盐胁迫对15个草地早熟禾品种种子萌发的影响

张佳玲, 王丽宏, 孙鑫博, 郭站枫, 韩晶蕊, 秦玉娇, 李会彬

(河北省作物生长调控实验室/河北农业大学农学院, 河北 保定 071000)

盐碱土广泛存在于世界各地,总面积约109hm2,已成为全球性问题,我国盐碱土面积约占全球盐碱土面积的1/10,是世界第三大盐碱土国家[1]。随着工业快速发展和人口数量的增长等,土壤盐碱化和次生盐碱化面积还在不断扩大[2]。盐胁迫抑制种子萌发、光合作用、蒸腾作用和气孔导度,降低叶片水势和膨胀压,并产生渗透胁迫,还增加细胞中活性氧含量,扰乱离子平衡等[3-4]。种子发芽是植物生物周期的第一个关键时期,也是最敏感的时期[5],种子能否在盐碱土上发芽和生长,是植株在盐碱土上能否生存的基础[6]。因此,在植物发育的初始阶段筛选现有种质,开发对盐碱胁迫具有高耐受性的新品种可有效利用盐碱地[7]。

草地早熟禾(PoapratensisL.)是禾本科早熟禾属多年生草本植物,分布范围广,具有绿期长、耐践踏、耐修剪、再生能力强、坪质优美、耐旱、耐寒等优点[8],已成为城市草坪建植中重要的冷季型草坪草之一,广泛应用于功能草坪建植以及生态环境治理等[9]。近年来,随着草坪草育种技术的发展,越来越多的草地早熟禾新品种进入市场,但我国在品种引入时往往缺乏应有的适应性评价,加之相关抗性信息透明度低,容易造成品种选择失误,从而对草坪建植与养护带来困难和损失。刘燕等[10]研究发现,植物耐盐能力的强弱与其品种本身遗传特性有关。因此,本试验对15个草地早熟禾品种种子在不同浓度盐溶液胁迫下的种子萌发状况进行评价,以期筛选出耐盐性较好的品种,为盐碱土壤上草坪建植中草地早熟禾品种选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的15个草地早熟禾品种为:“优美”“公园”“纯绿”“百思特”“黄马夹”“绿夏”“标致”“瑞银”“光影”“新哥莱德”“如意”“蓝莓”“布鲁克”“赛威”“水晶”,其种子分别购自北京、天津、保定等地的草坪草种子销售公司。

1.2 试验方法

试验所需盐溶液由NaCl(分析纯)和蒸馏水配置而成,设置5个浓度,即0(对照)、0.3%、0.6%、0.9%和1.2%。

供试种子用1%的次氯酸钠溶液消毒20 min,蒸馏水冲洗6次,吸水纸吸干种子表面水分,从中选取成熟饱满、大小均匀的种子。培养皿中放置预先用盐溶液浸润的3层滤纸,每个培养皿整齐放置50粒种子,3次重复。在光照培养箱(白天14 h,温度25 ℃,光照强度10 000 lx;夜晚10 h,温度20 ℃,光照强度0 lx)中进行培养,每天同一时间对培养皿进行称重补水以保持盐浓度不变。每天记录种子发芽数,试验共21 d。

1.3 测定指标

发芽率/%=(21 d时发芽种子数/供试种子数)×100%;

发芽势/%=(7 d时发芽种子数/供试种子数)×100%。

胚芽长、胚根长:从每个培养皿中随机选取7株生长正常的种苗,测量芽长和根长,不足7株的全部测量。

发芽指数=∑Gt/Dt,式中,Gt为第t天发芽的种子数;Dt为发芽的天数。

活力指数=胚芽长×发芽指数。

为避免不同品种种子自身活力差异对试验结果造成影响,上述指标均采用相对值进行数据分析,即处理指标值/对照指标值。

1.4 耐盐性综合评价

不同草地早熟禾综合指标的隶属函数值计算公式:

(1)

式中,μ(Xj)代表第j个指标的隶属函数值;Xj表示第j个测定值;Xmin表示j个测定指标的最小值;Xmax表示j个测定指标的最大值。

各综合指标的权重计算公式:

(2)

式中,Wj表示第j个测定指标在所有指标中的重要程度即权重;Pj表示各材料第j个测定指标的贡献率。

耐盐性综合评价值计算公式:

(3)

式中,D为各指标在盐胁迫下用综合指标评价所得的耐盐性综合评价值[11]。

1.5 数据处理

采用Excel 2016软件进行数据整理,使用SPSS 25软件进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对相对发芽率的影响

