謝宇涵，洪 盛，朱 瑾，王 婧，劉 璐，柴 琦

（1. 蘭州大學(xué)草業(yè)科學(xué)實(shí)驗教學(xué)中心 / 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2. 江蘇省通州灣聯(lián)動開發(fā)示范區(qū)管委會，江蘇 南通 226333）

土壤鹽漬化主要是由自然環(huán)境與人類活動引起的，全球大約有 8.31 × 108hm2的土壤面臨著鹽漬化的危險[1-2]。我國鹽漬土總面積約 3.6 × 107hm2，占全國可利用土地面積的4.88%[3]。鹽堿脅迫是目前危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和降低土地生產(chǎn)力的最主要的因素，對人類的生產(chǎn)生活造成很大影響[4]。土壤鹽分對于植物的傷害作用主要體現(xiàn)在兩個方面，一是高濃度引起的滲透脅迫，二是某種離子濃度過高從而對植物造成離子毒害作用[5-7]。

高羊茅又叫葦狀羊茅(Festuca arundinacea)，為禾本科羊茅屬，是應(yīng)用最廣泛的冷季型草坪草之一。有較強(qiáng)的耐踐踏性，抗病性強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[8]，另外，高羊茅耐旱性和耐寒性較強(qiáng)，對土壤要求不嚴(yán)格，在我國干旱、半干旱地區(qū)廣泛種植[9]。在輕度鹽脅迫下，高羊茅往往可以通過調(diào)整自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理狀態(tài)，來適應(yīng)鹽漬環(huán)境[10]，維持其正常的生長發(fā)育，但當(dāng)高羊茅面臨重度的鹽脅迫時，往往會因脅迫過度而造成其膜結(jié)構(gòu)損傷、抗氧化系統(tǒng)受損等不可逆轉(zhuǎn)的傷害，最終導(dǎo)致植株的干枯，甚至死亡[11-12]。因此，提高高羊茅在鹽漬環(huán)境中的生長能力，是草坪綠地管理中必須面對的重要命題之一。而在鹽漬環(huán)境下，種子的萌發(fā)階段作為種子植物生活史的第一階段，最早受到鹽脅迫。因此，對不同品種的高羊茅種子進(jìn)行萌發(fā)階段耐鹽性的研究、評價和篩選，是高羊茅耐鹽性研究中的重要組成部分。目前，對高羊茅種子萌發(fā)階段耐鹽性的研究大多集中于獵狗 (Hounddog)、愛瑞 (Arid)、巴法 7851(Bar Fa 7851)、梯坡(Tip)、肯塔基-31(Kentucky-31)等幾個品間[13]，其他高羊茅品種萌發(fā)階段耐鹽性的相關(guān)研究較少或未見報導(dǎo)。隨著科技的不斷發(fā)展和新品種的不斷出現(xiàn)，進(jìn)入流通領(lǐng)域的品種也在不斷更新，為了能適應(yīng)品種發(fā)展的需要，本研究選用目前市場上銷量較大的高羊茅品種，對其萌發(fā)期的耐鹽性進(jìn)行研究、評價，以期選出耐鹽性更佳的品種，為鹽堿地改良與綠化提供一定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試草種為超級警犬、警犬、踏火6號、紅寶石2號和貝克5個高羊茅品種，均由北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心提供；分析純NaCl由天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗用NaCl模擬鹽脅迫，共設(shè)置5個NaCl處理，以蒸餾水作為對照，共計6種處理，每個品種的每個處理4次重復(fù)。選取適量成熟、勻稱、飽滿的高羊茅種子，將各品種的種子分別浸泡于0.1%HgCl2溶液消毒10 min，用蒸餾水沖洗6次，保證其被沖洗干凈，然后晾干，將不同濃度的處理液分別加入鋪有兩層濾紙、直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿5 mL，使之充分潤濕濾紙。然后取消毒的種子50粒均勻鋪于其中，在25 ℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，采用稱重法每日補(bǔ)充蒸散的水分，以維持鹽濃度。

1.3 測定指標(biāo)與方法

每天觀察并記錄種子發(fā)芽數(shù)；7 d后統(tǒng)計種子的發(fā)芽勢，11 d 后統(tǒng)計種子的發(fā)芽率[9, 14]，每個品種的每個處理隨機(jī)挑選10株幼苗，用直尺測定其苗長，并用分析天平測量幼苗鮮重。根系指標(biāo)用Delta-TSCAN根系分析系統(tǒng)(HP.C7717 Singaporean)測量。其中各指標(biāo)計算公式如下：

