚根長度都直接降低。胚根的生長是對鹽堿地適應(yīng)的重要反應(yīng)[12]，種子在遭受脅迫時能發(fā)芽但根生長不好，會視作無效發(fā)芽，表明胚根長度的指標(biāo)對種子萌發(fā)的影響強(qiáng)于胚芽長度，各指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。

植物的耐鹽堿性是一個較為復(fù)雜的性狀，不同品種之間表現(xiàn)出來的差異也較大，綜合表現(xiàn)[23]不能只根據(jù)單一指標(biāo)來評價，并且根據(jù)各指標(biāo)和植物受抑制程度的密切程度進(jìn)行權(quán)重分配。結(jié)果表明，4個指標(biāo)對苜蓿種子耐鹽堿性關(guān)聯(lián)程度為發(fā)芽勢>發(fā)芽率>胚根>胚芽。16個紫花苜蓿品種的耐鹽堿性強(qiáng)弱依次為公農(nóng)1號>驚喜>金皇后>WL343HQ> 北極熊>公農(nóng)5號>旱地>斯貝德>3010>阿爾岡金>先行者>MT4014>巨能2>馴 鹿> 巨能7>英斯特。

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