盐胁迫下14种绿肥植物种子萌发特性及耐盐性评价

潘香逾，李瑜婷，刘立军，董翔宇，张鑫锋，王秀华，赵 岩

(1.山东农业大学 农学院/作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018； 2.山东农业大学 资源与环境学院，山东 泰安 271018； 3.山东无棣金土地开发建设有限公司，山东 无棣 251900)

土地盐碱化是影响生态环境和制约农业发展的全球性问题。我国各类盐碱地的总面积约为0.99亿hm2，约占国土面积的1/3[1]，主要分布在东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带，仅海涂面积就占海岸总面积的17.35%，已成为仅次于干旱的农业生产第二大非生物胁迫因素。随着灌溉农业的发展和化肥的不断使用，次生盐碱地面积还在逐渐扩大[2-4]。同时，盐碱地具有光热资源丰富的自然禀赋，有待开发利用。

绿肥是用绿色植物体直接翻压或者经堆沤后制成的优质有机肥料[4]。绿肥植物在盐碱地种植能有效利用盐碱地的光热和土地资源[5]，替代部分化肥培肥土壤，防止水土流失。我国绿肥资源丰富、分布广泛，已发现98种适应不同耕作制度及自然条件的绿肥品种和种类，其中栽培面积较大的有6科20属32种[6]。

关于绿肥植物的耐盐性，目前研究较少；而萌发期的耐盐性高低直接决定了其在盐碱地能否顺利萌发。试验目的在于采用NaCl模拟盐胁迫的方法，对14种绿肥植物的萌发特性进行研究，探究耐盐评价方法，并筛选耐盐绿肥植物，从而为盐碱地绿色开发和水土保持提供适宜的绿肥种质资源。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试绿肥材料有14份，除鼠茅草、小黑麦、紫花苜蓿、箭筈豌豆和光叶紫花苕为课题组培育和搜集外，其他来源于北京正道生态科技有限公司，其中品种名未标注的为野生资源(表1)。NaCl由国药集团化学试剂有限公司生产，分析纯。

表1 14种绿肥植物

1.2 研究方法

试验于2018年4～6月在山东农业大学资源与环境学院实验室进行。选取籽粒饱满的绿肥植物种子，利用智能型光照培养箱(GXZ-280B，宁波江南仪器厂)进行种子萌发试验，采用发芽盒(15 cm×11 cm)纸上发芽。用NaCl溶液模拟盐胁迫，设50、100、150和200 mmol/L 4个浓度，分别模拟低度、中度、高度和重度盐碱地。以蒸馏水作为对照，将绿肥种子均匀摆放在加有15 mL的4种NaCl溶液和蒸馏水的发芽盒中，3次重复，每重复50粒。试验过程中用蒸馏水等量补充其消耗的水分，保证NaCl溶液的浓度不变。培养条件为光照16 h，25℃；黑暗8 h，20℃。

1.3 调查及测定项目

发芽标准为胚根与种子等长，苗高为种子长的1/2。根据牧草种子检验规程(GB/T-2930.4-2001)确定初、末次发芽数的计数时间(表2)。根据统计的初、末次的发芽数，计算发芽势(GP)、发芽率(GR)；末次计数的当天从各重复中随机挑取10株正常发芽的幼苗，测量根长(RL)，即从种子胚到最长根根尖的长度，苗高(SH)，即从种子胚到叶尖的长度，计算根长苗高比(RRS)。

表2 14种绿肥植物种子初末次计数时间

1.4 计算方法

发芽势(%)=(初次计数发芽数/50)×100%

(1)

发芽率(%)=(末次计数发芽数/50)×100%

(2)

根长苗高比=根长/苗高

(3)

耐盐系数=盐胁迫指标平均值/对照指标平均值

(4)

计算相对发芽势(RGP)、相对发芽率(RGR)、相对根长(RRL)和相对苗高(RSH)，各相对指标即为耐盐系数[7-8]。

(5)

(6)

(7)

(8)

1.5 耐盐性综合评价方法

用加权隶属函数法对14种绿肥种子萌发期的耐盐性进行综合评价[7]。以供试材料的RGP、RGR、RRL、RSH、RRRS为依据，计算加权隶属函数值(D值)[9]。

μ(Xi)=(Xi-Ximin)(Ximax-Ximin)

Wi=CVio(∑ni=1CVi)-1 (i=1,2,3,...,n)

D=∑ni=1[μ(Xi)oWi] (i=1,2,3,…n)

式中：Xi为各供试材料基于鉴定性状i的耐盐指数，Ximax、Ximin分别为供试材料中耐盐指数Xi的最大值和最小值，μ(Xi)为各供试材料Xi的隶属函数值，CVi为各供试材料μ(Xi)的变异系数，Wi表示各鉴定指标的权重。

1.6 数据处理

利用Excel整理试验数据，SPSS Statistics进行差异性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫下绿肥植物种子萌发特性

