3 張玉霞 朱愛民3

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院， 呼和浩特 010011； 2.內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028043； 3.草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011)

我國耕地中鹽漬化面積達(dá)到了920.9萬hm2[1]，土壤鹽漬化嚴(yán)重影響牧草及飼料作物生產(chǎn)[2]。培育抗鹽堿品種是改良和利用鹽堿地的重要措施之一[3]。目前對鹽堿地改良和利用的主要措施是培育栽植耐鹽堿作物。所以，耐鹽堿性植物的發(fā)掘顯得尤為重要，尤其是耐鹽堿的優(yōu)良牧草，不僅可以在當(dāng)?shù)匕l(fā)展畜牧業(yè)，又可以進(jìn)行環(huán)境的美化、防風(fēng)固沙，這也是耐鹽堿研究中重要的一部分[4]。

飼用燕麥?zhǔn)侵匾娘曈米魑颷5]，葉片具有排鹽機(jī)制，屬于禾本科中耐鹽性較強(qiáng)的植物，且不同品種燕麥間的耐鹽堿性差別較大[6-9]，武俊英研究指出燕麥在種子萌發(fā)期對鹽堿較敏感，表現(xiàn)出不同的適應(yīng)性[10]。高戰(zhàn)武認(rèn)為由于植物在種子發(fā)芽階段主要受水分的控制，而在鹽堿脅迫下，水勢主要由鹽濃度決定，因此，鹽濃度是復(fù)合鹽堿脅迫下燕麥種子發(fā)芽的決定性因素[11]。白健慧等[12]認(rèn)為，燕麥在早期進(jìn)行耐鹽堿性選擇較好。目前，大部分研究多集中于燕麥，但對于裸燕麥、飼用燕麥研究報道較少[13-17]。

內(nèi)蒙古科爾沁地區(qū)位于我國東北地區(qū)，土壤多為沙性，鹽堿化程度嚴(yán)重且保水保肥能力差。通過改善作物本身的抗鹽堿能力，降低鹽堿地對飼用燕麥生產(chǎn)的影響，因此，選育優(yōu)良的飼用燕麥品種尤為重要[18-19]。本研究對10個不同飼用燕麥品種進(jìn)行復(fù)合鹽堿脅迫，綜合評價種子萌發(fā)期耐鹽堿性，篩選具有較高耐鹽堿性的飼用燕麥品種，為鹽堿地種植飼用燕麥及飼用燕麥耐鹽堿品種的選育提供理論依據(jù)[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料選取了10個不同的燕麥品種，分別為貝勒、夢龍、槍手、莫妮卡、牧特力、駿馬、甜燕1號、燕王、牧王、牧馬人。

表1 供試飼用燕麥品種及來源

材料編號品種名稱種子公司來源地SY01牧馬人北京正道生態(tài)科技有限公司加拿大SY02駿馬北京百斯特草業(yè)有限公司加拿大SY03甜燕1號北京佰青源畜牧科技有限公司加拿大SY04燕王北京正道生態(tài)科技有限公司加拿大SY05牧王北京正道生態(tài)科技有限公司加拿大SY06貝勒北京正道生態(tài)科技有限公司加拿大SY07夢龍北京百斯特草業(yè)有限公司加拿大SY08槍手百綠(天津)國際草業(yè)公司加拿大SY09莫妮卡北京百斯特草業(yè)有限公司加拿大SY10牧特力百綠(天津)國際草業(yè)公司澳大利亞

1.2 試驗(yàn)方法

采用盆栽試驗(yàn)。首先在花盆上套塑料袋，選擇大小均勻一致、飽滿無殘缺、品質(zhì)優(yōu)良的10個飼用燕麥品種的種子，分別用70%的酒精消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈，鹽堿濃度為 NaCl∶NaHCO3∶Na2CO3∶Na2SO4按1∶9∶9∶1 質(zhì)量比混合[19]，處理鹽堿濃度均為100 mmol·L-1，以蒸餾水處理為對照，共20個處理，每個處理均設(shè)3次重復(fù)，每次重復(fù)50粒種子，每盆加200 mL相應(yīng)濃度的混合鹽堿溶液和500 g沙土和蛭石按照容積比2∶1混合培養(yǎng)基質(zhì)，覆土厚度3 cm。將花盆放置于光照充足，通風(fēng)良好的環(huán)境中。每天定時記錄發(fā)芽率。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，隨機(jī)選取每個處理20株測定胚根、胚芽長度及重量，后于105 ℃殺青10 min、75 ℃下24 h烘干至恒重。

