试验材料为禾本科黑麦草属的6个多年生黑麦草品种:美丽达、名仕、启明星、绅士、VNS、绿宝石, 其千粒重分别为1.592 6、1.778 9、1.594 3、2.052 1、2.058 4和1.592 6 g, 其中美丽达和绿宝石来源于甘肃农业大学, 名仕来源于兰州绿景缘草坪有限公司, 启明星来原于北京百斯特草业有限公司, 绅士和VNS来源于河南世纪天缘生态有限公司。

采用纸上萌发法, 将种子摆放于置有两张湿润滤纸的直径为90 mm的玻璃培养皿中, 分别加0、-0.4、-0.8、-1.2、-1.6、-2.0 MPa的NaCl溶液6 mL, 用封口膜封口, 置于5/15 ℃、15/25 ℃、25/35 ℃(12 h光照/12 h黑暗)条件下培养, 每隔两天更换一次盐溶液以确保盐分浓度一致。每个处理3个重复, 每重复50粒种子。以胚根突出种皮视为萌发, 每天统计萌发率, 共持续14 d(萌发率连续3 d不变为止)。第7天测定根长苗长, 每个重复测定5粒种子, 计算其均值。

萌发率=萌发结束时所有正常萌发的种子数/供试种子数× 100%。

相对萌发率=各处理的萌发率/对照萌发率× 100%。

萌发指数(GI)=∑ (G_t/D_t)。

式中:G_t为第t天的种子萌发数, D_t为对应的萌发天数。

相对萌发指数=各处理的萌发指数/对照萌发指数× 100%。

采用纸上萌发法, 将种子摆放于置有两张湿润滤纸的直径为9 cm的玻璃培养皿中(同萌发试验), 置于15/25 ℃(12 h光照/12 h黑暗)条件下培养。待胚根突破种皮至种子一半长时将种子移至渗透势依次为0、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8和-1.0 MPa的盐分溶液中, 温度分别为5/15 ℃、15/25 ℃、25/35 ℃(12 h光照/12 h黑暗)的变温培养箱中。待幼苗继续生长至第7天时测其根长和苗长, 每个重复测定5株, 计算其均值。

将6个黑麦草品种种子分别均匀撒播于装有河沙的花盆中(直径12 cm, 高12 cm), 每盆200粒。河沙过2 mm筛, 121 ℃烘2 h, 每盆约1 kg, 并使其表面平整。每品种18盆, 每天浇水以保证其出苗整齐。出苗一周后浇灌1/4倍的Hogland营养液。出苗15 d后, 按盆土沙子质量的0、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%配置相应浓度的NaCl溶液, 进行处理(从花盆底部的托盘浇灌, 每天加水保证盐溶液浓度一致), 每个品种3个重复。处理的同时, 用直径6 cm的环形圈随机取样, 样方内随机取5株标记, 并统计样方内所标记植株的叶片数。处理两周后统计样方内株数以及所标记植株的叶片数, 并将样方内存活植株取出洗净后在80 ℃烘12 h后测定生物量(该试验于兰州大学榆中校区智能温室中进行)。

单株生物量=样方内所有存活幼苗干重/样方内所有存活幼苗株数。

相对生物量=各处理的生物量/对照生物量× 100%。

1.5.1 数据分析 采用SPSS 22.0进行单因素方差分析, Excel 2010制作图表。采用隶属函数法对6个品种的抗盐性进行综合评价。

1.5.2 隶属函数法综合评价 利用隶属函数法对多年生黑麦草种子的耐盐性进行综合评价^[18], 然后按公式(1)计算各指标的隶属值, X_ij为第i个品种的第j个指标的测定值, Xj¯为第j个指标的平均值, X_min和X_max为某一指标的最小值和最大值; 按公式(2)计算标准差系数V_j; 按照公式(3)计算权重系数W_j; 按照公式(4)计算综合评价值(D), 综合值越大, 表示耐盐性越强。

U(X_j)=(X_j-X_min)/(X_max-X_min) (1)

V_j= ∑i=1n(Xij-X¯j)2X¯j(2)

W_j= Vj∑j=1mVj(3)

D= ∑j=1m[U(X_j )× W_j] j=1, 2, 3, ……, n (4)

