王曉龍，米福貴，郭躍武，閆利軍，劉偉偉

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019）

鹽堿地是人類面臨的世界性問題，主要分布在內(nèi)陸的干旱和半干旱地區(qū)［1］。全世界約有1／3的鹽漬化土壤，我國約有3 460萬hm2各類鹽堿地（鹽土中含有NaCl、Na2SO4、CaCO3等；堿 土 中 含 有 Na2CO3、NaHCO3等），而且還呈逐年上升趨勢。鹽脅迫環(huán)境對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生一系列不利影響，最終影響作物產(chǎn)量的提高［2］。如何有效利用和改善這些鹽堿地，已經(jīng)引起人們的高度重視［3］。在生物措施治理鹽堿地方面，人們已對植物抗鹽、耐鹽生理機(jī)理的研究做了大量工作，研究內(nèi)容不斷深入［4］。有關(guān)種子萌發(fā)及生長發(fā)育的耐鹽性研究多集中于牧草［5］、草坪草［6］、禾本科作物［7］和經(jīng)濟(jì)作物［8］。

牧草有適應(yīng)性廣、抗鹽性強(qiáng)的特性，是改良和利用鹽堿地的主要植物［9］，而禾本科牧草的耐鹽性通常又優(yōu)于作物及（豆科牧草，更是改良鹽堿地的良好植物［10］。研究對比鑒定了不同禾本科牧草種子萌發(fā)及幼苗的耐鹽性，旨在為鹽堿地禾本科牧草的栽培利用及耐鹽新品種選育提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

研究選取了5種在我國東北、華北和西北地區(qū)分布與利用較為廣泛和普遍的禾本科牧草進(jìn)行耐鹽性鑒定。5種禾草分屬3個不同的屬，大多為中旱生物種，均具有較強(qiáng)的抗旱和耐寒性，飼用品質(zhì)亦優(yōu)良（表1）。

1.2 試驗方法

1.2.1 禾草種子萌發(fā)期耐鹽性測定內(nèi)容與方法 試驗采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法培養(yǎng)種子，將選出成熟飽滿、均勻一致的供試牧草種子置于有雙層濾紙的9cm培養(yǎng)皿中，分別加入等量的濃度為0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6% 的 復(fù) 鹽 溶 液（NaCl與Na2SO4，摩爾比1∶1）進(jìn)行脅迫。每處理3次重復(fù)，種子經(jīng)粒選之后用0.1%的升汞消毒20min，沖洗3～5次后，每重復(fù)用種子50粒，以蒸餾水作為對照。每日16∶00～20∶00用稱量法根據(jù)水分蒸發(fā)量加入蒸餾水以維持鹽濃度［11］，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，恒溫25℃，濕度80%，光照間隔12h，第2d開始觀察并記錄種子萌發(fā)情況，第10d統(tǒng)計發(fā)芽率，相對發(fā)芽率以每天統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)（發(fā)芽以胚根突破種皮2mm為標(biāo)準(zhǔn)）［11］，將第6d的發(fā)芽率定為發(fā)芽勢，第10d分別稱量各品種發(fā)芽種子胚根、胚芽的重量。根據(jù)公式計算：

表1 供試材料及其來源Table1 Source of tested materials

相對發(fā)芽率＝處理種子發(fā)芽率／對照種子發(fā)芽率×100

相對發(fā)芽勢＝處理種子發(fā)芽勢／對照種子發(fā)芽勢×100

發(fā)芽指數(shù)GI＝∑GT／DT

式中：GT為T天的發(fā)芽數(shù)；DT為相應(yīng)的天數(shù)。

胚根／胚芽＝胚根重／胚芽重

簡化活力指數(shù)G.S.＝生物量×相對發(fā)芽率

式中：S表示生物量，S＝胚芽干質(zhì)量＋胚根干質(zhì)量。

1.2.2 禾草幼苗期耐鹽性測定 試驗幼苗在溫室中培育，先配制土壤，將過2mm目土壤篩的干土、花土和蛭石，以1∶1∶1的比例混合，然后，裝入內(nèi)徑為15cm，高度為11cm的塑料花盆中，每盆裝土1 500 g，種子200粒撒播，澆自來水使土壤含水量達(dá)到75%，以后定期澆水以保持土壤含水量；當(dāng)幼苗長出3～4片葉子進(jìn)行鹽化處理，處理濃度為0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的 NaCl與 Na2SO4（摩爾比1∶1）的復(fù)鹽溶液，每處理3次重復(fù)，以自來水為對照（以后每天稱重補(bǔ)充損失的水分以防止反鹽和保持鹽濃度）。處理12d后測定相關(guān)指標(biāo)。

