5个高羊茅品种萌发期的耐盐性比较

谢宇涵，洪 盛，朱 瑾，王 婧，刘 璐，柴 琦

（1. 兰州大学草业科学实验教学中心 / 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2. 江苏省通州湾联动开发示范区管委会，江苏 南通 226333）

土壤盐渍化主要是由自然环境与人类活动引起的，全球大约有 8.31 × 108hm2的土壤面临着盐渍化的危险[1-2]。我国盐渍土总面积约 3.6 × 107hm2，占全国可利用土地面积的4.88%[3]。盐碱胁迫是目前危害农业生产和降低土地生产力的最主要的因素，对人类的生产生活造成很大影响[4]。土壤盐分对于植物的伤害作用主要体现在两个方面，一是高浓度引起的渗透胁迫，二是某种离子浓度过高从而对植物造成离子毒害作用[5-7]。

高羊茅又叫苇状羊茅(Festuca arundinacea)，为禾本科羊茅属，是应用最广泛的冷季型草坪草之一。有较强的耐践踏性，抗病性强，适应范围广等优点[8]，另外，高羊茅耐旱性和耐寒性较强，对土壤要求不严格，在我国干旱、半干旱地区广泛种植[9]。在轻度盐胁迫下，高羊茅往往可以通过调整自身的形态结构与生理状态，来适应盐渍环境[10]，维持其正常的生长发育，但当高羊茅面临重度的盐胁迫时，往往会因胁迫过度而造成其膜结构损伤、抗氧化系统受损等不可逆转的伤害，最终导致植株的干枯，甚至死亡[11-12]。因此，提高高羊茅在盐渍环境中的生长能力，是草坪绿地管理中必须面对的重要命题之一。而在盐渍环境下，种子的萌发阶段作为种子植物生活史的第一阶段，最早受到盐胁迫。因此，对不同品种的高羊茅种子进行萌发阶段耐盐性的研究、评价和筛选，是高羊茅耐盐性研究中的重要组成部分。目前，对高羊茅种子萌发阶段耐盐性的研究大多集中于猎狗 (Hounddog)、爱瑞 (Arid)、巴法 7851(Bar Fa 7851)、梯坡(Tip)、肯塔基-31(Kentucky-31)等几个品间[13]，其他高羊茅品种萌发阶段耐盐性的相关研究较少或未见报导。随着科技的不断发展和新品种的不断出现，进入流通领域的品种也在不断更新，为了能适应品种发展的需要，本研究选用目前市场上销量较大的高羊茅品种，对其萌发期的耐盐性进行研究、评价，以期选出耐盐性更佳的品种，为盐碱地改良与绿化提供一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试草种为超级警犬、警犬、踏火6号、红宝石2号和贝克5个高羊茅品种，均由北京克劳沃草业技术开发中心提供；分析纯NaCl由天津市光复科技发展有限公司生产。

1.2 试验设计

试验用NaCl模拟盐胁迫，共设置5个NaCl处理，以蒸馏水作为对照，共计6种处理，每个品种的每个处理4次重复。选取适量成熟、匀称、饱满的高羊茅种子，将各品种的种子分别浸泡于0.1%HgCl2溶液消毒10 min，用蒸馏水冲洗6次，保证其被冲洗干净，然后晾干，将不同浓度的处理液分别加入铺有两层滤纸、直径为9 cm的培养皿中，每个培养皿5 mL，使之充分润湿滤纸。然后取消毒的种子50粒均匀铺于其中，在25 ℃的培养箱中进行培养，采用称重法每日补充蒸散的水分，以维持盐浓度。

1.3 测定指标与方法

每天观察并记录种子发芽数；7 d后统计种子的发芽势，11 d 后统计种子的发芽率[9, 14]，每个品种的每个处理随机挑选10株幼苗，用直尺测定其苗长，并用分析天平测量幼苗鲜重。根系指标用Delta-TSCAN根系分析系统(HP.C7717 Singaporean)测量。其中各指标计算公式如下：

