水势介导的不同胁迫对虎尾草种子发芽的影响

王英男 齐明明 张金伟 张娜 阎秀峰 蔺吉祥

摘要：虎尾草（Chloris virgata）是我国北方地区广泛分布的优质牧草，对东北地区盐碱地改良与恢复起着至关重要的作用。用NaCl，NaHCO3和PEG分别模拟土壤的盐、碱和干旱条件以明确基于相同水势的不同胁迫特征对虎尾草种子发芽的影响。结果表明，在各胁迫处理下，随着水势的降低，虎尾草种子的发芽率、发芽速率以及芽长与根长均不断下降，且碱胁迫下下降幅度最大。盐胁迫处理下，虎尾草种子复萌率在-1.2 Mpa最高，干旱胁迫处理中未发芽的种子80%以上也可以继续萌发，但在此水势的碱胁迫中未发芽的虎尾草种子均难以复萌。研究结果表明，盐、碱和干旱胁迫对于虎尾草种子的发芽有着不同的影响，由于高pH作用，碱胁迫对虎尾草发芽的抑制作用强于盐胁迫与干旱胁迫。

关键词：虎尾草；盐胁迫；碱胁迫；水势；复萌

中图分类号：Q 945.78文献标识码：A文章编号：10095500（2015）05002805

虎尾草（Chloris virgata）是禾本科一年生优质牧草，广泛分布于我国各地区，尤以北方居多，其富含大量的蛋白质，是家畜喜食的优质牧草[1]。东北地区松嫩草地由于人为不合理的利用与开发，70%的草地发生了不同程度的退化，且退化面积仍在逐步扩大，虎尾草种子产量高，生长迅速，雨季可以迅速萌发，形成单优势种的虎尾草群落；虎尾草植株根系发达，茂密，具有较强的耐盐碱与耐旱性。为此，一直以来虎尾草被视为改良与恢复退化盐碱草地的优势物种[2]。

种子萌发期是植物生活史的起点，也是最为重要的阶段，对植株的建成与分布起着决定性的作用[3]。种子萌发受温度、氧气、光照等一系列环境因素的影响，其中，土壤水势是最为关键的条件。对于休眠深度较轻的植物种子，在外界环境条件适宜的情况下，一旦吸收水分便可以萌发出苗。在东北松嫩草地上，土壤水势主要受盐、碱浓度与干旱程度制约。有研究明确了盐胁迫与碱胁迫是两种完全不同类型的胁迫，其对植物生长与生理代谢影响有着很大差别[4-6]，并且也证明了盐胁迫与干旱胁迫存在一定的关联[7-9]，但是有关通过相同的水势条件来深入解析盐、碱和干旱对植物种子发芽的影响，以明确不同类型胁迫的特征及对植物种子发芽的毒害机理研究较少。以虎尾草为研究对象，通过人工模拟土壤盐、碱和干旱条件解析其对虎尾草发芽的影响，为生产中虎尾草的合理利用以及退化草地的改良与恢复提供一定的科学依据。

1材料和方法

1.1试验材料

供试虎尾草种子2013年采自吉林省长岭县松嫩草地西南部盐碱草地，地理位置N 44°44′，E 123°44′。该地区属温带半干旱大陆性季风气候，无霜期140 d，年平均气温4.9℃、年均降水量470 mm[10]。采收后的虎尾草种子装入透气的口袋中，放入4℃冰箱内保存备用，试验于2014年7月进行。

1.2温度与盐、碱和干旱条件设置虎尾草种子发芽温度设置为15～25℃变温条件，低温12 h（黑暗），高温12 h（光照，光照强度为6 400 lx）。通过预试验设定盐浓度为0、50、100、200和300 mmol/L，由NaCl进行模拟。试验各浓度盐处理的水势由露点微伏计（HR33T，Wescor Inc.，USA）测定，分别为0，-0.2，-0.4，-0.8 和-1.2 MPa。根据盐胁迫的水势梯度测定出碱胁迫（NaHCO3）浓度，干旱胁迫则根据Michel and Kaufmann 对温度与PEG浓度对渗透势影响的研究所得出的渗透势随PEG6000浓度与温度变化曲线进行计算[11]。

