王英男 齊明明 張金偉 張娜 閻秀峰 藺吉祥

摘要：虎尾草（Chloris virgata）是我國北方地區(qū)廣泛分布的優(yōu)質牧草，對東北地區(qū)鹽堿地改良與恢復起著至關重要的作用。用NaCl，NaHCO3和PEG分別模擬土壤的鹽、堿和干旱條件以明確基于相同水勢的不同脅迫特征對虎尾草種子發(fā)芽的影響。結果表明，在各脅迫處理下，隨著水勢的降低，虎尾草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率以及芽長與根長均不斷下降，且堿脅迫下下降幅度最大。鹽脅迫處理下，虎尾草種子復萌率在-1.2 Mpa最高，干旱脅迫處理中未發(fā)芽的種子80%以上也可以繼續(xù)萌發(fā)，但在此水勢的堿脅迫中未發(fā)芽的虎尾草種子均難以復萌。研究結果表明，鹽、堿和干旱脅迫對于虎尾草種子的發(fā)芽有著不同的影響，由于高pH作用，堿脅迫對虎尾草發(fā)芽的抑制作用強于鹽脅迫與干旱脅迫。

關鍵詞：虎尾草；鹽脅迫；堿脅迫；水勢；復萌

中圖分類號：Q 945.78文獻標識碼：A文章編號：10095500（2015）05002805

虎尾草（Chloris virgata）是禾本科一年生優(yōu)質牧草，廣泛分布于我國各地區(qū)，尤以北方居多，其富含大量的蛋白質，是家畜喜食的優(yōu)質牧草[1]。東北地區(qū)松嫩草地由于人為不合理的利用與開發(fā)，70%的草地發(fā)生了不同程度的退化，且退化面積仍在逐步擴大，虎尾草種子產量高，生長迅速，雨季可以迅速萌發(fā)，形成單優(yōu)勢種的虎尾草群落；虎尾草植株根系發(fā)達，茂密，具有較強的耐鹽堿與耐旱性。為此，一直以來虎尾草被視為改良與恢復退化鹽堿草地的優(yōu)勢物種[2]。

種子萌發(fā)期是植物生活史的起點，也是最為重要的階段，對植株的建成與分布起著決定性的作用[3]。種子萌發(fā)受溫度、氧氣、光照等一系列環(huán)境因素的影響，其中，土壤水勢是最為關鍵的條件。對于休眠深度較輕的植物種子，在外界環(huán)境條件適宜的情況下，一旦吸收水分便可以萌發(fā)出苗。在東北松嫩草地上，土壤水勢主要受鹽、堿濃度與干旱程度制約。有研究明確了鹽脅迫與堿脅迫是兩種完全不同類型的脅迫，其對植物生長與生理代謝影響有著很大差別[4-6]，并且也證明了鹽脅迫與干旱脅迫存在一定的關聯[7-9]，但是有關通過相同的水勢條件來深入解析鹽、堿和干旱對植物種子發(fā)芽的影響，以明確不同類型脅迫的特征及對植物種子發(fā)芽的毒害機理研究較少。以虎尾草為研究對象，通過人工模擬土壤鹽、堿和干旱條件解析其對虎尾草發(fā)芽的影響，為生產中虎尾草的合理利用以及退化草地的改良與恢復提供一定的科學依據。

1材料和方法

1.1試驗材料

供試虎尾草種子2013年采自吉林省長嶺縣松嫩草地西南部鹽堿草地，地理位置N 44°44′，E 123°44′。該地區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風氣候，無霜期140 d，年平均氣溫4.9℃、年均降水量470 mm[10]。采收后的虎尾草種子裝入透氣的口袋中，放入4℃冰箱內保存?zhèn)溆?，試驗?014年7月進行。

1.2溫度與鹽、堿和干旱條件設置虎尾草種子發(fā)芽溫度設置為15～25℃變溫條件，低溫12 h（黑暗），高溫12 h（光照，光照強度為6 400 lx）。通過預試驗設定鹽濃度為0、50、100、200和300 mmol/L，由NaCl進行模擬。試驗各濃度鹽處理的水勢由露點微伏計（HR33T，Wescor Inc.，USA）測定，分別為0，-0.2，-0.4，-0.8 和-1.2 MPa。根據鹽脅迫的水勢梯度測定出堿脅迫（NaHCO3）濃度，干旱脅迫則根據Michel and Kaufmann 對溫度與PEG濃度對滲透勢影響的研究所得出的滲透勢隨PEG6000濃度與溫度變化曲線進行計算[11]。

