鹽脅迫對(duì)15個(gè)草地早熟禾品種種子萌發(fā)的影響

張佳玲, 王麗宏, 孫鑫博, 郭站楓, 韓晶蕊, 秦玉嬌, 李會(huì)彬

(河北省作物生長(zhǎng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室/河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 河北 保定 071000)

鹽堿土廣泛存在于世界各地,總面積約109hm2,已成為全球性問(wèn)題,我國(guó)鹽堿土面積約占全球鹽堿土面積的1/10,是世界第三大鹽堿土國(guó)家[1]。隨著工業(yè)快速發(fā)展和人口數(shù)量的增長(zhǎng)等,土壤鹽堿化和次生鹽堿化面積還在不斷擴(kuò)大[2]。鹽脅迫抑制種子萌發(fā)、光合作用、蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度,降低葉片水勢(shì)和膨脹壓,并產(chǎn)生滲透脅迫,還增加細(xì)胞中活性氧含量,擾亂離子平衡等[3-4]。種子發(fā)芽是植物生物周期的第一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期,也是最敏感的時(shí)期[5],種子能否在鹽堿土上發(fā)芽和生長(zhǎng),是植株在鹽堿土上能否生存的基礎(chǔ)[6]。因此,在植物發(fā)育的初始階段篩選現(xiàn)有種質(zhì),開(kāi)發(fā)對(duì)鹽堿脅迫具有高耐受性的新品種可有效利用鹽堿地[7]。

草地早熟禾(PoapratensisL.)是禾本科早熟禾屬多年生草本植物,分布范圍廣,具有綠期長(zhǎng)、耐踐踏、耐修剪、再生能力強(qiáng)、坪質(zhì)優(yōu)美、耐旱、耐寒等優(yōu)點(diǎn)[8],已成為城市草坪建植中重要的冷季型草坪草之一,廣泛應(yīng)用于功能草坪建植以及生態(tài)環(huán)境治理等[9]。近年來(lái),隨著草坪草育種技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的草地早熟禾新品種進(jìn)入市場(chǎng),但我國(guó)在品種引入時(shí)往往缺乏應(yīng)有的適應(yīng)性評(píng)價(jià),加之相關(guān)抗性信息透明度低,容易造成品種選擇失誤,從而對(duì)草坪建植與養(yǎng)護(hù)帶來(lái)困難和損失。劉燕等[10]研究發(fā)現(xiàn),植物耐鹽能力的強(qiáng)弱與其品種本身遺傳特性有關(guān)。因此,本試驗(yàn)對(duì)15個(gè)草地早熟禾品種種子在不同濃度鹽溶液脅迫下的種子萌發(fā)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),以期篩選出耐鹽性較好的品種,為鹽堿土壤上草坪建植中草地早熟禾品種選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的15個(gè)草地早熟禾品種為:“優(yōu)美”“公園”“純綠”“百思特”“黃馬夾”“綠夏”“標(biāo)致”“瑞銀”“光影”“新哥萊德”“如意”“藍(lán)莓”“布魯克”“賽威”“水晶”,其種子分別購(gòu)自北京、天津、保定等地的草坪草種子銷(xiāo)售公司。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所需鹽溶液由NaCl(分析純)和蒸餾水配置而成,設(shè)置5個(gè)濃度,即0(對(duì)照)、0.3%、0.6%、0.9%和1.2%。

供試種子用1%的次氯酸鈉溶液消毒20 min,蒸餾水沖洗6次,吸水紙吸干種子表面水分,從中選取成熟飽滿(mǎn)、大小均勻的種子。培養(yǎng)皿中放置預(yù)先用鹽溶液浸潤(rùn)的3層濾紙,每個(gè)培養(yǎng)皿整齊放置50粒種子,3次重復(fù)。在光照培養(yǎng)箱(白天14 h,溫度25 ℃,光照強(qiáng)度10 000 lx;夜晚10 h,溫度20 ℃,光照強(qiáng)度0 lx)中進(jìn)行培養(yǎng),每天同一時(shí)間對(duì)培養(yǎng)皿進(jìn)行稱(chēng)重補(bǔ)水以保持鹽濃度不變。每天記錄種子發(fā)芽數(shù),試驗(yàn)共21 d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

