巴 圖, 趙萌莉, 李 倩, 韓國棟, 徐 軍

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

不同苜蓿品種種子發(fā)芽對鹽脅迫的響應(yīng)

巴 圖, 趙萌莉, 李 倩, 韓國棟, 徐 軍

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

[目的] 針對內(nèi)蒙古西部地區(qū)草地土壤鹽堿化，選擇鹽堿土壤的主要成分NaCl和Na2SO4配成混合鹽溶液進(jìn)行室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)，篩選適合當(dāng)?shù)胤N植的耐鹽苜蓿品種，為內(nèi)蒙古西部鹽堿草場的苜蓿種植提供理論依據(jù)。 [方法] 將NaCl和Na2SO4按摩爾濃度1∶1，用蒸餾水配成含鹽量0.0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%，1.8%，2.0%共11個(gè)梯度鹽溶液，對25個(gè)苜蓿品種進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，測定種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、種子相對簡易活力指數(shù)，進(jìn)行耐鹽類型的劃分。 [結(jié)果] 輕度鹽分脅迫(0.2%和0.4%鹽濃度)促進(jìn)了苜蓿種子發(fā)芽，提高了種子的發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、種子相對簡易活力指數(shù)；不同苜蓿品種間種子發(fā)芽的適宜鹽濃度、半致死濃度、極限濃度差異較大。多數(shù)苜蓿品種的種子發(fā)芽適宜鹽濃度是0.0%～0.6%，半致死鹽濃度為0.8%，中草3號(hào)高達(dá)1.4%；極限鹽濃度在1.0%～2.0%。 [結(jié)論] 綜合聚類分析和種子發(fā)芽指標(biāo)的表現(xiàn)得出，中草3號(hào)、新苜2號(hào)品種表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐鹽性，屬于耐鹽品種，magnumV-wet、赤草1號(hào)耐鹽性較差，屬鹽敏感品種

苜蓿種子; 鹽脅迫; 發(fā)芽; 聚類分析; 耐鹽類型

文獻(xiàn)參數(shù)： 巴圖, 趙萌莉, 李倩, 等.不同苜蓿品種種子發(fā)芽對鹽脅迫的響應(yīng)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(2)：96-101.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.013； Ba Tu, Zhao Mengli, Li Qian, et al. Responses of Seed Germination of Different Alfalfa Varieties to Salt Stress[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：96-101.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.013

全世界農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)大約有50%的面積有鹽漬化或?qū)⑹茺}漬化威脅。中國是世界鹽地大國之一。內(nèi)蒙古鹽漬土地面積已達(dá)3.16×106hm2，給生態(tài)環(huán)境和作物生產(chǎn)帶來極大危害，所以合理利用和改良鹽漬化土壤是亟待解決的重要問題。苜蓿作為改良鹽漬化土壤的“先鋒作物”，常用于鹽漬化土壤種植。苜蓿品種較多，耐鹽能力差異較大，通過篩選耐鹽品種是改良鹽漬化土壤的最有效措施之一[1]，也直接決定著土地產(chǎn)出能力。與植物生長相比，種子發(fā)芽更易遭受鹽害[2]，在鹽脅迫下作物正常生長和發(fā)育的基礎(chǔ)是種子能夠在鹽脅迫下發(fā)芽[3]。一些學(xué)者[4-5]對作物種子的發(fā)芽進(jìn)行了研究，主要集中在鹽脅迫對作物種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的比較分析。而在作物種子耐鹽類型，尤其是對苜蓿種子進(jìn)行耐鹽類型劃分、致死鹽濃度、半致死鹽濃度方面的探究鮮見報(bào)道。因此，該研究采用內(nèi)蒙古西部地區(qū)鹽漬化土壤主要成分NaCl，Na2SO4，配成混合溶液對苜蓿25個(gè)品種進(jìn)行耐鹽性篩選，以期為內(nèi)蒙古西部地區(qū)鹽漬化土壤苜蓿種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

