苜蓿萌发对Na2CO3胁迫的反应和适应性

王运涛，于林清，杨志敏，王春杰，闫蕾蕾，葛 剑，王伟娟，董晓峰

(1.张家口学院 旅游与环境学院，河北 张家口 075000； 2.中国农业科学院草原研究所 内蒙古 呼和浩特 010010；3.张家口市农业科学院，河北 张家口 075000； 4.河北大学生命科学学院，河北 保定 071002；5.河北北方学院动物科技学院，河北 张家口 075000；6.张家口市崇礼区植保站，河北 张家口 076350； 7.张家口市尚义县农牧局，河北 张家口 076750)

苜蓿(Medicagosativa)是一种优良的多年生豆科牧草，被誉为“牧草之王”和“饲草皇后”，在我国栽培历史悠久且分布广泛[1]，不仅产量高、品质优、适口性好[2]，而且在农业耕作、生态环保等方面也具有重要作用[1]。我国苜蓿的主要栽培区域在东北、华北和西北等地，种植面积高达500万hm2。随着“苜蓿产业发展行动”和“粮改饲”等政策的实施，苜蓿的种植面积将会进一步增加。

盐碱地是我国耕地的重要组成部分，约有667万hm2，另外我国还有0.346亿m2的盐碱荒地[3]。由于土壤的盐化与碱化往往相伴发生，所以人们长期以来将土壤可溶性盐分的增加笼统的称为“土壤盐碱化”。土壤盐碱化对植物来说是一种非生物胁迫，严重影响植物的生长发育，使其产量和品质降低[4]。而苜蓿具有广泛的生态适应性和稳定的生产力，其叶片具有排盐机制，可在轻度或中度盐碱地中生长良好，是豆科植物中耐盐碱性较强的饲草[5]。但是，苜蓿品种间耐盐性差异较大，必须经过严格的筛选和鉴定耐盐性强的苜蓿种质资源，才能提高盐碱地的开发和利用，扩大苜蓿栽培范围，提高盐碱地苜蓿产量，这对发展畜牧业和保护生态环境具有重要意义[6]。

种子萌发成苗阶段的耐盐能力一定程度上反映了植物整体的耐盐性[7]。因此，在种子萌发期进行耐盐性评价和鉴定对筛选耐盐性品种显得尤为重要。现如今，人们对植物盐胁迫的研究多集中在中性盐(如NaCl)，而对碱性盐(如Na2CO3)研究较少。对于一般的盐碱地来说，其土壤中既含有中性盐又含有碱性盐，有研究发现，碱性盐胁迫对植物的胁迫效应更强，因为盐分与碱分之间存在着协同促进的效应[8]。但是，有关苜蓿萌芽阶段对混合盐碱胁迫响应的报道较少。故本研究以10个国内外的苜蓿种质资源为试验材料，用不同浓度的Na2CO3溶液进行处理，根据发芽指标，综合评价品种的耐盐碱性能，以明确其适宜的萌发成苗条件，旨在筛选耐碱性盐能力强的苜蓿品种，为改良土壤盐渍化、提高盐渍化土壤利用率提供理论基础和物质基础。

1　材料与方法

1.1　试验材料

试验选取国外苜蓿品种4个(阿尔冈金、巨能、驯鹿和皇冠)、国内品种3个(中苜1号、中草3号和龙牧801)和材料3份(YL604、YL80和YL702)，均由中国农业科学院草原研究所提供。试验于2016年6月在张家口学院旅游与环境学院(原理学院)生理实验室进行。

1.2　试验方法

1.2.1试验处理试验选取籽粒饱满、均匀一致的苜蓿种子，置于直径10 cm的培养皿中，皿内放两张滤纸。每皿均匀摆放50粒种子，每个培养皿中加入4 mL不同浓度(0、0.1%、0.15%、0.2%、0.3%)Na2CO3溶液浸润种子，每处理各设3次重复，置于25 ℃培养箱内，光照/黑暗12 h/12 h。培养期间每天采用称重法，补充蒸发的水分。

1.2.2指标测定根据《国家种子检验规程》[9]，以苜蓿种子具有正常幼根且至少有1片子叶或2片子叶保留2/3以上(不含)为发芽标准，分别统计各处理材料的种子发芽数。根据第4天的种子发芽数计算发芽势，根据第10天的种子发芽数计算发芽率，计算公式分别为：

