12种植物萌发期耐盐性筛选

申吴燕，吐尔逊娜依·热依木，雪热提江·麦提努日，邓婷婷，黄长福，王 梦，马伊王利，麻 浩

(1.新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052；2.国网能源哈密煤电有限公司大南湖二矿，新疆哈密 839000；3.兰州荒漠保护研究院，兰州 730000)

0 引 言

【研究意义】我国盐碱土面积3.46×107hm2，其中新疆盐碱土面积8.476×106hm2，是我国土壤盐渍化大区[1]。哈密大南湖二矿位于新疆东部，土壤盐渍化严重，地表主要以自然原始戈壁、裸岩、砾石为主，无植被生长，生态系统极其脆弱[2]。在诸多不利生态因子中，盐胁迫已成为影响该区域植物正常生长的重要限制因子之一[3]。改良和利用盐渍化土地，修复矿区生态，对哈密大南湖二矿生态修复区草本植物选取具有实际意义[4]。【前人研究进展】在植物选取中，余玲等[5]提出禾本科牧草的耐盐性比一般作物强，是改良盐碱地的良好先锋植物。吴振振等[6]在尉犁县塔克拉玛干沙漠北缘盐碱荒漠种植甘草(Glycyrrhizauralensis)，可使盐碱土壤得到有效改良；郭晔红等[7]研究也表明甘草对盐碱地有一定的改良作用。在筛选方法中，刘璐等[8]、付鸾鸿等[9]、崔翠等[10]测定种子萌发期发芽率、发芽势、发芽指数等生长指标，综合评价筛选出耐性强的品种。【本研究切入点】耐盐植物是改良和利用盐碱地的先锋植物[11]，选用12种常见耐盐植物进行NaCl胁迫，利用萌发期对逆境胁迫极为敏感的特性[12]，对种子的相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势、相对伤害率、相对根芽比的隶属函数值之和进行耐盐能力排名。【拟解决的关键问题】以披碱草、碱茅、扁穗冰草、高冰草、狗牙根、无芒雀麦、紫花苜蓿、沙打旺、红豆草、甘草、苦豆子和草木樨种子为材料，在萌发期用NaCl溶液在0.0%(CK)、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%不同浓度下进行盐胁迫处理，测定每种植物的每日发芽数、根长、芽长，计算出植物的相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势、相对伤害率、相对根芽比，并采用隶属函数计算不同植物的耐盐性得分。为哈密大南湖二矿生态修复区草本植物选取提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

披碱草(Elymusdahuricus)、碱茅(Puccinelliadistans)、扁穗冰草(Agropyroncristatum)、高冰草(Thinopyrumponticum)、狗牙根(Cynodondactylon)、无芒雀麦(Bromusinermis)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、沙打旺(Astragalusadsurgens)、红豆草(Onobrychisviciaefolia)、甘草(Glycyrrhizauralensis)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、草木樨(Melilotusofficinalis)。试验所需种子均来自乌鲁木齐市天博草业种子店。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

以NaCl为盐胁迫溶液，设置5个浓度梯度0.0%(CK)、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，3个重复，每个培养皿内放置50粒颗粒饱满、大小均一的种子[13]。智能人工培养箱设置光照周期12 h照明(白天)，12 h无光(夜晚)；设置温度白天温度25℃、夜晚温度15℃[14]。为保证培养皿中盐浓度保持不变，每日用称重法[15]及时补充所挥发水分(蒸馏水)。从第2 d开始记录，每隔24 h记录1次种子发芽数。15 d结束，测量每种植物胚根长和胚芽长。

1.2.2 测定指标

将所需进行种子萌发种子材料进行消毒，在10%次氯酸钠搅拌10 min；30%双氧水侵泡10 min；用大量的蒸馏水冲洗干净，以保种子表面没有残留消毒溶液影响种子萌发结果[13]。

为消除植物材料之间和本身指标间的差异，将所测指标每日发芽数、最终根长、最终芽长进行计算均转化为耐盐系数(相对值)：相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势、相对伤害率、相对根芽比[16]。计算公式：