發(fā)芽率/%=(21 d時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

發(fā)芽勢(shì)/%=(7 d時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng):從每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取7株生長(zhǎng)正常的種苗,測(cè)量芽長(zhǎng)和根長(zhǎng),不足7株的全部測(cè)量。

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt,式中,Gt為第t天發(fā)芽的種子數(shù);Dt為發(fā)芽的天數(shù)。

活力指數(shù)=胚芽長(zhǎng)×發(fā)芽指數(shù)。

為避免不同品種種子自身活力差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響,上述指標(biāo)均采用相對(duì)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,即處理指標(biāo)值/對(duì)照指標(biāo)值。

1.4 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

不同草地早熟禾綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值計(jì)算公式:

(1)

式中,μ(Xj)代表第j個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值;Xj表示第j個(gè)測(cè)定值;Xmin表示j個(gè)測(cè)定指標(biāo)的最小值;Xmax表示j個(gè)測(cè)定指標(biāo)的最大值。

各綜合指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算公式:

(2)

式中,Wj表示第j個(gè)測(cè)定指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重;Pj表示各材料第j個(gè)測(cè)定指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算公式:

(3)

式中,D為各指標(biāo)在鹽脅迫下用綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)所得的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值[11]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,使用SPSS 25軟件進(jìn)行方差分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)相對(duì)發(fā)芽率的影響

由表1可知,15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)發(fā)芽率隨鹽濃度的增加均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在0.3%鹽濃度時(shí),“水晶”的相對(duì)發(fā)芽率顯著低于其他品種(p<0.05),相對(duì)發(fā)芽率最高的是“黃馬夾”;0.6%鹽濃度時(shí),部分品種相對(duì)發(fā)芽率大幅度降低,“水晶”的相對(duì)發(fā)芽率降低至14.02%,降幅最大的是“賽威”,與0.3%鹽濃度時(shí)相比,降低45.03%,這2個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽率顯著低于其他品種(p<0.05),“百思特”的相對(duì)發(fā)芽率在15個(gè)品種中最高;0.9%鹽濃度時(shí),草地早熟禾相對(duì)發(fā)芽率持續(xù)降低,“水晶”和“賽威”相對(duì)發(fā)芽率顯著低于其他品種(p<0.05),“百思特”的相對(duì)發(fā)芽率顯著高于其他品種(p<0.05);1.2%鹽濃度時(shí),9個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽率低至20%以下,“水晶”的相對(duì)發(fā)芽率已經(jīng)降為0,相對(duì)發(fā)芽率較高的是“公園”“黃馬夾”“綠夏”和“百思特”,且4個(gè)品種差異不顯著(p>0.05)。

表1 鹽脅迫下不同品種種子相對(duì)發(fā)芽率Table 1 The relative seed germination rate of different varieties under salt stress

2.2 鹽脅迫對(duì)相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

由表2可知,15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)隨鹽濃度增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。0.3%鹽濃度時(shí),各品種之間相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的差異顯著,絕大多數(shù)品種受到抑制,7個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)在50%以下,其中“標(biāo)致”和“水晶”相對(duì)發(fā)芽勢(shì)為0,顯著低于其他品種,“黃馬夾”的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)顯著高于其他品種;0.6%鹽濃度時(shí),15個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)大幅度降低,均低至26%以下,降幅最大的是“黃馬夾”,達(dá)到76.75%,“優(yōu)美”“標(biāo)致”“光影”“布魯克”和“水晶”等5個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均為0,顯著低于其他品種;0.9%鹽濃度時(shí),10個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)低至0,相對(duì)發(fā)芽勢(shì)最高的2個(gè)品種“綠夏”和“黃馬夾”與其他品種間差異顯著;1.2%鹽濃度時(shí),15個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均為0。

表2 鹽脅迫下不同品種種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)Table 2 The relative germination potential of seeds of different varieties under salt stress