相对发芽势(%)=(某浓度下的发芽势/对照处理的发芽势)×100%；

发芽率(%)=(第10天的发芽种子数/供试种子数)×100%；

于培养后的第10天，每皿随机选取10棵芽苗，用直尺分别测量芽苗胚根和胚芽的长度，计算平均长度。

1.2.3耐盐系数及耐盐性评价采用隶属函数法对供试苜蓿品种各指标的隶属值进行累加计算，求出平均值，以评价其耐盐性。

1)单项指标耐盐系数(R)=不同浓度下指标平均值(W1)/对照指标平均值(W)[7]；

2)隶属函数值：

若某一指标与耐盐性呈正相关关系，则：

μ(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)；

若某一指标与耐盐性呈负相关关系，则：

μ(Xi)=(Xmax-Xi)/(Xmax-Xmin)。

式中：Xi为各供试材料基于鉴定指标i的耐盐系数，Xmin和Xmax分别为供试材料中Xi的最小值和最大值，μ(Xi)为供试材料Xi的隶属函数值。

1.3　数据分析

对数据采用Excel 2003和SAS 81进行统计与方差分析，试验数据用平均值±标准误表示。

2　结果与分析

2.1　Na2CO3胁迫下各苜蓿品种发芽势的变化

供试的10份苜蓿品种的发芽势在各Na2CO3浓度胁迫下差异明显。在Na2CO3浓度为0.1%时，巨能和YL702的发芽势较高，均在90.0%以上，彼此之间差异不显著(P>0.05)；阿尔冈金的发芽势最低，为45.3%，与巨能和YL702差异显著(P<0.05)；其余品种居中。在Na2CO3浓度为0.15%时，中草3号的发芽势最高；中苜1号次之，两者无显著差异(P>0.05)；驯鹿的发芽势最低，仅为30.7%，显著低于前两者(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.2%时，皇冠的发芽势最高，为49.3%；中苜1号和中草3号次之，均为46.7%，显著低于皇冠(P<0.05)；驯鹿的发芽势最低，为17.3%，与前面3个品种差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.3%时，巨能的发芽势显著高于其他品种(P<0.05)；其余品种之间彼此无显著差异(P>0.05)(表1)。

供试苜蓿品种的发芽势随着盐胁迫浓度的增大变化趋势略有不同。巨能、皇冠、中苜1号和YL702的发芽势在低Na2CO3浓度胁迫时，与对照相比略有提高，然后随着盐浓度的升高再逐渐降低；其余苜蓿品种的发芽势随盐碱浓度的增大一直保持逐渐降低。在各Na2CO3浓度下，巨能、皇冠、中苜1号和YL702的发芽势均维持在较高水平(表1)。整体上，供试苜蓿品种的发芽势随盐碱胁迫浓度的增大呈现逐渐降低的趋势。

2.2　Na2CO3胁迫下各苜蓿品种发芽率的变化

供试的10份苜蓿品种的发芽率在各Na2CO3浓度胁迫下均存在明显差异。在Na2CO3浓度为0.1%时，YL702、巨能、中苜1号和中草3号的发芽率较高，均在90.0%以上，彼此之间无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金的发芽率最低，仅62.7%，与前者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.15%，中草3号和巨能的发芽率较高，均在85%以上，两者无明显差异(P>0.05)；中苜1号次之；驯鹿的发芽率较低，与前3个品种差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.2%时，中草3号的发芽率最高，为81.3%；YL80次之，与中草3号无显著差异(P>0.05)，阿尔冈金的发芽率较低，与前两者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.3%时，巨能和YL702的发芽率较高，均达30.0%以上，两者无显著差异(P>0.05)；中草3号次之；YL80的发芽率最低，仅13.3%，与巨能差异显著(P<0.05)(表2)。

表1　Na2CO3胁迫对10份苜蓿品种发芽势的影响Table 1　Germination energy of 10 alfalfa varieties under different Na2CO3 concentrations　%

同行不同小写字母表示同一品种不同浓度间差异显著(P<0.05)；同列不同大写字母表示同一浓度不同品种间差异显著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters within the same row indicate significant difference between different Na2CO3concentrations at the 0.05 level. Different capital letters within the same column indicate significant difference between different varieties at the 0.05 level; similarly for the following tables.