1.3种子发芽试验

挑选饱满一致的虎尾草种子，先用NaClO溶液消毒10 min，然后再用蒸馏水冲洗3遍，在自然条件下风干。用双层滤纸平铺于直径11 cm的培养皿中，并分别加入10 mL不同浓度的盐、碱和干旱处理液，以蒸馏水作为对照组，每皿均匀摆入50粒种子，每种处理4次重复。试验过程中，用称重法每天早晚各1次补充蒸发失去的水分，保持盐浓度恒定，种子露白即视为萌发，每天同一时间记录发芽的种子数量，试验共8 d。并在发芽试验的最后一天测量幼苗的根长与苗长。

种子的发芽率=（发芽的种子数/种子总数）×100%；

发芽速率采用修正的Timson指数进行计算，G是种子每天的发芽率，t是总的发芽日期[12] 。

发芽速率=∑G/t×100%

1.4数据分析

试验数据采用SPSS 13.0统计软件，对不同处理下发芽与生长指标进行单因素方差分析，结果用平均数正负标准误表示，单因素方差分析（ANOVA）后做多重比較（LSD），显著水平为0.05。

2结果与分析

2.1盐、碱与干旱胁迫对虎尾草种子发芽率与发芽速率的影响

虎尾草种子在无胁迫环境条件下发芽率最高，为85.3%，随着水势的降低，各胁迫下种子发芽率均呈下降趋势。在盐胁迫下，当水势在-0.2和-0.4 MPa时，种子发芽率并未与对照出现显著差异，而当水势达到-0.8 MPa时，种子发芽率开始显著下降（P<0.05）。在碱胁迫下，当水势仅为-0.2 MPa时，种子发芽率便显著下降（P<0.05），而当水势达到-0.8 MPa时，种子发芽率为0。干旱胁迫对种子的抑制作用介于盐胁迫与碱胁迫之间，当水势为-0.2 MPa时，发芽率并未发生显著变化，随着水势进一步降低，种子发芽率显著下降（P<0.05），在水势为-1.2 MPa时，种子发芽率为0（表1）。发芽速率与发芽率变化规律相似，碱胁迫对虎尾草种子的抑制作用最强（表1）。

表1盐、碱与干旱胁迫下虎尾草种子的发芽率

与发芽速率

Table 1Effect of salinity，alkalinity and drought stresses

on seed germination percentage and germination

rate of Chloris virgata

處理水势/MPa发芽率/%发芽速率/%盐胁迫085.3±0.7a68.8±0.3a-0.285.3±1.3a65.7±0.5ab-0.484.0±3.0a61.8±3.5b-0.878.7±0.7b39.7±0.7c-1.237.3±0.8c11.6±0.8d碱胁迫-0.271.3±1.8b44.0±0.7b-0.418.0±2.0c10.5±1.4c-0.80.0±0.0d0.0±0.0d-1.20.0±0.0d0.0±0.0d干旱胁迫-0.285.3±1.3a59.6±2.9b-0.476.0±2.0b40.1±1.4c-0.814.7±2.3c7.8±0.5d-1.20.0±0.0d0.0±0.0e注：不同字母表示同一胁迫处理下不同水势之间差异显著（P<0.05），下同

2.2盐、碱与干旱胁迫对虎尾草种子复萌率与总发芽率的影响

虎尾草种子的复萌率在盐胁迫与干旱胁迫中表现出相似的变化规律，随着水势的不断降低，复萌率不断升高（图1）。在盐胁迫下，水势为-0.2和-0.4 MPa时，虎尾草种子复萌率为0，当水势达到-1.2 MPa时，复萌率最高，为32.9%。干旱胁迫尽管表现出相似的变化规律，但是复萌率较盐胁迫更高，在最低水势（-1.2 MPa）时，复萌率达到了82.67%。碱胁迫则表现出不同的变化规律，呈先上升后下降的趋势，在水势为-0.4 MPa时，复萌率最高，为61.6%，随着水势的进一步降低，复萌率显著下降（P<0.05）。

在盐胁迫下，除最低水势（-1.2 MPa）外，虎尾草种子在经过复萌后总发芽率与对照并未发生显著变化，而对于干旱胁迫，即使在最低水势下，总发芽率也与对照无显著差异（图2）。而在碱胁迫下，当水势为-0.2 MPa时与对照无显著差异，而随着水势进一步降低，虎尾草总发芽率显著下降（P<0.05），特别是在最高浓度碱胁迫下，总发芽率下降了60%，表明碱胁迫对种子的抑制作用最强。

