不同采收时期的羊草种子在碱胁迫下发芽能力的比较

蔺吉祥，刘涵锐，华晓雨，王英男，穆春生，吴春英(.东北林业大学 盐碱地生物资源环境研究中心/东北盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 5000； .哈尔滨师范大学 附属中学，黑龙江 哈尔滨 50080；.东北师范大学草地科学研究所植被生态科学教育部重点实验室， 吉林 长春 00； .延边州草原管理站，吉林 延边 00)

不同采收时期的羊草种子在碱胁迫下发芽能力的比较

蔺吉祥1，刘涵锐2，华晓雨1，王英男1，穆春生3，吴春英4
(1.东北林业大学 盐碱地生物资源环境研究中心/东北盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150040； 2.哈尔滨师范大学 附属中学，黑龙江 哈尔滨 150080；3.东北师范大学草地科学研究所植被生态科学教育部重点实验室， 吉林 长春 130024； 4.延边州草原管理站，吉林 延边 133001)

羊草是东北松嫩盐碱化草地上的建群植物，具有较强的耐碱胁迫能力。种子萌发期对盐生植物植株建成与分布起着至关重要的作用。针对不同采收时期羊草种子对碱胁迫环境发芽能力比较在国内外未被研究的现状，研究以Na2CO3为碱胁迫处理液，设置4种胁迫浓度(25,50,75,100 mmol/L)以比较不同采收期(盛花期后24，29，34，39 d)羊草种子在碱胁迫下的发芽能力。结果表明：不同采收时期的羊草种子表现出不同的耐碱性，盛花期后39 d采收的羊草种子发芽率、发芽势、复萌率、总发芽率以及根芽长均优于其余3个采收时期的种子；随着碱浓度的增加，各采收时期羊草种子发芽指标均呈下降趋势，其中25 mmol/L碱胁迫浓度下羊草种子发芽品质最佳；碱胁迫下未萌发的羊草种子复萌率随着胁迫强度的增加而增加，这也是羊草种子对高碱胁迫环境的生理适应策略。另外，相对于芽，羊草根对碱胁迫浓度更为敏感，当碱胁迫浓度为50 mmol/L时，羊草根无法生长。

羊草；采收时期；发芽；碱胁迫；复萌

羊草(Leymuschinensis)为禾本科赖草属优质牧草[1]，通常作为优势种分布于东北地区、内蒙古、山西、甘肃和新疆等地。由于其具有较高的适口性，富含丰富的粗蛋白、矿物质以及碳水化合物等营养物质，有“家畜的细粮”的美誉。此外，羊草具有较强的耐盐碱性、耐旱性，适应性广，生态可塑性强，可以作为改良与恢复退化盐碱草地的首选牧草[2]。因此，羊草具有极高的经济价值与生态价值，对农、牧业的发展起着不可估量的作用。

随着生态环境的恶化，过度放牧与土地开垦，东北地区的盐碱地面积逐年增加，人工羊草草地也不断建植，因此，对羊草种子，特别是优质(发芽率高且抗逆性强)的羊草种子需求量逐年增加，人们对羊草种子的关注也从量到质进行转变。种子萌发期是植物生活史的起点，对苗的形成尤为重要[3]。一直以来，人们疏于关注种子品质形成与收获时间的关系，对于种子的收获也往往依赖主观的判断。事实上，采收过早，种子往往未完全成熟，活力不足，种子的品质不佳。采收延迟则会使种子养分过度消耗，进而影响种子的品质并且造成大量优质种子在收获前脱落[4]。禾本科牧草从开花期后种子即形成并不断成熟，随着干物质的积累、含水量的降低种子便有了发芽以及抵御外界不良环境的能力[5-6]。对于多数禾本科牧草种子来说盛花期后很快有了发芽能力，如新麦草种子在盛花期2 d后就可以萌发，且盛花期17 d发芽率就达到最高值，随着种子进一步成熟发芽率并未发生显著变化，但综合幼苗生长能力以及种子活力等指标，只有盛花期后23 d种子品质最佳，适宜收获[7]。说明发芽率的高低无法作为种子收获的唯一标准，协同种子抗逆参数综合判断对收获高品质种子提供了更有利的科学依据。