2.1.1 温度与盐分对种子萌发率的影响 随盐分浓度的增加(图1), 不同温度条件下黑麦草各品种种子的相对萌发率整体呈下降趋势, 但品种间的差异因萌发温度的不同而异。当盐分浓度为-0.4 MPa时部分品种的相对萌发率高于对照, 比如15/25 ℃品种美丽达和名仕的相对萌发率分别为105%还和101%, 而25/35 ℃时品种美丽达和启明星的相对萌发率依次为102%和106%。当盐分浓度为-0.8 MPa时, 5/15 ℃下品种绅士相对萌发率显著高于其余品种, 而在15/25 ℃时相对萌发率在品种间均无显著差异(P> 0.05), 但当温度为25/35 ℃时品种绅士的相对萌发率显著低于品种美丽达和绿宝石(P< 0.05)。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 不同温度、盐分胁迫下种子的相对萌发率 注:不同小写字母表示同一盐分浓度下不同品种间差异显著(P< 0.05)。下同。Fig.1 The relative germination rate of seeds under different temperatures and salt stress Note: Different lowercase letters for the same salt concentration indicate significant difference among the six varieties at the 0.05 level; The same below.

2.1.2 温度与盐分对种子相对萌发指数的影响 随盐分浓度的增加, 不同温度条件下黑麦草各品种种子相对萌发指数整体呈现下降趋势, 但其下降程度随温度、品种和盐分浓度的不同而异。当盐分浓度为-0.8 MPa时, 在5/15 ℃下所有品种的相对萌发率在品种间无显著差异(P> 0.05), 在15/25 ℃时品种名仕的相对萌发指数显著高于品种启明星和VNS(P< 0.05), 但在25/35 ℃时品种名仕的相对萌发指数显著低于品种VNS(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 不同温度、盐分胁迫下种子的相对萌发指数Fig.2 The relative germination index of seeds under different temperatures and salt stress

2.1.3 萌发阶段耐盐性综合评价 温度对植物的耐盐性有一定的影响, 在种子萌发阶段不同温度下多年生黑麦草各品种的耐盐性并不一致。综合相对萌发率和萌发指数两个指标, 通过隶属函数法对种子萌发阶段多年生黑麦草不同品种的耐盐性进行评价, 结果显示, 在不同温度下各品种的耐盐性并不相同。比如当温度为5/15 ℃时不同品种的耐盐性排序为绅士> VNS> 绿宝石> 名仕> 启明星> 美丽达, 然而在15/25 ℃时其耐盐性排序为美丽达> VNS> 绅士> 启明星> 绿宝石> 名仕, 但是在25/35 ℃时其耐盐性排序为绿宝石> 美丽达> 启明星> VNS> 绅士> 名仕(表1)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同温度下萌发阶段的耐盐性评价 Table 1 Salt resistance evaluation during the germination stage under different temperatures 温度 Temperature 品种 Variety 隶属函数值Subordinative 综合评价值 Comprehensive evaluation value 排序 Rank 萌发率 Germination percentage 萌发指数 Germination index 5/15 ℃ 美丽达Medalist 0.569 0.359 0.450 6 名仕Neruda 0.607 0.358 0.483 4 启明星Gray star 0.630 0.358 0.482 5 绅士Esquire 0.699 0.406 0.611 1 VNS 0.657 0.419 0.579 2 绿宝石Emerald 0.653 0.401 0.542 3 权重Weight 0.554 0.446 15/25 ℃ 美丽达Medalist 0.715 0.597 0.658 1 名仕Neruda 0.699 0.566 0.622 6 启明星Gray star 0.710 0.543 0.649 4 绅士Esquire 0.739 0.561 0.650 3 VNS 0.739 0.561 0.651 2 绿宝石Emerald 0.701 0.566 0.633 5 权重Weight 0.512 0.488 25/35 ℃ 美丽达Medalist 0.642 0.576 0.602 2 名仕Neruda 0.538 0.487 0.515 6 启明星Gray star 0.650 0.573 0.607 3 绅士Esquire 0.594 0.490 0.530 5 VNS 0.637 0.554 0.587 4 绿宝石Emerald 0.681 0.629 0.647 1 权重Weight 0.416 0.584

表1 不同温度下萌发阶段的耐盐性评价 Table 1 Salt resistance evaluation during the germination stage under different temperatures