相對發(fā)芽率=處理種子發(fā)芽數(shù)/對照種子發(fā)芽數(shù)×100%；

相對發(fā)芽勢=第7天處理種子發(fā)芽數(shù)/第7天對照種子發(fā)芽數(shù)×100%[16]；

相對發(fā)芽指數(shù)=處理種子發(fā)芽指數(shù)/對照種子發(fā)芽指數(shù)×100%。

式中：Gt為不同時間發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

式中：S為幼苗平均質(zhì)量[14-16]。

相對鹽害率 = (對照種子發(fā)芽率-處理種子發(fā)芽率)/對照種子發(fā)芽率 × 100%[14]。

1.4 耐鹽性綜合評價

參照張國新等[17]和賈蓉等[18]的方法，采用隸屬函數(shù)法對5個高羊茅品種的萌發(fā)期耐鹽性進(jìn)行綜合評價。選取發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、苗長、鹽害率這幾項指標(biāo)作為主要分析指標(biāo)，通過計算各項指標(biāo)的相對值，來消除品種本身的固有差異。通過計算單項指標(biāo)在不同濃度下的相對值的均值，得出該項指標(biāo)的耐鹽系數(shù)。根據(jù)單項指標(biāo)的耐鹽系數(shù)計算其隸屬函數(shù)值。其中正相關(guān)指標(biāo)隸屬函數(shù)值計算方法：X1=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；負(fù)相關(guān)指標(biāo)隸屬函數(shù)值計算方法：X2= 1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中：X1為正相關(guān)指標(biāo)隸屬函數(shù)值，X2為負(fù)相關(guān)指標(biāo)隸屬函數(shù)值。X為指標(biāo)的實(shí)際測定值，Xmax為指標(biāo)測定的最大值，Xmin為指標(biāo)測定的最小值。其中除了鹽害率外，其他指標(biāo)都是正相關(guān)指標(biāo)。對各項指標(biāo)的耐鹽系數(shù)運(yùn)用正相關(guān)和負(fù)相關(guān)的計算方法將各項指標(biāo)換算成隸屬函數(shù)值后，將各項指標(biāo)的隸屬函數(shù)值相加求平均值，并對均值進(jìn)行排序，均值越大，耐鹽性越強(qiáng)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均用 Microsoft Excel 2003統(tǒng)計并制圖，采用 IBM SPSS Statistics 20統(tǒng)計軟件對同種高羊茅在不同NaCl濃度下以及相同NaCl濃度下不同高羊茅品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的相對值、種子活力指數(shù)、相對根長及苗長等指標(biāo)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl 脅迫對高羊茅種子萌發(fā)的影響

對照條件下，所有品種的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)均為100%。50～250 mmol·L-1NaCl濃度范圍內(nèi)，5個高羊茅品種的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)都隨著鹽濃度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢(表1、表2)。在50 mmol·L-1的鹽濃度下，5個高羊茅品種之間的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均無顯著差異(P＞ 0.05)；踏火6號、警犬和超級警犬的活力指數(shù)均顯著高于對照(P＜ 0.05)，說明低濃度的鹽對于這3個品種的萌發(fā)有一定的促進(jìn)作用。100 mmol·L-1的鹽濃度下，5個高羊茅品種間的種子相對發(fā)芽率差異顯著(P＜ 0.05)，踏火6號的最高，除與警犬的差異不顯著(P＞ 0.05)，顯著高于貝克、紅寶石2號和超級警犬(P＜ 0.05)，5個高羊茅品種間的相對發(fā)芽勢與相對發(fā)芽指數(shù)的差異不顯著(P＞ 0.05)。隨著鹽濃度升高至150 mmol·L-1，品種間相對發(fā)芽指數(shù)差異顯著(P＜ 0.05)，其中踏火6號的相對發(fā)芽率降幅最低，為7.47百分點(diǎn)，而貝克的相對發(fā)芽率的降幅最高，達(dá)到了34.48百分點(diǎn)，相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)方面踏火6號的降幅最小，其降幅分別12.5百分點(diǎn)和41.66百分點(diǎn)。在NaCl濃度繼續(xù)升至200 mmol·L-1時，相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)3個方面表現(xiàn)最好的依然是踏火6號，其降幅依次為28.74百分點(diǎn)、45百分點(diǎn)和67.12百分點(diǎn)，而表現(xiàn)最差的則為紅寶石2號，其相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)的降幅分別為88.67百分點(diǎn)和85.51百分點(diǎn)，其次為超級警犬，其相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)的降幅分別為81.94百分點(diǎn)和84.64百分點(diǎn)。而當(dāng) NaCl濃度到達(dá) 250 mmol·L-1時，踏火 6號種子的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽指數(shù)均顯著高于其他 4個高羊茅品種 (P＜ 0.05)。在 0～250 mmol·L-1的NaCl濃度內(nèi)，各個濃度下踏火6號的種子活力指數(shù)均顯著高于其他4個高羊茅品種(P＜ 0.05)。