2.3 鹽脅迫對(duì)相對(duì)胚芽長(zhǎng)的影響

由表3可知,15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)胚芽長(zhǎng)隨鹽濃度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),降幅各有不同。0.3%鹽濃度時(shí),各品種之間差異顯著,5個(gè)品種的相對(duì)胚芽長(zhǎng)降至90%以下,其中最低的是“優(yōu)美”,與除“標(biāo)致”“水晶”“黃馬夾”之外的其他品種之間差異顯著,相對(duì)胚芽長(zhǎng)最高的是“綠夏”;0.6%鹽濃度時(shí),7個(gè)品種的相對(duì)胚芽長(zhǎng)在80%以上,其中最高的是“瑞銀”,最低的是“水晶”;0.9%鹽濃度時(shí),各品種之間差距進(jìn)一步增大,相對(duì)胚芽長(zhǎng)最高的是“公園”,最低的是“賽威”(同時(shí)也是降幅最大的品種,達(dá)到54.12%),與除“水晶”之外的其他品種之間差異顯著;到1.2%鹽濃度時(shí),“水晶”“光影”“賽威”3個(gè)品種的相對(duì)胚芽長(zhǎng)在10%以下,三者之間差異不顯著(p>0.05),“公園”“綠夏”“純綠”“藍(lán)莓”4個(gè)品種的相對(duì)胚芽長(zhǎng)在40%以上。

表3 鹽脅迫下不同品種種子相對(duì)胚芽長(zhǎng)Table 3 The relative germ length of seeds of different varieties under salt stress

2.4 鹽脅迫對(duì)相對(duì)胚根長(zhǎng)的影響

由表4可知,隨鹽濃度增加,15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)胚根長(zhǎng)呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)。0.3%鹽濃度時(shí),各品種之間差異顯著,除“如意”外其他14個(gè)品種相對(duì)胚根長(zhǎng)均低至70%以下,其中最低的“水晶”與其他品種間差異顯著,“如意”的相對(duì)胚根長(zhǎng)顯著高于除“黃馬夾”之外的其他品種;0.6%鹽濃度時(shí),9個(gè)品種的相對(duì)胚根長(zhǎng)低至30%以下,其中最低的是“水晶”,最高的“純綠”與其他品種之間差異顯著;0.9%鹽濃度時(shí),相對(duì)胚根長(zhǎng)進(jìn)一步降低,最高的“純綠”與除“公園”“黃馬夾”之外的其他品種間差異顯著,相對(duì)胚根長(zhǎng)最低的是“布魯克”;1.2%鹽濃度時(shí),各品種之間差異顯著,“水晶”的相對(duì)胚根長(zhǎng)低至0,相對(duì)胚根長(zhǎng)最高的是“公園”“黃馬夾”“純綠”,且3個(gè)品種差異不顯著。

表4 鹽脅迫下不同品種種子相對(duì)胚根長(zhǎng)Table 4 The relative radicle length of seeds of different varieties under salt stress

2.5 鹽脅迫對(duì)相對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響

由表5可知,15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)隨鹽濃度的增加呈降低的趨勢(shì)。0.3%鹽濃度時(shí),各品種之間相對(duì)發(fā)芽指數(shù)的差異顯著,“水晶”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著低于其他品種,相對(duì)發(fā)芽指數(shù)最高的是“黃馬夾”;0.6%鹽濃度時(shí),9個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)低至50%以下,其中“賽威”和“水晶”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著低于除“布魯克”之外的其他品種,“百思特”和“黃馬夾”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著高于除“純綠”之外的其他品種;0.9%鹽濃度時(shí),“水晶”和“賽威”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著低于其他品種,“百思特”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著高于其他品種;1.2%鹽濃度時(shí),“公園”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)顯著高于除“綠夏”之外的其他品種,“水晶”的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)已經(jīng)低至0。

表5 鹽脅迫下不同品種種子相對(duì)發(fā)芽指數(shù)Table 5 The relative germination index of seeds of different varieties under salt stress