1.3 測定指標(biāo)及方法

種子發(fā)芽指標(biāo)測定參照《國際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[19]，包括發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根及胚芽長度和重量。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽勢(%)=(發(fā)芽達(dá)到高峰期時發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)(Gt為在時間為t天的發(fā)芽個數(shù)，Dt為至t天的發(fā)芽天數(shù)[20])。

活力指數(shù)=GI×S(GI為發(fā)芽指數(shù)；S為平均芽長)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

用耐鹽堿系數(shù)評價不同材料各性狀的耐鹽堿性：

耐鹽堿系數(shù)=不同濃度處理下測定值數(shù)值/對照測定值。

用模糊隸屬函數(shù)法[21]對10個飼用燕麥品種萌發(fā)期耐鹽堿性進(jìn)行綜合評。耐鹽堿隸屬值計算公式參照田曉霞[22]等的方法。

數(shù)據(jù)處理和作圖采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行，利用SAS 9.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(p<0.05)及主成分分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽堿脅迫對不同飼用燕麥品種發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

在未經(jīng)混合鹽堿脅迫時，10個飼用燕麥品種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)整體偏高。駿馬發(fā)芽率最高達(dá)到98.87%，牧馬人種子發(fā)芽率最低，但發(fā)芽率也達(dá)到87%，且與駿馬、甜燕1號、燕王、牧王種子發(fā)芽率相比有顯著差異(p<0.05)；經(jīng)鹽堿脅迫后，牧馬人的發(fā)芽率仍最低，且與除牧特力外的其他品種均有顯著差異。甜燕1號、燕王和莫妮卡品種內(nèi)存在顯著差異。未經(jīng)混合鹽堿脅迫時，夢龍發(fā)芽勢最高，牧馬人的發(fā)芽勢最低為80%，且與其它品種的飼用燕麥有顯著差異；經(jīng)鹽堿脅迫后，牧馬人與駿馬有顯著性差異，且牧馬人的發(fā)芽勢仍最低。未經(jīng)鹽堿脅迫時，莫妮卡的發(fā)芽指數(shù)最高，牧馬人的發(fā)芽指數(shù)最低，牧馬人、莫妮卡、牧特力3個飼用燕麥品種之間存在顯著差異；經(jīng)鹽堿脅迫后，甜燕1號發(fā)芽指數(shù)最高，牧馬人發(fā)芽指數(shù)最低，且與其它品種燕麥均有顯著差異。未經(jīng)混合鹽堿脅迫時，夢龍和槍手的活力指數(shù)有顯著差異，經(jīng)鹽堿脅迫后，夢龍和槍手的活力指數(shù)仍有顯著差異。10個飼用燕麥品種內(nèi)發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)均有顯著差異。經(jīng)混合鹽堿脅迫的環(huán)境下，10個品種燕麥的萌發(fā)指標(biāo)均呈下降趨勢，整體燕麥種子對鹽堿脅迫有較強(qiáng)的適應(yīng)性，牧馬人的各項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均較低，表現(xiàn)出對混合鹽堿脅迫較弱的適應(yīng)性(圖1)。

2.2 混合鹽堿脅迫對不同飼用燕麥品種根長和芽長的影響

在未經(jīng)混合鹽堿脅迫時，不同品種燕麥根長存在顯著差異，其中牧特力的根最長，牧馬人的根最短，兩者有差異顯著性(p<0.05)；牧王種子的胚芽最長，牧馬人種子的胚芽最短，貝勒、夢龍、甜燕1號、牧特力4個品種芽長差異不顯著。經(jīng)過混合鹽堿脅迫處理后，大部分品種燕麥的根長、芽長均比對照短，僅牧王的根長較對照長且胚根最長，牧馬人種子的胚根最短，牧馬人種子的根長與甜燕1號、牧王、夢龍有顯著差異；牧馬人的芽長與牧王、燕王、貝勒、夢龍的種子有顯著差異，牧馬人與莫妮卡的種子芽長無顯著差異。10個飼用燕麥品種內(nèi)均有顯著差異(圖2)。

