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不同禾本科牧草种子萌发及幼苗耐盐性鉴定



全 文 :不同禾本科牧草种子萌发及幼苗耐盐性鉴定
王晓龙,米福贵,郭跃武,闫利军,刘伟伟
(内蒙古农业大学 生态环境学院,内蒙古 呼和浩特 010019)
  摘要:采用培养皿纸上发芽法和盆栽幼苗培育法,在 NaCl和 Na2SO4复盐溶液7个盐浓度梯度下
(0.4%~1.6%),比较分析了5种禾本科牧草种子的相对发芽率、相对发芽势、胚根胚芽比、发芽指数、
简化活力指数;在NaCl和Na2SO4复盐溶液5个盐浓度梯度下(0.3%~1.5%),比较分析了5种禾本科
牧草幼苗的 MDA含量和游离脯氨酸含量的变化。运用隶属函数评价、分析盐胁迫对不同禾本科牧草
种子萌发及幼苗的影响,为牧草耐盐性鉴定、耐盐育种和盐碱地牧草栽培提供理论参考。研究结果表
明,5种禾本科牧草在萌发期和苗期耐盐能力排序依次为:垂穗披碱草>细茎冰草、老芒麦>扁穗冰草
>无芒雀麦。
  关键词:禾本科牧草;种子萌发;幼苗;耐盐性
  中图分类号:S 543,S 332  文献标识码:A  文章编号:1009-5500(2014)01-0023-06
  收稿日期:2013-11-01;修回日期:2013-11-26
  基金项目:国家科技支撑项目(2011BAD17B05-3)“内蒙古
西部旱区优质牧草选育及生产利用技术集成与
示范”和内蒙古科技支撑项目“优质牧草新品种
选育技术研究”资助
  作者简介:王晓龙(1986-),男,内蒙古通辽市人,在读硕士
研究生。
E-mail:wangxiaolong 1640@126.com
米福贵为通讯作者。
  盐碱地是人类面临的世界性问题,主要分布在内
陆的干旱和半干旱地区[1]。全世界约有1/3的盐渍化
土壤,我国约有3 460万hm2各类盐碱地(盐土中含有
NaCl、Na2SO4、CaCO3 等;碱 土 中 含 有 Na2CO3、
NaHCO3等),而且还呈逐年上升趋势。盐胁迫环境对
作物的生长发育产生一系列不利影响,最终影响作物
产量的提高[2]。如何有效利用和改善这些盐碱地,已
经引起人们的高度重视[3]。在生物措施治理盐碱地方
面,人们已对植物抗盐、耐盐生理机理的研究做了大量
工作,研究内容不断深入[4]。有关种子萌发及生长发
育的耐盐性研究多集中于牧草[5]、草坪草[6]、禾本科作
物[7]和经济作物[8]。
牧草有适应性广、抗盐性强的特性,是改良和利用
盐碱地的主要植物[9],而禾本科牧草的耐盐性通常又
优于作物及(豆科牧草,更是改良盐碱地的良好植
物[10]。研究对比鉴定了不同禾本科牧草种子萌发及
幼苗的耐盐性,旨在为盐碱地禾本科牧草的栽培利用
及耐盐新品种选育提供依据。
1 材料和方法
1.1 供试材料
研究选取了5种在我国东北、华北和西北地区分
布与利用较为广泛和普遍的禾本科牧草进行耐盐性鉴
定。5种禾草分属3个不同的属,大多为中旱生物种,
均具有较强的抗旱和耐寒性,饲用品质亦优良(表1)。
1.2 试验方法
1.2.1 禾草种子萌发期耐盐性测定内容与方法 试
验采用培养皿纸上发芽法培养种子,将选出成熟饱满、
均匀一致的供试牧草种子置于有双层滤纸的9cm培
养皿中,分别加入等量的浓度为0.4%、0.6%、0.8%、
1.0%、1.2%、1.4%、1.6%的复盐溶液(NaCl与
Na2SO4,摩尔比1∶1)进行胁迫。每处理3次重复,种
子经粒选之后用0.1%的升汞消毒20min,冲洗3~5
次后,每重复用种子50粒,以蒸馏水作为对照。每日
16∶00~20∶00用称量法根据水分蒸发量加入蒸馏水
以维持盐浓度[11],在光照培养箱中培养,恒温25℃,
湿度80%,光照间隔12h,第2d开始观察并记录种子
萌发情况,第10d统计发芽率,相对发芽率以每天统
计发芽种子数(发芽以胚根突破种皮2mm为标
32第34卷 第1期           草 原 与 草 坪2014年
表1 供试材料及其来源
Table 1 Source of tested materials
编号 种名   拉丁名 来源   分布   
L 老芒麦 Elymus sibiricus 吉林农业科学院 东北、华北盐碱化草地
