全 文 :31卷04期
Vol.31,No.04
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
677-682
04/2014
DOI:10.11829\j.issn.1001-0629.2013-0315
Na2CO3胁迫对高羊茅种子萌发的影响
孙西红,赵凌平,王占彬
(河南科技大学动物科技学院,河南 洛阳471003)
摘要:研究了不同浓度Na2CO3(0、20、40、60、80和100mmol·L-1)胁迫对4个高羊茅(Festuca arundinacea)品
种(美洲虎3号、雅典娜、爱瑞3号和火凤凰)种子萌发的影响。结果表明,Na2CO3 胁迫均会延迟4个高羊茅品种
的初始萌发时间,延缓发芽进程。随Na2CO3 浓度的增加,4个高羊茅品种的种子发芽率和发芽势均呈下降趋势。
4个高羊茅品种的相对发芽率与盐浓度均呈抛物线关系,拟合回归方程分别为美洲虎3号:y=-6E-05x2-
1.203 5x+110.61;雅典娜:y=0.007 4x2-1.792 8x+101.58;爱瑞3号:y=-0.001x2-1.070 3x+107.72;
火凤凰:y=0.004 9x2-1.722 8x+114.97。分别得出了4个高羊茅品种种子萌发的临界耐盐浓度:美洲虎3号
耐盐致死浓度是87.2mmol·L-1,雅典娜是73.2mmol·L-1,爱瑞虎3号是84.6mmol·L-1,火凤凰是78.4
mmol·L-1。美洲虎3号种子萌发的耐盐性最好,其次为爱瑞虎3号和火凤凰,雅典娜种子萌发的耐盐性最差。
关键词:高羊茅;Na2CO3 胁迫;碱性盐;种子萌发
中图分类号:S543+.9;Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2014)04-0677-06
*
Effects of Na2CO3stress on the germination of Festuca arundinacea seeds
SUN Xi-hong,ZHAO Ling-ping,WANG Zhan-bin
(Colege of Animal Sciences,Henan University of Science and Techology,Luoyang 471003,China)
Abstract:The effects of different concentrations of Na2CO3(0,20,40,60,80,100mmol·L-1)on seed ger-
mination of four cultivarsof tal fescue(Festuca arundinacea)were studied.The results showed that salt
stress delayed tal fescue initial germination and the germination peak,and slowed down the germination
process.With the Na2CO3concentration increase,the germination rate and germination potential of the
four cultivars of tal fescue seed declined.The relationship between the relative germination rate of four
cultivars and salt concentration was hyperbola correlation.Equation of linear regression were:y=-6E-
05x2-1.203 5x+110.61(Jaguar 3),y=0.007 4x2-1.792 8x+101.58(Athena),y=-0.001x2-
1.070 3x+107.72(Arid 3),y=0.004 9x2-1.728x+114.97(Phoenix).The salt tolerance critical value
of four cultivars of tal fescue were 87.2mmol·L-1(Jaguar 3),73.2mmol·L-1(Athena),84.6
mmol·L-1(Arid 3),78.4mmol·L-1(Phoenix),respectively.Jaguar 3exhibited greater germination
ability under salt stress,then folowed by Arid 3and Phoenix,and the salt tolerance of Athena was the
worst.