2.2.1 温度与盐分对幼苗相对根长的影响 不同温度条件下随着盐浓度的增加各品种幼苗相对根长整体呈下降趋势, 下降程度因温度和品种而异(图3)。如当盐分浓度为-0.4 MPa, 温度为5/15 ℃时品种绿宝石的相对根长显著高于品种绅士和VNS, 在15/25 ℃时品种启明星的相对根长显著高于品种名仕的相对根长, 而在25/35 ℃时品种名仕和绅士显著高于其余品种(P< 0.05)。在15/25 ℃下, 较低浓度盐分(-0.2 MPa)胁迫下幼苗相对根长在品种间无显著差异(P> 0.05)。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 幼苗生长阶段不同温度和盐分胁迫下的相对根长Fig.3 Relative root length during the seedling growth stage under different temperatures and salt stress

2.2.2 温度与盐分对幼苗相对苗长的影响 幼苗生长阶段, 不同温度条件下随着盐浓度的增加各品种幼苗相对苗长整体上呈下降趋势, 下降程度因温度和品种而异(图4)。与其它两个温度相比, 幼苗生长的最适温度为15/25 ℃, 比如, 当盐分浓度高达-1.0 MPa, 5/15 ℃时品种VNS相对苗长为14.1%, 显著高于其他品种; 在15/25 ℃时品种美丽达的相对苗长为59.8%, 显著高于其他品种; 而25/35 ℃时品种启明星和绿宝石相对苗长分别为16.2%和12.7%显著高于其他品种。5/15 ℃下, 当盐分浓度为-0.2 MPa时, 品种启明星的相对苗长显著高于品种绿宝石, -0.4 MPa时品种VNS的相对苗长显著高于品种绅士(P< 0.05), -0.8 MPa时品种启明星的相对苗长显著高于品种美丽达、名仕和绅士, -1.0 MPa时品种VNS相对苗长显著高于其它品种。

图4

Fig.4

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	图4 幼苗生长阶段不同温度、盐分胁迫下的相对苗长Fig.4 Relative seedling length during the seedling growth stage under different temperatures and salt stress

2.2.3 幼苗生长阶段耐盐性综合评价 在幼苗生长阶段, 综合幼苗的相对根长和苗长两个指标, 通过隶属函数法对不同温度下6个品种的多年生黑麦草的耐盐性进行了评价, 结果表明, 温度和品种对幼苗的耐盐性有一定的影响, 其影响程度因温度和品种而异。同一品种在不同温度下的耐盐性也并不一致, 比如在5/15 ℃时品种绅士在6个品种间耐盐性最差, 但是在25/35 ℃时耐盐性最强。当温度为5/15 ℃时不同品种的耐盐性排序为启明星> 绿宝石> 名仕> VNS> 美丽达> 绅士, 15/25 ℃时其耐盐性排序为启明星> 美丽达> VNS> 绅士> 绿宝石> 名仕, 但25/35 ℃时其耐盐性排序为绅士> 绿宝石> 美丽达> 名仕> 启明星> VNS(表2)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同温度下幼苗生长阶段的耐盐性评价 Table 2 Salt resistance evaluation at the seedling growth stage under different temperatures 温度 Temperature 品种 Variety 隶属函数值Subordinative 综合评价值 Comprehensive evaluation value 排序 Rank 萌根长Root length 苗长Seedling length 5/15 ℃ 美丽达Medalist 0.341 0.455 0.404 5 名仕Neruda 0.349 0.520 0.417 3 启明星Gray star 0.380 0.566 0.456 1 绅士Esquire 0.331 0.451 0.390 6 VNS 0.338 0.499 0.412 4 绿宝石Emerald 0.378 0.489 0.421 2 权重Weight 0.624 0.376 15/25 ℃ 美丽达Medalist 0.478 0.594 0.532 2 名仕Neruda 0.361 0.462 0.401 6 启明星Gray star 0.575 0.552 0.567 1 绅士Esquire 0.396 0.452 0.411 4 VNS 0.406 0.460 0.419 3 绿宝石Emerald 0.393 0.424 0.408 5 权重Weight 0.624 0.376 25/35 ℃ 美丽达Medalist 0.298 0.581 0.458 3 名仕Neruda 0.394 0.493 0.439 4 启明星Gray star 0.277 0.528 0.408 5 绅士Esquire 0.409 0.553 0.471 1 VNS 0.324 0.525 0.403 6 绿宝石Emerald 0.334 0.550 0.462 2 权重Weight 0.509 0.491

表2 不同温度下幼苗生长阶段的耐盐性评价 Table 2 Salt resistance evaluation at the seedling growth stage under different temperatures