該試驗(yàn)采用25個(gè)不同苜蓿品種進(jìn)行耐鹽性研究，具體品種名稱詳見表1。

表1 供試苜蓿品種

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于每個(gè)品種中均選出100粒種子，經(jīng)過KMnO4消毒、蒸餾水洗滌，放置于下鋪2張經(jīng)蒸餾水潤濕的定量濾紙的培養(yǎng)皿中，待培養(yǎng)皿中的水分蒸發(fā)完后加入相應(yīng)鹽溶液。NaCl和Na2SO4以摩爾濃度比1∶1用蒸餾水配置成含鹽量0.0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，1.4%，1.6%，1.8%，2.0%的11個(gè)鹽濃度溶液，設(shè)0%為對照。每個(gè)鹽濃度溶液吸取3 ml放入每個(gè)苜蓿品種里，蓋好蓋，并稱重記錄每個(gè)培養(yǎng)皿的質(zhì)量；每個(gè)品種的各個(gè)鹽濃度處理均重復(fù)8次。置入人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)，設(shè)定濕度80%，恒溫25 ℃，光照強(qiáng)度6 000 lx，光照間隔12 h。每隔24 h觀測種子發(fā)芽情況，記錄種子發(fā)芽數(shù)，用稱重法補(bǔ)充失去的蒸餾水以保證鹽溶液濃度。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

每天觀察、記錄發(fā)芽時(shí)間及發(fā)芽數(shù)量，第7天，測量苜蓿幼苗長度、種子發(fā)芽率，計(jì)算其種子相對發(fā)芽指數(shù)、種子相對簡易活力指數(shù)、種子發(fā)芽適宜濃度、半致死濃度、致死濃度指標(biāo)。

幼苗長度采用直尺測量；發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、種子簡易活力指數(shù)計(jì)算公式為：

種子發(fā)芽率(G)=發(fā)芽種子數(shù)/種子數(shù)×100%。

種子相對發(fā)芽指數(shù)(G·I)=∑(在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)/相對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù))[6]。

種子相對簡易活力指數(shù)=G·I·W。通常W為幼苗干重或長度，不同研究者采用的方法各異，劉寶玉等以發(fā)芽種子長度為基礎(chǔ)[7]、王芳等[8]以幼苗干重為基礎(chǔ)、顏宏等[9]以幼苗長度為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的，該研究中W以幼苗長度為基礎(chǔ)進(jìn)行測算。

第7天，對苜蓿不同品種在鹽脅迫下種子發(fā)芽耐鹽適宜范圍、耐鹽半致死濃度與耐鹽極限濃度的確定，該研究在郝志剛等[10]采用的方法的基礎(chǔ)上，做了如下改動(dòng)：耐鹽適宜范圍(%)≥對照發(fā)芽率75%的鹽溶液濃度；耐鹽半致死濃度(%)≥對照發(fā)芽率50%的鹽溶液濃度；耐鹽極限濃度(%)≤對照發(fā)芽率的10%的鹽溶液濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel做圖，用SAS 9.0軟件進(jìn)行方差分析與聚類分析，對各指標(biāo)品種間進(jìn)行最小顯著差法(LSD)檢驗(yàn)，水平0.05%。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼苗長度

低鹽濃度對苜蓿幼苗長度具有較小的抑制作用，適當(dāng)?shù)望}濃度促進(jìn)幼苗長度的增加[11]。從圖1可以看出，0.4%鹽濃度下，各處理苜蓿的幼苗長度相對較長，該濃度下M1，M2，M3品種的幼苗長度分別比CK(0.0%)高5.93%，16.00%和14.82%，分別比0.2%鹽濃度處理的高16.39%，4.04%和6.02%；0.4%鹽濃度下，M11和M14品種的幼苗長度分別比CK(0.0%)高出5.93%和34.81%，分別比0.2%鹽濃度處理的高出2.81%和18.17%，而M9品種在0.4%鹽濃度下較0%鹽濃度下高出29.49%，較0.2%鹽濃度下低5.19%。在0.4%鹽濃度下，M1品種的幼苗長度比M9，M11和M14品種的幼苗長度分別高出67.78%，113.39%和83.33%；M2品種的幼苗長度比M9，M11和M14品種的幼苗長度分別高出40.92%，79.24%和53.99%；M3品種的幼苗長度比M9，M11和M14品種的幼苗長度分別高出32.33%，68.31%和44.60%。由此可見，M1，M2，M3品種的幼苗相對較長，M9，M11，M14品種的長度相對較小。0.0%～0.4%鹽濃度下苜蓿的幼苗長度較長，輕度鹽脅迫促進(jìn)了苜蓿幼苗的伸長，高于0.4%鹽濃度對苜蓿造成了脅迫。