图1盐、碱和干旱胁迫下虎尾草种子复萌率

Fig.1Effect of salinity，alkalinity and drought stresses

on seed germination recovery percentage

of Chloris virgata

注：不同小写字母表示同一胁迫处理下不同水势之间差异显著（P<0.05），下同

图2盐、碱和干旱胁迫下虎尾草种子总发芽率

Fig.2Effect of salinity，alkalinity and drought stresses

on total germination percentage of Chloris virgata虎尾草芽长与根长同样随着水势的降低而减少（表2）。虎尾草芽长在各胁迫处理下随着水势的降低显著下降（P<0.05），且在碱胁迫下下降幅度更大，当水势为-0.8 MPa时，芽长为0。根长的变化相对芽长来说并不明显，盐胁迫下各水势之间并无显著差异，而同样是碱胁迫对根长的抑制作用最强。

3讨论

松嫩草地位于我国东北部，是典型的干旱半干旱地带，由于降水的不规则，蒸发量大于降水量，且土壤类型多为盐碱土，使得生长在其中的盐生植物种子通

表2盐、碱与干旱胁迫下虎尾草种子幼苗生长

Table 2Effect of salinity，alkalinity and drought

stresses on seedling growth of Chloris virgata

处理水势/MPa芽长/cm根长/cm盐胁迫01.9±0.23a0.6±0.05a-0.21.5±0.08b0.4±0.03b-0.41.3±0.12b0.3±0.01b-0.80.7±0.09c0.2±0.02b-1.20.3±0.06d0.2±0.01b碱胁迫-0.20.9±0.08b0.3±0.04b-0.40.2±0.01c0.1±0.01c-0.80±0d0±0d-1.20±0d0±0d干旱胁迫-0.21.5±0.18b0.3±0.04b-0.40.8±0.06c0.3±0.03b-0.80.2±0.01d0.1±0.01c-1.20±0d0±0c常会面临盐、碱和干旱胁迫，而由不同类型胁迫产生的低水势无疑是制约种子发芽的重要因素[13，14]。盐生植物能够生活在这种环境中，自身也会有一定的适应策略[15]。研究结果发现，在相同水势下，碱胁迫对种子发芽的抑制作用最强，干旱胁迫次之，而盐胁迫下种子发芽率相对较高。主要是由于盐、碱胁迫抑制种子萌发的机理不同，盐胁迫对种子萌发的抑制归因于渗透胁迫与离子效应，而碱胁迫除了具有与盐胁迫相同的抑制效应外，又附加了高pH伤害，使有毒的Na+与H+的交互作用远大于单纯离子对种子萌发的影响[16-18]。通过盐胁迫与干旱胁迫结果分析表明，一定程度的离子效应对发芽有一定的促进作用。

尽管盐生植物种子在高浓度盐胁迫下发芽率较低，但当水分等环境适宜，盐浓度降低后，多数种子可以继续萌发[19，20]。研究结果表明，较低浓度盐胁迫下，复萌率较低，而在高盐浓度下，复萌率较高，表明高盐胁迫对虎尾草种子的抑制作用可能主要以渗透胁迫为主，而非离子毒害，此点在干旱胁迫的结果中也得到了证实，最低水势下未萌发的虎尾草种子80%以上可以复萌[21]，一方面表明低水势对虎尾草种子发芽有一定的刺激作用，另一方面也说明多数虎尾草种子在超出其耐受限度时仍然可以保持活力，一旦遇到雨水较多的气候，土壤水分充足时便萌发出土。而在碱胁迫下，虎尾草种子复萌率普遍较低，表明碱胁迫具有的高pH，对种子伤害更为复杂，不仅仅表现为对发芽率与发芽速率的抑制，其加剧了渗透胁迫、离子效应对萌发的抑制作用，还在一定程度上破坏了种胚，使种子失去活力。说明盐胁迫与碱胁迫对虎尾草种子萌发抑制作用和毒害机理是不同的，有关这点，有待今后工作中进一步研究。

參考文献：

[1]余苗，钟荣珍，周道玮，等.不同生育期虎尾草的体外发酵产气特性[J].草业科学，2014，31（5）：956-964.

[2]何念鹏，吴泠，姜世成，等.播种虎尾草对松嫩草地次生光碱斑治理的初步研究[J].草业学报，2005，14（6）：79-81.

[3]Lin N F.Study on the environment evolution and the analysis of causes to land salinization and deserti cation in Songnen plain[J].Quaternary Sciences，2005，25（4）：474-483.

[4]杨春武，李长有，尹红娟，等.小冰麦对盐胁迫和碱胁迫的生理响应[J].作物学报，2007，33（8）：255-1261.

