陳娜紅，李國(guó)亮，蔡雪嬌，黃子健，范景華，張震*

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036； 2.蚌埠圻潤(rùn)環(huán)境工程科技有限公司，安徽 蚌埠 233000)

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展和交通運(yùn)輸業(yè)尾氣污染的加劇，酸雨導(dǎo)致的建筑腐蝕和土壤酸化問(wèn)題有增無(wú)減。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)酸雨區(qū)面積占國(guó)土總面積約40%，酸化土壤約占全國(guó)土壤面積的23%，達(dá)2億hm2[1]。大量農(nóng)田銨態(tài)氮肥的使用，使土壤pH升高，土壤鹽堿化問(wèn)題仍然嚴(yán)峻，土壤肥力下降。據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文及糧食及農(nóng)業(yè)組織的不完全統(tǒng)計(jì)，世界上鹽堿土地面積已達(dá)9.5億hm2。我國(guó)中科院南京土壤研究所最新研究顯示，我國(guó)的鹽堿土地總量為9 913.3萬(wàn)hm2[2]。近些年來(lái)已有諸多關(guān)于模擬酸雨和鹽堿化土地對(duì)植物生理生化特性影響的研究[3-8]，提出了一些治理措施和方法，選用和培育適應(yīng)性強(qiáng)的植物是最直接且最為經(jīng)濟(jì)的方法之一，具有重要的生態(tài)價(jià)值[9]。

多年生黑麥草原產(chǎn)歐洲地中海沿岸、北非和西南亞，為禾本科黑麥草屬植物。其徑縱生、直立，成熟株高50～100 cm，葉片狹長(zhǎng)，喜溫涼濕潤(rùn)環(huán)境，分蘗力極強(qiáng)[10]，是優(yōu)良的畜禽、魚(yú)類(lèi)飼料和優(yōu)良的草坪草，常種植于草地等景觀休憩場(chǎng)所。本研究以黑麥草種子為研究對(duì)象，探討一定酸堿條件下黑麥草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為酸雨侵蝕和土壤退化地區(qū)的生態(tài)修復(fù)與重建，以及提高生物多樣性和增加城市綠地面積等提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

多年生黑麥草種子為2018年8月購(gòu)自合肥市種子市場(chǎng)。供試試劑有NaOH、濃鹽酸、8%NaClO，均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)7個(gè)pH梯度。配制1 mol·L-1HCl溶液，調(diào)節(jié)蒸餾水的pH值為3.5、4.5、5.5、6.5；配制1 mol·L-1NaOH溶液，調(diào)節(jié)蒸餾水的pH值為8.5和9.5；以蒸餾水為對(duì)照，試驗(yàn)條件下測(cè)得pH為7.2。培養(yǎng)皿洗凈，于105 ℃烘干，墊入兩層定性濾紙，分別加入5 mL不同pH的蒸餾水，每處理重復(fù)5次。每個(gè)培養(yǎng)皿中放置20粒黑麥草種子。供試種子用1%NaClO溶液浸泡，表面消毒10 min后用蒸餾水沖洗3次。

所有培養(yǎng)皿置于25 ℃、85%RH及光暗各12 h的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)14 d，每天補(bǔ)充相應(yīng)pH的蒸餾水。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

參照文獻(xiàn)[4]。每24 h記錄種子的萌發(fā)數(shù)量，以胚根長(zhǎng)度≥1 mm為計(jì)，直至所有培養(yǎng)皿的種子不再萌發(fā)為止，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)[5]。

培養(yǎng)2周后，測(cè)量黑麥草幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)直接采用直尺測(cè)量，計(jì)算根長(zhǎng)抑制率和芽長(zhǎng)抑制率。

收獲后，分別將各pH處理的黑麥草幼苗葉片充分混合，采用乙醇提取比色法[11]測(cè)量幼苗葉片葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)黑麥草種子萌發(fā)的影響

表1表明，pH值在3.5～9.5處理下對(duì)黑麥草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)均無(wú)顯著影響。pH 3.5時(shí)，黑麥草種子發(fā)芽指數(shù)為21.40，顯著低于pH為4.5～8.5的處理；pH在4.5～8.5時(shí)，黑麥草種子發(fā)芽指數(shù)相互間差異不顯著，表明此pH范圍內(nèi)黑麥草種子活力不受影響；pH 9.5時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)顯著低于pH 5.5處理。

表1 各處理黑麥草種子的萌發(fā)指標(biāo)

注：同列無(wú)相同小寫(xiě)字母代表不同處理在0.05水平差異顯著，表2同。

2.2 對(duì)黑麥草幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，當(dāng)pH為3.5和9.5時(shí)對(duì)黑麥草生長(zhǎng)具有顯著抑制作用；pH為4.5～8.5時(shí)，黑麥草幼苗根長(zhǎng)無(wú)顯著差異，而pH為6.5的芽長(zhǎng)顯著高于其他處理組(除pH 5.5外)?？傮w生長(zhǎng)趨勢(shì)是當(dāng)pH 6.5時(shí)最有利于黑麥草幼苗生長(zhǎng)，pH越低或越高均不利于黑麥草幼苗生長(zhǎng)。