由表1可知,15个草地早熟禾品种种子的相对发芽率随盐浓度的增加均呈现下降趋势。在0.3%盐浓度时,“水晶”的相对发芽率显著低于其他品种(p<0.05),相对发芽率最高的是“黄马夹”;0.6%盐浓度时,部分品种相对发芽率大幅度降低,“水晶”的相对发芽率降低至14.02%,降幅最大的是“赛威”,与0.3%盐浓度时相比,降低45.03%,这2个品种的相对发芽率显著低于其他品种(p<0.05),“百思特”的相对发芽率在15个品种中最高;0.9%盐浓度时,草地早熟禾相对发芽率持续降低,“水晶”和“赛威”相对发芽率显著低于其他品种(p<0.05),“百思特”的相对发芽率显著高于其他品种(p<0.05);1.2%盐浓度时,9个品种的相对发芽率低至20%以下,“水晶”的相对发芽率已经降为0,相对发芽率较高的是“公园”“黄马夹”“绿夏”和“百思特”,且4个品种差异不显著(p>0.05)。

表1 盐胁迫下不同品种种子相对发芽率Table 1 The relative seed germination rate of different varieties under salt stress

2.2 盐胁迫对相对发芽势的影响

由表2可知,15个草地早熟禾品种种子的相对发芽势随盐浓度增加呈现下降趋势。0.3%盐浓度时,各品种之间相对发芽势的差异显著,绝大多数品种受到抑制,7个品种的相对发芽势在50%以下,其中“标致”和“水晶”相对发芽势为0,显著低于其他品种,“黄马夹”的相对发芽势显著高于其他品种;0.6%盐浓度时,15个品种的相对发芽势大幅度降低,均低至26%以下,降幅最大的是“黄马夹”,达到76.75%,“优美”“标致”“光影”“布鲁克”和“水晶”等5个品种的相对发芽势均为0,显著低于其他品种;0.9%盐浓度时,10个品种的相对发芽势低至0,相对发芽势最高的2个品种“绿夏”和“黄马夹”与其他品种间差异显著;1.2%盐浓度时,15个品种的相对发芽势均为0。

表2 盐胁迫下不同品种种子相对发芽势Table 2 The relative germination potential of seeds of different varieties under salt stress

2.3 盐胁迫对相对胚芽长的影响

由表3可知,15个草地早熟禾品种种子的相对胚芽长随盐浓度的增加呈现下降的趋势,降幅各有不同。0.3%盐浓度时,各品种之间差异显著,5个品种的相对胚芽长降至90%以下,其中最低的是“优美”,与除“标致”“水晶”“黄马夹”之外的其他品种之间差异显著,相对胚芽长最高的是“绿夏”;0.6%盐浓度时,7个品种的相对胚芽长在80%以上,其中最高的是“瑞银”,最低的是“水晶”;0.9%盐浓度时,各品种之间差距进一步增大,相对胚芽长最高的是“公园”,最低的是“赛威”(同时也是降幅最大的品种,达到54.12%),与除“水晶”之外的其他品种之间差异显著;到1.2%盐浓度时,“水晶”“光影”“赛威”3个品种的相对胚芽长在10%以下,三者之间差异不显著(p>0.05),“公园”“绿夏”“纯绿”“蓝莓”4个品种的相对胚芽长在40%以上。

表3 盐胁迫下不同品种种子相对胚芽长Table 3 The relative germ length of seeds of different varieties under salt stress

2.4 盐胁迫对相对胚根长的影响

由表4可知,随盐浓度增加,15个草地早熟禾品种种子的相对胚根长呈现不同程度的下降趋势。0.3%盐浓度时,各品种之间差异显著,除“如意”外其他14个品种相对胚根长均低至70%以下,其中最低的“水晶”与其他品种间差异显著,“如意”的相对胚根长显著高于除“黄马夹”之外的其他品种;0.6%盐浓度时,9个品种的相对胚根长低至30%以下,其中最低的是“水晶”,最高的“纯绿”与其他品种之间差异显著;0.9%盐浓度时,相对胚根长进一步降低,最高的“纯绿”与除“公园”“黄马夹”之外的其他品种间差异显著,相对胚根长最低的是“布鲁克”;1.2%盐浓度时,各品种之间差异显著,“水晶”的相对胚根长低至0,相对胚根长最高的是“公园”“黄马夹”“纯绿”,且3个品种差异不显著。

表4 盐胁迫下不同品种种子相对胚根长Table 4 The relative radicle length of seeds of different varieties under salt stress