Key words:Festuca arundinacea;Na2CO3stress;basic salt;seed germination
Corresponding author:WANG Zhan-bin E-mail:wangzhanbin3696@126.com
*收稿日期:2013-06-09 接受日期:2013-09-05
基金项目:河南科技大学博士基金项目(09001634);河南省教育厅重点项目(13A2302812013)
第一作者:孙西红(1981-),女,江苏连云港人,在读硕士生,主要从事草业科学研究。E-mail:xihongsun1982@163.com
通信作者:王占彬(1962-),男,河南洛阳人,教授,博士,主要从事生态恢复研究。E-mail:wangzhanbin3696@126.com
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盐胁迫是影响世界农业生产最主要的非生物胁
迫之一[1],严重影响着种子的萌发和植物的生
长[2-3]。土壤中的致害盐类除了以 NaCl为主的中
性盐以外,还有以Na2CO3 为主的碱性盐,而且目前
我国内陆盐碱地苏打盐碱土的比重越来越大[4],它
们影响植物的生长,决定植物的分布。种植耐盐植
物被认为是治理盐碱地最经济有效的改良方法,也
是通过植被恢复改良盐碱地的重要措施之一[5]。因
此,植物与土壤盐分的关系、植物耐盐性评价和筛选
适宜盐环境的优良抗盐品种等研究已成为目前国内
外研究的热点问题,其中筛选优良抗盐品种是关键
问题[6]。在草坪建植与管理中,盐胁迫能造成草坪
草泛斑、春季发芽晚、秋季早衰和生长不良等,影响
草坪的美观,降低其价值[7]。高 羊 茅 (Festuca
arundinacea)是禾本科羊茅属多年生草本植物,能
够在多种气候条件和生态环境中生长,耐寒、耐热、
耐干旱、耐潮湿,具有较强的耐盐碱能力且与杂草竞
争力较强[8],被广泛用于各种草坪的建植,因此筛选
出耐盐的高羊茅品种是一个重要的课题。
与其他生活史阶段相比,种子植物在萌发阶段
对逆境胁迫的耐性和抗性更弱。植物能否在盐碱生
境中生存,首先取决于它们能否发芽、发芽率的高低
和发芽速度的快慢。种子萌发期的抗逆能力决定了
该植物能否在一个地区成功定居。但是以往许多学
者在研究盐碱胁迫对种子萌发的影响时,大部分只
侧重于 NaCl等中性盐对牧草种子萌发的影响,而
忽略了Na2CO3 等碱性盐[9-10]对牧草种子萌发的影
响。为此,本试验以4个高羊茅品种为研究对象,旨
在研究碱性盐胁迫对高羊茅种子萌发的影响,探索
碱性盐胁迫对种子萌发的综合效应,以期为植物抗
盐性研究提供一定的理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料
供试高羊茅4个品种(美洲虎3号、雅典娜、爱
瑞3号和火凤凰)由北京克劳沃草业中心提供,原产
地均为美国。
1.2 方法
试验于2012年4月采用滤纸纸上发芽法进行。
选取中等大小、均匀一致且无虫害的不同高羊茅品
种种子,用0.5%的高锰酸钾溶液消毒20min,然后
用清水洗净、晾干。分别配制浓度为20、40、60、80
和100mmol·L-1 Na2CO3 溶液,作为碱性盐胁迫
处理液,蒸馏水作为对照。在直径9cm的培养皿底
部铺放两层滤纸,同一处理浓度同一品种取100粒
种子均匀放在培养皿内,每个处理设5次重复,共
100个培养皿。加入等量的碱性盐胁迫处理液至饱
和,以滤纸和种子浸湿为宜。然后放入光照培养箱
内培养,发芽条件控制为白天25℃、光照8h,晚上
15℃、黑暗16h。每天用3mL处理液冲洗种子,然
后吸出处理液,最后再加入少量处理液使种子周围
润湿即可,以保持 Na2CO3 浓度不变[11-12]。每天观
察种子发芽数,发芽试验到第21天结束。计算发芽
率、发芽势和相对发芽率等指标,各指标计算如下:
发芽率=(发芽结束时发芽种子数/供试种子
数)×100%; (1)
相对发芽率=(处理发芽率/对照发芽率)×
100%; (2)
发芽势=(规定时间内发芽种子数/供试种子
数)×100%。 (3)
耐盐半致死浓度是相对发芽率达到50%时相
对应的盐浓度;耐盐致死浓度是相对发芽率达到
10%时的盐浓度。
1.3 数据分析
用Excel 2003软件作图,对4种高羊茅种子相对
发芽率与 Na2CO3 处理浓度的关系进行拟合;用
SPSS 13.0统计软件进行数据处理,用双因素方差分
析法分析盐浓度和高羊茅品种对种子发芽率和发芽
势的影响,然后用单因素方差分析分别分析盐浓度对