圖1 不同鹽濃度下苜蓿不同品種(系)幼苗長度

2.2 種子發(fā)芽率

從圖2可以看出，0.4%鹽濃度下，M1，M2，M3品種的發(fā)芽率分別比CK(0%)高2.24%，2.25%和2.07%，分別比0.2%鹽濃度處理的高1.47%，1.35%和1.14%；0%鹽濃度下，M1，M2，M3，M8，M18品種的種子發(fā)芽率分別較M11品種高62.81%，60.86%，60.81%，58.83%和55.67%，分別較M14品種高109.25%，106.74%，106.68%，104.13%和100.07%，分別比M15品種高57.22%，55.34%，55.29%，53.37%和50.32%；0.2%鹽濃度下，M1，M2，M3，M8，M18品種種子發(fā)芽率分別較M11品種高45.76%，44.23%，44.23%，42.85%和39.76%，分別較M14品種高70.18%，68.38%，68.37%，66.76%和63.16%，分別比M15品種高53.00%，51.38%，51.38%，49.93%和46.69%；0.4%鹽濃度下，M1，M2，M3，M8，M18品種的種子發(fā)芽率分別較M11品種高37.94%，36.31%，36.02%，37.31%和34.48%，分別較M14品種高58.18%，56.31%，55.99%，57.46%和54.21%，分別比M15品種高45.67%，43.94%，43.64%，45.00%和42.01%。由此可見，M1，M2，M3，M8，M18品種的種子發(fā)芽率較高，M11，M14，M15品種的發(fā)芽率較低。0.4%鹽濃度下各苜蓿品種的發(fā)芽率最高。

2.3 種子相對發(fā)芽指數(shù)

從圖3可以看出，M1，M2，M3品種的相對發(fā)芽指數(shù)在0.4%鹽濃度下分別比0.2%鹽濃度高11.11%，5.97%和15.00%；0.2%鹽濃度下，M1，M2，M3品種的相對發(fā)芽指數(shù)分別較M11品種高31.07%，30.10%和16.50%，分別較M13品種高29.81%，28.85%和15.38%，分別較M14品種高32.35%，31.37%和17.65%；0.4%鹽濃度下，M1，M2，M3品種的相對發(fā)芽指數(shù)分別較M11品種高29.31%，22.41%和18.97%，分別較M13品種高31.58%，24.56%和21.05%，分別較M14品種高32.74%，25.66%和22.13%。由此可見，M1品種的相對發(fā)芽指數(shù)最高，M2品種次之，M3品種較高，M13，M11品種較低，M14品種最低。0.4%鹽濃度下各苜蓿品種的相對發(fā)芽指數(shù)最高，促進(jìn)了苜蓿發(fā)芽。

圖2 不同鹽濃度下苜蓿不同品種(系)種子發(fā)芽率

圖3 不同鹽濃度下苜蓿不同品種(系)種子相對發(fā)芽指數(shù)

2.4 種子相對簡易活力指數(shù)

從圖4看出，M1，M2，M3品種的相對簡易活力指數(shù)在0.4%鹽濃度下分別比0.2%鹽濃度高24.84%，20.51%和10.07%；0.2%鹽濃度下，M1，M2，M3，M4品種的種子相對簡易活力指數(shù)分別較M11品種高48.11%，47.17%，40.57%和15.09%，分別較M13品種高48.11%，47.17%，40.57%和15.09%，分別較M14品種高49.52%，48.57%，41.90%和16.19%，分別較M15品種高46.73%，45.79%，39.25%和14.02%；0.4%鹽濃度下，M1，M2，M4品種的種子相對簡易活力指數(shù)分別較M11品種高7.10%，2.73%和3.28%，而M3品種較M11品種低10.38%；M1，M2，M3，M4品種分別較M13品種高58.06%，51.61%，32.26%和42.42%，分別較M14品種高63.33%，56.67%，36.37%和57.50%，分別較M15品種高47.37%，41.35%，23.31%和42.11%。由此可見，M1，M2，M3，M4品種的種子相對簡易活力指數(shù)較高，M11，M13，M15品種的種子相對簡易活力指數(shù)較低，M14品種最低。

2.5 耐鹽類型的劃分及耐鹽指標(biāo)的分析

適宜鹽濃度、半致死濃度、極限濃度作為耐鹽類型劃分的重要依據(jù)[10]。由表2可見，苜蓿品種的適宜鹽濃度為0.6%，0.8%的分別占參試品種的72.00%和28.00%，說明多數(shù)苜蓿種子在0.6%鹽濃度范圍內(nèi)可以發(fā)芽。M1品種發(fā)芽的半致死濃度最大，明顯高于其他品種；苜蓿品種種子發(fā)芽的半致死濃度為0.8%，1.0%，1.4%的分別占供試品種的52.00%，44.00%，4.00%，種子發(fā)芽的極限鹽濃度最大的是M1品種，最小的是M14品種；供試苜蓿品種的致死鹽濃度為1.0%，1.2%，1.4%，1.6%，1.8%，2.0%的分別占供試品種總數(shù)的8.00%，24.00%，32.00%，16.00%，16.00%，4.00%，由此可見，不同苜蓿品種種子發(fā)芽的適宜鹽濃度、半致死濃度、極限濃度差異較大。多數(shù)苜蓿品種的種子發(fā)芽致死鹽濃度為1.2～1.8%，適宜鹽濃度是0～0.6%，半致死鹽濃度為0.8%。