游離脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法；丙二醛含量（MDA）的測定采用硫代巴比妥酸法，參照文獻(xiàn)［13］的方法。

1.3 統(tǒng)計分析

采用Excel作圖，SAS 9.0軟件進(jìn)行方差分析和多元統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下供試牧草相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢

與對照相比，隨著鹽脅迫的加劇，各供試材料的相對發(fā)芽率整體呈下降趨勢，垂穗披堿草在0.4%處理時相對發(fā)芽率略顯上升，高于對照5.2%（圖1）。此現(xiàn)象出現(xiàn)可能是低濃度鹽脅迫對垂穗披堿草種子萌發(fā)有促進(jìn)作用；鹽濃度大于0.6%時，相對發(fā)芽率低于對照，說明高濃度鹽脅迫抑制種子萌發(fā)。無芒雀麥在0.6%處理時出現(xiàn)明顯下降，這表明低濃度鹽脅迫對無芒雀麥種子萌發(fā)有抑制作用，鹽濃度在0.6%～1.0%時相對發(fā)芽率基本保持不變。當(dāng)鹽濃度大于1.0%時，各材料相對發(fā)芽率均有不同程度降低，其中細(xì)莖冰草、老芒麥較明顯，說明高濃度鹽脅迫對種子萌發(fā)有較強(qiáng)抑制作用。

圖1 鹽脅迫下幾種禾本科牧草種子的相對發(fā)芽率Fig.1 The relative seed germination rate under salt stress

供試材料相對發(fā)芽勢也隨鹽濃度升高而降低（圖2），說明種間差異顯著。鹽濃度在1.5%時，垂穗披堿草與扁穗冰草、細(xì)莖冰草、無芒雀麥相對發(fā)芽勢呈顯著性差異（P＜0.05）。

2.2 鹽脅迫下的發(fā)芽指數(shù)

5種材料發(fā)芽指數(shù)隨鹽脅迫增加變化不大（圖3）。細(xì)莖冰草和扁穗冰草的變化幅度相對較大，在1.6%處理時，分別為對照的17.1%和27.8%，可能是由于鹽脅迫導(dǎo)致發(fā)芽時間延遲所致；無芒雀麥和老芒麥由于發(fā)芽率較低，因此，發(fā)芽指數(shù)隨鹽濃度升高變化不明顯；比較鹽脅迫下5種材料發(fā)芽指數(shù)變化情況，垂穗披堿草發(fā)芽指數(shù)變化相對平緩，材料穩(wěn)定，耐鹽性較強(qiáng)。

圖2 鹽脅迫下幾種禾本科牧草種子的相對發(fā)芽勢Fig.2 The relative seed germination potential under salt stress

圖3 鹽脅迫下幾種禾本科牧草種子的發(fā)芽指數(shù)Fig.3 The germination index changes under salt stress

2.3 鹽脅迫下的胚根／胚芽

5種材料的胚根胚芽比的曲線變化趨勢較復(fù)雜，此現(xiàn)象可能是它們在不同鹽脅迫下胚根胚芽的生長狀況不同所致。無芒雀麥和細(xì)莖冰草低鹽濃度下，胚根生長較快，所以其胚根／胚芽值比對照大，在0.4%鹽濃度時，比值分別為0.31、0.41，但隨鹽脅迫增加其胚根生長受到抑制比值降低。垂穗披堿草和老芒麥在低鹽脅迫時由于胚芽生長較胚根快，在0.4%處理時胚根／胚芽值分別為0.26、0.37；隨著鹽梯度的升高，鹽脅迫對胚根生長較對胚芽生長的影響小，所以胚根胚芽比值增加，老芒麥在1.6%處理時達(dá)到最高，為0.50，其他4種材料的變化與對照相比曲線波動不大，鹽濃度大于1.0%條件下，無芒雀麥胚根胚芽比值較其他材料低（圖4）。