(1)相对发芽率=(15 d盐胁迫发芽数/50×100%)/(15 d对照发芽数/50×100%)。

(2)相对发芽指数=盐胁迫(∑GT/DT)/对照(∑GT/DT)。

式中GT表示第Td的种子发芽率，DT表示相应的发芽天数。

(3)相对发芽势=(第7 d盐胁迫发芽数/50×100%)/(第7 d对照发芽数/50×100%)。

(4)相对伤害率=(对照发芽率-盐胁迫发芽率)/对照发芽率×100%。

(5)相对根芽比=(盐胁迫胚根长/盐胁迫胚芽长)/(对照胚根长/对照胚芽长)。

(6)植物耐盐性得分最终用隶属函数计算：U(Xij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)。

式中U(Xij)表示i牧草种子j指标的隶属函数值；Xij表示i品种j指标的相应值；Xjmax和Xjmin则表示i牧草种子在j指标中相对应的最大值和最小值[17-20]。

1.3 数据处理

利用Excel 2016对各生长指标数据进行整理计算以及相关图形制作，并Photoshop CS5处理后插入[21]。SPSS 19.0软件进行方差分析和相关性分析[22]。

2 结果与分析

2.1 种子萌发各生长指标

2.1.1 相对发芽率和相对发芽指数

研究表明，不同盐浓度下，12种植物种子的相对发芽率和相对发芽指数均随着盐胁迫浓度的增加呈下降趋势，有显著差异(P<0.05)。0.5%浓度下，碱茅未受盐迫影响，与CK相等，相对值达100%；扁穗冰草相对发芽指数值最大，发芽速度受盐胁迫影响较小。1.0%浓度下，披碱草相对发芽率为最大值80%。1.5%浓度下，甘草相对发芽率最大值为48.89%；披碱草最小值为2.50%；沙打旺未发芽。2.0%浓度下，9种植物种子受盐胁迫影响未发芽，仅甘草、碱茅和苦豆子发芽，相对发芽率分别为48.89%、17.39%和10.71%。高冰草在不同浓度间种子的相对发芽指数差异最好，4个浓度梯度下均有显著差异(P<0.05)。图1

注：不同字母表示同种植物不同浓度间的差异显著(P<0.05)

2.1.2 相对发芽势

研究表明，苦豆子、狗牙根和无芒雀麦在不同NaCl溶液下相对发芽势没有显著差异(P>0.05)，未受盐胁迫浓度影响。披碱草和紫花苜蓿随NaCl盐胁迫浓度增加，相对发芽势差异显著(P<0.05)。4个浓度梯度间12种植物种子在0.5%浓度下相对发芽势显示差异最明显；扁穗冰草和甘草在1.0%浓度下与其他植物均无显著性差异(P>0.05)；12种植物种子在1.5%下无显著性差异(P>0.05)；甘草在2.0%浓度下与其他11种植物有显著差异(P<0.05)。表1

表1 不同NaCl溶液下12种牧草种子的相对发芽势

2.1.3 相对伤害率和相对根芽比

研究表明，12种植物种子相对伤害率随着NaCl浓度的增加均呈上升趋势，NaCl盐胁迫浓度越大，受到伤害率越大。在0.5%浓度下，碱茅相对伤害率值为0，未受到盐胁迫环境破坏。在1.0%浓度下，12种植物均受到不同程度的伤害，其中狗牙根和无芒雀麦相对受伤害程度高达80%以上；紫花苜蓿、甘草和披碱草相对受伤害程度低，相对伤害率分别为24.49%、22.22%和20.00%。在1.5%浓度下，12种植物种子受NaCl盐胁迫环境影响，相对伤害值均在50%以上，其中沙打旺完全受NaCl盐胁迫抑制，相对伤害率达100%。在2.0%浓度下，9种植物种子受到完全的抑制，仅甘草、碱茅和苦豆子显示出较强的耐盐能力。

相对根芽比随着NaCl浓度的增加均呈下降趋势，NaCl盐胁迫浓度越大，种子根芽比越小。苦豆子在0.5%和1.0%浓度下相对根芽比为1.55和1.52，比CK根芽比高，根长未受影响反而促进生长；但在1.5%和2.0%浓度下根长明显受到盐胁迫环境的影响。高冰草在0.5%、1.0%和1.5%，3个梯度间相对根芽比无明显变化。狗牙根随着NaCl浓度的增加，各浓度间相对根芽比差值最均匀，效果最好。图2