P 垂穗披碱草 E.nutans 中国农业科学院草原所 华北、内蒙、西北较干旱的碱性土壤
BB 扁穗冰草 Agropyron cristatum 黑龙江省农业科学院 东北、西北、内蒙古等干旱、半干旱地区
XB 细茎冰草 A.trachycaulum 东北农业大学 内蒙古、陕西干旱草地
W 无芒雀麦 Bromus inermis 中国农业科学院草原所 东北、华北、西北等干旱地区
准)[11],将第6d的发芽率定为发芽势,第10d分别称
量各品种发芽种子胚根、胚芽的重量。根据公式计算:
相对发芽率=处理种子发芽率/对照种子发芽率
×100
相对发芽势=处理种子发芽势/对照种子发芽势
×100
发芽指数GI=∑GT/DT
式中:GT为T天的发芽数;DT为相应的天数。
胚根/胚芽=胚根重/胚芽重
简化活力指数G.S.=生物量×相对发芽率
式中:S表示生物量,S=胚芽干质量+胚根干质量。
1.2.2 禾草幼苗期耐盐性测定 试验幼苗在温室中
培育,先配制土壤,将过2mm目土壤筛的干土、花土
和蛭石,以1∶1∶1的比例混合,然后,装入内径为
15cm,高度为11cm的塑料花盆中,每盆装土1 500
g,种子200粒撒播,浇自来水使土壤含水量达到
75%,以后定期浇水以保持土壤含水量;当幼苗长出3
~4片叶子进行盐化处理,处理浓度为0.3%、0.6%、
0.9%、1.2%、1.5%的 NaCl与 Na2SO4(摩尔比1∶1)
的复盐溶液,每处理3次重复,以自来水为对照(以后
每天称重补充损失的水分以防止反盐和保持盐浓度)。
处理12d后测定相关指标。
游离脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法;丙二醛
含量(MDA)的测定采用硫代巴比妥酸法,参照文献
[13]的方法。
1.3 统计分析
采用Excel作图,SAS 9.0软件进行方差分析和
多元统计分析。
2 结果与分析
2.1 盐胁迫下供试牧草相对发芽率和相对发芽势
与对照相比,随着盐胁迫的加剧,各供试材料的相
对发芽率整体呈下降趋势,垂穗披碱草在0.4%处理
时相对发芽率略显上升,高于对照5.2%(图1)。此现
象出现可能是低浓度盐胁迫对垂穗披碱草种子萌发有
促进作用;盐浓度大于0.6%时,相对发芽率低于对
照,说明高浓度盐胁迫抑制种子萌发。无芒雀麦在
0.6%处理时出现明显下降,这表明低浓度盐胁迫对无
芒雀麦种子萌发有抑制作用,盐浓度在0.6%~1.0%
时相对发芽率基本保持不变。当盐浓度大于1.0%
时,各材料相对发芽率均有不同程度降低,其中细茎冰
草、老芒麦较明显,说明高浓度盐胁迫对种子萌发有较
强抑制作用。
图1 盐胁迫下几种禾本科牧草种子的相对发芽率
Fig.1 The relative seed germination rate
under salt stress
供试材料相对发芽势也随盐浓度升高而降低(图
2),说明种间差异显著。盐浓度在1.5%时,垂穗披碱
草与扁穗冰草、细茎冰草、无芒雀麦相对发芽势呈显著
性差异(P<0.05)。
2.2 盐胁迫下的发芽指数
5种材料发芽指数随盐胁迫增加变化不大(图
3)。细茎冰草和扁穗冰草的变化幅度相对较大,在
1.6%处理时,分别为对照的17.1%和27.8%,可能
是由于盐胁迫导致发芽时间延迟所致;无芒雀麦和
老芒麦由于发芽率较低,因此,发芽指数随盐浓度升
高变化不明显;比较盐胁迫下5种材料发芽指数变
化情况,垂穗披碱草发芽指数变化相对平缓,材料稳
42       GRASSLAND AND TURF(2014)            Vol.34No.1
图2 盐胁迫下几种禾本科牧草种子的相对发芽势
Fig.2 The relative seed germination
potential under salt stress
图3 盐胁迫下几种禾本科牧草种子的发芽指数
Fig.3 The germination index changes under
salt stress
定,耐盐性较强。
2.3 盐胁迫下的胚根/胚芽
5种材料的胚根胚芽比的曲线变化趋势较复杂,
此现象可能是它们在不同盐胁迫下胚根胚芽的生长状
况不同所致。无芒雀麦和细茎冰草低盐浓度下,胚根
生长较快,所以其胚根/胚芽值比对照大,在0.4%盐
浓度时,比值分别为0.31、0.41,但随盐胁迫增加其胚