1.3種子發(fā)芽試驗

挑選飽滿一致的虎尾草種子，先用NaClO溶液消毒10 min，然后再用蒸餾水沖洗3遍，在自然條件下風干。用雙層濾紙平鋪于直徑11 cm的培養(yǎng)皿中，并分別加入10 mL不同濃度的鹽、堿和干旱處理液，以蒸餾水作為對照組，每皿均勻擺入50粒種子，每種處理4次重復。試驗過程中，用稱重法每天早晚各1次補充蒸發(fā)失去的水分，保持鹽濃度恒定，種子露白即視為萌發(fā)，每天同一時間記錄發(fā)芽的種子數量，試驗共8 d。并在發(fā)芽試驗的最后一天測量幼苗的根長與苗長。

種子的發(fā)芽率=（發(fā)芽的種子數/種子總數）×100%；

發(fā)芽速率采用修正的Timson指數進行計算，G是種子每天的發(fā)芽率，t是總的發(fā)芽日期[12] 。

發(fā)芽速率=∑G/t×100%

1.4數據分析

試驗數據采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件，對不同處理下發(fā)芽與生長指標進行單因素方差分析，結果用平均數正負標準誤表示，單因素方差分析（ANOVA）后做多重比較（LSD），顯著水平為0.05。

2結果與分析

2.1鹽、堿與干旱脅迫對虎尾草種子發(fā)芽率與發(fā)芽速率的影響

虎尾草種子在無脅迫環(huán)境條件下發(fā)芽率最高，為85.3%，隨著水勢的降低，各脅迫下種子發(fā)芽率均呈下降趨勢。在鹽脅迫下，當水勢在-0.2和-0.4 MPa時，種子發(fā)芽率并未與對照出現顯著差異，而當水勢達到-0.8 MPa時，種子發(fā)芽率開始顯著下降（P<0.05）。在堿脅迫下，當水勢僅為-0.2 MPa時，種子發(fā)芽率便顯著下降（P<0.05），而當水勢達到-0.8 MPa時，種子發(fā)芽率為0。干旱脅迫對種子的抑制作用介于鹽脅迫與堿脅迫之間，當水勢為-0.2 MPa時，發(fā)芽率并未發(fā)生顯著變化，隨著水勢進一步降低，種子發(fā)芽率顯著下降（P<0.05），在水勢為-1.2 MPa時，種子發(fā)芽率為0（表1）。發(fā)芽速率與發(fā)芽率變化規(guī)律相似，堿脅迫對虎尾草種子的抑制作用最強（表1）。

表1鹽、堿與干旱脅迫下虎尾草種子的發(fā)芽率

與發(fā)芽速率

Table 1Effect of salinity，alkalinity and drought stresses

on seed germination percentage and germination

rate of Chloris virgata

處理水勢/MPa發(fā)芽率/%發(fā)芽速率/%鹽脅迫085.3±0.7a68.8±0.3a-0.285.3±1.3a65.7±0.5ab-0.484.0±3.0a61.8±3.5b-0.878.7±0.7b39.7±0.7c-1.237.3±0.8c11.6±0.8d堿脅迫-0.271.3±1.8b44.0±0.7b-0.418.0±2.0c10.5±1.4c-0.80.0±0.0d0.0±0.0d-1.20.0±0.0d0.0±0.0d干旱脅迫-0.285.3±1.3a59.6±2.9b-0.476.0±2.0b40.1±1.4c-0.814.7±2.3c7.8±0.5d-1.20.0±0.0d0.0±0.0e注：不同字母表示同一脅迫處理下不同水勢之間差異顯著（P<0.05），下同

2.2鹽、堿與干旱脅迫對虎尾草種子復萌率與總發(fā)芽率的影響

虎尾草種子的復萌率在鹽脅迫與干旱脅迫中表現出相似的變化規(guī)律，隨著水勢的不斷降低，復萌率不斷升高（圖1）。在鹽脅迫下，水勢為-0.2和-0.4 MPa時，虎尾草種子復萌率為0，當水勢達到-1.2 MPa時，復萌率最高，為32.9%。干旱脅迫盡管表現出相似的變化規(guī)律，但是復萌率較鹽脅迫更高，在最低水勢（-1.2 MPa）時，復萌率達到了82.67%。堿脅迫則表現出不同的變化規(guī)律，呈先上升后下降的趨勢，在水勢為-0.4 MPa時，復萌率最高，為61.6%，隨著水勢的進一步降低，復萌率顯著下降（P<0.05）。

在鹽脅迫下，除最低水勢（-1.2 MPa）外，虎尾草種子在經過復萌后總發(fā)芽率與對照并未發(fā)生顯著變化，而對于干旱脅迫，即使在最低水勢下，總發(fā)芽率也與對照無顯著差異（圖2）。而在堿脅迫下，當水勢為-0.2 MPa時與對照無顯著差異，而隨著水勢進一步降低，虎尾草總發(fā)芽率顯著下降（P<0.05），特別是在最高濃度堿脅迫下，總發(fā)芽率下降了60%，表明堿脅迫對種子的抑制作用最強。