[5]杨春武，李长有，张美丽，等.盐碱胁迫下小冰麦体内的pH及离子平衡[J].应用生态学报，2008，19（5）：1000-1005.

[6]刘杰，张美丽，张义，等.人工模拟盐碱环境对向日葵种子萌发及幼苗生长的影响[J].作物学报，2008，34（10）：1818-1825.

[7]Katembe W J，Ungar I A，Mitchell J P.Effect of Salinity on Germination and Seedling Growth of two Atriplexspecies （Chenopodiaceae）[J].Annals of Botany，1998，82（2）：167-175.

[8]Duan D，Liu X，Khan M A，et al.Effects of salt and water stress on the germination of chenopodium glaucuml.seed[J].Pakistan Journal of Botany，2004，36（4）：793-800.

[9]曹满航，李进，张婷，等.温度和水分及盐分胁迫对银沙槐种子萌发的影响[J].西北植物学报，2011，31（4）：746-753.

[10]Zhang J T，Mu C S，Wang D L，et al.Shoot population recruitment from a bud bank over two seasons of undisturbed growth of Leymus chinensis[J].Botanybotanique，2009，87（12）：1242-1249.

[11]Michel B E，Mr K.The osmotic potential of polyethylene glycol 6000[J].Plant Physiology，1973，51（5）：914-916.

[12]蔺吉祥，李晓宇，张兆军，等.温度与盐碱胁迫交互作用对羊草种子萌发与幼苗生长的影响[J].草地学报，2011，19（6）：1005-1009.

[13]管博，周道玮，田雨，等.盐碱及变温条件对花苜蓿种子发芽的影响[J].中国草地学报，2010，32（1）：58-63.

[14]樊学惠.盐分浓度对小黑麦和燕麦出苗率、芽长及根长的影响[J].草原与草坪，2013，33（3）：26-30.

[15]渠晓霞，黄振英.盐生植物种子萌发对环境的适应对策[J].生态学报，2005，25（9）：2389-2398.

[16]沈禹颖，王锁民，陈亚明.盐胁迫对牧草种子萌发及其恢复的影响[J].草业学报，1999，8（3）：54-60.

[17]冯淑华，陈雅君.干旱对草地早熟禾种子萌发的影响[J].草原与草坪，2006（1）：70-71.

[18]李晓宇，蔺吉祥，李秀军，等.羊草苗期对盐碱胁迫的生长适应及Na+、K+代谢响应[J].草业学报，2013，22（1）：201-209.

[19]高占军，张星亮，张颖，等.盐胁迫对白三叶种子萌发及幼苗生理特性的影响[J].草原与草坪，2015，35（2）：73-76.

[20]Guo R，Shi L X，Yang Y F.Germination，growth，osmotic adjustment and ionic balance of wheat in response to saline and alkaline stresses[J].Soil Science and Plant Nutrition，2009，55：667-669

[21]刘美珍，张海敏，杨珊，等.浑善达克沙地C3和C4植物对干旱胁迫响应策略[J].科技导报，2011，25：15-18.

Effect of different types of water potential mediated

soil stress on seed germination of Chloris virgata

WANG Yingnan1，QI Mingming1，ZHANG Jinwei2，ZHANG Na2，

YAN Xiufeng1，LIN Jixiang1，

（1.Alkali Soil Natural Environmental Science Center，Northeast Forestry University/ Key Laboratory of

Salinealkali Vegetation Ecology Restoration in Oil Field，Ministry of education，Harbin 150040，

China； 2.Key Laboratory of Vegetation Ecology of Ministry of Education，Institute of Grassland

Science，Northeast Normal University，Changchun 130024，China）

Abstract：Chloris virgata is considered as a useful grass species for grassland restoration in Northern China.The effect of salinity，alkalinity and drought stresses simulated with NaCl，NaHCO3 and PEG solutions on seed germination and seedling growth was studied under same water potential conditions.And the water potentials were -0.2，-0.4，-0.8 and -1.2 MPa. Results showed that the seed germination percentage，germination rate，root length and bud length gradually decreased along with the decrease of water potential.Recover percentage in salinity treatment reached the highest at -1.2MPa，and over 80% of seeds germinated at this water potential after removing drought stress.But it was hard to recover under the same water potential of alkali stress.Salinity，alkalinity and drought stresses had different impacts on seed germination.Due to high pH，the inhibitory effect of alkali stress was stronger than salinity and drought stresses.

Key words：salt stress；alkaline stress；germination percentage；water potential；recovery