14种绿肥植物种子经NaCl胁迫处理后，与对照相比，萌发和幼苗生长均受到不同程度的抑制。其中，苗高在NaCl浓度为50 mmol/L时上升11.44%。不同盐浓度对各鉴定指标的抑制程度不同，低盐胁迫下受抑制最大的为根长，高盐胁迫下受抑制最大的为发芽势。从变异系数分析，随着NaCl浓度的升高，变异系数都呈不同程度的增加，说明随着盐浓度的增加，作物间的耐盐差异增大。

2.2 NaCl胁迫对绿肥种子发芽势、发芽率的影响

发芽势可以表征种子萌发初期的发芽力，发芽势越大则种子生活力强，发芽整齐，出苗一致。在NaCl浓度为50 mmol/L时，高羊茅、芜菁甘蓝、鸭茅和小黑麦等4种作物的相对发芽势大于100%，说明低浓度盐促进了他们的萌发。100 mmol/L时，小黑麦的相对发芽势最大(103.25%)。150 mmol/L时，除芜菁甘蓝、小黑麦和鸭茅的相对发芽势在80%以上，其他所有的绿肥植物种子的相对发芽率均显著下降。200 mmol/L，芜菁甘蓝和小黑麦的相对发芽势显著高于其他品种；其余品种的相对发芽势均下降到了32%之下，其中，沙打旺的相对发芽势为0，在第4 d没有萌发(表3)。

表3 NaCl胁迫处理下14种绿肥植物种子的相对发芽势

注：同行不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05),下同

随着NaCl胁迫浓度的增加，14种绿肥植物种子的相对发芽率均呈不断下降的趋势(表4)。绿肥植物种子的相对发芽率在各NaCl浓度下均存在明显差异，在NaCl浓度为50 mmol/L时，画眉草、芜菁甘蓝、萝卜、鸭茅和小黑麦等的相对发芽率大于100%，说明低浓度的盐分胁迫对其种子发芽具有促进作用。紫花苜蓿的相对发芽率最低(69.9%)，其次，是沙打旺(77.54%)和田菁(79.48%)，表明紫花苜蓿、沙打旺和田菁对盐胁迫较敏感。当NaCl浓度为100 mmol/L时，有3种绿肥植物种子的相对发芽率大于100%，说明NaCl浓度对这3种绿肥植物种子发芽仍有促进作用。NaCl浓度升至150 mmol/L时，14种绿肥植物的相对发芽率均小于100%，即该胁迫浓度下所有参试绿肥植物种子萌发均表现为抑制。

在NaCl浓度为200 mmol/L时，除芜菁甘蓝，黑麦草和小黑麦的相对发芽率较高(大于80%)之外，其余11种绿肥植物种子的相对发芽率均显著降低，但均在0以上。

表4 NaCl胁迫处理下14种绿肥植物种子的相对发芽率

2.3 NaCl胁迫对绿肥植物种子萌发期根长、苗高的影响

随着NaCl浓度的升高，大部分绿肥植物种子的根长均呈持续降低的趋势，但各作物间根长降低的程度不同(表5)。当NaCl浓度为50 mmol/L时，紫花苜蓿、沙打旺和小黑麦等3种绿肥植物的相对根长大于100%，即低胁迫水平促进其根的伸长。100 mmol/L时，菊苣和萝卜的相对根长有所增长。200 mmol/L时，小黑麦、画眉草和黑麦草的相对根长较大，均在40%。其中，光叶紫花苕，鼠茅草和箭筈豌豆的相对根长在各NaCl浓度下均较低。

随着NaCl浓度的升高，大部分绿肥植物种子的苗高呈先升高后降低的趋势(表6)，不同绿肥植物的相对苗高差异明显。当NaCl浓度为50 mmol/L时，芜菁甘蓝、菊苣、鸭茅、箭筈豌豆、沙打旺、紫花苜蓿、萝卜、光叶紫花苕和黑麦草等的相对苗高大于100%，其中芜菁甘蓝的相对苗高最大，为201.87%，其次，菊苣(182.84%)和鸭茅(155.28%)。100 mmol/L时，芜菁甘蓝、菊苣、鸭茅、箭筈豌豆、画眉草、紫花苜蓿和萝卜的相对苗高大于100%。150 mmol/L时，芜菁甘蓝、箭筈豌豆和菊苣的相对苗高仍大于100%，说明该胁迫浓度对这3种绿肥植物萌发期苗的伸长仍有促进作用。200 mmol/L时，所有绿肥植物品种的相对苗高均小于100%，其中，箭筈豌豆等4种绿肥植物的相对苗高较大(大于70%)，说明这4种绿肥植物萌发期的幼苗具有较强的耐盐性。

