钙对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的影响

(贵州大学动物科学学院，贵阳 550025)

钙(Ca)是植物生长发育的必需元素之一，参与种子萌发、分化生长、形态建成及开花结果等整个生命过程。种子萌发过程中，Ca2+通过改变酶活性，加快出苗速度、提高成苗率[1]。但Ca2+含量过高也不利于种子萌发和幼苗生长，甚至会导致植物停止生长或死亡[2]。高Ca2+环境下，光合作用也会受到抑制，从而降低植物生长速率。因此探究适宜种子萌发和幼苗生长的Ca2+浓度具有实际意义，特别是对土壤Ca2+含量较高的喀斯特地区。

多花黑麦草(Loliummultiflorum)为一年生禾本科牧草，再生速度快，营养价值丰富，是我国南方地区秋冬季节首选的栽种牧草[3]。本研究以多花黑麦草为研究对象，通过水培法设置不同的Ca2+浓度，观察多花黑麦草种子萌发和幼苗生长情况，探究适宜多花黑麦草生长的Ca2+浓度，为高Ca2+地区栽种多花黑麦草提供基础理论依据[4-5]。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试的一年生黑麦草种子为多花黑麦草(安格斯1号)种子。

1.2 方 法

挑选颗粒饱满健康的种子，用2%双氧水浸泡30 min后用自来水冲洗数次，再用去离子水冲洗3次，滤纸吸干表面水分，待用。试验以CaCl2为Ca2+源，设置0(对照)，5，10，20，40，100 mmol·L-1的含Ca2+溶液。取直径为9 cm的培养皿，皿内以2层滤纸为发芽床，每皿放入100粒种子。将配好的CaCl2溶液倒入培养皿中，没过种子，每处理4次重复[6]。每天补充适量溶液，并于10：00时记录当天温度及湿度情况[7](表1)。试验期从2017年4月23日至2017年5月7日，平均温度为21.56 ℃，平均湿度为28.67%。

表1 试验期间温度和湿度

种子开始发芽后，每天记录每个培养皿内的发芽数，以突破种皮的胚轴达到种子本身长度的1/2为判断发芽的依据[8]。试验结束时，从每个培养皿内挑出10株幼苗(即每个处理40株)，测量苗长、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重。

表2 钙对多花黑麦草种子萌发的影响

注:同列不同字母间表示差异显著(p<0.05)。下同。

1.3 指标计算

计算发芽势、发芽率、发芽指数、盐害率、苗根比、苗抑制率、根抑制率和根冠比[9]。公式如下：

发芽势(%)=(前3 d种子发芽数/供试种子总数)×100%；

发芽率(%)=(15 d种子发芽数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)；

式中：Gt为t时间内的发芽数，Dt为相应的发芽天数。

盐害率=[(处理发芽率-对照发芽率)/对照发芽率]×100%；

苗根比=幼苗长度/幼根长度；

苗抑制率(%)=[(处理苗长-对照苗长)/对照苗长]×100%；

根抑制率(%)=[(处理根长-对照根长)/对照根长]×100%；

根冠比=根干重/苗干重。

1.4 耐性的综合评价

应用隶属函数法综合评价多花黑麦草种子对不同Ca2+的响应。先利用公式X=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)分别计算每份材料发芽势、发芽率、发芽指数、盐害率、根长、苗长、苗根比、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重、根冠比、苗抑制率和根抑制率在不同浓度Ca2+下的具体隶属函数值[10]。式中，X为参试植物某一指标的测定值，Xmax和Xmin分别为所有材料中该指标的最大值和最小值，然后把每一指标在不同Ca2+浓度下的隶属值累加求平均值，最后把每份材料各项指标隶属函数值累加求平均值，根据各材料平均隶属函数值大小确定其萌发期耐Ca2+的强弱，平均值越大，耐性越强；反之，耐性越弱。

1.5 数据处理与分析

Excel软件整理数据和绘图，SPSS软件分析数据。用Duncan’s进行多重比较，数据采用“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 钙对多花黑麦草种子萌发的影响

