不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

李娟霞，白小明，張 翠，冉 福，李 萍，閆玉邦，張才忠，朱雅楠，陳 輝

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，甘肅省草業(yè)工程實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

土壤鹽堿化是人類面臨的世界性問題之一，嚴重威脅生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國是鹽堿地大國，鹽漬化土地面積約為3630.53×104hm2，主要分布在東北、華北以及西北內(nèi)陸地區(qū)［1］。據(jù)預(yù)測，在未來幾十年里有許多土地會因鹽堿化而撂荒［2］，所以人們對鹽堿化問題越來越重視。尤其是我國西北地區(qū)鹽堿化面積己達2506.33×104hm2，幾乎占全國鹽堿化面積的69.03%［3］，已成為制約我國西北地區(qū)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的重要因素。土壤鹽漬化也成為城市草坪建植和養(yǎng)護管理的難題之一，在鹽分含量高的土壤上建植的草坪易出現(xiàn)禿斑，春季返青晚，秋季早衰，生長不良，甚至出現(xiàn)大面積死亡等現(xiàn)象，增加草坪管理難度，降低了草坪的坪用價值［4］。當前，如何合理開發(fā)和利用鹽堿地已成為當今干旱區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展面臨的重要問題之一。研究表明，草本植物對鹽堿地生態(tài)修復(fù)有至關(guān)重要的作用［5］。因此，針對不同類型的鹽堿地選擇合適的草本植物進行生物改良顯得尤為重要。

植物在不同生長階段對鹽堿環(huán)境的耐性程度不同，而種子萌發(fā)期是對鹽堿脅迫最敏感的時期［6］，是決定植物種子能否在鹽堿地土壤上成功種植的關(guān)鍵期。土壤鹽堿化往往協(xié)同發(fā)生，我國西北內(nèi)陸鹽漬土壤鹽分組成以中性鹽（NaCl 和Na2SO4）和堿性鹽（NaHCO3和Na2CO3）為主［7］。不同鹽分類型對植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響是不同的，而且同種植物在不同鹽濃度下的應(yīng)答響應(yīng)也存在明顯差異。殷麗麗等［8］對綠豆種子進行不同濃度的三種鹽處理，發(fā)現(xiàn)三種鹽脅迫均能抑制種子的萌發(fā)，且對Na2CO3脅迫最敏感。黃立華等［9］的研究表明，鈉鹽對羊草種子萌發(fā)和根芽生長的抑制作用明顯大于鉀鹽，堿性鹽大于中性鹽，二價鹽大于一價鹽。雷春英等［10］研究了不同類型鈉鹽脅迫對鹽爪爪種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，結(jié)果表明鹽爪爪對4 種鈉鹽的響應(yīng)差異顯著，且在同一鹽濃度下幼苗根對鹽的響應(yīng)敏感于幼苗芽，堿性鹽毒害強于中性鹽。武路廣等［11］研究了NaCl 和Na2SO4兩種單鹽脅迫對白羊草種子萌發(fā)的影響，結(jié)果顯示，NaCl 具有低鹽促進高鹽抑制的效應(yīng)，Na2SO4對種子萌發(fā)的抑制作用更加明顯。

一年生早熟禾（Poa annuaL.）為禾本科冷季型草坪草，具有生活史短暫、繁殖能力強、耐踐踏、耐修剪、抗逆性強和易成坪等優(yōu)良性狀，常作為冬春季優(yōu)良短期觀賞草坪或暖季型草坪綠地的交播材料［12-13］，由于一年生早熟禾具有完善的生存策略，對鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、物種多樣性和生態(tài)功能發(fā)揮著重要的作用［14］。因此，在鹽堿地開展一年生早熟禾草坪建植，一方面使鹽堿地得到改良，另一方面可取得生態(tài)效益。目前，對草本植物響應(yīng)鹽脅迫的研究主要集中在中性鹽方面［15-16］，而關(guān)于堿性鹽對野生一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長影響的研究鮮有報道。鑒于此，本研究以NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3溶液模擬不同鹽分和不同濃度的鹽、堿環(huán)境，比較不同鹽分類型和不同濃度鈉鹽對一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，旨在探索不同類型鹽脅迫對一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以期為西北地區(qū)不同類型鹽堿地種植一年生早熟禾提供參考和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的4 個野生一年生早熟禾種子于2021 年5—7 月采自甘肅境內(nèi)，均為鄉(xiāng)土草種，其地理位置及氣候條件見表1。