根生长受到抑制比值降低。垂穗披碱草和老芒麦在低
盐胁迫时由于胚芽生长较胚根快,在0.4%处理时胚
根/胚芽值分别为0.26、0.37;随着盐梯度的升高,盐
胁迫对胚根生长较对胚芽生长的影响小,所以胚根胚
芽比值增加,老芒麦在1.6%处理时达到最高,为
0.50,其他4种材料的变化与对照相比曲线波动不大,
盐浓度大于1.0%条件下,无芒雀麦胚根胚芽比值较
其他材料低(图4)。
2.4 盐胁迫下的简化活力指数
相对于对照,5种禾草材料的简化活力指数随盐
胁迫的加强均表现为降低,在不同梯度盐胁迫下垂穗
图4 盐胁迫下几种禾本科牧草胚根胚芽比
Fig.4 The ratio of radicle to germ under salt stress
披碱草简化活力指数均高于其他4种材料,存在显著
性差异(P<0.05),其中,垂穗披碱草在浓度0.4%~
1.0%时简化活力指数变化较小,盐浓度高于1.0%时
下降较大,可能是高浓度盐胁迫严重抑制了胚根胚芽
的生长;老芒麦在0%~0.8%盐浓度较其他材料简化
活力指数低,可能与发芽率低有关(图5)。
图5 盐胁迫下几种禾本科牧草简化活力指数
Fig.5 The simplified vigor index under salt stress
2.5 盐胁迫对牧草幼苗丙二醛含量的影响
丙二醛(MDA)是植物体内膜脂过氧化的产物,其
含量与细胞膜系统的伤害程度密切相关,反映了植物
细胞伤害的程度[4]。
随着盐胁迫强度的增加,各材料叶片中的 MDA
含量均有不同程度升高,盐浓度在0%~0.6%时牧
草叶片中 MDA含量变化幅度较小,说明牧草幼苗对
低浓度盐胁迫有一定耐受能力。随着盐胁迫的加
剧,无芒雀麦、细茎冰草和老芒麦 MDA值变化较大,
其中,老芒麦在1.2%盐处理下为对照的1.84倍,细
茎冰草在1.5%盐胁迫下是对照的2.26倍,存在显
著性差异(P<0.05)。垂穗披碱草和扁穗冰草幼苗
随盐浓度的升高,MDA含量增加幅度较其他3种材
料低,在盐浓度为1.5%时,分别为对照的1.5 7和
52第34卷 第1期           草 原 与 草 坪2014年
图6 盐胁迫下几种禾本科牧草的 MDA含量
Fig.6 The MDA contents under salt stress
1.61倍(图6)。
2.6 盐胁迫对牧草幼苗脯氨酸含量的影响
在逆境条件下游离脯氨酸的积累是植物的普遍反
应,不同的盐浓度下植物体内的游离脯氨酸均有不同
程度的积累[12,13]。
随着盐胁迫的加强,各禾草叶片脯氨酸含量有不
同程度增加,在1.5%盐处理条件下,老芒麦和细茎冰
草脯氨酸含量与对照呈显著性差异(P<0.05);细茎
冰草在1.5%处理的脯氨酸含量是对照的2.7倍,垂
穗披碱草脯氨酸含量增加幅度最小,由此说明在不同
的盐浓度梯度下各材料体内的游离脯氨酸均有不同程
度积累,游离脯氨酸含量增加幅度越小则该禾草越耐
盐,反之则越不耐盐(图7)。
图7 盐胁迫下几种禾本科牧草的脯氨酸含量
Fig.7 The proline contents under salt stress
2.7 5种禾本科牧草耐盐性隶属函数分析
用于分析的隶属函数值[X(u1),X(u2)]计算方程为:
X(u1)= [X-Xmin]/[Xmax-Xmin] (1)
X(u2)=1-[X-Xmin]/[Xmax-Xmin] (2)
式中:X为各鉴定牧草种某一指标的测定值;Xmax为所
有鉴定草种此指标的最大值;Xmin为所有鉴定草种此
指标的最小值。
若所测指标与植物的耐盐性呈正相关,则采用(1)
式计算隶属值,负相关则用(2)式。累加各草种各指标
的具体隶属值,并求出平均值后进行比较,平均值越大
植物的耐盐性越强[14,15]。
试验对5种禾本科牧草的耐盐性进行综合评价分
析(表2),得出各禾草的耐盐能力大小依次为:垂穗披
碱草>细茎冰草、老芒麦>扁穗冰草>无芒雀麦。
表2 5个禾本科牧草耐盐隶属函数
Table 2 The salt-tolerant membership function of 5grasses
函数值 垂穗披碱草 老芒麦 扁穗冰草 细茎冰草 无芒雀麦
相对发芽率 0.631  0.549  0.571  0.569  0.448
相对发芽势 0.696  0.526  0.461  0.406  0.500