根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)抑制率反映酸堿脅迫對(duì)種子萌發(fā)后幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的生長(zhǎng)抑制情況。由表2可知，當(dāng)pH為4.5和5.5時(shí)，相比對(duì)照組，處理組黑麥草幼苗根長(zhǎng)變短，芽長(zhǎng)增加；而當(dāng)pH 6.5時(shí)，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)均增加，分別增長(zhǎng)4.36%和20.64%，顯著大于pH 3.5培養(yǎng)條件下黑麥草幼苗的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。當(dāng)pH值高于對(duì)照組時(shí)，根和芽的生長(zhǎng)受到抑制，但抑制作用總體不明顯。結(jié)果表明，黑麥草幼苗芽對(duì)酸堿脅迫的敏感程度高于根，pH 6.5的弱酸條件下最有利于黑麥草幼苗生長(zhǎng)，培養(yǎng)液酸性越低或堿性越高對(duì)于根和芽的生長(zhǎng)抑制作用越明顯。

表2 各處理黑麥草幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)

2.3 對(duì)黑麥草幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，當(dāng)pH低于對(duì)照組時(shí)，黑麥草幼苗體內(nèi)葉綠素含量隨培養(yǎng)液pH值的降低而降低。pH 3.5時(shí)黑麥草幼苗葉綠素含量降低明顯，相比對(duì)照組，葉綠素b降低45.04%，葉綠素a降低46.56%，葉綠素總量(a+b)降低46.13%。當(dāng)pH在8.5～9.5時(shí)，幼苗體內(nèi)葉綠素含量下降水平高于pH在5.5～6.5的下降水平，說(shuō)明堿性培養(yǎng)條件下對(duì)黑麥草幼苗的光合抑制作用更加明顯。

圖1 酸堿脅迫下黑麥草幼苗葉綠素含量

3 小結(jié)與討論

該研究表明，pH在3.5～9.5時(shí)，黑麥草種子萌發(fā)基本未受到顯著影響，相比對(duì)照組，具有隨酸性或堿性增加而萌發(fā)活力降低的趨勢(shì)，表明黑麥草種子對(duì)于土壤酸堿性具有較好的耐受力。黑麥草幼苗根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)在不同pH處理均有顯著差異，且pH 6.5的弱酸性條件最有利于根和芽的生長(zhǎng)；pH 3.5和9.5時(shí)，根和芽的生長(zhǎng)受到顯著抑制，且根所受的抑制程度高于芽。研究表明，pH值高于或低于對(duì)照組都會(huì)引起葉綠素a、b和葉綠素總量(a+b)的降低，且葉綠素a較葉綠素b的下降趨勢(shì)更明顯。田如男等[12]認(rèn)為，在pH為3.0～5.0的酸性脅迫條件下，黑麥草種子萌發(fā)數(shù)量與對(duì)照組無(wú)顯著差異；當(dāng)pH≤2.5時(shí)，種子萌發(fā)明顯受到抑制；當(dāng)pH 3.5時(shí)，根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)抑制率顯著降低；pH 5時(shí)黑麥草芽長(zhǎng)略高于對(duì)照組。吳杏春等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨模擬酸雨pH值下降，3種草坪草幼苗的總?cè)~綠素含量也逐漸降低，當(dāng)pH≤4.0時(shí)降幅明顯。

MDA(丙二醛)含量體現(xiàn)植物細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化的程度，含量升高代表細(xì)胞膜受損[14]。沈高峰等[15]研究表明，逆境條件下黑麥草MDA含量增加，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受到破壞，電解質(zhì)外滲增加，不利于黑麥草根和芽的生長(zhǎng)，由于根直接接觸培養(yǎng)液，受到的抑制作用更強(qiáng)，這與本研究中黑麥草根長(zhǎng)抑制率高于芽長(zhǎng)抑制率的結(jié)果一致。葉綠素是植物體內(nèi)進(jìn)行光合作用的一類(lèi)色素，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用。吳杏春等[13]研究表明，模擬酸雨脅迫時(shí)，膜質(zhì)過(guò)氧化的加劇導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜斷裂，葉綠體受破壞，逐漸積累的活性氧會(huì)使葉綠素遭到破壞，且葉綠素a比葉綠素b更易受到破壞，這也與本研究中葉綠素a比葉綠素b的下降幅度更高的結(jié)論相一致。

綜上所述，黑麥草種子在一定酸性和弱堿性條件下具有較好的萌發(fā)活力，從黑麥草幼苗生長(zhǎng)狀況和葉綠素含量來(lái)看，弱酸性條件下更適合黑麥草的生長(zhǎng)，這也說(shuō)明黑麥草幼苗對(duì)酸性土壤的耐受性高于堿性土壤，因此,可用于土壤酸化嚴(yán)重或酸雨侵蝕地區(qū)草坪草的種植。