2.4 鹽脅迫下的簡化活力指數(shù)

圖4 鹽脅迫下幾種禾本科牧草胚根胚芽比Fig.4 The ratio of radicle to germ under salt stress

相對于對照，5種禾草材料的簡化活力指數(shù)隨鹽脅迫的加強(qiáng)均表現(xiàn)為降低，在不同梯度鹽脅迫下垂穗披堿草簡化活力指數(shù)均高于其他4種材料，存在顯著性差異（P＜0.05），其中，垂穗披堿草在濃度0.4%～1.0%時簡化活力指數(shù)變化較小，鹽濃度高于1.0%時下降較大，可能是高濃度鹽脅迫嚴(yán)重抑制了胚根胚芽的生長；老芒麥在0%～0.8%鹽濃度較其他材料簡化活力指數(shù)低，可能與發(fā)芽率低有關(guān)（圖5）。

圖5 鹽脅迫下幾種禾本科牧草簡化活力指數(shù)Fig.5 The simplified vigor index under salt stress

2.5 鹽脅迫對牧草幼苗丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是植物體內(nèi)膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量與細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害程度密切相關(guān)，反映了植物細(xì)胞傷害的程度［4］。

隨著鹽脅迫強(qiáng)度的增加，各材料葉片中的MDA含量均有不同程度升高，鹽濃度在0%～0.6%時牧草葉片中MDA含量變化幅度較小，說明牧草幼苗對低濃度鹽脅迫有一定耐受能力。隨著鹽脅迫的加劇，無芒雀麥、細(xì)莖冰草和老芒麥MDA值變化較大，其中，老芒麥在1.2%鹽處理下為對照的1.84倍，細(xì)莖冰草在1.5%鹽脅迫下是對照的2.26倍，存在顯著性差異（P＜0.05）。垂穗披堿草和扁穗冰草幼苗隨鹽濃度的升高，MDA含量增加幅度較其他3種材料低，在鹽濃度為1.5%時，分別為對照的1.5 7和1.61倍（圖6）。

圖6 鹽脅迫下幾種禾本科牧草的MDA含量Fig.6 The MDA contents under salt stress

2.6 鹽脅迫對牧草幼苗脯氨酸含量的影響

在逆境條件下游離脯氨酸的積累是植物的普遍反應(yīng)，不同的鹽濃度下植物體內(nèi)的游離脯氨酸均有不同程度的積累［12，13］。

隨著鹽脅迫的加強(qiáng)，各禾草葉片脯氨酸含量有不同程度增加，在1.5%鹽處理條件下，老芒麥和細(xì)莖冰草脯氨酸含量與對照呈顯著性差異（P＜0.05）；細(xì)莖冰草在1.5%處理的脯氨酸含量是對照的2.7倍，垂穗披堿草脯氨酸含量增加幅度最小，由此說明在不同的鹽濃度梯度下各材料體內(nèi)的游離脯氨酸均有不同程度積累，游離脯氨酸含量增加幅度越小則該禾草越耐鹽，反之則越不耐鹽（圖7）。

圖7 鹽脅迫下幾種禾本科牧草的脯氨酸含量Fig.7 The proline contents under salt stress

2.7 5種禾本科牧草耐鹽性隸屬函數(shù)分析

用于分析的隸屬函數(shù)值［X（u1），X（u2）］計算方程為：

式中：X為各鑒定牧草種某一指標(biāo)的測定值；Xmax為所有鑒定草種此指標(biāo)的最大值；Xmin為所有鑒定草種此指標(biāo)的最小值。

若所測指標(biāo)與植物的耐鹽性呈正相關(guān)，則采用（1）式計算隸屬值，負(fù)相關(guān)則用（2）式。累加各草種各指標(biāo)的具體隸屬值，并求出平均值后進(jìn)行比較，平均值越大植物的耐鹽性越強(qiáng)［14，15］。