圖4 不同鹽濃度下苜蓿不同品種(系)種子相對簡易活力指數(shù)

表2 苜蓿種子發(fā)芽的耐鹽濃度 %

2.6 苜蓿品種(系)耐鹽類型劃分及耐鹽指標(biāo)的分析

對苜蓿幼苗長度、種子發(fā)芽率、種子相對發(fā)芽指數(shù)和種子相對簡易活力指數(shù)取其平均值，進(jìn)行耐鹽類型劃分。由表3可得，小于0.8%鹽濃度時(shí)，品種間各指標(biāo)差異較大，數(shù)值相對較高，當(dāng)大于0.8%鹽濃度時(shí)，各苜蓿品種指標(biāo)數(shù)值表現(xiàn)出明顯下降趨勢。0.8%鹽濃度下，有52%品種種子發(fā)芽達(dá)到半致死濃度，而在1.0%鹽濃度下，有44%品種達(dá)到半致死濃度，因此，0.8%鹽濃度是各項(xiàng)指標(biāo)由不規(guī)則向規(guī)則變化的“拐點(diǎn)”，把0.8%鹽濃度作為對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行耐鹽性鑒定分析較為合理。

2.7 不同品種苜蓿耐鹽類型的劃分

對0.8%鹽濃度下的種子相對發(fā)芽指數(shù)、種子相對簡易活力指數(shù)2個(gè)指標(biāo)與CK的相對值進(jìn)行系統(tǒng)聚類(最小距離法)，如圖5所示，25個(gè)苜蓿品種在最小距離2.45時(shí)，可分為3類，第1類為M1，M3，M4，M5，M7，M12，M15，M21，M22，M24；第2類為M2，M9，M11，M17，M18，M20，M25，第3類為M6，M8，M10，M13，M14，M16，M19，M23。第1類是較耐鹽的苜蓿品種，第2類是中間類型，第3類是鹽敏感的苜蓿品種。

表3 鹽脅迫下25個(gè)苜蓿品種耐鹽指標(biāo)平均值

3 討論與結(jié)論

對不同品種苜蓿進(jìn)行耐鹽性的篩選，不能僅靠單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，而需要運(yùn)用綜合評價(jià)法才可以有效的反映其耐鹽性[12-13]。該研究使用SAS軟件方差分析、聚類分析法綜合評價(jià)方法來分析苜蓿的耐鹽性。選用當(dāng)?shù)刂饕}分NaCl-Na2SO4配制成混合溶液[14-15]進(jìn)行試驗(yàn)。前人研究得出堿茅、堿蓬、黑麥草、野大麥、鹽爪爪5種牧草[16]和番茄[17]、苦瓜[18]等作物種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)隨鹽濃度的增加發(fā)芽率降低，種子發(fā)芽率一般隨脅迫濃度的增大而降低，但部分牧草種類在低濃度脅迫下，發(fā)芽率等指標(biāo)反而有所上升[19]。輕度鹽脅迫下對苜蓿種子發(fā)芽有促進(jìn)作用[11]，該研究得出苜蓿在0.0%～0.4%鹽濃度下種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對簡易活力指數(shù)等指標(biāo)值增加，而0.8%鹽濃度后逐漸降低。