表2　Na2CO3胁迫对10份苜蓿品种发芽率的影响Table 2　Germination rate of 10 alfalfa varieties under different Na2CO3 concentrations　%

供试苜蓿品种的发芽率随着盐胁迫浓度的增大变化趋势略有不同。部分品种如皇冠、巨能、中苜1号和YL702在Na2CO3浓度为0.1%时的发芽率与对照相比略有升高，升高幅度在0.1%～17.2%；其余品种的发芽率均低于对照；随后，除YL80外，其余品种的发芽率均随着Na2CO3浓度的增大而逐渐降低。在各Na2CO3浓度下，巨能、皇冠、中苜1号、中草3号和YL702的发芽率均较高(表2)。总体上，在Na2CO3胁迫下，苜蓿品种的相对发芽率随盐浓度的增大呈现先略有增大后减小的趋势。

2.3　Na2CO3胁迫对10份苜蓿品种胚根长的影响

在各Na2CO3浓度胁迫下，供试苜蓿品种的胚根长均存在明显差异。在Na2CO3浓度为0.1%时，巨能的胚根最长；皇冠次之，两者无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金的胚根最短，与前两者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.15%时，皇冠的胚根最长；龙牧801次之，两者无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金的胚根最短，与前两者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.2%时，中草3号的胚根最长；皇冠次之，两者无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金的胚根最短，与前两者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.3%时，中草3号的胚根最长；驯鹿次之，两者差异不显著(P>0.05)；阿尔冈金的胚根最短，与前两者差异显著(P<0.05)(表3)。

在不同盐浓度梯度下，巨能、皇冠和YL604的胚根长随盐浓度的增加呈先增加后下降的趋势，其余苜蓿品种随盐浓度梯度的增加均呈现逐渐下降的趋势。整体来看，苜蓿品种的胚根长度随Na2CO3盐浓度的增加呈逐渐变短的趋势(表3)。

2.4　Na2CO3胁迫对10份苜蓿品种胚芽长的影响

在各Na2CO3胁迫下，供试苜蓿品种的胚芽长差异明显。在Na2CO3浓度为0.1%时，驯鹿的胚芽最长；巨能次之，两者无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金和YL604的胚芽长较短，与前两者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.15%时，中草3号和龙牧801的胚芽均较长，显著长于其余品种(P<0.05)；巨能和YL80次之；中苜1号的胚芽最短，但与除中苜3号和龙牧801以外的其余品种间均无显著差异(P>0.05)。在Na2CO3浓度为0.2%时，中草3号的胚芽最长；YL80次之，两者无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金的胚芽最短，与前者差异显著(P<0.05)。在Na2CO3浓度为0.3%时，中草3号的胚芽最长；皇冠次之，两者无显著差异(P>0.05)；阿尔冈金的胚芽最短，与前者差异显著(P<0.05)(表4)。

随着盐浓度梯度的增加，驯鹿的胚芽长呈现先升高后降低的趋势，而其余品种均呈逐渐降低的趋势。总体来看，供试苜蓿品种的胚芽长度随着Na2CO3浓度的增加呈逐渐变短的趋势(表4)。

表3　Na2CO3胁迫对10份苜蓿品种胚根长的影响Table 3　Radicle length of 10 alfalfa varieties under different Na2CO3 concentrations　cm

表4　Na2CO3胁迫对10份苜蓿品种胚芽长的影响Table 4　Plumule height of 10 alfalfa varieties under different Na2CO3 concentrations　cm

2.5　供试苜蓿品种的耐盐碱性综合评价

植物的耐盐性强弱可以用耐盐系数来表示，一般来说，耐盐系数越高耐盐性越好[10]。苜蓿种子萌发时的各指标可以说明其耐盐性强弱[11]。苜蓿种子萌发期的发芽势、发芽率、胚根长和胚芽长等指标的耐盐系数存在差异。在发芽势中，巨能的耐盐系数较高、中苜1号次之，驯鹿的耐盐系数较小；在发芽率中，皇冠的耐盐系数较高,巨能次之，驯鹿较小；在胚根长中，皇冠的耐盐系数较大，YL702较小；在胚芽长中，驯鹿的耐盐系数较大，中苜1号次之,YL604较小(表5)。因此,用不同指标的耐盐系数评价苜蓿品种的耐盐性时，其结果有所不同。

