蘇冉,杜文秀,王智威,李方晴,李海云
(聊城大學農(nóng)學院,山東 聊城 252059)
土壤鹽漬化是影響植物生長的主要非生物脅迫因素之一,我國鹽漬土面積約為3.46×107hm2,且表現(xiàn)出逐年增多的趨勢[1],因此對鹽漬土的治理、開發(fā)和利用刻不容緩。用化學或物理方法改良鹽漬化土不僅成本高,還可能由于加入化學物質(zhì)而導致土壤發(fā)生次生鹽漬化;篩選和培育耐鹽植物是國內(nèi)外學者公認的實現(xiàn)鹽堿地改良和利用的有效途徑[2,3]。草本植物是鹽堿地植被建設(shè)的重要組成部分,目前選擇耐鹽草本植物是開發(fā)利用鹽漬化土壤的重要舉措[2,4]。
百脈根(Lotus corniculatus)是世界各地均有種植的多年生豆科草本植物,既是極具潛力的優(yōu)良牧草,也是觀賞性較好的地被植物,還是水土保持的理想草種。百脈根在建立人工牧場和人工草地及改良草場中得到了廣泛應(yīng)用。百脈根抗旱、耐澇、耐寒、抗瘠薄,但關(guān)于百脈根耐鹽性的研究并不多見。于潔等[5]僅對百脈根種子萌發(fā)期的耐鹽性做了研究,但植物在不同發(fā)育階段耐鹽性大小不一??碌は嫉龋?,7]通過過表達GmWRKY6和GmHAT5基因,增強了百脈根的耐鹽能力,但轉(zhuǎn)基因無疑增加了治理成本。植物的幼苗期對鹽分特別敏感[2,4],鹽分脅迫會導致植物生長緩慢、株高降低,根系生長受抑。同一植物的耐鹽性大小因品種而異,反映植物耐鹽性的指標眾多,用于篩選耐鹽品種的鹽敏感指標因植物種類不同而不同。
NaCl是鹽漬土中的主要鹽分[8,9],為了探究百脈根幼苗對NaCl的耐性閾值及其苗期鹽害的敏感指標,本試驗采用溫室盆栽法,研究了不同濃度NaCl對百脈根幼苗生長的影響,以期為百脈根的種植推廣及在鹽漬土的利用提供借鑒和參考。
供試百脈根‘里奧(Leo)’種子購于花田種業(yè)。
2020年10月9日將百脈根種子均勻播種在盛有育苗基質(zhì)的塑料花盆(長7.0 cm、寬7.0 cm、高7.5 cm)中,每盆30粒,放置在人工氣候室內(nèi),在晝夜溫度為(25±1)℃/(20±1)℃、光照時長16 h/d條件下培養(yǎng)。出苗后間苗,每盆留3株。試驗共設(shè)5個處理,NaCl溶液濃度分別為0、10、20、30、40 mmol/L,每處理6盆,共30盆。11月18日起分別用不同濃度的NaCl溶液澆灌,每盆20 mL,每兩天用NaCl溶液澆灌一次,共處理9次,12月5日選取長勢基本一致的植株測定相關(guān)指標。
用直尺測量百脈根幼苗株高。
將百脈根幼苗用水洗凈,分為地上和地下兩部分,分別置于鼓風干燥箱80℃烘干至恒重,用電子天平(TP-114,美國丹佛)稱干質(zhì)量。
采用掃描儀(EPSON V700)掃描幼苗根系,通過WinRHIZO PRO 2012根系分析系統(tǒng)(Regent Instruments Inc8,Quebec,Canada)對掃描圖像進行分析,獲取總根長、根總表面積、根體積以及不同徑級根長和表面積等形態(tài)參數(shù)。
根據(jù)NaCl濃度與各指標相對數(shù)值分別進行擬合,得到直線回歸方程,并計算出適宜濃度、半致死濃度和極限濃度,即指標達到相應(yīng)對照的10%、50%和75%時所對應(yīng)的NaCl濃度。
采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。
由圖1可知,百脈根幼苗株高隨NaCl溶液濃度的升高呈下降趨勢。10 mmol/L NaCl處理的百脈根幼苗株高與對照相比差異不顯著,當NaCl溶液濃度高于20 mmol/L時,百脈根幼苗株高顯著低于對照。由此可見,高于20 mmol/L NaCl溶液顯著抑制百脈根幼苗的生長。
由表1可知,隨NaCl溶液濃度升高,百脈根幼苗地上部干重及整株干重呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢,其中,10 mmol/L NaCl處理的百脈根幼苗地上部干重及整株干重最高,但與對照相比差異均未達顯著水平;20~40 mmol/L NaCl處理顯著降低了整株干重,地上部干重在NaCl溶液濃度達到40 mmol/L時下降最顯著,下降幅度為39.95%。百脈根地下部干重隨NaCl濃度升高而下降,當NaCl溶液濃度達到20 mmol/L時顯著低于對照,40 mmol/L NaCl處理的最低,與對照相比,受抑程度高達68.53%。可見與地上部相比,地下部干重對NaCl更為敏感。
表1 不同濃度NaCl溶液對百脈根幼苗干重的影響
由圖2可知,對照的百脈根幼苗根系發(fā)達、繁密,長勢最好;10 mmol/L NaCl處理的與對照相比長勢略有下降,20~40 mmol/L NaCl處理的根系長勢明顯低于對照,根系衰弱、稀疏。
圖2 不同濃度NaCl溶液對百脈根幼苗根系形態(tài)的影響