2.3 混合鹽堿脅迫對不同飼用燕麥品種根和莖葉干物質(zhì)的影響

在未經(jīng)混合鹽堿脅迫時，不同飼用燕麥品種間根、莖重存在差異，莖重最大值為夢龍，最低值為槍手，且兩者均有顯著差異(p<0.05)；而根重最大的是牧王，最低值為槍手，牧王與夢龍之間也有顯著差異。在混合鹽堿脅迫下, 不同品種燕麥根重、莖重均有下降的趨勢，但仍有個別品種出現(xiàn)上升或持平的趨勢；牧王的莖重最大為0.17 g，較對照降低了5.2%，駿馬的莖最輕為0.05 g；甜燕1號的根最重，夢龍的根最輕。牧王的莖重與其它品種有顯著差異。牧王和甜燕1號種子的根重與其它品種有顯著差異。其中，貝勒、槍手、莫妮卡的根重較對照有所增加。牧馬人和駿馬對照與處理間的莖重有顯著差異，各品種內(nèi)根重?zé)o顯著差異(圖3)。

注：不同小寫字母表示品種間存在顯著差異，不同大寫字母表示品種內(nèi)存在顯著差異(p<0.05)，下同。圖1 混合鹽堿脅迫下不同飼用燕麥品種的萌發(fā)指標(biāo)

圖2 混合鹽堿脅迫下不同飼用燕麥品種的根長(cm)及芽長(cm)

圖3 混合鹽堿脅迫下不同飼用燕麥品種的根重(g)及莖重(g)

2.4 不同飼用燕麥品種在混合鹽堿脅迫下的耐鹽堿系數(shù)

計算不同飼用燕麥品種不同指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)，飼用燕麥發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)耐鹽堿系數(shù)較低的均為牧馬人，但最大值表現(xiàn)為不同的品種；根長和芽長2個指標(biāo)耐鹽堿的分別為牧特力和莫妮卡；根和莖干物質(zhì)的耐鹽堿系數(shù)最大值分別為駿馬、夢龍，最小值為莫妮卡和牧王(表2)。

表2 不同飼用燕麥品種的耐鹽堿系數(shù)

品種指標(biāo)發(fā)芽率發(fā)芽勢發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)根長芽長根重莖重SY010.8590.1810.3920.2200.8560.5610.6950.545SY020.9160.4910.4280.4050.8330.5840.6250.457SY030.9500.8840.6750.5800.8750.6700.9680.952SY040.9350.9020.5020.5440.8290.6400.8010.848SY050.9530.9150.6190.5491.0670.7310.9370.965SY060.9430.8610.5700.4970.8730.7731.0910.951SY070.9470.8800.6930.6040.9080.7530.7340.357SY080.9170.8570.5730.4460.7660.6251.1680.965SY090.9570.6650.3940.2490.8110.4991.0640.757SY100.9500.5620.5550.3850.7040.6390.8070.820

表3 不同飼用燕麥品種在混合鹽堿脅迫下的隸屬函數(shù)及排序

品種指標(biāo)發(fā)芽率發(fā)芽勢發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)根長芽長根重莖重隸屬函數(shù)平均值排序SY010.490.570.450.450.550.270.480.500.4708SY020.460.550.550.550.610.590.500.480.5363SY030.560.560.500.500.770.420.560.470.5392SY040.550.510.530.530.500.470.610.670.5451SY050.490.480.480.480.610.500.480.490.5017SY060.440.440.520.520.490.560.560.530.5085SY070.410.330.490.490.460.510.570.360.45110SY080.430.470.500.500.450.510.610.600.5094SY090.500.450.410.410.540.500.510.440.4699SY100.500.310.590.590.540.540.420.560.5076

表4 不同飼用燕麥品種在混合鹽堿脅迫下的秩的相關(guān)性

指標(biāo)發(fā)芽勢發(fā)芽率發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)根重莖重根長芽長秩的相關(guān)性0.5270.2360.515-0.4300.7580.7210.4910.491

注：表中表示10個樣本數(shù)大于0.564的為顯著差異(α=0.05)，大于0.746表示差異極顯著(α=0.01)。

2.5 不同飼用燕麥品種在混合鹽堿脅迫下的隸屬函數(shù)值及排序

通過對不同燕麥品種的生長指標(biāo)的計算得出隸屬函數(shù)值，對10個燕麥品種的抗鹽堿性進(jìn)行了評價。耐鹽堿最強(qiáng)的燕麥品種是燕王，最弱的是夢龍。其耐鹽堿性綜合評價順序?yàn)椋貉嗤?甜燕1號>駿馬>槍手>貝勒>牧特力>牧王>牧馬人>莫妮卡>夢龍(表3)。