圖1鹽、堿和干旱脅迫下虎尾草種子復萌率

Fig.1Effect of salinity，alkalinity and drought stresses

on seed germination recovery percentage

of Chloris virgata

注：不同小寫字母表示同一脅迫處理下不同水勢之間差異顯著（P<0.05），下同

圖2鹽、堿和干旱脅迫下虎尾草種子總發(fā)芽率

Fig.2Effect of salinity，alkalinity and drought stresses

on total germination percentage of Chloris virgata虎尾草芽長與根長同樣隨著水勢的降低而減少（表2）?；⑽膊菅块L在各脅迫處理下隨著水勢的降低顯著下降（P<0.05），且在堿脅迫下下降幅度更大，當水勢為-0.8 MPa時，芽長為0。根長的變化相對芽長來說并不明顯，鹽脅迫下各水勢之間并無顯著差異，而同樣是堿脅迫對根長的抑制作用最強。

3討論

松嫩草地位于我國東北部，是典型的干旱半干旱地帶，由于降水的不規(guī)則，蒸發(fā)量大于降水量，且土壤類型多為鹽堿土，使得生長在其中的鹽生植物種子通

表2鹽、堿與干旱脅迫下虎尾草種子幼苗生長

Table 2Effect of salinity，alkalinity and drought

stresses on seedling growth of Chloris virgata

處理水勢/MPa芽長/cm根長/cm鹽脅迫01.9±0.23a0.6±0.05a-0.21.5±0.08b0.4±0.03b-0.41.3±0.12b0.3±0.01b-0.80.7±0.09c0.2±0.02b-1.20.3±0.06d0.2±0.01b堿脅迫-0.20.9±0.08b0.3±0.04b-0.40.2±0.01c0.1±0.01c-0.80±0d0±0d-1.20±0d0±0d干旱脅迫-0.21.5±0.18b0.3±0.04b-0.40.8±0.06c0.3±0.03b-0.80.2±0.01d0.1±0.01c-1.20±0d0±0c常會面臨鹽、堿和干旱脅迫，而由不同類型脅迫產生的低水勢無疑是制約種子發(fā)芽的重要因素[13，14]。鹽生植物能夠生活在這種環(huán)境中，自身也會有一定的適應策略[15]。研究結果發(fā)現，在相同水勢下，堿脅迫對種子發(fā)芽的抑制作用最強，干旱脅迫次之，而鹽脅迫下種子發(fā)芽率相對較高。主要是由于鹽、堿脅迫抑制種子萌發(fā)的機理不同，鹽脅迫對種子萌發(fā)的抑制歸因于滲透脅迫與離子效應，而堿脅迫除了具有與鹽脅迫相同的抑制效應外，又附加了高pH傷害，使有毒的Na+與H+的交互作用遠大于單純離子對種子萌發(fā)的影響[16-18]。通過鹽脅迫與干旱脅迫結果分析表明，一定程度的離子效應對發(fā)芽有一定的促進作用。

盡管鹽生植物種子在高濃度鹽脅迫下發(fā)芽率較低，但當水分等環(huán)境適宜，鹽濃度降低后，多數種子可以繼續(xù)萌發(fā)[19，20]。研究結果表明，較低濃度鹽脅迫下，復萌率較低，而在高鹽濃度下，復萌率較高，表明高鹽脅迫對虎尾草種子的抑制作用可能主要以滲透脅迫為主，而非離子毒害，此點在干旱脅迫的結果中也得到了證實，最低水勢下未萌發(fā)的虎尾草種子80%以上可以復萌[21]，一方面表明低水勢對虎尾草種子發(fā)芽有一定的刺激作用，另一方面也說明多數虎尾草種子在超出其耐受限度時仍然可以保持活力，一旦遇到雨水較多的氣候，土壤水分充足時便萌發(fā)出土。而在堿脅迫下，虎尾草種子復萌率普遍較低，表明堿脅迫具有的高pH，對種子傷害更為復雜，不僅僅表現為對發(fā)芽率與發(fā)芽速率的抑制，其加劇了滲透脅迫、離子效應對萌發(fā)的抑制作用，還在一定程度上破壞了種胚，使種子失去活力。說明鹽脅迫與堿脅迫對虎尾草種子萌發(fā)抑制作用和毒害機理是不同的，有關這點，有待今后工作中進一步研究。

參考文獻：

[1]余苗，鐘榮珍，周道瑋，等.不同生育期虎尾草的體外發(fā)酵產氣特性[J].草業(yè)科學，2014，31（5）：956-964.

[2]何念鵬，吳泠，姜世成，等.播種虎尾草對松嫩草地次生光堿斑治理的初步研究[J].草業(yè)學報，2005，14（6）：79-81.

[3]Lin N F.Study on the environment evolution and the analysis of causes to land salinization and deserti cation in Songnen plain[J].Quaternary Sciences，2005，25（4）：474-483.