羊草种子在盛花后20 d发芽率即可以达到30%，此时的羊草种子尽管具有发芽能力，但作为盐生植物，抗逆性特别是抗碱性如何还不得而知。研究报道，盐胁迫与碱胁迫是两种完全不同类型的胁迫，且碱胁迫由于具有高pH对植物的伤害更强[8-11]，而国内外针对不同收获时期种子与其抗碱性关系的研究报道较少。本研究一方面有助于明确松嫩草地羊草种子的碱胁迫耐受强度，为生产实践中播种提供帮助；另一方面也为深入研究羊草种子成熟过程中的品质变化与碱耐逆性关系提供一定的科学依据。

1 材料和方法

1.1试验地概况

试验样地位于吉林省长岭县，东北师范大学草业科学定位研究站的人工羊草草地。试验地属温带半干旱季风气候，具有典型的大陆性气候特点。年均降水量470 mm，多集中在每年的6～8月。试验地水平地带性土壤为淡黑钙土，隐域性土壤主要有盐、碱土[12]。

1.2种子收获方法

试验于2010年6月羊草盛花期，采用挂牌的方法对开花状态一致的羊草植株进行大量标记。从标记后第24 d开始每间隔5 d取样，至39 d取样结束，共取样4次。将收获的不同成熟度的羊草种子放于纸袋中通风保存，备用[6]。

1.3试验设计

以松嫩草地主要碱性盐Na2CO3模拟土壤的碱胁迫条件，设置4个浓度，分别为25、50、75和100 mmol/L(pH 11.51～11.78)。试验进行前首先用0.1%的HgCl2溶液对种子进行消毒，然后再用蒸馏水冲洗2遍。

将10 mL各浓度碱溶液分别加到铺有双层滤纸的培养皿中，蒸馏水为对照，每个培养皿中均匀摆放30粒羊草种子，4次重复。种子发芽温度为20℃/30℃(夜/日)，12 h光照，光强度为6 400 lx。每天早晚各1次用称重法补充蒸发失去的水分以保持溶液浓度的恒定，每天记录发芽的种子数量，以露白作为判断种子发芽的标准。试验进行20 d，之后将每个处理组中未发芽的种子取出，放入清水环境下继续发芽20 d，记录复萌的种子数。

发芽势为规定时间内发芽的种子数与供试种子数的百分比，第8 d统计发芽势。

种子的复萌率=a/(c-b)

式中：c是种子总数，b是胁迫处理下发芽的种子数，a是种子转移至蒸馏水后发芽的数量[13]，种子的总发芽率为初始发芽率与复萌率的总和。

发芽结束时用刻度尺测定羊草根芽长度(cm)。

1.4数据统计与分析

试验数据利用SPSS软件处理，采用Duncan方法进行多重比较。利用双因素方差分析检测碱胁迫与不同成熟度交互作用对羊草种子各项发芽指标的影响。

2 结果与分析

2.1不同收获期羊草种子发芽率、发芽势对碱胁迫的响应

种子成熟度、碱胁迫及其交互作用显著影响羊草种子的发芽率与发芽势(表1)。在无碱胁迫环境下，各采收期羊草种子均具有最高的发芽率，并且随着碱胁迫浓度的不断增加，发芽率均呈下降趋势，碱浓度越高，下降幅度越大。在对照与各碱胁迫处理下， 39 d的羊草种子发芽率与发芽势最高。在低浓度(25 mmol/L)碱胁迫处理组中，24 d与29 d的羊草种子发芽率之间无显著差异，即使在较高浓度碱胁迫下(75 mmol/L和100 mmol/L)，盛花期后34 d与39 d采收的羊草种子发芽率之间也并无显著差异(P>0.05)。随着碱胁迫浓度的进一步增加，当胁迫浓度为50 mmol/L时，盛花期后39 d的羊草种子发芽率分别比其他收获时期羊草种子的发芽率高出15.6%，12.2%和8.9%，具有显著差异。另外，在最高碱浓度(100 mmol/L)时各采收期羊草种子发芽率达到最低，且彼此之间并无显著差异，表明100 mmol/L碱胁迫对种子的伤害很大，即使39 d种子活力很高，也失去了发芽能力，所以与前3个阶段种子并无显著差异(图1A)。发芽势与发芽率变化规律相似，同样是39 d的羊草种子达到最高值，表明发芽率较高的羊草种子同样发芽势也具有较高的水平(图1B)。