相对发芽率=处理种子发芽数/对照种子发芽数×100%；

相对发芽势=第7天处理种子发芽数/第7天对照种子发芽数×100%[16]；

相对发芽指数=处理种子发芽指数/对照种子发芽指数×100%。

式中：Gt为不同时间发芽种子数，Dt为相应发芽天数。

式中：S为幼苗平均质量[14-16]。

相对盐害率 = (对照种子发芽率-处理种子发芽率)/对照种子发芽率 × 100%[14]。

1.4 耐盐性综合评价

参照张国新等[17]和贾蓉等[18]的方法，采用隶属函数法对5个高羊茅品种的萌发期耐盐性进行综合评价。选取发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗长、盐害率这几项指标作为主要分析指标，通过计算各项指标的相对值，来消除品种本身的固有差异。通过计算单项指标在不同浓度下的相对值的均值，得出该项指标的耐盐系数。根据单项指标的耐盐系数计算其隶属函数值。其中正相关指标隶属函数值计算方法：X1=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)；负相关指标隶属函数值计算方法：X2= 1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中：X1为正相关指标隶属函数值，X2为负相关指标隶属函数值。X为指标的实际测定值，Xmax为指标测定的最大值，Xmin为指标测定的最小值。其中除了盐害率外，其他指标都是正相关指标。对各项指标的耐盐系数运用正相关和负相关的计算方法将各项指标换算成隶属函数值后，将各项指标的隶属函数值相加求平均值，并对均值进行排序，均值越大，耐盐性越强。

1.5 数据分析

所有数据均用 Microsoft Excel 2003统计并制图，采用 IBM SPSS Statistics 20统计软件对同种高羊茅在不同NaCl浓度下以及相同NaCl浓度下不同高羊茅品种的发芽势、发芽率、发芽指数的相对值、种子活力指数、相对根长及苗长等指标进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 NaCl 胁迫对高羊茅种子萌发的影响

对照条件下，所有品种的相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数均为100%。50～250 mmol·L-1NaCl浓度范围内，5个高羊茅品种的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数和种子活力指数都随着盐浓度的升高而呈现下降趋势(表1、表2)。在50 mmol·L-1的盐浓度下，5个高羊茅品种之间的相对发芽率和相对发芽势均无显著差异(P＞ 0.05)；踏火6号、警犬和超级警犬的活力指数均显著高于对照(P＜ 0.05)，说明低浓度的盐对于这3个品种的萌发有一定的促进作用。100 mmol·L-1的盐浓度下，5个高羊茅品种间的种子相对发芽率差异显著(P＜ 0.05)，踏火6号的最高，除与警犬的差异不显著(P＞ 0.05)，显著高于贝克、红宝石2号和超级警犬(P＜ 0.05)，5个高羊茅品种间的相对发芽势与相对发芽指数的差异不显著(P＞ 0.05)。随着盐浓度升高至150 mmol·L-1，品种间相对发芽指数差异显著(P＜ 0.05)，其中踏火6号的相对发芽率降幅最低，为7.47百分点，而贝克的相对发芽率的降幅最高，达到了34.48百分点，相对发芽势和相对发芽指数方面踏火6号的降幅最小，其降幅分别12.5百分点和41.66百分点。在NaCl浓度继续升至200 mmol·L-1时，相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数3个方面表现最好的依然是踏火6号，其降幅依次为28.74百分点、45百分点和67.12百分点，而表现最差的则为红宝石2号，其相对发芽势和相对发芽指数的降幅分别为88.67百分点和85.51百分点，其次为超级警犬，其相对发芽势和相对发芽指数的降幅分别为81.94百分点和84.64百分点。而当 NaCl浓度到达 250 mmol·L-1时，踏火 6号种子的相对发芽率和相对发芽指数均显著高于其他 4个高羊茅品种 (P＜ 0.05)。在 0～250 mmol·L-1的NaCl浓度内，各个浓度下踏火6号的种子活力指数均显著高于其他4个高羊茅品种(P＜ 0.05)。