2.3.1 盐分胁迫对相对生物量的影响 幼苗建植阶段, 盐分胁迫对各品种相对生物量的影响整体上呈下降趋势(图5), 但部分品种的相对生物量在适当的盐分胁迫下有增加现象。比如品种启明星和绿宝石在盐浓度为0.1%时相对生物量分别比对照高出12和18个百分点。在盐浓度0.4%、0.6%、0.8%时品种启明星相对生物量均为最高, 与最低值品种名仕差异显著(P< 0.05)。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 不同盐浓度下6个黑麦草品种幼苗建植期的相对生物量Fig.5 Relative biomass of six Lolium perenne varieties during the seedling establishment stage under different salt concentrations

2.3.2 盐分胁迫对相对密度的影响 幼苗建植阶段, 随着盐浓度的增加各品种的相对密度呈下降趋势, 盐分浓度与幼苗的相对密度在品种间存在一定差异。适当盐分胁迫对部分品种的生长有促进作用, 在盐分含量为0.1%时品种VNS、绿宝石的相对密度分别比对照高出8.9和7.3个百分点。当盐分浓度为0.2%时, 品种启明星的相对密度最大。当浓度为0.4%时品种绅士的相对密度显著高于品种名仕、 美丽达和VNS, 0.8%时品种启明星的相对密度显著高于品种其余品种(P< 0.05)(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 不同盐浓度下6个黑麦草品种幼苗建植期的相对密度Fig.6 Relative density of the seedlings of six Lolium perenne varieties planted under different salt concentrations

2.3.3 幼苗建植阶段耐盐性综合评价 在幼苗建植阶段, 根据相对生物量和相对密度这两个指标通过隶属函数法对6个不同品种多年生黑麦草的耐盐性进行了综合评价, 其耐盐性排序为启明星> 绿宝石> 美丽达> 绅士> VNS> 名仕。在幼苗建植期耐盐性最好的品种为启明星, 综合评价值高达0.764, 耐盐性最差的为品种名仕, 综合评价值为0.489(表3)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 6个黑麦草品种幼苗建植阶段耐盐性综合评价 Table 3 Salt resistance evaluation of six varieties of Lolium perenne during the seedling planting stage 品种 Variety 隶属函数值Subordinative 综合评价值 Comprehensive evaluation value 排序 Rank 相对生物量Relative biomass 相对密度Relative density 美丽达Medalist 0.685 0.591 0.643 3 名仕Neruda 0.410 0.584 0.489 6 启明星Gray star 0.842 0.701 0.764 1 绅士Esquire 0.521 0.719 0.618 4 VNS 0.506 0.606 0.566 5 绿宝石Emerald 0.878 0.704 0.760 2 权重Weight 0.463 0.609

表3 6个黑麦草品种幼苗建植阶段耐盐性综合评价 Table 3 Salt resistance evaluation of six varieties of Lolium perenne during the seedling planting stage

通过在种子萌发期、幼苗生长期、幼苗建植期这3个不同的生长阶段选取相对萌发率、相对萌发指数、相对根长、相对苗长、相对单株生物量、相对密度这6个不同指标采用隶属函数法综合评价了6个不同的黑麦草品种的抗盐性, 结果表明, 品种启明星为最耐盐品种, 综合评价值高达0.656, 品种名仕的耐盐性最差, 综合评价值为0.499, 品种间的耐盐性综合排序依次为启明星> 美丽达> 绅士> 绿宝石> VNS> 名仕(表4)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 6个黑麦草品种耐盐性综合评价 Table 4 Comprehensive evaluation of the salt tolerance of six Lolium perenne varieties 品种 Variety 隶属函数值Subordinative 综合评价值 Comprehensive evaluation value 排序 Rank 萌发率 Germination rate 萌发指数 Germination index 根长 Root length 苗长 Seedling length 生物量 Biomass per plant 密度 Density 美丽达Medalist 0.715 0.597 0.589 0.713 0.685 0.591 0.635 2 名仕Neruda 0.699 0.566 0.387 0.455 0.41 0.584 0.499 6 启明星Gray star 0.71 0.543 0.63 0.491 0.842 0.701 0.656 1 绅士Esquire 0.739 0.561 0.429 0.501 0.521 0.719 0.574 3 VNS 0.739 0.561 0.426 0.473 0.506 0.606 0.534 5 绿宝石Emerald 0.701 0.566 0.442 0.464 0.878 0.704 0.564 4 权重 Weight 0.109 0.109 0.302 0.144 0.159 0.176