胚根/胚芽 0.518  0.669  0.433  0.588  0.613
发芽指数 0.703  0.375  0.562  0.559  0.452
简化活力指数 0.603  0.307  0.345  0.342  0.358
丙二醛含量 0.662  0.645  0.616  0.608  0.443
脯氨酸含量 0.569  0.677  0.628  0.677  0.578
总隶属函数值 0.626  0.535  0.517  0.535  0.484
耐盐性排序 1  2  4  2  5
3 讨论与结论
(1)此次试验在盐浓度为0.4%时,与对照相比垂
穗披碱草的相对发芽率提高了5.2%;随着盐胁迫加
剧,各材料的相对发芽率、相对发芽势、发芽指数和简
化活力指数均呈下降趋势。罗志娜等[16]对24个燕麦
品种种子萌发耐盐性综合研究发现,随着盐浓度的增
加燕麦品种的发芽率、芽长和根长先升高后降低,低浓
度盐胁迫可以促进种子萌发,高浓度盐胁迫对种子萌
发有抑制作用,与此次研究结果相一致,抑制作用的大
小因材料不同而不同,进而反应了不同禾草材料间耐
盐性的差异[17]。
(2)胚根在低盐浓度时由于受到盐刺激使生长得
到促进,但变化不大;在1.0%~1.6%浓度条件下,随
62       GRASSLAND AND TURF(2014)            Vol.34No.1
着盐浓度的增大,盐胁迫对胚芽生长的抑制要大于胚
根,所以胚根胚芽比值增加,老芒麦在1.6%处理时达
到最高,为0.50。因此,与胚根胚芽有关的指标,如简
化活力指数在盐浓度0.4%~1.0%时变化较小,当盐
浓度高于1.0%时下降较大,是高浓度盐胁迫对胚芽
生长的抑制作用较明显。霍平慧等[18]研究了盐胁迫
对苜蓿种子萌发及幼苗生长的影响,结果发现随着盐
浓度的升高,苜蓿幼苗的胚根长和上胚轴长呈下降趋
势,与本研究结果一致。因此,胚根胚芽以及由它们得
到的其他指标可用来比较材料间的耐盐性大小。
牧草种子的耐盐性研究为耐盐植物筛选与早期鉴
定提供依据,植物种子能否在盐胁迫下萌发成苗,是保
证植物在盐碱条件下正常生长发育的前提,因此,研究
盐胁迫下种子的萌发具有重要意义。
(3)MDA是膜脂过氧化的指示化合物[18]。与对
照相比,低浓度盐胁迫时幼苗叶片中丙二醛含量和脯
氨酸含量变化不明显,只有在高盐胁迫时,其值随着盐
浓度升高而变大;处理浓度在0.3%时,各牧草叶片中
MDA含量无明显变化;随着盐胁迫的加强,老芒麦在
1.2%盐胁迫下为对照的1.84倍;细茎冰草在1.5%
处理下的脯氨酸含量是对照的2.7倍。
MDA和脯氨酸是牧草抵抗盐胁迫的重要渗透调
节物质,通过增加渗透调节物质含量提高对盐的抵抗
能力,维持细胞的正常的生理代谢,使牧草具有一定忍
耐或抵抗盐碱的能力[19,20]。研究中当盐浓度在一定
范围内禾草能够抵抗一定程度的盐胁迫,随着盐胁迫
的加剧,破坏或损伤牧草细胞膜的结构和功能,导致细
胞膜透性增加,大量渗透调节物外渗,脂质过氧化作用
增强,对幼苗产生影响,所以禾草中 MDA和脯氨酸含
量增加,以提高对盐的忍耐和抵抗能力。
总之,低浓度的盐胁迫对禾草的生长具有促进作
用,但是超过一定浓度时将抑制禾草幼苗生长。在盐
碱地上种植牧草可以减少土壤水分蒸发,一些耐盐碱
牧草庞大的根系有利于改善土壤结构[21],因此牧草对
盐碱地的改良具有重要作用。
(4)运用隶属函数对5种禾本科牧草的耐盐性进
行综合评价,得出各材料的耐盐能力大小为:垂穗披碱
草>细茎冰草、老芒麦>扁穗冰草>无芒雀麦。通过
分析盐胁迫对不同禾本科牧草种子萌发及幼苗的影
响,为牧草耐盐性鉴定、盐碱地牧草栽培和耐盐育种提
供参考。
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Identification of salt-tolerance of different grass
species in seed germination and seedling
growth stages
WANG Xiao-long,MI Fu-gui,GUO Yue-wu,YAN Li-jun,LIU Wei-wei