2.6 不同飼用燕麥品種在混合鹽堿脅迫下秩的相關(guān)性分析

根據(jù)表4秩的相關(guān)性分析表明，耐鹽堿性與根重呈極顯著正相關(guān)，與莖葉重呈顯著正相關(guān)，與發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根長、芽長呈不顯著正相關(guān)，與活力指數(shù)呈非顯著負(fù)相關(guān)。因此，可以將根重作為篩選指標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行抗鹽堿分析。

2.7 不同飼用燕麥品種在混合鹽堿脅迫下各指標(biāo)主成分分析

主成分分析是研究將多個存在一定關(guān)系的變量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為較少且能表達(dá)原來信息的綜合指標(biāo)[22]。對10個飼用燕麥品種的8個單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)進(jìn)行主成分分析，前4個主成分的貢獻(xiàn)率分別為53.82%、22.01%、9.71%、6.81%，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到92.35%，這4個相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)基本代表了原始的8個單項(xiàng)指標(biāo)(表4)。

第Ⅰ主成分的特征根λ 1=4.306，貢獻(xiàn)率為53.82%，對應(yīng)特征向量中，數(shù)量較大的性狀為發(fā)芽率、發(fā)芽勢，相關(guān)系數(shù)分別為0.428、0.451，主要反映的是飼用燕麥的發(fā)芽情況。

第Ⅱ主成分的特征根λ 2=1.76，貢獻(xiàn)率為22.01%，對應(yīng)特征向量中，數(shù)量較大的性狀為根重、莖重，相關(guān)系數(shù)分別為0.603、0.544，主要反映的是飼用燕麥的根及莖葉的干物質(zhì)積累的情況。

表5 不同飼用燕麥品種耐鹽堿評價指標(biāo)的主成分分析

主成分各指標(biāo)特征向量發(fā)芽率發(fā)芽勢發(fā)芽指數(shù)活力指數(shù)根長芽長根重莖重特征值貢獻(xiàn)率/%累計貢獻(xiàn)率/%Ⅰ0.4280.4510.4230.3470.2200.3930.2240.2474.30653.8253.82Ⅱ0.1680.108-0.182-0.258-0.343-0.2880.6030.5441.76022.0175.83Ⅲ-0.421-0.105-0.171-0.1550.7790.3060.2260.0870.7779.7185.84Ⅳ0.6800.160-0.318-0.1230.449-0.369-0.864-0.2230.5456.8192.35

第Ⅲ主成分的特征根λ 3=0.777，貢獻(xiàn)率為9.71%，對應(yīng)特征向量中，數(shù)量較大的性狀為胚根及胚芽長度，相關(guān)系數(shù)是0.779、0.306，主要反映的是不同飼用燕麥品種的地上及地下部分生長最重要指標(biāo)。

由于前4個主成分反映了原來8個單項(xiàng)指標(biāo)92.35% 的信息，對飼用燕麥的耐鹽堿性作用較大，因此發(fā)芽率、根長、根重這3個指標(biāo)可以作為燕麥耐鹽堿性篩選與評價。

3 討 論

大量研究表明，不同植物在不同的生育期抗鹽堿的能力也會有所不同。鹽堿脅迫抑制植物的生長，濃度高時，造成植物代謝的紊亂，生長受阻，整個生育期都有不同程度的影響。植物在鹽堿脅迫環(huán)境下，仍可以發(fā)育的前提是植物種子能夠抵抗一定的鹽堿性。本試驗(yàn)中，牧馬人的各萌發(fā)指標(biāo)均較低，飼用燕麥在鹽堿環(huán)境下，雖發(fā)芽率、發(fā)芽勢等指標(biāo)降低，但仍可以發(fā)芽，其原因是由于鹽堿脅迫，種子的吸水膨脹能力發(fā)生改變，種子中的水及離子平衡發(fā)生變化，從而降低了種子的發(fā)芽率[23]。孫仁國等[24]指出鹽堿脅迫會影響植物的生長，最明顯的表現(xiàn)在植物的發(fā)芽率、發(fā)芽勢等萌發(fā)指標(biāo)上?；盍χ笖?shù)是體現(xiàn)種子萌發(fā)整齊度的指標(biāo)，在相同鹽脅迫強(qiáng)度下種子的活力指數(shù)越高，說明耐鹽堿性越強(qiáng)[25]。本試驗(yàn)中，當(dāng)種子受到鹽堿脅迫時，活力指數(shù)呈下降趨勢，說明當(dāng)有鹽堿脅迫時，種子生長受到嚴(yán)重抑制，而不同品種耐鹽堿性有一定差異。