[4]楊春武，李長有，尹紅娟，等.小冰麥對鹽脅迫和堿脅迫的生理響應[J].作物學報，2007，33（8）：255-1261.

[5]楊春武，李長有，張美麗，等.鹽堿脅迫下小冰麥體內的pH及離子平衡[J].應用生態(tài)學報，2008，19（5）：1000-1005.

[6]劉杰，張美麗，張義，等.人工模擬鹽堿環(huán)境對向日葵種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].作物學報，2008，34（10）：1818-1825.

[7]Katembe W J，Ungar I A，Mitchell J P.Effect of Salinity on Germination and Seedling Growth of two Atriplexspecies （Chenopodiaceae）[J].Annals of Botany，1998，82（2）：167-175.

[8]Duan D，Liu X，Khan M A，et al.Effects of salt and water stress on the germination of chenopodium glaucuml.seed[J].Pakistan Journal of Botany，2004，36（4）：793-800.

[9]曹滿航，李進，張婷，等.溫度和水分及鹽分脅迫對銀沙槐種子萌發(fā)的影響[J].西北植物學報，2011，31（4）：746-753.

[10]Zhang J T，Mu C S，Wang D L，et al.Shoot population recruitment from a bud bank over two seasons of undisturbed growth of Leymus chinensis[J].Botanybotanique，2009，87（12）：1242-1249.

[11]Michel B E，Mr K.The osmotic potential of polyethylene glycol 6000[J].Plant Physiology，1973，51（5）：914-916.

[12]藺吉祥，李曉宇，張兆軍，等.溫度與鹽堿脅迫交互作用對羊草種子萌發(fā)與幼苗生長的影響[J].草地學報，2011，19（6）：1005-1009.

[13]管博，周道瑋，田雨，等.鹽堿及變溫條件對花苜蓿種子發(fā)芽的影響[J].中國草地學報，2010，32（1）：58-63.

[14]樊學惠.鹽分濃度對小黑麥和燕麥出苗率、芽長及根長的影響[J].草原與草坪，2013，33（3）：26-30.

[15]渠曉霞，黃振英.鹽生植物種子萌發(fā)對環(huán)境的適應對策[J].生態(tài)學報，2005，25（9）：2389-2398.

[16]沈禹穎，王鎖民，陳亞明.鹽脅迫對牧草種子萌發(fā)及其恢復的影響[J].草業(yè)學報，1999，8（3）：54-60.

[17]馮淑華，陳雅君.干旱對草地早熟禾種子萌發(fā)的影響[J].草原與草坪，2006（1）：70-71.

[18]李曉宇，藺吉祥，李秀軍，等.羊草苗期對鹽堿脅迫的生長適應及Na+、K+代謝響應[J].草業(yè)學報，2013，22（1）：201-209.

[19]高占軍，張星亮，張穎，等.鹽脅迫對白三葉種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響[J].草原與草坪，2015，35（2）：73-76.

[20]Guo R，Shi L X，Yang Y F.Germination，growth，osmotic adjustment and ionic balance of wheat in response to saline and alkaline stresses[J].Soil Science and Plant Nutrition，2009，55：667-669

[21]劉美珍，張海敏，楊珊，等.渾善達克沙地C3和C4植物對干旱脅迫響應策略[J].科技導報，2011，25：15-18.

Effect of different types of water potential mediated

soil stress on seed germination of Chloris virgata

WANG Yingnan1，QI Mingming1，ZHANG Jinwei2，ZHANG Na2，

YAN Xiufeng1，LIN Jixiang1，

（1.Alkali Soil Natural Environmental Science Center，Northeast Forestry University/ Key Laboratory of

Salinealkali Vegetation Ecology Restoration in Oil Field，Ministry of education，Harbin 150040，

China； 2.Key Laboratory of Vegetation Ecology of Ministry of Education，Institute of Grassland

Science，Northeast Normal University，Changchun 130024，China）

Abstract：Chloris virgata is considered as a useful grass species for grassland restoration in Northern China.The effect of salinity，alkalinity and drought stresses simulated with NaCl，NaHCO3 and PEG solutions on seed germination and seedling growth was studied under same water potential conditions.And the water potentials were -0.2，-0.4，-0.8 and -1.2 MPa. Results showed that the seed germination percentage，germination rate，root length and bud length gradually decreased along with the decrease of water potential.Recover percentage in salinity treatment reached the highest at -1.2MPa，and over 80% of seeds germinated at this water potential after removing drought stress.But it was hard to recover under the same water potential of alkali stress.Salinity，alkalinity and drought stresses had different impacts on seed germination.Due to high pH，the inhibitory effect of alkali stress was stronger than salinity and drought stresses.

Key words：salt stress；alkaline stress；germination percentage；water potential；recovery