(College of Ecological and Environmental Science,Inner Mongolia Agricultural
University,Hohhot 010019,China)
  Abstract:The relative germination rate,seed germination potential,embryo root and embryonic bud ratio,
germination index,simplified vigor index of 5grass species were measured and analyzed by the method of Petri
dishes of paper germination and pot seedling cultivation under 7different mixed salt solutions of NaCl and
Na2SO4(0.4%to 1.6%).MDA and free proline contents were measured and compared in another 5different
mixed salt solutions(0.3%~1.5%).The effect of salt stress on the seed germination and seedling growth were
evaluated and analyzed by membership function to provide theoretical reference for salt tolerance identification.
The results showed that the order of salt tolerance of 5grass species was:Elymus nutans>Agropyron trachy-
caulum,Elymus sibiricus>Agropyron cristatum >Bromus inermis.
  Key words:grass;seed germination;seedling growth;
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
salt-tolerance
(上接22页)
gain,daily bodyweight gain and cost were recorded.The results showed that there was significant different in
the daily bodyweight gain between breeds(P<0.05).The daily bodyweight gain of TS and AFWS were higher
than the control.The daily bodyweight gain of AFWS were significant higher than TS(P<0.05).The daily
body weight gain and economical benefit of TS were 0.25kg/day and 38.7RMB Yuan/lamb,which were the
best among treatments.And they were 0.3kg/day and 180.6RMB Yuan/lamb for AFWS,which were the best
among 3treatments.It could be concluded that AFWS was the optimal breed for short-tern fattening and the op-
timum supplement amount was 0.3kg/day.
  Key words:alpine pastoral region;Tibet sheep;alpine fine wool sheep;fattening;economic benefit
82       GRASSLAND AND TURF(2014)            Vol.34No.1