由圖3可知,與對照相比,所有NaCl處理顯著降低百脈根幼苗的根總長,基本是NaCl濃度越高降低幅度越大,10 mmol/L NaCl就顯著抑制了根系的延伸,20~40 mmol/L NaCl處理的抑制效果更顯著,但三者間根總長差異不顯著。10 mmol/L NaCl處理顯著提高了百脈根幼苗根平均直徑,其它處理與對照相比沒有顯著差異。根總表面積和根體積與根總長的變化趨勢基本一致,不同的是10 mmol/L NaCl對根總表面積和根體積沒有顯著影響,只有當NaCl濃度達到20 mmol/L時才開始表現(xiàn)出顯著的抑制效應(yīng)。這幾種根系參數(shù)中,根總長對NaCl最敏感。
圖3 不同濃度NaCl溶液對百脈根幼苗根系形態(tài)參數(shù)的影響
本試驗中,百脈根幼苗根系按照直徑(Φ)被劃分為3個徑級,分別為0~0.32 mm、>0.32~0.64 mm、>0.64 mm。由表2可知,所有處理均為細根(0~0.32 mm)的根最長、根表面積最大。作為百脈根幼苗根系的主要組成部分,細根(0~0.32 mm)根長和根表面積都是隨NaCl濃度的升高而下降,NaCl處理均顯著降低細根(0~0.32 mm)根長和根表面積。直徑>0.32~0.64 mm范圍內(nèi)的根長度和表面積也在高濃度NaCl(20~40 mmol/L)處理時顯著降低,但降低幅度小于細根。
表2 不同濃度NaCl溶液對百脈根幼苗不同徑級根系參數(shù)的影響
半致死濃度可在一定程度上反映植物的抗性強弱[10]。將所測各項指標分別與NaCl濃度進行線性擬合,并計算得出適宜濃度范圍、半致死濃度及極限濃度。由表3可知,指標不同,百脈根幼苗的半致死濃度有所不同,其中,細根表面積對應(yīng)的半致死濃度最低(21.89 mmol/L),其次是細根根長(22.22 mmol/L)和地下部干重(23.64 mmol/L),而地上部干重對應(yīng)的半致死濃度最高。說明對于NaCl脅迫,百脈根幼苗的敏感性程度為細根表面積>細根根長>地下部干重>根總長>根總表面積>根體積>整株干重>地上部干重。
表3 百脈根幼苗耐NaCl的半致死濃度
草本植物相對于木本植物往往具有較強的耐鹽性,且能防止水土流失,所以,改良和開發(fā)鹽漬土一般優(yōu)先考慮草本植物[11]。在本試驗中,低濃度(10 mmol/L)NaCl處理的百脈根幼苗株高及生物量與對照并沒有顯著差異,高濃度(≥20 mmol/L)NaCl處理則對百脈根幼苗生長表現(xiàn)出顯著抑制作用,這與韓志平[12]、Wang[13]等的研究結(jié)果相似。這可能是因為在高濃度鹽分條件下,植物通過改變資源分配格局來適應(yīng)逆境條件,從而維持自身的生存。有研究表明,NaCl處理顯著抑制了刺槐[14]、苜蓿[15]和紫穗槐[16]以及流蘇[17]幼苗的生長,這主要是因為植物種類不同,試驗設(shè)置的NaCl濃度也不同。
與對照相比,顯著抑制地上部和地下部生物量的NaCl溶液起始濃度分別為40 mmol/L和20 mmol/L,與地上部相比,根系對NaCl更為敏感。這與李天永等[18]的研究結(jié)果類似,即獨行菜地下部對鹽堿脅迫的敏感性高于地上部。對于高粱而言,鹽堿脅迫對地上部分的影響大于對地下部分[19]。這種差異可能是由于植物不同組織和器官對鹽分脅迫的反應(yīng)程度因植物種類不同而有所不同。
根系是與土壤鹽分直接接觸的器官,與其它器官相比,更易受到鹽分的影響,根的長短、表面積以及體積大小都可以用來反映根系的發(fā)達程度。高濃度鹽分降低土壤溶液水勢,導致植物根系吸水困難,從而降低根系的長度、表面積和體積[20,21]。本試驗結(jié)果也表明NaCl脅迫降低百脈根幼苗根系長度、體積及表面積,其中根長對鹽分脅迫最敏感。
根系是植物體的重要吸收器官,其吸收功能主要由徑級較小的根承擔,固定和支持功能主要由徑級較大的根承擔[22]。本試驗中,細根(0~0.32 mm)作為百脈根幼苗根系的主要組成部分,在NaCl脅迫下降幅最大,導致對水分和養(yǎng)分的吸收下降,可知細根對環(huán)境變化極其敏感[23]。
植物耐鹽機制非常復雜,其耐鹽性強弱也不能用單一指標衡量[24]。呂晉慧等把葉片的細胞膜透性、脯氨酸含量和可溶性糖含量作為分析不同基因型茶菊耐鹽性的指標[25];張春蘭等以葉面積、主根長和丙二醛含量作為衡量大豆耐鹽性的主要指標[26];高英波等以發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽長和胚芽重的相對值作為夏玉米耐鹽性評價依據(jù)[27]。因此,本試驗基于百脈根幼苗的生物量和根系形態(tài)參數(shù)對NaCl濃度進行線性擬合,計算其耐鹽范圍及半致死濃度,發(fā)現(xiàn)百脈根幼苗的細根根長和表面積對應(yīng)的NaCl適宜濃度范圍、半致死濃度和極限濃度都低于其它指標,其次為地下部干重和根總長,可知對于NaCl脅迫,百脈根幼苗的細根根長、細根表面積、地下部干重及根總長較為敏感,而地上部最不敏感。
綜合來看,NaCl脅迫下,百脈根幼苗的生長受抑,根系尤其是細根受到的抑制程度大于地上部,細根根長和表面積可作為百脈根苗期對NaCl耐性的衡量指標。