酸碱胁迫对黑麦草种子萌发和幼苗生长的影响

陈娜红，李国亮，蔡雪娇，黄子健，范景华，张震*

(1.安徽农业大学 资源与环境学院，安徽 合肥 230036； 2.蚌埠圻润环境工程科技有限公司，安徽 蚌埠 233000)

随着工业化的不断发展和交通运输业尾气污染的加剧，酸雨导致的建筑腐蚀和土壤酸化问题有增无减。据统计，我国酸雨区面积占国土总面积约40%，酸化土壤约占全国土壤面积的23%，达2亿hm2[1]。大量农田铵态氮肥的使用，使土壤pH升高，土壤盐碱化问题仍然严峻，土壤肥力下降。据联合国教科文及粮食及农业组织的不完全统计，世界上盐碱土地面积已达9.5亿hm2。我国中科院南京土壤研究所最新研究显示，我国的盐碱土地总量为9 913.3万hm2[2]。近些年来已有诸多关于模拟酸雨和盐碱化土地对植物生理生化特性影响的研究[3-8]，提出了一些治理措施和方法，选用和培育适应性强的植物是最直接且最为经济的方法之一，具有重要的生态价值[9]。

多年生黑麦草原产欧洲地中海沿岸、北非和西南亚，为禾本科黑麦草属植物。其径纵生、直立，成熟株高50～100 cm，叶片狭长，喜温凉湿润环境，分蘖力极强[10]，是优良的畜禽、鱼类饲料和优良的草坪草，常种植于草地等景观休憩场所。本研究以黑麦草种子为研究对象，探讨一定酸碱条件下黑麦草种子萌发及幼苗生长的影响，以期为酸雨侵蚀和土壤退化地区的生态修复与重建，以及提高生物多样性和增加城市绿地面积等提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

多年生黑麦草种子为2018年8月购自合肥市种子市场。供试试剂有NaOH、浓盐酸、8%NaClO，均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

设7个pH梯度。配制1 mol·L-1HCl溶液，调节蒸馏水的pH值为3.5、4.5、5.5、6.5；配制1 mol·L-1NaOH溶液，调节蒸馏水的pH值为8.5和9.5；以蒸馏水为对照，试验条件下测得pH为7.2。培养皿洗净，于105 ℃烘干，垫入两层定性滤纸，分别加入5 mL不同pH的蒸馏水，每处理重复5次。每个培养皿中放置20粒黑麦草种子。供试种子用1%NaClO溶液浸泡，表面消毒10 min后用蒸馏水冲洗3次。

所有培养皿置于25 ℃、85%RH及光暗各12 h的培养箱内培养14 d，每天补充相应pH的蒸馏水。

1.2.2 指标测定

参照文献[4]。每24 h记录种子的萌发数量，以胚根长度≥1 mm为计，直至所有培养皿的种子不再萌发为止，计算发芽率、发芽势和发芽指数[5]。

培养2周后，测量黑麦草幼苗根长和芽长。根长和芽长直接采用直尺测量，计算根长抑制率和芽长抑制率。

收获后，分别将各pH处理的黑麦草幼苗叶片充分混合，采用乙醇提取比色法[11]测量幼苗叶片叶绿素含量。

1.3 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0进行统计分析，采用Duncan’s新复极差法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 对黑麦草种子萌发的影响

表1表明，pH值在3.5～9.5处理下对黑麦草种子发芽率、发芽势均无显著影响。pH 3.5时，黑麦草种子发芽指数为21.40，显著低于pH为4.5～8.5的处理；pH在4.5～8.5时，黑麦草种子发芽指数相互间差异不显著，表明此pH范围内黑麦草种子活力不受影响；pH 9.5时种子发芽指数显著低于pH 5.5处理。

表1 各处理黑麦草种子的萌发指标

注：同列无相同小写字母代表不同处理在0.05水平差异显著，表2同。

2.2 对黑麦草幼苗生长的影响

由表2可知，当pH为3.5和9.5时对黑麦草生长具有显著抑制作用；pH为4.5～8.5时，黑麦草幼苗根长无显著差异，而pH为6.5的芽长显著高于其他处理组(除pH 5.5外)。总体生长趋势是当pH 6.5时最有利于黑麦草幼苗生长，pH越低或越高均不利于黑麦草幼苗生长。