表1 供試的4個野生一年生早熟禾種子Tab.1 Four wild Poa annua seeds tested

1.2 試驗設(shè)計

取飽滿、均勻的一年生早熟禾種子為試驗材料，置于直徑9 cm 且鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿100 粒種子，設(shè)置6 個濃度水平，NaCl 和NaHCO3處理濃度分別為50 mmol·L-1、100 mmol·L-1、150 mmol·L-1、200 mmol·L-1、250 mmol·L-1，Na2SO4和Na2CO3處理濃度分別為25 mmol·L-1、50 mmol·L-1、75 mmol·L-1、100 mmol·L-1、125 mmol·L-1，對照（CK）為蒸餾水，設(shè)置4 次重復(fù)，每個培養(yǎng)皿中加入8 mL鹽溶液，置于24 ℃、12 h 光照/12 h 黑暗的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。采用稱重補水法每天定時補充蒸發(fā)的水分以維持鹽濃度。

1.3 測定指標

萌發(fā)標準以胚根0.2 cm 長為準，每天統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)，第14 d時統(tǒng)計不同處理下的發(fā)芽勢［16］，28 d計算最終萌發(fā)率，測量胚芽和胚根長。并計算萌發(fā)參數(shù)［16-17］：

1.4 統(tǒng)計分析

使用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件進行單因素方差分析和差異顯著性檢驗（α=0.05），采用Duncan法多重比較（P＜0.05）及多因素方差分析因素間的交互效應(yīng)，利用Origin 2021 繪圖。參照陳新等［18］的方法，按公式（13）、（14）、（15）和（16）分別計算各材料各綜合指標的隸屬函數(shù)值［μ(Xj)］、權(quán)重系數(shù)Wj和D值，計算公式如下：

隸屬函數(shù)值：

式中：Xj表示第j個指標的隸屬值；Xmin表示第j個指標的最小值；Xmax表示第j個指標的最大值，指標與耐鹽性成正相關(guān)用隸屬函數(shù)公式（13）計算隸屬函數(shù)值，指標與耐鹽性成負相關(guān)用反隸屬函數(shù)公式（14）計算隸屬函數(shù)值。

權(quán)重：

式中：Wj表示第j個指標的權(quán)重；Vj表示第j個綜合指標的貢獻率。

綜合評價值：

式中：D為綜合評價值，D值越大，代表該材料耐鹽性越強；D值越小，代表該材料耐鹽性越弱。

2 結(jié)果與分析

2.1 一年生早熟禾種子萌發(fā)特性

2.1.1 鹽脅迫對不同種源一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的影響 一年生早熟禾種子的RGR、RGP、RGI、GVI、RRL 和RSDR 均受到鹽分類型、鹽濃度及交互作用的極顯著影響（P＜0.01）（表2）。種源對一年生早熟禾種子的RGR、RGP、RGI、GVI、RRL和RSDR也呈極顯著影響（P＜0.01），對RBL不存在顯著影響（P＞0.05）。其他主要因素間無交互作用。

表2 種源、鹽分類型、鹽濃度及主要因素交互對一年生早熟禾種子萌發(fā)特性的方差分析Tab.2 Analysis of variance of provenances,salt types,concentrations and interaction of main factors on the germination characteristics of Poa annua seeds

2.1.2 一年生早熟禾種子的相對萌發(fā)率和相對發(fā)芽勢特性 永昌種子的RGR 和RGP 均極顯著高于其他種子（P＜0.01）（圖1）。4種鹽分均抑制了種子的RGR 和RGP，其中，Na2CO3的抑制作用最顯著（P＜0.05）。不同Na+濃度對種子的RGR 和RGP 均有一定的抑制作用。當Na+濃度為50 mmol·L-1時，種子的RGR 和RGP 與對照相比，分別顯著減少了44.73%和44.23%（P＜0.05）。鹽分類型和濃度的交互作用顯示，當Na+濃度為50 mmol·L-1時，一年生早熟禾種子的RGR 和RGP 均受到4 種鹽分的顯著抑制（P＜0.05）。當Na+濃度為100 mmol·L-1時，Na2CO3脅迫下種子的RGR 和RGP 均為0。當Na+濃度為250 mmol·L-1時，NaCl 和Na2SO4脅迫下種子的RGR和RGP 均顯著降低（P＜0.05），而NaHCO3和Na2CO3脅迫下種子的RGR和RGP均為0。

圖1 種源、鹽分類型、鹽濃度和鹽分類型×鹽濃度對一年生早熟禾種子相對萌發(fā)率和相對發(fā)芽勢的影響Fig.1 Effects of provenance,salt type,concentration,and salt type×concentration on relative germination rate and relative germination potential of Poa annua seeds