2.2不同收获期羊草种子复萌率、总发芽率对碱胁迫的响应

二因素方差分析结果表明，碱胁迫与种子的成熟度显著影响羊草种子的复萌率，但两者的交互作用对复萌率无显著影响(表1)。种子在清水中进行复萌试验后，发现在清水环境下种子无法复萌，而碱胁迫处理下，复萌率随着碱浓度升高呈上升趋势，盛花期后24 d采收的羊草种子复萌率最低，在4个盐浓度下分别只有16.9%、18.6%、20.2%和22.2%；而最高的复萌率出现在100 mmol/L碱胁迫下。当碱浓度<100 mmol/L时，29 d，34 d和39 d的羊草种子复萌率无显著差异，而在100 mmol/L碱胁迫下，39 d采收的羊草种子复萌率达到45.9%，显著高于其余3个采收时期，表明39 d采收的羊草种子活力最高，一旦碱胁迫环境解除，可以恢复萌发(图1C)。

由表1可知，种子成熟度、碱胁迫及其交互作用对羊草种子的总发芽率具有显著影响。总发芽率随碱胁迫浓度的升高呈不断下降趋势，25 mmol/L时各采收期羊草种子具有最高的总发芽率，与对照组差异不大。另外，39 d的羊草种子总发芽率高于其余3个采收时期，在25 mmol/L时39 d的羊草种子总发芽率高达75.6%(图1D)。

表1 种子成熟度与碱胁迫交互作用下的发芽指标方差分析

注：**表示P<0.01

图1 不同成熟度羊草种子在碱胁迫下的发芽率(A)、发芽势(B)、复萌率(C)和总发芽率(D)Fig.1 Germination percentage (A),germination energy (B),re-germination percentage (C) and total germination percentage (D) of Leymus chinensis seeds harvested at different maturation times under alkali stress注：小写字母表示不同成熟度羊草种子间差异显著(P<0.05)

2.3不同收获期羊草种子根、芽长对碱胁迫的响应

随着羊草种子的不断成熟，羊草根芽生长抵御碱胁迫的能力在逐渐增强。39 d的羊草种子具有最长的根、芽长度。34 d的羊草种子根芽长与39 d种子根芽长的差距不大，但是与24 d和29 d的羊草种子差异显著。相对于芽，根对碱胁迫更为敏感，当胁迫浓度达到50 mmol/L时，任何采收期的羊草种子根都无法生长，即使是25 mmol/L碱胁迫强度，39 d的羊草种子根长也仅为1.6 cm(表2)。

表2 不同成熟度羊草种子在碱胁迫下的根、芽长度

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)

3 讨论

盐生植物种子萌发期通常是其生活史中最为关键的时期，种子能否萌发成苗也是盐生植物定居的前提[14-15]。通常把盐碱土壤给予植物的胁迫称之为盐碱胁迫，而事实上，盐胁迫与碱胁迫对植物的抑制作用及胁迫机理完全不同，由于pH值较高，碱胁迫通常具有更强的胁迫伤害[16-18]。东北松嫩盐碱草地上的植物多数具有一定的耐盐性，而能否存活并繁衍，耐碱性起着更为关键的作用。东北松嫩盐碱化草地上，盐胁迫的主要成分为NaCl，碱胁迫的主要成分为Na2CO3，为此，试验单独设置了碱胁迫条件，以明确不同成熟度羊草种子碱胁迫发芽响应。试验中，100 mmol/L的碱胁迫几乎使羊草种子丧失发芽能力，说明碱胁迫的抑制作用较强。有报道种子在萌发期以吸收水分为主，而相同浓度下盐碱胁迫水势相似，故碱胁迫对种子的影响与盐胁迫差异不大，这与本研究结果有所差异，究其原因是高pH对种胚有一定的伤害作用，进一步影响了种子萌发，具体机制有待于今后进一步研究。

盐生植物种子在解除胁迫环境后绝大多数种子可以萌发出土，这也是多数盐生植物种子适应盐环境的策略，通过避开不利萌发的环境然后复萌扩大种群繁衍的能力。试验中尽管羊草具有一定的耐盐碱能力，发现碱胁迫下未萌发的种子复萌率普遍较低(图1C)，即使是活力最强的盛花期后39 d种子复萌率也不足50%，这也进一步验证了碱胁迫高pH对种子发芽能力抑制作用更强的事实。而高浓度碱胁迫环境复萌率高可能是由于盐分的引发效应，并且低浓度时种子对此适应能力较强，及时萌发而躲避苗期竞争。而通过总发芽率可以发现，在低浓度下，羊草种子经过复萌，总的发芽水平可以与对照相差不显著，表明尽管低浓度碱胁迫也一定程度抑制了羊草种子发芽，但是随着降水引起的土壤碱浓度的改变，羊草种子可以更好的复萌，维持较高的总发芽率。