胚根和胚芽是植物萌發(fā)向苗期過渡的一個重要環(huán)節(jié)，同時也反映出能否在之后的鹽堿環(huán)境中很好的生長。本試驗(yàn)中，在未經(jīng)過鹽堿脅迫的環(huán)境中，燕麥胚根、胚芽生長較好，經(jīng)過鹽堿脅迫后，燕麥的胚芽和胚根受到了明顯的抑制作用。胚芽降低的更明顯，說明地上部分受到的抑制程度較地下部分更大。這與高戰(zhàn)武[11]的研究結(jié)果存在一定的差異，可能是由于本試驗(yàn)所選用的鹽堿脅迫濃度單一的原因。

在鹽堿脅迫下，生物量的積累會發(fā)生變化，從而最后會影響植物的產(chǎn)量。土壤中的根首先感受到鹽脅迫, 并將信息傳遞到植物地上部分，經(jīng)過一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)產(chǎn)生對鹽脅迫的適應(yīng)性, 最終在形態(tài)上表現(xiàn)出來。本試驗(yàn)中，經(jīng)過鹽堿脅迫后，根、莖葉的干物質(zhì)的重量有所減少，但有個別品種的干物質(zhì)量增加，這與谷艷芳關(guān)于鹽脅迫對冬小麥干物質(zhì)分配和生理研究結(jié)果一致[26-27]，是由于鹽脅迫使植物根系吸水困難造成生理干旱。有研究表明，多于50%的光合產(chǎn)物通過根部呼吸被消耗掉，因次，根系龐大，是以消耗更多能量為代價的。適當(dāng)減小根系干重，可以積累更多能量用于其它生物路徑，例如：增產(chǎn)、抗逆等[28]。

植物的耐鹽堿性是由多種因素共同作用的，多種復(fù)雜因素構(gòu)成一個綜合性狀，因此，選擇不同的耐鹽堿指標(biāo)可能得出不同的結(jié)果。通過不同燕麥的發(fā)芽指標(biāo)及地上、地下部分的生長情況可直觀的看出耐鹽堿性的好壞。對10個燕麥品種的抗鹽堿性進(jìn)行了評價，耐鹽堿最強(qiáng)的燕麥品種是燕王，最弱的是夢龍。綜合評價順序?yàn)椋貉嗤?甜燕1號>駿馬>槍手>貝勒>牧特力>牧王>牧馬人>莫妮卡>夢龍。飼用燕麥在萌發(fā)期由于種子浸水后使種皮吸水膨脹，從而使更多的氧透過種皮進(jìn)入種子內(nèi)部，其原因是植物體抵抗?jié)B透脅迫，這與前人的研究結(jié)果一致[29]。本研究僅對燕麥種子萌發(fā)期進(jìn)行了初步的耐鹽堿性篩選，若要繼續(xù)進(jìn)一步研究燕麥的耐鹽堿性，還需進(jìn)行全生育期田間指標(biāo)的測定。

4 結(jié) 論

對10個飼用燕麥品種的萌發(fā)期采用NaCl∶NaHCO3∶Na2CO3∶Na2SO4質(zhì)量比為1∶9∶9∶1的混合鹽堿溶液，于種子萌發(fā)期對燕麥進(jìn)行100 mmol·L-1濃度鹽堿脅迫處理，對其進(jìn)行耐鹽堿性綜合評價。通過對各指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)和主成分分析，結(jié)果表明，鹽堿脅迫下發(fā)芽率、發(fā)芽勢是評價耐鹽性強(qiáng)弱最主要的因素，其次是地上部分及地下部分干物質(zhì)量積累。耐鹽堿最強(qiáng)的燕麥品種是燕王，最弱的是夢龍，這些材料萌發(fā)后期的耐鹽堿性及生產(chǎn)性能還需后續(xù)進(jìn)一步的研究確定。