2.1.3 一年生早熟禾種子的相對萌發(fā)指數(shù)和相對活力指數(shù)特性 永昌種子的RGI和RVI均顯著高于其他種子（P＜0.05）（圖2）。NaCl 和Na2SO4脅迫下種子的RGI 和RVI 顯著高于NaHCO3和Na2CO3脅迫（P＜0.05）。不同Na+濃度對種子的RGI和RVI均有一定的抑制作用。當Na+濃度為250 mmol·L-1時，種子的RGI 和RVI 與對照相比分別極顯著減少了95.97%和98.79%（P＜0.01）。鹽分類型和濃度的交互作用顯示，在Na+濃度50 mmol·L-1時，種子的RGI和RVI 均受到4 種鹽分的顯著抑制（P＜0.05）。在Na+濃度250 mmol·L-1時，NaHCO3和Na2CO3脅迫下種子的RGR和RGP均為0，而NaCl和Na2SO4脅迫下種子的RGR和RGP分別為13.26%、2.86%和1.04%、3.81%。

圖2 種源、鹽分類型、鹽濃度和鹽分類型×鹽濃度對一年生早熟禾種子相對萌發(fā)指數(shù)和相對活力指數(shù)的影響Fig.2 Effects of provenance,salt type,concentration,and salt type×concentration on the relative germination index and relative vitality index of Poa annua seeds

2.2 一年生早熟禾萌發(fā)期幼苗特性

永昌種子的RRL 與其他種子差異顯著（P＜0.05）。不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)期幼苗的影響差異顯著（圖3，圖4）。NaCl脅迫下幼苗的RBL 和RRL 均顯著大于其他鹽分（P＜0.05）。隨Na+濃度的增加，幼苗的RBL 和RRL 均顯著減?。≒＜0.05）。當Na+濃度為50 mmol·L-1時，幼苗的RBL 和RRL 均與對照差異顯著（P＜0.05），分別減少了25.27%和54.69%。當Na+濃度為250 mmol·L-1時，幼苗的RBL和RRL與對照相比分別極顯著減少了83.58%和96.72%（P＜0.01）。鹽分類型和濃度的交互作用顯示，在Na+濃度50 mmol·L-1時，一年生早熟禾幼苗生長均受到4 種鹽分的顯著抑制（P＜0.05）。在Na+濃度100 mmol·L-1時，NaCl 脅迫下幼苗的RBL 和RRL 均顯著大于其他鹽分（P＜0.05），而Na2CO3脅迫下幼苗生長均被完全抑制。在Na+濃度250 mmol·L-1時，NaCl 和Na2SO4脅迫下幼苗的RBL 和RRL 與對照相比均極顯著減?。≒＜0.01），而同濃度的NaHCO3和Na2CO3脅迫下幼苗的生長均被完全抑制。

圖3 種源、鹽分類型、鹽濃度和鹽分類型×鹽濃度對一年生早熟禾萌發(fā)期幼苗生長的影響Fig.3 Effects of provenance,salt type,concentration,and salt type×concentration on the growth of seedlings of Poa annua at the germination stage

圖4 一年生早熟禾萌發(fā)期幼苗在不同鹽脅迫下的生長狀況Fig.4 Growth of Poa annua seedlings at the germination stage under different salt stresses

2.3 一年生早熟禾種子相對鹽害率特性

永昌種子的RSDR 顯著小于其他種子（P＜0.05）（圖5）。Na2CO3脅迫下種子的RSDR 顯著大于其他鹽分（P＜0.05）。隨Na+濃度的增大種子的RSDR也增加，當Na+濃度為50 mmol·L-1時，種子的RSDR 顯著高于對照（P＜0.01），種子萌發(fā)被明顯抑制。當Na+濃度為250 mmol·L-1時，種子的RSDR 與對照相比增加了94.3%。鹽分類型和濃度的交互作用顯示，在Na+濃度50 mmol·L-1時，一年生早熟禾種子萌發(fā)均受到4種鹽分的抑制（P＜0.01）。在Na+濃度為100 mmol·L-1時，Na2CO3脅迫下種子萌發(fā)被完全抑制。在Na+濃度為250 mmol·L-1時，NaHCO3和Na2CO3脅迫下種子萌發(fā)均被完全抑制。

圖5 種源、鹽分類型、鹽濃度和鹽分類型×鹽濃度對一年生早熟禾種子相對鹽害率的影響Fig.5 Effects of provenance,salt type,concentration,and salt type×concentration on relative salt damage rate of Poa annua seeds

2.4 不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)期的鹽害性評價

不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)期的鹽害性強弱依次為：Na2CO3＞NaHCO3＞Na2SO4＞NaCl（表3）。

表3 不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)期的鹽害性評價Tab.3 Evaluation of salt toxicity of different salt types during the germination period of Poa annua seeds