研究报道对种子发芽的研究多采用同一批次种子[19-20]，而对不同采收时期种子的研究很少，特别是关于不同成熟度种子抗逆性方面的研究关注不够。试验研究结果表明发现不同采收期的羊草种子发芽能力明显不同，表现在逆境胁迫下羊草种子的发芽率、发芽势、复萌率以及总发芽率均存在一定的差异。在盛花期后39 d采收的羊草种子活力最高，发芽能力最强，即品质最优。开花期后种子即形成并不断发育，随着胚的不断成熟具有吸水能力，种子品质也发生变化。在外界条件相对适宜的情况下，胚可以吸收充足的水分，种子即可萌发，但不同成熟度种子对于逆境的适应能力也许会存在很大的差异，成熟度高的种子可以抵御不良环境萌发成苗，而成熟度低的种子或萌发后建苗失败死亡或直接无法萌发。因此，在自然环境中，对于不同采收期的羊草种子来说，发芽质量受到碱胁迫条件的影响，与种子发育过程中胚的结构有关，也可能与种子内的营养物质以及信号物质等有关，这还需要在今后的工作中进一步深入研究。

种子萌发后的根芽生长也是衡量发芽水平的重要指标。研究结果表明，羊草根对碱胁迫更为敏感，主要原因可能是由于种子萌发后先长出胚根，相比于芽接触碱胁迫时间更长，加之碱胁迫高pH的毒害效应，所以所受抑制程度更强。另外，39 d的羊草种子无论是根还是芽在胁迫下的长度都高于其余3个采收时期，一方面是由于该时期种子成熟度较高，活力较其他3个时期更强；另一方面是由于该时期种子不仅发芽率高，发芽时间也较早，相对其他3个时期生长时间也更长，所以具有较高的根芽长。

4 结论

研究结表明，不同采收时期的羊草种子在碱胁迫条件下发芽能力有所差异，盛花期后39 d采收的羊草种子品质最佳，抗碱胁迫能力最强，表现为发芽率、发芽势、复萌率、总发芽率以及根芽长均高于其余各采收期的种子。

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ComparisonsofthegerminationabilityofLeymuschinensisseedsatdifferentharvesttimeunderalkalistress

LIN Ji-xiang1,LIU Han-rui2,HUA Xiao-yu1,WANG Ying-nan1,MU Chun-sheng3,WU Chun-ying4
(1.AlkaliSoilNaturalEnvironmentalScienceCenter,NortheastForestryUniversity/KeyLaboratoryofSaline-alkaliVegetationEcologyRestoration,Ministryofeducation,Harbin150040,China；2.TheaffiliatedhighschoolofHarbinnormaluniversity,Harbin150080,China； 3.KeyLaboratoryofVegetationEcologyofMinistryofEducation,InstituteofGrasslandScience,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China；4.GrasslandmanagementstationinYanbianstate,Yanbian133001,China)

The seeds ofLeymuschinensis,harvested in different times (24,29,34 and 39 days after peak anthesis),were used to study the germination ability under alkali stress (25,50,75 and 100 mmol of alkali concentration).Results showed that the alkali tolerance of seeds were greatly differed.Seeds at 39 days after peak anthesis showed the highest germination percentage,germination energy,recovery percentage,total germination percentage and root and shoot lengths,and were superior to the others.The non-germinated seeds treated with higher alkalinity showed a higher re-germination rate,this might be an adaptive strategy to alkali stress.

Leymuschinensis；harvest time；germination;alkali stress；germination recovery percentage

S 543.9

A

1009-5500(2017)05-0064-06

2017-02-02；

2017-03-30

“973”项目(2015CB150801)；国家自然科学基金项目(31370432)；吉林省发改委项目(2014Y095)资助

蔺吉祥(1985-)，男，黑龙江哈尔滨人，副教授，主要从事种子生态学与植物逆境生理学研究。

E-mail：linjixiang@nefu.edu.cn

穆春生为通讯作者。