2.5 盐胁迫对相对发芽指数的影响

由表5可知,15个草地早熟禾品种种子的相对发芽指数随盐浓度的增加呈降低的趋势。0.3%盐浓度时,各品种之间相对发芽指数的差异显著,“水晶”的相对发芽指数显著低于其他品种,相对发芽指数最高的是“黄马夹”;0.6%盐浓度时,9个品种的相对发芽指数低至50%以下,其中“赛威”和“水晶”的相对发芽指数显著低于除“布鲁克”之外的其他品种,“百思特”和“黄马夹”的相对发芽指数显著高于除“纯绿”之外的其他品种;0.9%盐浓度时,“水晶”和“赛威”的相对发芽指数显著低于其他品种,“百思特”的相对发芽指数显著高于其他品种;1.2%盐浓度时,“公园”的相对发芽指数显著高于除“绿夏”之外的其他品种,“水晶”的相对发芽指数已经低至0。

表5 盐胁迫下不同品种种子相对发芽指数Table 5 The relative germination index of seeds of different varieties under salt stress

2.6 盐胁迫对相对活力指数的影响

由表6可知,随盐浓度增加,15个草地早熟禾品种种子的相对活力指数逐渐下降,幅度各有不同。0.3%盐浓度时,“水晶”的相对活力指数显著低于其他品种,相对活力指数最高的是“瑞银”;0.6%盐浓度时,除“百思特”之外的其他14个品种相对活力指数均低至50%以下,“赛威”的相对活力指数显著低于除“水晶”之外的其他品种;0.9%盐浓度时,8个品种的相对活力指数低至10%以下,其中“水晶”最低,为0.40%,“百思特”“纯绿”“绿夏”“公园”和“黄马夹”5个品种的相对活力指数均在20%以上,显著高于其他10个品种,其中“百思特”的相对活力指数最高并显著高于“黄马夹”;1.2%盐浓度时,“光影”“赛威”“黄马夹”和“水晶”4个品种的相对活力指数已经接近或等于0,且无显著差异,“公园”的相对活力指数显著高于除“绿夏”之外的其他品种。

表6 盐胁迫下不同品种种子相对活力指数Table 6 The relative vigor index of seeds of different varieties under salt stress

2.7 15个草地早熟禾品种耐盐性综合评价

根据公式(1)(2)(3)计算得出隶属函数值及综合评价值(表7),综合评价值的大小表明各品种耐盐性从强到弱依次为:“纯绿”“百思特”“黄马夹”“绿夏”“公园”“瑞银”“新哥莱德”“如意”“蓝莓”“布鲁克”“标致”“光影”“优美”“赛威”“水晶”。

表7 盐胁迫下不同品种种子各指标隶属函数值及综合评价值Table 7 The membership function value and comprehensive evaluation value of each index of seeds of different varieties under salt stress

3 讨论与结论

盐浓度过高会产生渗透胁迫,导致种子吸水困难,酶、蛋白等物质难以活化,养料难以利用,致使种子延迟萌发甚至不能萌发,最终降低了种子的萌发质量[12-13]。王婧[14]研究发现,不同盐浓度胁迫下,草地早熟禾种子的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数均受到盐胁迫抑制。申宝忠等[15]研究发现,用不同盐浓度处理15个草地早熟禾品种的种子,0.2%盐浓度处理可对草地早熟禾种子萌发产生影响,且随盐浓度的增大抑制程度逐渐加大。本试验结果与前人研究结果相似,整体上看,相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数随盐浓度的增大而减小,但“黄马夹”种子的相对发芽势在0.3%盐浓度时略高于100%,这与王靖婷[13]的研究结果一致,即较低浓度的盐溶液会提高野生早熟禾的发芽势。植物根系是最早感受盐胁迫的器官,随后产生一系列生理变化,进而影响地上部分的生长[16]。苗长则是草坪草在幼苗期地上部生长状况好坏的重要指标[17]。本研究中,不论盐浓度高低,15个草地早熟禾品种种子的胚根长和胚芽长均受到抑制,且盐浓度越高抑制程度越大,这与王红俊[18]、刘燕等[10]的研究结果一致。

不同盐浓度对草地早熟禾种子的发芽情况影响不同。15个草地早熟禾品种种子的相对发芽率、相对胚芽长、相对胚根长、相对发芽指数、相对活力指数均受到了盐胁迫的抑制,呈现出随盐浓度增加而下降的趋势。除“黄马夹”相对发芽势在0.3%盐溶液下有所提高外,其余品种的相对发芽势均明显低于对照,且盐浓度越高,相对发芽势越低。采用隶属函数法进行耐盐性综合评价,结果表明,15个草地早熟禾品种种子萌发耐盐性由强到弱顺序为:“纯绿”“百思特”“黄马夹”“绿夏”“公园”“瑞银”“新哥莱德”“如意”“蓝莓”“布鲁克”“标致”“光影”“优美”“赛威”“水晶”。