图2 12种牧草种子的相对伤害率、相对根芽比

2.2 不同指标的耐盐特性差异

研究表明，相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势、相对伤害率和相对根芽5个生长指标的耐盐系数不同。耐盐系数50%在平均值之上有相对伤害率1个指标；40%～50%在平均值之上有相对发芽率、相对发芽指数和相对根芽比3个指标；40%在平均值以下的仅有相对发芽势1个指标。相对发芽率中耐盐值最大为碱茅；相对发芽指数和相对发芽势中最大值为甘草；相对伤害率最大值为沙打旺。表2

表2 不同鉴定指标的耐盐系数

2.3 各生长指标相关性

研究表明，相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势和相对根芽比4个生长指标之间均成极显著正相关(P<0.05)，但相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势和相对根芽比与相对伤害率呈负相关。相对发芽率与相对伤害率相关值为-1，盐胁迫下各牧草种子受伤害与发芽率呈极显著负相关(P<0.01)。表3

表3 NaCl胁迫下各生长指标相关性

2.4 各生长指标隶属函数得分

研究表明，在0.5%浓度下，披碱草>高冰草>扁穗冰草>碱茅>紫花苜蓿>甘草>草木樨>无芒雀麦>苦豆子>红豆草>狗牙根>沙打旺；在1.0%浓度下，披碱草>甘草>紫花苜蓿>苦豆子>高冰草>草木樨>碱茅>扁穗冰草>红豆草>沙打旺>无芒雀麦>狗牙根；在1.5%浓度下，甘草>高冰草>扁穗冰草>碱茅>苦豆子>无芒雀麦>红豆草>紫花苜蓿>披碱草>狗牙根>草木樨>沙打旺；2.0%浓度下，甘草>苦豆子>碱茅>红豆草>沙打旺>紫花苜蓿>扁穗冰草>草木樨>无芒雀麦>披碱草>高冰草>狗牙根。表4

表4 不同NaCl溶液下12种牧草种子耐盐性得分及排名

3 讨 论

种子萌发是植物生命的开始，也是植物整个生命中最重要、最脆弱的阶段，除受自身的基因影响外，还极易受到逆境环境的影响。薛莉等[23]研究表明，植物在生长发育周期的不同阶段对盐胁迫环境的敏感程度不同，但种子萌发期是最敏感的阶段之一[24-25]。植物在盐环境胁迫下，各个生长指标均受到抑制。研究表明除碱茅、苦豆子外，其他植物各生长指标受盐胁迫的影响均呈下降的趋势，这与刘恩良等[26]、王晓龙等[11]结果相似。碱茅在0.5%浓度下相对发芽指数为1.03，说明发芽指数优于CK。苦豆子在0.5%和1.0%浓度下相对根芽比为1.55和1.52，根长未受盐胁迫抑制反而促进生长。刘翠玉等[27]、景艳霞等[28]认为出现这一情况原因是高盐对植物有害，但是低钠对植物生长也会有促进作用，因为钠是植物生长的必须元素。

筛选植物时单一指标不能作为最终的判定结果。碱茅在相对发芽率中耐盐值最大，但相对发芽指数和相对发芽势中最大值则是甘草，相对伤害率中最大值是沙打旺。各指标相关性分析相对迫害率与其他4个指标呈负相关。因此如果仅用相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势、相对伤害率和相对根芽比5个指标中任一指标作为唯一标准过于片面，综合评价各指标是必要的，这与张毅等[29]、曹俊梅等[30]观点一致。

研究结果表明，0.5%和1.0%浓度下披碱草耐盐性最好，1.0%和2.0%浓度下甘草耐盐性最好。不同盐浓度下评价结果亦不同，故采用多个浓度进项综合评价较为全面。但在实际生产中，也可根据土壤含盐量的不同，更准确地进行植物选取。

4 结 论

12种植物最终耐盐性得分排名是根据隶属函数公式分别计算4个浓度下各植物相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽势、相对伤害率和相对根芽比5个生长指标。相对值的选取消除了各植物间种质的差异，更加公平客观的筛选出耐盐碱的植物。根据4个浓度梯度下12种牧草种子总得分排名：甘草>高冰草>碱茅>披碱草>苦豆子>扁穗冰草>紫花苜蓿>红豆草>草木樨>无芒雀麦>沙打旺>狗牙根。盐碱地生态修复中可以优先考虑甘草、高冰草、碱茅、披碱草、苦豆子、扁穗冰草、紫花苜蓿等多年生草本植物。