4个高羊茅种子发芽率和发芽势的影响。用Tukey′s
HSD进行多重比较。用Person相关分析高羊茅种子
相对发芽率与Na2CO3 处理浓度之间的关系。
2 结果与分析
2.1 Na2CO3 胁迫对种子发芽率和发芽势的影响
双因素方差分析(表1)结果表明,不同Na2CO3
浓度对高羊茅种子发芽率和发芽势影响均极显著
(P<0.01);不同品种对种子的发芽率影响显著
(P<0.05),但对发芽势无显著影响(P>0.05);
Na2CO3 浓度与高羊茅品种之间无显著交互作用。
单因素方差分析结果(表2)表明,随着Na2CO3
浓度的增加,4个高羊茅品种的种子发芽率均呈下
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降趋势。当盐浓度为20mmol·L-1时,4种高羊茅
的种子发芽率均与对照差异不显著(P>0.05)。当
盐浓度升高到40mmol·L-1时,雅典娜和火凤凰的
种子发芽率显著下降,而美洲虎3号和爱瑞3号种
子发芽率下降不显著,说明这两个品种在盐浓度≤
40mmol·L-1时仍有一定的发芽适应性,而且比美
洲虎3号和爱瑞3号的适应性强。与盐浓度40
mmol·L-1相比,盐浓度60mmol·L-1时的4个高
羊茅种子发芽率均显著下降。当盐浓度达到100
mmol·L-1时,4种高羊茅种子的发芽率几乎为0,说
明这时的盐浓度已经完全抑制了高羊茅种子的萌发。
发芽势在一定程度上反映了种子活力和抵御逆
境胁迫的能力。发芽势高的种子,其种子活力高,出
苗齐而壮。单因素方差分析结果表明盐浓度对高羊
茅4个品种的种子发芽势均影响显著(表3),种子
发芽势均随着 Na2CO3 浓度的增加而呈下降趋势。
在盐浓度为20mmol·L-1时,发芽势均与对照差异
不显著,说明低浓度的盐胁迫下,这4个品种均对盐
害不敏感。当盐浓度为40mmol·L-1时,4种发芽
势均显著下降。当盐浓度达到80mmol·L-1时,发
芽势均为0,说明 Na2CO3 胁迫延长了高羊茅的发
芽时间,延缓了发芽进程。
表1 盐浓度和高羊茅品种对种子发芽率和发芽势影响的方差分析结果
Table 1 Results of ANOVA tests for the effects of salt concentration and varieties on germination rate and
germination potential of tal fescue
差异来源
Source
发芽率Germination rate
F P
发芽势Germination potential
F P
盐浓度Salt concentration 104.066 <0.01 108.221 <0.01
品种Varieties 4.139 <0.05 2.192 >0.05
盐浓度×品种Salt concentration×Varieties 1.097 >0.05 1.172 >0.05
表2 Na2CO3 胁迫对高羊茅种子发芽率的影响
Table 2 Effects of Na2CO3stress on germination rate of tal fescue %
浓度
Concent ration/
mmol·L-1
品种Cultivar
美洲虎3号Jaguar 3 雅典娜Athena 爱瑞3号Arid 3 火凤凰Phoenix
0 96.67±0.66a 90.00±4.16a 98.00±1.15a 85.33±1.76a
20 94.00±2.30a 80.33±11.56a 92.00±4.61a 92.67±2.40a
40 80.00±6.11a 48.67±7.28b 74.67±8.10a 48.67±6.21b
60 18.00±9.86b 10.00±1.15c 30.00±2.30b 10.67±3.33c
80 2.00±1.15c 2.00±1.15c 2.00±1.15b 2.67±2.66c
100 0.67±0.67c 0.00±0.00c 0.00±0.00b 0.00±0.00c
注:同列不同字母表示不同浓度间差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Different lower case letters within the same columm mean significant different among different concent at 0.05level.The same below.