2.2 NaCl 胁迫对高羊茅幼苗生长的影响

对照条件下，所有品种的相对根长和相对苗长均为 100%。在 50～250 mmol·L-1的 NaCl浓度范围内，5个高羊茅品种的相对根长和相对苗长随着盐浓度的升高而整体呈现下降趋势(表3)，这表明随着盐浓度的上升，高羊茅的胚根和幼苗的生长受到的抑制逐渐加重。在50 mmol·L-1的盐浓度下，各品种间相对根长与相对苗长的差异均不显著(P＞0.05)；在 100 mmol·L-1的盐胁迫下，红宝石 2号、警犬、踏火6号和超级警犬的相对苗长均显著高于贝克 (P＜ 0.05)；NaCl浓度上升至 150 mmol·L-1时，各品种间相对根长差异显著(P＜ 0.05)，其中根系生长受抑制程度最重的是踏火6号，其根长降幅为59.30百分点，其次为贝克和超级警犬，其根长降幅分别为44.74百分点和49.64百分点，而相对苗长受抑制最严重的为警犬和踏火6号，其苗长降幅分别为55.17百分点和50.17百分点；在NaCl浓度继续上升至200 mmol·L-1时，红宝石2号根系生长受抑制程度最低，其根长降幅为58.73百分点，而苗长生长受抑制程度最低的为踏火6号，其苗长降幅为62.39百分点，苗长生长受抑制程度最严重的为警犬和超级警犬，其苗长降幅分别为71.27百分点和71.56百分点；在盐浓度到达250 mmol·L-1时，各品种的相对苗长差异不显著(P＞ 0.05)，根系生长受抑制程度最严重的是踏火6号和超级警犬，降幅分别为85.30百分点和85.31百分点，受抑制程度最轻的是红宝石2号，降幅为76.90百分点。

表1 不同浓度NaCl胁迫下5个高羊茅品种相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数Table 1 Relative germination rate, potential, and index of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations

表2 不同浓度NaCl胁迫下5个高羊茅品种活力指数Table 2 Seed vigor index of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations

表3 不同浓度NaCl胁迫下5个高羊茅品种相对根长和相对苗长Table 3 Relative root length and seedling length of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations %

2.3 NaCl 胁迫对高羊茅种子相对盐害率的影响

相对盐害率能反映种子萌发期盐胁迫对种子的伤害程度。对照条件下，所有品种的相对盐害率均为 0。在 50～250 mmol·L-1的盐浓度范围内，随着NaCl浓度的增加，5种高羊茅种子的相对盐害率总体呈现上升趋势 (表4)。在 50 mmol·L-1的盐浓度下，5个高羊茅品种间的相对盐害率差异不显著(P＞ 0.05)，当 NaCl浓度大于 50 mmol·L-1时，5种高羊茅间相对盐害率出现显著差异(P＜ 0.05)；在100 mmol·L-1的 NaCl浓度下，5个高羊茅品种的相对盐害率依次为踏火6号 ＜ 警犬＜ 红宝石2号、贝克＜超级警犬 ；当 NaCl浓度为150 mmol·L-1时，踏火6号的相对盐害率最低，红宝石2号、警犬、超级警犬次之，贝克的相对盐害率最高；而当 NaCl浓度上升至 200和 250 mmol·L-1时，踏火6号的相对盐害率显著低于其余4种高羊茅(P＜ 0.05)。

2.4 高羊茅种子萌发期耐盐性综合评价

通过对发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、根长、苗长、盐害率这7项指标的隶属函数值进行比较分析(表5)，得出5个高羊茅品种总的耐盐性排序为踏火 6号 ＞ 警犬 ＞ 红宝石 2号 ＞ 贝克 ＞超级警犬。

表4 不同浓度NaCl胁迫下5个高羊茅品种相对盐害率Table 4 Relative salt damage rate of 5 tall fescue varieties at different NaCl concentrations %