表5 NaCl胁迫处理下14种绿肥植物种子相对根长

表6 NaCl胁迫处理下14种绿肥植物种子的相对苗高

2.4 绿肥植物萌发期耐盐性综合评价

种子萌发期耐盐性的强弱是受多因素综合作用的结果，因此，需要多项指标进行综合评价，以提高植物耐盐性评价的准确性和可靠性。采用加权隶属函数法，对供试的14种绿肥植物在4个盐胁迫浓度(50、100、150、200 mmol/L)下的相对发芽势、相对发芽率、相对根长、相对苗高4项指标进行耐盐隶属函数值计算，得到14种绿肥植物4个浓度下耐盐性的综合评价值(表7)。14种绿肥植物4个盐胁迫浓度下耐盐性的综合评价值差异较大，综合评价值越大，表明其耐盐能力越强。将各浓度下综合评价值大于0.5的绿肥植物归为该盐浓度模拟盐碱程度的推荐植物。轻度盐碱地(50 mmol/L)绿肥植物有9种，画眉草、鼠茅草、紫花苜蓿、田菁、光叶紫花苕、黑麦草、高羊茅、萝卜和小黑麦。中度盐碱地(100 mmol/L)绿肥植物有5种，画眉草、小黑麦、萝卜、菊苣和沙打旺。高度盐碱地(150 mmol/L)绿肥植物有6种，黑麦草、芜菁甘蓝、萝卜、小黑麦、鸭茅和菊苣。重度盐碱地(200 mmol/L)绿肥植物有4种，小黑麦、黑麦草、芜菁甘蓝和菊苣。

表7 不同NaCl浓度下14种绿肥植物耐盐性的综合评价

3 讨论

3.1 NaCl胁迫下14种绿肥植物种子萌发特性

种子萌发期和幼苗期是植物生长周期中最脆弱但十分重要的时期，为评价耐盐性强弱的关键时期[9-10]。研究发现低浓度的NaCl(50 mmol/L)对某些绿肥植物种子的发芽势(4种)或发芽率(5种)会有促进作用，高浓度的NaCl(≥150 mmol/L)会抑制绿肥植物种子的萌发，抑制程度随胁迫浓度的增加而增加，这与研究者对盐胁迫下苜蓿萌发期的研究观点一致[11-13]。刘欣对高羊茅萌发期耐盐性研究中得到了同一浓度下不同绿肥植物种子的发芽势具有显著性差异。研究表明，发芽率和发芽势与萌发期的耐盐性最为相关，发芽率比发芽势表现更为稳定，是判定种子萌发期间耐盐强弱的重要指标[17-19]，这为筛选耐盐资源从理论上提供了依据。

3.2 NaCl胁迫下14种绿肥植物幼苗生长特性

幼苗的根长和苗高能反映幼苗的生长情况，可作为绿肥植物耐盐能力评价指标[12,14]。研究发现，低浓度NaCl胁迫会促进部分绿肥植物根(3种)和苗(9种)的生长，但随着NaCl浓度的升高，各绿肥植物根和苗的生长均受到不同程度的抑制，这与刘香军等[15]对苜蓿耐盐性的研究结果一致。结果表明，盐胁迫对各绿肥植物根和苗生长的影响有差异，整体分析盐胁迫对根生长的抑制大于苗，而且随NaCl胁迫浓度的升高，耐盐性较弱的绿肥植物根长降幅更大，而苗高的降幅则无明显差异，前人对苜蓿和扁蓿豆的研究也符合这一观点[8,14]，这也说明了根系在耐盐研究中的重要性。

3.3 14种绿肥植物萌发期耐盐性综合评价

前人对植物萌发期的耐盐性研究中，常使用发芽势或发芽率的耐盐临界值来判断植物萌发期的耐盐性，但单一指标并不能全面准确地表示作物的耐盐性[20-21]，根和苗的长度能直接反应幼苗的生长状况，荷载着植物萌发期耐盐性的大量信息[22]。研究采用发芽势、发芽率、根长和苗高4项指标，计算出各鉴定指标的耐盐系数，并进行差异性分析，结果表明，不同绿肥作物各鉴定指标的耐盐系数存在显著差异(P<0.05)，进一步说明各鉴定指标对耐盐性的贡献并不是均等的，故不能用单一鉴定指标或单一鉴定指标的耐盐系数来表示作物品种的耐盐性强弱。

加权隶属函数值法可以确定各鉴定指标的变异系数及权重，与单一指标相比，更能全面、准确地评价种质的耐盐性[7,14,16]。试验通过对4个鉴定指标以及其耐盐系数的隶属函数值进行加权分析，得到加权隶属函数值(D值)，根据D值的大小确定各绿肥植物的耐盐性强弱。将各浓度下综合评价值大于0.5的绿肥植物归为该盐浓度模拟盐碱程度的推荐植物，可为不同程度盐碱地开发中选用绿肥植物提供参考。

4 结论

50 mmol/L低盐胁迫对多数绿肥植物种子的萌发和幼苗生长有一定的促进作用，≥150 mmol/L高盐胁迫对14种绿肥植物的萌发和幼苗的生长均有抑制作用；盐胁迫对根的抑制大于苗。

根据加权隶属函数法可以综合评价绿肥植物萌发期的耐盐性，根据加权隶属函数值对参试绿肥植物进行了综合评价。推荐轻度盐碱地种植画眉草、鼠茅草、紫花苜蓿等9种绿肥植物；中度盐碱地推荐种植画眉草、小黑麦、萝卜等5种绿肥植物；高度盐碱地推荐种植黑麦草、芜菁甘蓝、萝卜等6种绿肥植物；重度盐碱地推荐种植小黑麦、黑麦草、芜菁甘蓝和菊苣4种绿肥植物。