表4 6个黑麦草品种耐盐性综合评价 Table 4 Comprehensive evaluation of the salt tolerance of six Lolium perenne varieties

随盐分浓度的增加, 6个多年生黑麦草品种种子萌发率、幼苗的根苗生长以及干重均呈现一定的下降趋势。这与对小麦(Triticum aestivum)和棉花(Gossypium hirsutum)^[19]以及对鹰嘴豆(Cicera rietinum)^[20]耐盐性的研究结果相似。盐分对种子萌发率、幼苗的根苗生长以及干重的影响因盐分浓度、温度以及品种而异, 如低浓度盐分对种子萌发率没有影响, 在一定范围内适当增加盐分浓度还可促进种子萌发, 但进一步增加盐浓度, 萌芽则会受到抑制, 这与对决明子(Cassia senna)^[21]种子关于盐分胁迫的研究结果一致。在5/15 ℃盐分浓度为-1.6 MPa时, 所有品种均不萌发, 说明高浓度的盐胁迫能够完全抑制种子的萌发^{[20, 22]}。

盐分对黑麦草种子萌发的抑制效应在低温5/15 ℃下比高温25/35 ℃时更为强烈, 属于低温抑制加剧型, 这与对垂穗披碱草(Elymus nutans)的研究结果一致^[22]。不同温度同一品种不同生长发育时期其耐盐性也不一致, 有些品种在适宜温度下耐盐性最强, 但受到温度胁迫时耐盐性就会下降。比如萌发阶段, 品种美丽达在15/25 ℃时耐盐性最好, 综合评价值达0.658, 但在5/15 ℃时耐盐性最差, 综合评价值为0.450, 说明温度与盐分协同作用影响种子的萌发, 这与黑麦草耐盐性研究提出的温度与盐分之间存在“ 交叉适应” 现象^[13]一致。

在幼苗生长阶段, 随着盐浓度的增加相对根长和苗长都整体呈下降趋势, 并且适宜的温度下适当的盐分浓度会促进幼苗根苗的生长, 这与对沙芦草(Agropyron mongolicum)的研究结果相似^[23]。同时当幼苗处于25/35 ℃高温或5/15 ℃低温的不利环境时高浓度的盐胁迫会加剧对幼苗生长的抑制, 这种抑制作用在根长的表现要强于苗长。可能是由于盐分胁迫直接作用于植物的根系, 所以, 根系对盐分胁迫的响应最为直接和敏感^[24]。幼苗需要凭借根的伸长应对盐分胁迫, 同时根的生长和生物量大小可能决定能量分配, 从而影响到植物对逆境的忍耐力^{[24, 25]}。

本研究对黑麦草的种子萌发、幼苗生长以及建植这3个不同生长阶段耐盐性分别进行了综合评价, 结果显示, 多年生黑麦草同一品种在不同生长阶段的耐盐性并不相同。比如, 本研究中当温度为5/15 ℃时, 品种绅士在萌发阶段耐盐性最强, 综合评价值高达0.611, 但在幼苗生长阶段耐盐性最差, 综合评价值为0.390, 这与草地早熟禾(Poa annua)品种“ 梅里安” 的研究结果相似^[16]。品种绿宝石在萌发阶段和幼苗生长阶段的耐盐性较差, 但在幼苗建植阶段的耐盐性却最好, 综合评价值高达0.768, 这与Rose和李保军^[3]对耐盐草坪草的研究结果一致。但也有研究表明, 小麦(Triticum aestivum)萌发期的耐盐性与其幼苗的耐盐强弱无关^[26]。所以, 在不同的生长阶段由于耐盐机制的不同植物可表现出不同的耐盐性, 有些品种在萌发期耐盐性较强, 而另一些品种则在建植成坪后才表现出较强的耐盐性^{[5, 16]}。同物种不同生长阶段下的耐盐性也不一致, 这可能是由于不同的物种之间, 或同一物种的不同基因型之间耐盐性存在明显差异^[27]。如, 大豆(Glycine max)^[28]、棉花^[17]种子萌发阶段与幼苗生长阶段的耐盐性就不一致。

总之, 植物耐盐力的大小是受多种因素影响的综合表现, 单一指标并不能客观真实地反映植物真实的耐盐性^[29], 同时, 耐盐指标以及评价时期的选取对种质资源耐盐性的评价尤为重要, 只有通过多种指标的综合评价分析才能客观地反映草坪草的真实耐盐性。