圖5 不同苜蓿品種的耐鹽性聚類分析

苜蓿種子發(fā)芽期，由于對鹽比較敏感[20]。該研究得出多數(shù)苜蓿品種的種子發(fā)芽適宜鹽濃度是0.0%～0.6%，少數(shù)為0.0%～0.8%；半致死鹽濃度基本為0.8%，部分為1.0%，中草3號(hào)品種達(dá)到1.4%；極限鹽濃度在1.0～2.0%鹽濃度之間。通過聚類分析，將苜蓿品種劃分為3個(gè)類型，第1類為中草3號(hào)、新苜2號(hào)、Nordica、黃花苜蓿、Algonqin、草原2號(hào)、寧苜1號(hào)、康賽、騎士、Salt Buster，屬于耐鹽品種；第2類為苜蓿王、龍牧801、驚喜、旗桿、天鵝絨、阿迪娜、勇士，屬于中度耐鹽品種；第3類為Beaver，Rambler、公農(nóng)1號(hào)、赤草1號(hào)、magnumV-wet，2010，3010，挑戰(zhàn)士，屬于鹽敏感品種。以上3類苜蓿品種的耐鹽性程度不同，在0.0%～0.8%鹽濃度區(qū)間內(nèi)，第1，2類均較耐鹽，第1，2類苜蓿品種較適宜在鹽漬化土壤種植，而第3類不耐鹽，幼苗長度、種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對簡易活力指數(shù)均較低，不宜在鹽漬化土壤推廣。

綜合分析，中草3號(hào)、新苜2號(hào)品種的發(fā)芽率、種子相對發(fā)芽指數(shù)、種子相對簡易活力指數(shù)在不同鹽分濃度脅迫下其值相對較高，且由聚類分析得出均屬耐鹽品種；magnumV-wet、赤草1號(hào)品種的各項(xiàng)指標(biāo)值在鹽脅迫下較低，屬鹽敏感品種。對于苜蓿王品種，在0.4%鹽濃度脅迫下種子發(fā)芽的各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)良好，寧苜1號(hào)品種表現(xiàn)一般，但均被聚類在第2類中度耐鹽類型中，可能與這兩個(gè)品種在其他鹽濃度脅迫下的綜合表現(xiàn)屬于中度耐鹽類型有關(guān)，可見分析種子的耐鹽性需要綜合評價(jià)。種子發(fā)芽是植物生長的前提，但是在田間生長的實(shí)際表現(xiàn)還受當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、土壤質(zhì)地、土壤水分等情況的影響，最終確定其耐鹽性仍需進(jìn)一步進(jìn)行田間耐鹽性試驗(yàn)。

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Responses of Seed Germination of Different Alfalfa Varieties to Salt Stress

BA Tu, ZHAO Mengli, LI Qian, HAN Guodong, XU Jun

(CollegeofEcologicalEnvironment,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010019,China)

[Objective] Considering the serious salinity grassland in western Inner Mongolia, we chose two main compositions of the saline soil, NaCl and Na2SO4, mixed in 1∶1 molarity salt solution, to test alfalfa germination characteristics and to choose salt-tolerant alfalfa varieties that were suitable for local production. This work was expected to provide theoretical basis for alfalfa production of Western Inner Mongolia saline meadows. [Methods] A series of mixed salt solution with 11 concentrations of 0.0%, 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1.0%, 1.2%, 1.4%, 1.6%, 1.8%, 2.0% were used to test salt tolerant traits with regard to seed germination of 25 alfalfa varieties. Of which, germination rate, relative germination index and relatively simple seed vigor index were examined to rank salt-tolerant relevant varieties.[Results] Slight salt stress (0.2% and 0.4% salt concentrations) was observed that can promoted the alfalfa seed germination. Under the two concentrations, seed germination rate, relative germination index and relatively simple seed vigor index were all increased. Obvious differences of appropriate salt concentration, half lethal salt concentration and lethal salt concentration among different alfalfa varieties existed. For most varieties, their appropriate salt concentration was 0.0%～0.6%, and half lethal salt concentration was 0.8%. Zhongcao No.3 was an exception, its half lethal salt concentration reached 1.4%. Upper limit of salt concentrations varied between 1.0% and 2.0% mostly. [Conclusion] Considering both results of clustering method and germination index performance, we can concluded that Zhongcao No.3 and Xinmu No.2 alfalfa varieties showed better salt tolerance and belonged to tolerant varieties. On the contrary, magnumV-wet， Chimu No.1 presented worse salt tolerance and belonged to salt sensitive varieties.

alfalfa; salt stress; germination; clustering analysis; salt tolerance type

2016-07-20

2016-09-14

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)“牧區(qū)優(yōu)質(zhì)牧草生產(chǎn)與利用”(201003023); 科技部科技支撐項(xiàng)目(2012BAD13B02)

巴圖(1984—),男(蒙古族),內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市人,博士研究生,研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)及抗旱生理研究。E-mail:batub@163.com。

趙萌莉(1963—),女(漢族),陜西省華陰縣人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事草業(yè)生態(tài)與管理研究。E-mail:nmgmlzh@126.com。

A

1000-288X(2017)02-0096-06

S541， Q948.1