表3 Na2CO3 胁迫对高羊茅种子发芽势的影响
Table 3 Effects of Na2CO3stress on germination potential of tal fescue %
浓度
Concent ration/
mmol·L-1
品种Cultivar
美洲虎3号Jaguar 3 雅典娜Athena 爱瑞3号Arid 3 火凤凰Phoenix
0 36.67±7.68a 37.33±3.52a 70.67±4.37a 36.00±6.11a
20 29.33±5.81ab 20.00±11.01a 48.00±4.00a 20.67±2.71a
40 15.33±3.71bc 13.33±0.67b 18.00±9.16b 3.33±1.76b
60 0.67±0.67c 0.00±0.00c 1.33±1.33b 1.33±1.00b
80 0.00±0.00c 0.00±0.00c 0.00±0.00b 0.00±0.00b
100 0.00±0.00c 0.00±0.00c 0.00±0.00b 0.00±0.00b
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2.2 Na2CO3 胁迫对种子发芽进程的影响
初始萌发时间反映了牧草种子启动萌发的快
慢。4个高羊茅品种的对照初始萌发时间均出现在
第5天,随着盐浓度的升高,初始萌发时间均延迟
(图1)。不同盐处理的早期萌发均表现为直线上升
的趋势,而直线的斜率可视为种子萌发的速率。与
对照相比,当 Na2CO3 处理浓度为80mmol·L-1
时,高羊茅种子始萌时间推迟2d左右,当浓度升为
100mmol·L-1时,始萌时间推迟4d左右。由此
可见,盐胁迫会推迟高羊茅的萌发初始时间,延缓整
个发芽进程。
累积发芽率反映了牧草种子的发芽进程。随着
Na2CO3 浓度的升高4种高羊茅种子的累积发芽率
均 不 断 降 低。 当 Na2CO3 浓 度 为 20 和 40
mmol·L-1时,种子在第5-11天期间发芽率增长
最快,萌发速度最快,之后萌发曲线趋于平缓,而
Na2CO3 浓度为60、80和100mmol·L-1时,萌发
速度较快的趋势出现在第7-13天,但发芽率增加
缓慢。
图1 Na2CO3 胁迫下高羊茅种子的累积发芽率
Fig.1 Effects of Na2CO3stress on cumulative germination rate of tal fescue
2.3 种子相对发芽势与盐浓度的定量关系及耐盐
性
用Pearson法分析高羊茅种子相对发芽率与
Na2CO3 处理浓度之间的关系,结果表明,4种高羊
茅种子的相对发芽率均与Na2CO3 浓度呈极显著负
相关(美洲虎3号:r=-0.930,P<0.01;雅典娜:
r=-0.838,P<0.01;爱瑞3号:r=-0.945,P<
0.01;火凤凰:r=-0.923,P<0.01)。对4种高羊
茅种子相对发芽率与 Na2CO3 浓度的关系进行拟
合,均呈“抛物线”型,即高羊茅种子的相对发芽率随
Na2CO3 浓度的升高而降低。
根据耐盐半致死浓度和耐盐致死浓度的方法计
算,美 洲 虎 3 号 的 耐 盐 半 致 死 浓 度 是 53.6
mmol·L-1,耐盐致死浓度是87.2mmol·L-1;雅
典娜的耐盐半致死浓度是33.4mmol·L-1,耐盐致
死浓度是73.2mmol·L-1;爱瑞虎3号的耐盐半致
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死浓度是51.5mmol·L-1,耐盐致死浓度是84.6
mmol·L-1;火凤凰的耐盐半致死浓度是42.9
mmol·L-1,耐盐致死浓度是78.4mmol·L-1。由
此可知,美洲虎3号种子萌发时的耐盐性最好,其次
为爱瑞虎3号和火凤凰,雅典娜种子萌发时的耐盐
性最差。