根长和芽长抑制率反映酸碱胁迫对种子萌发后幼苗根长和芽长的生长抑制情况。由表2可知，当pH为4.5和5.5时，相比对照组，处理组黑麦草幼苗根长变短，芽长增加；而当pH 6.5时，根长和芽长均增加，分别增长4.36%和20.64%，显著大于pH 3.5培养条件下黑麦草幼苗的根长和芽长。当pH值高于对照组时，根和芽的生长受到抑制，但抑制作用总体不明显。结果表明，黑麦草幼苗芽对酸碱胁迫的敏感程度高于根，pH 6.5的弱酸条件下最有利于黑麦草幼苗生长，培养液酸性越低或碱性越高对于根和芽的生长抑制作用越明显。

表2 各处理黑麦草幼苗的生长指标

2.3 对黑麦草幼苗叶绿素含量的影响

由图1可知，当pH低于对照组时，黑麦草幼苗体内叶绿素含量随培养液pH值的降低而降低。pH 3.5时黑麦草幼苗叶绿素含量降低明显，相比对照组，叶绿素b降低45.04%，叶绿素a降低46.56%，叶绿素总量(a+b)降低46.13%。当pH在8.5～9.5时，幼苗体内叶绿素含量下降水平高于pH在5.5～6.5的下降水平，说明碱性培养条件下对黑麦草幼苗的光合抑制作用更加明显。

图1 酸碱胁迫下黑麦草幼苗叶绿素含量

3 小结与讨论

该研究表明，pH在3.5～9.5时，黑麦草种子萌发基本未受到显著影响，相比对照组，具有随酸性或碱性增加而萌发活力降低的趋势，表明黑麦草种子对于土壤酸碱性具有较好的耐受力。黑麦草幼苗根长和芽长在不同pH处理均有显著差异，且pH 6.5的弱酸性条件最有利于根和芽的生长；pH 3.5和9.5时，根和芽的生长受到显著抑制，且根所受的抑制程度高于芽。研究表明，pH值高于或低于对照组都会引起叶绿素a、b和叶绿素总量(a+b)的降低，且叶绿素a较叶绿素b的下降趋势更明显。田如男等[12]认为，在pH为3.0～5.0的酸性胁迫条件下，黑麦草种子萌发数量与对照组无显著差异；当pH≤2.5时，种子萌发明显受到抑制；当pH 3.5时，根长和芽长抑制率显著降低；pH 5时黑麦草芽长略高于对照组。吴杏春等[13]研究发现，随模拟酸雨pH值下降，3种草坪草幼苗的总叶绿素含量也逐渐降低，当pH≤4.0时降幅明显。

MDA(丙二醛)含量体现植物细胞膜质过氧化的程度，含量升高代表细胞膜受损[14]。沈高峰等[15]研究表明，逆境条件下黑麦草MDA含量增加，细胞膜结构受到破坏，电解质外渗增加，不利于黑麦草根和芽的生长，由于根直接接触培养液，受到的抑制作用更强，这与本研究中黑麦草根长抑制率高于芽长抑制率的结果一致。叶绿素是植物体内进行光合作用的一类色素，对植物的生长发育起重要作用。吴杏春等[13]研究表明，模拟酸雨胁迫时，膜质过氧化的加剧导致细胞质膜断裂，叶绿体受破坏，逐渐积累的活性氧会使叶绿素遭到破坏，且叶绿素a比叶绿素b更易受到破坏，这也与本研究中叶绿素a比叶绿素b的下降幅度更高的结论相一致。

综上所述，黑麦草种子在一定酸性和弱碱性条件下具有较好的萌发活力，从黑麦草幼苗生长状况和叶绿素含量来看，弱酸性条件下更适合黑麦草的生长，这也说明黑麦草幼苗对酸性土壤的耐受性高于碱性土壤，因此,可用于土壤酸化严重或酸雨侵蚀地区草坪草的种植。