2.2 NaCl 脅迫對高羊茅幼苗生長的影響

對照條件下，所有品種的相對根長和相對苗長均為 100%。在 50～250 mmol·L-1的 NaCl濃度范圍內(nèi)，5個高羊茅品種的相對根長和相對苗長隨著鹽濃度的升高而整體呈現(xiàn)下降趨勢(表3)，這表明隨著鹽濃度的上升，高羊茅的胚根和幼苗的生長受到的抑制逐漸加重。在50 mmol·L-1的鹽濃度下，各品種間相對根長與相對苗長的差異均不顯著(P＞0.05)；在 100 mmol·L-1的鹽脅迫下，紅寶石 2號、警犬、踏火6號和超級警犬的相對苗長均顯著高于貝克 (P＜ 0.05)；NaCl濃度上升至 150 mmol·L-1時，各品種間相對根長差異顯著(P＜ 0.05)，其中根系生長受抑制程度最重的是踏火6號，其根長降幅為59.30百分點(diǎn)，其次為貝克和超級警犬，其根長降幅分別為44.74百分點(diǎn)和49.64百分點(diǎn)，而相對苗長受抑制最嚴(yán)重的為警犬和踏火6號，其苗長降幅分別為55.17百分點(diǎn)和50.17百分點(diǎn)；在NaCl濃度繼續(xù)上升至200 mmol·L-1時，紅寶石2號根系生長受抑制程度最低，其根長降幅為58.73百分點(diǎn)，而苗長生長受抑制程度最低的為踏火6號，其苗長降幅為62.39百分點(diǎn)，苗長生長受抑制程度最嚴(yán)重的為警犬和超級警犬，其苗長降幅分別為71.27百分點(diǎn)和71.56百分點(diǎn)；在鹽濃度到達(dá)250 mmol·L-1時，各品種的相對苗長差異不顯著(P＞ 0.05)，根系生長受抑制程度最嚴(yán)重的是踏火6號和超級警犬，降幅分別為85.30百分點(diǎn)和85.31百分點(diǎn)，受抑制程度最輕的是紅寶石2號，降幅為76.90百分點(diǎn)。

表1 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)Table 1 Relative germination rate, potential, and index of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations

表2 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種活力指數(shù)Table 2 Seed vigor index of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations

表3 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種相對根長和相對苗長Table 3 Relative root length and seedling length of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations %

2.3 NaCl 脅迫對高羊茅種子相對鹽害率的影響

相對鹽害率能反映種子萌發(fā)期鹽脅迫對種子的傷害程度。對照條件下，所有品種的相對鹽害率均為 0。在 50～250 mmol·L-1的鹽濃度范圍內(nèi)，隨著NaCl濃度的增加，5種高羊茅種子的相對鹽害率總體呈現(xiàn)上升趨勢 (表4)。在 50 mmol·L-1的鹽濃度下，5個高羊茅品種間的相對鹽害率差異不顯著(P＞ 0.05)，當(dāng) NaCl濃度大于 50 mmol·L-1時，5種高羊茅間相對鹽害率出現(xiàn)顯著差異(P＜ 0.05)；在100 mmol·L-1的 NaCl濃度下，5個高羊茅品種的相對鹽害率依次為踏火6號 ＜ 警犬＜ 紅寶石2號、貝克＜超級警犬 ；當(dāng) NaCl濃度為150 mmol·L-1時，踏火6號的相對鹽害率最低，紅寶石2號、警犬、超級警犬次之，貝克的相對鹽害率最高；而當(dāng) NaCl濃度上升至 200和 250 mmol·L-1時，踏火6號的相對鹽害率顯著低于其余4種高羊茅(P＜ 0.05)。

2.4 高羊茅種子萌發(fā)期耐鹽性綜合評價

通過對發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、苗長、鹽害率這7項指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行比較分析(表5)，得出5個高羊茅品種總的耐鹽性排序為踏火 6號 ＞ 警犬 ＞ 紅寶石 2號 ＞ 貝克 ＞超級警犬。

表4 不同濃度NaCl脅迫下5個高羊茅品種相對鹽害率Table 4 Relative salt damage rate of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations %

表5 隸屬函數(shù)值及綜合排序Table 5 Value of membership function and comprehensive ranking

3 討論

鹽脅迫對于植物的危害主要體現(xiàn)在兩個方面，其一是鹽分濃度過高會導(dǎo)致外界溶液的滲透壓也隨之提高，從而使種子吸水困難，難以萌發(fā)；其二是某種離子濃度過高造成離子對種子毒害作用[19]。本研究主要通過對5個高羊茅品種萌發(fā)期的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)、相對苗長、相對根長和相對鹽害率等指標(biāo)進(jìn)行觀測，分析、比較其耐鹽性的差異，從而篩選出耐鹽性較佳的品種。結(jié)果表明，在一定濃度范圍內(nèi)，NaCl脅迫會抑制高羊茅種子的萌發(fā)，并且隨著NaCl濃度的升高，高羊茅種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)等發(fā)芽指標(biāo)也隨之降低，這與范燕等[20]和盧艷敏[14]的研究結(jié)果一致；同時，鹽脅迫會導(dǎo)致高羊茅種子發(fā)芽勢降低，萌發(fā)進(jìn)程緩慢，這與李孔晨等[21]的研究結(jié)果一致。在50 mmol·L-1鹽濃度下，紅寶石2號和超級警犬的發(fā)芽勢相比對照略有提高，說明一定低濃度的鹽分對種子萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用，這與張劍云等[22]的研究結(jié)果相符。在同一鹽濃度下，不同品種的高羊茅種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)不同，反映出不同品種間耐鹽性的差異，因此，種子活力指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽指數(shù)可以作為種子萌發(fā)期耐鹽能力評價指標(biāo)。

鹽脅迫對高羊茅的根生長和幼苗生長具有顯著的抑制作用，主要表現(xiàn)為根系長度與幼苗長度會隨鹽濃度的提高而降低，說明隨著鹽脅迫的提高，高羊茅幼苗與根系生長所受到的抑制加劇，這與范燕等[20]和宋銳等[23]的研究結(jié)果一致，在同一鹽濃度下，幼苗長度的降幅普遍低于根長的降幅，這與李海燕等[24]的研究結(jié)果一致，說明鹽脅迫對于高羊茅幼根生長的抑制作用要強(qiáng)于對幼苗生長的抑制作用，這可能與根和鹽直接接觸有關(guān)。而鹽脅迫抑制植物生長的機(jī)理可能主要與植物根系對于水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收受到抑制有關(guān)[25]。當(dāng)外界溶液鹽濃度升高時，水勢降低，根部細(xì)胞難以從外界吸收到足夠的水分和營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致植物的蒸騰作用受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)致植物的光合作用因缺乏必要的原材料(如CO2和H2O)而難以進(jìn)行，最終影響到植物幼苗的生長與發(fā)育。當(dāng)外界溶液的鹽濃度高到一定程度時，植物根系細(xì)胞甚至可能水分外滲進(jìn)而導(dǎo)致整株植物萎蔫失水，嚴(yán)重時導(dǎo)致植物死亡[26]。

很多植物通過改變自身結(jié)構(gòu)、外部形態(tài)和調(diào)節(jié)生理機(jī)制來適應(yīng)外界的鹽脅迫[27]。研究中5種高羊茅的形態(tài)特征會在鹽脅迫下發(fā)生改變，比如莖葉、根系等的長度會隨著鹽溶液濃度的升高而縮短。說明高羊茅可以通過調(diào)控細(xì)胞的分裂和生長過程減緩植物生長，減少對于水分的消耗以緩解外界高鹽濃度導(dǎo)致的植物生理干旱，進(jìn)而增強(qiáng)植物對于鹽脅迫的耐受性。

與大多數(shù)冷季型草坪草相比，高羊茅的耐鹽性更強(qiáng)[28-29]，高羊茅種子在萌發(fā)期對鹽分具有一定的耐受能力，且耐瘠薄，抗逆性強(qiáng)，適應(yīng)范圍較廣[30]，因此可用于鹽堿地的改良與綠化，但不同品種高羊茅對于鹽分的耐受能力不同，且對不同環(huán)境的適應(yīng)性也不同，因此，應(yīng)用時應(yīng)考慮到品種間的差異，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃募皻夂驐l件，選擇較為耐鹽且對當(dāng)?shù)丨h(huán)境適應(yīng)較好的品種來進(jìn)行推廣、綠化，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)及生態(tài)效益的最大化。

4 結(jié)論

在一定的濃度范圍內(nèi)，NaCl脅迫會導(dǎo)致高羊茅的萌發(fā)與生長受到抑制，并且隨著NaCl濃度的升高，高羊茅種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)等發(fā)芽指標(biāo)也隨之降低，根長和苗長也隨之縮短以增強(qiáng)其對于鹽脅迫的耐受性，相對鹽害率隨鹽濃度的增加而升高。5個高羊茅品種種子萌發(fā)期耐鹽性強(qiáng)弱依次為踏火 6號 ＞ 警犬 ＞ 紅寶石 2號 ＞ 貝克 ＞ 超級警犬。