图2 高羊茅种子相对发芽率与盐浓度的定量关系模型
Fig.2 Relationship between salt concentration and relative germination rate of tal fescue
3 讨论与结论
发芽率和发芽势是检测种子生活力重要的指
标,反映了种子发芽速度、整齐度和幼苗健壮的潜
势,发芽率高、发芽势强,预示着植物出苗快、整齐苗
壮。种子能够顺利萌发成苗,是植物在干旱、盐碱等
逆境条件下定居的前提条件。盐碱逆境条件对植物
种子萌发的影响可能分为以下3种情况:1)阻止种
子萌发,但种子未失去活力;2)延迟但不阻止种子萌
发[13];3)当盐碱浓度升高到一定程度或持续一定时
间,种子可能永久性失去活力[2]。本研究表明,
Na2CO3 浓度对高羊茅种子的发芽率和发芽势均有
显著影响,且4种高羊茅种子的发芽率、相对发芽
率、发芽势和相对发芽势均随盐浓度的增加呈下降
趋势。低浓度的Na2CO3 对高羊茅种子萌发抑制作
用不显著,但抑制程度会随 Na2CO3 浓度的增大而
增加,高浓度的Na2CO3 能完全抑制种子的萌发,因
此,Na2CO3 浓度对高羊茅4个品种种子萌发的作
用属于第3种作用方式。这与马红媛等[10]研究多
年生禾本科牧草俄罗斯新麦草(Elymus junceus)、
苇状羊茅(F.arundinacea)和高冰草(Thinopyrum
ponticum)种子萌发对 Na2CO3 胁迫的响应方式一
致。但也有研究者发现,低浓度盐胁迫对种子萌发
有促进作用,而随着盐浓度的升高则抑制牧草种子
的萌发[14],这可能与高浓度盐离子的毒害作用相
关,也可能与细胞膜在受到盐胁迫后,其膜蛋白、膜
透性等正常的生理功能发生改变相关[15]。盐分对
种子萌发的影响主要分为两种:1)毒性效应,即
Na+,Cl-等盐离子伤害种子胚芽而影响萌发期的
代谢进程;2)渗透效应,即盐分通过降低溶液渗透势
来降低种子吸胀能力而影响种子发芽进程。Egan
等[16]认为,盐分对种子的原初效应主要是渗透胁迫
而不是盐离子毒性效应,而Rehman等[17]认为渗透
胁迫和盐离子毒性效应均是影响种子萌发的主要机
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制。另外,黄立华和梁正伟[18]认为高pH胁迫也可
能是Na2CO3 影响种子萌发的机制。
盐胁迫不仅降低高羊茅种子的发芽率,还推迟
高羊茅的初始萌发时间,发芽高峰期推迟,导致发芽
过程延缓。这与张学勇等[19]有关盐胁迫对结缕草
(Zoysia japonica)和高羊茅种子萌发的影响研究结
果一致。在草坪建植过程中,草坪草种子萌发期的
延迟会导致地表裸露过久,加大土壤水分蒸发,对草
坪草种子发芽造成较大的阻力。另外,萌发期的延
迟会给其他杂草入侵提供机会,也会对草坪草种子
萌发造成更大的阻力,最终严重影响草坪品质,盐碱
地的改良效果也会大大减弱。因此,在盐碱土壤上
进行高羊茅草坪建植,需要考虑高羊茅种子的萌发
期,选择较早萌发期的品种,迅速占领空间以减少土
壤水分蒸发,抑制其他杂草生长,最终达到成功建坪
的目的。
4个高羊茅品种种子萌发时都具有一定抗盐能
力,可很好地用于盐碱地改良,但是不同品种种子萌
发时的耐盐性不同,因此选择耐盐性较高的高羊茅
品种更有利于盐碱地改良。牧草耐盐性评价是耐盐
优良牧草筛选的主要依据。通过计算耐盐致死浓度
和耐盐半致死浓度得出美洲虎3号种子萌发时的耐
盐性最好,其次为爱瑞虎3号和火凤凰,雅典娜种子
萌发的耐盐性最差。因此,美洲虎3号可以作为耐
盐性较好的品种,用于盐碱地草坪建植,有利于更好
地发挥其耐盐和改良作用。
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(责任编辑 王芳)
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