試驗對5種禾本科牧草的耐鹽性進(jìn)行綜合評價分析（表2），得出各禾草的耐鹽能力大小依次為：垂穗披堿草＞細(xì)莖冰草、老芒麥＞扁穗冰草＞無芒雀麥。

表2 5個禾本科牧草耐鹽隸屬函數(shù)Table2 The salt－tolerant membership function of 5grasses

3 討論與結(jié)論

（1）此次試驗在鹽濃度為0.4%時，與對照相比垂穗披堿草的相對發(fā)芽率提高了5.2%；隨著鹽脅迫加劇，各材料的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和簡化活力指數(shù)均呈下降趨勢。羅志娜等［16］對24個燕麥品種種子萌發(fā)耐鹽性綜合研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的增加燕麥品種的發(fā)芽率、芽長和根長先升高后降低，低濃度鹽脅迫可以促進(jìn)種子萌發(fā)，高濃度鹽脅迫對種子萌發(fā)有抑制作用，與此次研究結(jié)果相一致，抑制作用的大小因材料不同而不同，進(jìn)而反應(yīng)了不同禾草材料間耐鹽性的差異［17］。

（2）胚根在低鹽濃度時由于受到鹽刺激使生長得到促進(jìn)，但變化不大；在1.0%～1.6%濃度條件下，隨著鹽濃度的增大，鹽脅迫對胚芽生長的抑制要大于胚根，所以胚根胚芽比值增加，老芒麥在1.6%處理時達(dá)到最高，為0.50。因此，與胚根胚芽有關(guān)的指標(biāo)，如簡化活力指數(shù)在鹽濃度0.4%～1.0%時變化較小，當(dāng)鹽濃度高于1.0%時下降較大，是高濃度鹽脅迫對胚芽生長的抑制作用較明顯?；羝交鄣龋?8］研究了鹽脅迫對苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的升高，苜蓿幼苗的胚根長和上胚軸長呈下降趨勢，與本研究結(jié)果一致。因此，胚根胚芽以及由它們得到的其他指標(biāo)可用來比較材料間的耐鹽性大小。

牧草種子的耐鹽性研究為耐鹽植物篩選與早期鑒定提供依據(jù)，植物種子能否在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是保證植物在鹽堿條件下正常生長發(fā)育的前提，因此，研究鹽脅迫下種子的萌發(fā)具有重要意義。

（3）MDA是膜脂過氧化的指示化合物［18］。與對照相比，低濃度鹽脅迫時幼苗葉片中丙二醛含量和脯氨酸含量變化不明顯，只有在高鹽脅迫時，其值隨著鹽濃度升高而變大；處理濃度在0.3%時，各牧草葉片中MDA含量無明顯變化；隨著鹽脅迫的加強(qiáng)，老芒麥在1.2%鹽脅迫下為對照的1.84倍；細(xì)莖冰草在1.5%處理下的脯氨酸含量是對照的2.7倍。

MDA和脯氨酸是牧草抵抗鹽脅迫的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量提高對鹽的抵抗能力，維持細(xì)胞的正常的生理代謝，使牧草具有一定忍耐或抵抗鹽堿的能力［19，20］。研究中當(dāng)鹽濃度在一定范圍內(nèi)禾草能夠抵抗一定程度的鹽脅迫，隨著鹽脅迫的加劇，破壞或損傷牧草細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增加，大量滲透調(diào)節(jié)物外滲，脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng)，對幼苗產(chǎn)生影響，所以禾草中 MDA和脯氨酸含量增加，以提高對鹽的忍耐和抵抗能力。

總之，低濃度的鹽脅迫對禾草的生長具有促進(jìn)作用，但是超過一定濃度時將抑制禾草幼苗生長。在鹽堿地上種植牧草可以減少土壤水分蒸發(fā)，一些耐鹽堿牧草龐大的根系有利于改善土壤結(jié)構(gòu)［21］，因此牧草對鹽堿地的改良具有重要作用。

（4）運用隸屬函數(shù)對5種禾本科牧草的耐鹽性進(jìn)行綜合評價，得出各材料的耐鹽能力大小為：垂穗披堿草＞細(xì)莖冰草、老芒麥＞扁穗冰草＞無芒雀麥。通過分析鹽脅迫對不同禾本科牧草種子萌發(fā)及幼苗的影響，為牧草耐鹽性鑒定、鹽堿地牧草栽培和耐鹽育種提供參考。

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