3 討論

種子萌發(fā)是植物生長過程中最重要的階段，也是植物對逆境脅迫響應(yīng)最敏感的時期，種子在鹽堿脅迫下能正常萌發(fā)是植物完成自身生活史、建立種群的關(guān)鍵［6,19］。種子的萌發(fā)指標是檢驗種子品質(zhì)不可缺少的重要指標［20］，對良種繁育、改進種子貯藏方法、種質(zhì)資源的保護等有重要意義［21］。張瑩瑩［22］對青藏高原東緣89 種禾本科植物種子萌發(fā)特性研究發(fā)現(xiàn)，種源對禾本科植物種子的萌發(fā)行為有極顯著影響，種子萌發(fā)與生活型存在固有而緊密的聯(lián)系。本研究結(jié)果表明，永昌種源一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長特性均明顯高于其他3 個種源，表明植物通過趨異適應(yīng)產(chǎn)生不同的生活型來影響種子的產(chǎn)生，進而使萌發(fā)能力和幼苗生長出現(xiàn)差異。

氯化鹽、硫酸鹽和碳酸鹽是鹽漬土中主要的鹽分，對種子萌發(fā)的抑制作用既有離子毒害又有滲透脅迫效應(yīng)［23］。Pinheiro 等［24］發(fā)現(xiàn)鹽脅迫對種子萌發(fā)特性有顯著的抑制效應(yīng)，也有研究發(fā)現(xiàn)低濃度促進種子萌發(fā)［25］。本研究通過測定中性鹽和堿性鹽對一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫對一年生早熟禾種子的萌發(fā)和幼苗生長具有明顯的抑制作用，主要表現(xiàn)為降低一年生早熟禾種子的相對萌發(fā)率，推遲種子的萌發(fā)時間，增加種子的相對鹽害率，抑制幼苗胚芽和胚根的生長等，這與張秀玲等［26］和徐曼［27］的研究結(jié)果相似。一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長對不同鹽分類型和不同鹽濃度及交互作用的響應(yīng)存在顯著的差異，且堿性鹽毒害強于中性鹽。研究還發(fā)現(xiàn)，一年生早熟禾的相對萌發(fā)率均隨著鹽分濃度的增加而降低，且相同鹽濃度下不同類型鹽分對種子萌發(fā)的抑制程度依次為：Na2CO3＞NaHCO3＞Na2SO4＞NaCl，表明對一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制不僅受到Na+的毒害，也受到堿性鹽高pH 的抑制，與王偉華等［28］的研究結(jié)果一致。

植物不同組織和器官對鹽堿脅迫的響應(yīng)存在較大差異。Croser等［29］認為鹽分對植物地上部的抑制作用較地下部明顯，劉杰等［30］認為在根系相對幼嫩時地下部分對鹽分更敏感。本研究結(jié)果表明，在不同鹽分類型、鹽濃度及交互作用下一年生早熟禾幼苗胚根長的降幅均顯著高于胚芽長的降幅，本研究結(jié)果更符合根系在相對幼嫩時地下部分對鹽分更敏感，這可能與胚根和鹽溶液直接接觸有關(guān)。因此，相對于種子萌發(fā)率和幼苗胚芽長，胚根長更能反應(yīng)出一年生早熟禾種子萌發(fā)期的耐鹽堿能力。

不同鹽分類型對一年生早熟禾鹽害性的大小是受多種因素影響的綜合表現(xiàn)，單一指標并不能客觀真實地反映植物的鹽害性。因此，本研究采用模糊隸屬函數(shù)法對一年生早熟禾種子的相對萌發(fā)率、相對發(fā)芽勢、相對萌發(fā)指數(shù)、相對活力指數(shù)、相對胚芽長、相對胚根長和相對鹽害率指標響應(yīng)不同鹽分類型的鹽害性進行綜合評價，結(jié)果顯示，不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)期的鹽害性強弱依次為：Na2CO3＞NaHCO3＞Na2SO4＞NaCl，與黃立華等［9］的研究結(jié)果一致。王志春等［31］研究認為，一般情況下碳酸鹽和重碳酸鹽對植物的危害大于氯化鹽和硫酸鹽，而氯化鹽對植物的危害又大于硫酸鹽，與本研究結(jié)果不一致，這可能與鹽濃度、植物種類及交互作用等因素有關(guān)，還有待進一步研究。

4 結(jié)論

4個野生一年生早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長在不同鹽分類型和鹽濃度下均受到不同程度的抑制。其中，永昌種源一年生早熟禾種子的萌發(fā)特性大于其他種源，堿性鹽的毒害強于中性鹽，相對于種子萌發(fā)期幼苗胚芽，胚根的響應(yīng)更為敏感。不同鹽分類型對一年生早熟禾種子萌發(fā)期的鹽害性強弱依次為：Na2CO3＞NaHCO3＞Na2SO4＞NaCl。因此，在鹽堿地采用草坪綠化及應(yīng)用推廣時應(yīng)考慮鹽堿地種類的差異。