2.6 鹽脅迫對(duì)相對(duì)活力指數(shù)的影響

由表6可知,隨鹽濃度增加,15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)活力指數(shù)逐漸下降,幅度各有不同。0.3%鹽濃度時(shí),“水晶”的相對(duì)活力指數(shù)顯著低于其他品種,相對(duì)活力指數(shù)最高的是“瑞銀”;0.6%鹽濃度時(shí),除“百思特”之外的其他14個(gè)品種相對(duì)活力指數(shù)均低至50%以下,“賽威”的相對(duì)活力指數(shù)顯著低于除“水晶”之外的其他品種;0.9%鹽濃度時(shí),8個(gè)品種的相對(duì)活力指數(shù)低至10%以下,其中“水晶”最低,為0.40%,“百思特”“純綠”“綠夏”“公園”和“黃馬夾”5個(gè)品種的相對(duì)活力指數(shù)均在20%以上,顯著高于其他10個(gè)品種,其中“百思特”的相對(duì)活力指數(shù)最高并顯著高于“黃馬夾”;1.2%鹽濃度時(shí),“光影”“賽威”“黃馬夾”和“水晶”4個(gè)品種的相對(duì)活力指數(shù)已經(jīng)接近或等于0,且無(wú)顯著差異,“公園”的相對(duì)活力指數(shù)顯著高于除“綠夏”之外的其他品種。

表6 鹽脅迫下不同品種種子相對(duì)活力指數(shù)Table 6 The relative vigor index of seeds of different varieties under salt stress

2.7 15個(gè)草地早熟禾品種耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(1)(2)(3)計(jì)算得出隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值(表7),綜合評(píng)價(jià)值的大小表明各品種耐鹽性從強(qiáng)到弱依次為:“純綠”“百思特”“黃馬夾”“綠夏”“公園”“瑞銀”“新哥萊德”“如意”“藍(lán)莓”“布魯克”“標(biāo)致”“光影”“優(yōu)美”“賽威”“水晶”。

表7 鹽脅迫下不同品種種子各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值Table 7 The membership function value and comprehensive evaluation value of each index of seeds of different varieties under salt stress

3 討論與結(jié)論

鹽濃度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生滲透脅迫,導(dǎo)致種子吸水困難,酶、蛋白等物質(zhì)難以活化,養(yǎng)料難以利用,致使種子延遲萌發(fā)甚至不能萌發(fā),最終降低了種子的萌發(fā)質(zhì)量[12-13]。王婧[14]研究發(fā)現(xiàn),不同鹽濃度脅迫下,草地早熟禾種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)均受到鹽脅迫抑制。申寶忠等[15]研究發(fā)現(xiàn),用不同鹽濃度處理15個(gè)草地早熟禾品種的種子,0.2%鹽濃度處理可對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)產(chǎn)生影響,且隨鹽濃度的增大抑制程度逐漸加大。本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果相似,整體上看,相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)隨鹽濃度的增大而減小,但“黃馬夾”種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)在0.3%鹽濃度時(shí)略高于100%,這與王靖婷[13]的研究結(jié)果一致,即較低濃度的鹽溶液會(huì)提高野生早熟禾的發(fā)芽勢(shì)。植物根系是最早感受鹽脅迫的器官,隨后產(chǎn)生一系列生理變化,進(jìn)而影響地上部分的生長(zhǎng)[16]。苗長(zhǎng)則是草坪草在幼苗期地上部生長(zhǎng)狀況好壞的重要指標(biāo)[17]。本研究中,不論鹽濃度高低,15個(gè)草地早熟禾品種種子的胚根長(zhǎng)和胚芽長(zhǎng)均受到抑制,且鹽濃度越高抑制程度越大,這與王紅俊[18]、劉燕等[10]的研究結(jié)果一致。

不同鹽濃度對(duì)草地早熟禾種子的發(fā)芽情況影響不同。15個(gè)草地早熟禾品種種子的相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚芽長(zhǎng)、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)均受到了鹽脅迫的抑制,呈現(xiàn)出隨鹽濃度增加而下降的趨勢(shì)。除“黃馬夾”相對(duì)發(fā)芽勢(shì)在0.3%鹽溶液下有所提高外,其余品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均明顯低于對(duì)照,且鹽濃度越高,相對(duì)發(fā)芽勢(shì)越低。采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐鹽性綜合評(píng)價(jià),結(jié)果表明,15個(gè)草地早熟禾品種種子萌發(fā)耐鹽性由強(qiáng)到弱順序?yàn)?“純綠”“百思特”“黃馬夾”“綠夏”“公園”“瑞銀”“新哥萊德”“如意”“藍(lán)莓”“布魯克”“標(biāo)致”“光影”“優(yōu)美”“賽威”“水晶”。