由表2可知，不同浓度Ca2+胁迫下，多花黑麦草的发芽势和发芽率随Ca2+浓度的增加均表现出降低趋势。在Ca2+浓度为40 mmol·L-1和100 mmol·L-1时，发芽势显著低于其他处理(p<0.05)。在Ca2+浓度为100 mmol·L-1时，显著低于其他处理(p<0.05)。各浓度CaCl2溶液对多花黑麦草种子均产生一定的盐害，盐害随Ca2+浓度的增加而增大，Ca2+浓度为100 mmol·L-1时，盐害率最高，且显著高于其他浓度处理(p<0.05)。Ca2+浓度为20 mmol·L-1时发芽指数最高，但与其他低浓度差异不显著(p>0.05)；在Ca2+浓度为100 mmol·L-1时发芽指数最低，且显著低于其他处理(p<0.05)。

2.2 钙对多花黑麦草幼苗生长的影响

由图1可知，Ca2+胁迫对幼苗的根长和苗长具有抑制作用，随Ca2+浓度增加，抑制作用越强。浓度为40 mmol·L-1和100 mmol·L-1时，对根长的抑制作用显著大于其他处理(p<0.05)。浓度为20，40 mmol·L-1和100 mmol·L-1时，对苗长的抑制作用显著大于其他处理(p<0.05)。同时如图2所示，浓度为40 mmol·L-1时，苗根比最大；浓度为100 mmol·L-1时，苗根比例最小，但各浓度之间的差异不显著(p>0.05)；根冠比随着Ca2+浓度的增加呈上升的趋势，但是各浓度之间不存在显著性差异(p>0.05)。

Ca2+浓度对幼苗鲜重和干重有一定的影响(图3，图4)。随着Ca2+浓度的增加苗干重和苗鲜重、根鲜重都是先升后降。Ca2+浓度为5 mmol·L-1时，苗、根的鲜重和干重均达到最大值。而Ca2+浓度大于5 mmol·L-1后，对苗和根的重量都有不同程度的抑制；当浓度超过20 mmol·L-1时，苗的干鲜重和根的鲜重显著降低(p<0.05)；当浓度为100 mmol·L-1时，苗的干重、鲜重和根的鲜重与其他处理差异显著(p<0.05)；根干重在各Ca2+浓度处理中差异不显著(p>0.05)。

表3 钙对多花黑麦草根和苗抑制率的影响

图1 钙对多花黑麦草根长和苗长的影响

图2 钙对多花黑麦草苗根比和根冠比的影响

图3 钙对多花黑麦草苗和根鲜重的影响

由表3可知，不同浓度的Ca2+溶液对多花黑麦草根和苗都产生了一定的抑制作用，苗抑制和根抑制随着Ca2+浓度而增加，当溶液中Ca2+浓度高于40 mmol·L-1时，抑制率显著增大(p<0.05)，当溶液浓度为5，10，20 mmol·L-1时苗、根抑制率差异不显著(p>0.05)。

2.3 多花黑麦草种子萌发期耐Ca2+的综合评价

不同的Ca2+对多花黑麦草的各个指标的影响不尽相同，为了避免单一指标的片面性并克服多个指标的复杂性，全面而准确的评价钙离子处理对多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的影响，采用模糊数学隶属函数法，对供试多花黑麦草种子发芽势、发芽率、发芽指数、盐害率、根长、苗长、苗根比、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重、根冠比、苗抑制率和根抑制率进行隶属函数值计算，得出种子萌发期耐Ca2+的综合评价值(表4)。由综合评价值得出适宜多花黑麦草种子萌发的Ca2+浓度为5 mmol·L-1。