表5 隶属函数值及综合排序Table 5 Value of membership function and comprehensive ranking

3 讨论

盐胁迫对于植物的危害主要体现在两个方面，其一是盐分浓度过高会导致外界溶液的渗透压也随之提高，从而使种子吸水困难，难以萌发；其二是某种离子浓度过高造成离子对种子毒害作用[19]。本研究主要通过对5个高羊茅品种萌发期的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数、种子活力指数、相对苗长、相对根长和相对盐害率等指标进行观测，分析、比较其耐盐性的差异，从而筛选出耐盐性较佳的品种。结果表明，在一定浓度范围内，NaCl胁迫会抑制高羊茅种子的萌发，并且随着NaCl浓度的升高，高羊茅种子的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数和种子活力指数等发芽指标也随之降低，这与范燕等[20]和卢艳敏[14]的研究结果一致；同时，盐胁迫会导致高羊茅种子发芽势降低，萌发进程缓慢，这与李孔晨等[21]的研究结果一致。在50 mmol·L-1盐浓度下，红宝石2号和超级警犬的发芽势相比对照略有提高，说明一定低浓度的盐分对种子萌发具有一定的促进作用，这与张剑云等[22]的研究结果相符。在同一盐浓度下，不同品种的高羊茅种子的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数和种子活力指数不同，反映出不同品种间耐盐性的差异，因此，种子活力指数、相对发芽率、相对发芽势和相对发芽指数可以作为种子萌发期耐盐能力评价指标。

盐胁迫对高羊茅的根生长和幼苗生长具有显著的抑制作用，主要表现为根系长度与幼苗长度会随盐浓度的提高而降低，说明随着盐胁迫的提高，高羊茅幼苗与根系生长所受到的抑制加剧，这与范燕等[20]和宋锐等[23]的研究结果一致，在同一盐浓度下，幼苗长度的降幅普遍低于根长的降幅，这与李海燕等[24]的研究结果一致，说明盐胁迫对于高羊茅幼根生长的抑制作用要强于对幼苗生长的抑制作用，这可能与根和盐直接接触有关。而盐胁迫抑制植物生长的机理可能主要与植物根系对于水分和营养物质的吸收受到抑制有关[25]。当外界溶液盐浓度升高时，水势降低，根部细胞难以从外界吸收到足够的水分和营养物质，导致植物的蒸腾作用受到抑制，进而导致植物的光合作用因缺乏必要的原材料(如CO2和H2O)而难以进行，最终影响到植物幼苗的生长与发育。当外界溶液的盐浓度高到一定程度时，植物根系细胞甚至可能水分外渗进而导致整株植物萎蔫失水，严重时导致植物死亡[26]。

很多植物通过改变自身结构、外部形态和调节生理机制来适应外界的盐胁迫[27]。研究中5种高羊茅的形态特征会在盐胁迫下发生改变，比如茎叶、根系等的长度会随着盐溶液浓度的升高而缩短。说明高羊茅可以通过调控细胞的分裂和生长过程减缓植物生长，减少对于水分的消耗以缓解外界高盐浓度导致的植物生理干旱，进而增强植物对于盐胁迫的耐受性。

与大多数冷季型草坪草相比，高羊茅的耐盐性更强[28-29]，高羊茅种子在萌发期对盐分具有一定的耐受能力，且耐瘠薄，抗逆性强，适应范围较广[30]，因此可用于盐碱地的改良与绿化，但不同品种高羊茅对于盐分的耐受能力不同，且对不同环境的适应性也不同，因此，应用时应考虑到品种间的差异，并根据当地的水文及气候条件，选择较为耐盐且对当地环境适应较好的品种来进行推广、绿化，以达到经济及生态效益的最大化。

4 结论

在一定的浓度范围内，NaCl胁迫会导致高羊茅的萌发与生长受到抑制，并且随着NaCl浓度的升高，高羊茅种子的相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指数和种子活力指数等发芽指标也随之降低，根长和苗长也随之缩短以增强其对于盐胁迫的耐受性，相对盐害率随盐浓度的增加而升高。5个高羊茅品种种子萌发期耐盐性强弱依次为踏火 6号 ＞ 警犬 ＞ 红宝石 2号 ＞ 贝克 ＞ 超级警犬。