由于用单一指标的耐盐系数评价耐盐性具有片面性[12]，为准确反映苜蓿品种的耐Na2CO3性能，采用隶属函数法对供试苜蓿品种的耐盐碱性进行综合评价，隶属函数值越大，苜蓿的耐盐性越强。中苜1号和巨能的隶属函数平均值较大，分别为0.553和0.529(表6)；YL604和阿尔冈金较小，分别为0.416和0.311；其他品种居中。据此，可知供试10份苜蓿品种的抗Na2CO3盐性由强到弱的次序为中苜1号>巨能>YL702>皇冠>中草3号>龙牧801>YL80>驯鹿>YL604>阿尔冈金。

表5　供试苜蓿品种的耐盐系数Table 5　Salt tolerance index of alfalfa varieties

表6　供试苜蓿品种耐盐性综合评价与排名Table 6　Value membership function and order of salt tolerance of alfalfa varieties

3　讨论

种子植物的生长是从种子萌发开始的，种子耐盐性及其机制研究是植物耐盐性早期鉴定的基础。同时种子萌发是植物整个生命史的关键，而生活在盐渍环境中的植物在萌发过程中的耐盐能力又是其幼苗建立的关键。苜蓿种子在不同的盐浓度下，生长会受到不同程度的影响[13]。本研究发现低浓度的Na2CO3对某些苜蓿品种的发芽有促进作用，较高浓度的Na2CO3会抑制苜蓿种子的萌发，且抑制程度随处理浓度的增加而增加，在盐胁迫对黄花苜蓿(Medicagofalcata)发芽及幼苗生长的影响研究中也得到了相同的结果[14]。不同苜蓿品种之间的耐盐性差异显著(P<0.05)。在其他的研究[15-16]中，苜蓿种子在NaCl浓度为1.0%以上时，仍有一定的发芽率。但在本研究中，当Na2CO3浓度为0.3%时，供试苜蓿品种的发芽率已经较低。这表明碱性盐对苜蓿的影响比中性盐对苜蓿的影响大，这可能是Na2CO3造成的高pH是种子萌发的最大致害因素，其次才是钠离子效应，而渗透效应非常微弱。碱性盐对苜蓿的破坏强于中性盐，碱性盐对植物的胁迫因素除了和中性盐共有的离子毒害、渗透胁迫外，还有高pH值及明显降低矿质元素的可利用型等方面。而且在这些胁迫因素中，高pH是首要的，离子毒害次之，渗透效应最小[17]。

胚根与胚芽生长是种子萌发期向苗期过渡的重要阶段，也是植物能否在盐碱环境下生存的决定性阶段[18]。本研究发现，在低盐碱浓度下，胚根的生长并未受到显著影响，而胚芽的生长却受到了明显的抑制作用，这与Li等[19]对Spartinaalterniflora的研究结果正好相反。在高盐碱浓度下，胚根和胚芽的生长都受到了明显抑制，且浓度越大，幼苗所受伤害越大，这也说明高pH与盐浓度的双重作用也会加剧渗透胁迫与离子毒害对幼苗生长的影响，pH与盐浓度的相互作用是盐碱胁迫的重要特征。

在本研究中，各指标虽然均可在一定程度上反映品种的耐盐碱性，各苜蓿品种各指标的耐盐系数均不一致。这说明各指标对耐盐碱性的贡献并不是均等的[6]。故不能用单一指标或单一指标的耐盐系数来表示某一苜蓿品种的耐盐碱性强弱。

4　结论

盐碱胁迫下，供试苜蓿品种的种子萌发受到抑制，其中发芽率随着盐碱浓度的增大呈先增大后减小的趋势；而发芽势、胚根长和胚芽长均随着盐碱胁迫浓度的增大呈逐渐降低或减小的趋势；且盐碱胁迫对茎的抑制作用大于对根的抑制作用。苜蓿品种各指标的耐盐系数大小不同。根据隶属函数法对10份紫花苜蓿品种耐盐碱性进行排序为中苜1号>巨能>YL702>皇冠>中草3号>龙牧801>YL80>驯鹿>YL604>阿尔冈金。