图4 钙对多花黑麦草苗和根干重的影响

表4 多花黑麦草种子萌发期对Ca2+耐性隶属函数值及综合评价值

3 讨 论

种子萌发期对盐胁迫十分敏感，植物能否生存，首先取决于它能否发芽、发芽率的高低以及发芽速度[11]。不同盐胁迫对种子的抑制程度与盐的浓度、种类以及植物抗盐能力有关。盐胁迫对种子萌发的危害主要有2个方面：一是渗透效应，二是离子效应[12]。渗透效应是指当土壤中盐分含量增加时，渗透压随之提高，而水势相应降低，使种子吸水困难，从而影响种子的萌发；离子效应是指某种离子浓度升高对种子造成毒害[13]。

多花黑麦草属于禾本科植物，在种子的萌发过程中，土壤中的营养物质一般很难对种子产生直接的作用，所以在种子刚开始萌发阶段，只能靠种子本身提供其生长的营养物质，研究表明，萌发初期种子的营养大多来源于自身的胚乳部分[14]。而种子萌发的中后期，种子对营养的需求增大，自身不能满足营养需求，需要从土壤中摄取相关的营养物质，所以土壤的养分供应情况尤其重要，土壤中相关营养物质的浓度也是决定种子萌发能力的因素之一。本研究结果发现，低浓度Ca2+对多花黑麦草种子萌发具有促进作用，高浓度Ca2+对多花黑麦草种子萌发起到抑制作用，这与李永涛等[15]和蔡喜悦等[16]研究一致。

对于种子萌发和幼苗生长的耐盐效果的研究，前人已有不少研究。张利霞等[17]、朱毅等[18]和陆玉建等[19]研究发现，低浓度盐胁迫对夏枯草、柳枝稷和拟南芥种子的萌发具有促进作用，这可能是低盐溶液对种子引发的结果，高浓度盐胁迫会对种子造成毒害而抑制其萌发，可能是高盐溶液会对种子产生离子毒害而抑制种子萌发。熊建林[20]用不同浓度的盐溶液对燕麦做盐胁迫试验，得出高浓度的盐溶液不利于燕麦生长的结论；李亚等[21]针对梭梭种子做了类似的发芽试验，得出高浓度的盐溶液不利于梭梭种子的生长，且随着溶液浓度的增大，种子所受到的盐害影响也加大；辛建华[22]研究了钙素对马铃薯生长发育及物质代谢影响，不同浓度的钙处理马铃薯后，马铃薯地上部分累积的干物质呈现为“增长-停止-降低”的趋势，结论表明低浓度的外源钙对马铃薯的干物质累积有促进作用，但提高钙的浓度后，干物质的增长速度下降，最后停止；姜云天等[23]对茶花凤仙种子做了不同浓度的盐胁迫处理，结论与本次试验类似。低浓度促进幼苗生长的原因，即高浓度的盐物质增加了溶液的渗透势，种子在生长的过程中要从溶液中吸取营养物质，较高的渗透势使得种子吸水困难，种子被迫进入休眠状态，抑制种子的发芽。

单一指标难以全面准确地反映对盐的耐受性强弱，本实验采用指标值进行隶属函数值综合评价。结果显示适宜多花黑麦草种子萌发的Ca2+浓度为5 mmol·L-1，这与安钰[24]和陈士林[25]等研究得出5 mmol·L-1的Ca2+能显著提高甘草和玉米的发芽势和发芽率的结论一致，与外源Ca对复羽叶栾树[15]、芦苇[16]、碱蓬[26]、高羊茅[27]、黑果枸杞[28]及二色胡枝子[29]的研究结果不一致。

4 结 论

随Ca2+浓度的升高，多花黑麦草种子的发芽势、发芽率、发芽指数都受到一定程度的抑制作用，且浓度越高，盐害作用越强。Ca2+对多花黑麦草的苗长和根长都有一定的抑制作用，浓度越大，抑制作用也越大。Ca2+浓度为5 mmol·L-1时，多花黑麦草的根、苗鲜重和干重达到最大值；Ca2+浓度对苗重的抑制作用大于对根重的抑制。隶属函数综合评价表明，Ca2+浓度5 mmol·L-1为适宜多花黑麦草种子萌发和幼苗生长的浓度。