钝叶草盐胁迫的临界浓度初步研究
[徐毓皎1 
, 周宇杰1 , 罗瑛1 , 廖丽1 , 白昌军2 , 王志勇1 ]
, 周宇杰]
引用本文
徐毓皎, 周宇杰, 罗瑛, 廖丽, 白昌军, 王志勇. 钝叶草盐胁迫的临界浓度初步研究. 草业科学, 2018,35(4): 816-821
Xu Yu-jiao, Zhou Yu-jie, Luo Ying, Liao Li, Bai Chang-jun, Wang Zhi-yong. Critical concentration of salt stress in Stenotaphrum secundatum . Pratacultural Science, 2018,35(4): 816-821.
Doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0347
Xu Yu-jiao, Zhou Yu-jie, Luo Ying, Liao Li, Bai Chang-jun, Wang Zhi-yong. Critical concentration of salt stress in Stenotaphrum secundatum . Pratacultural Science, 2018,35(4): 816-821.
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钝叶草盐胁迫的临界浓度初步研究
第一作者:徐毓皎(1993-),女,河南周口人,在读硕士生,研究方向为暖季型草坪草种质资源遗传多样性与遗传育种。E-mail:[email protected]
摘要
本研究拟通过水培法筛选钝叶草( Stenotaphrum secundatum)盐胁迫半致死浓度,为后期筛选耐盐钝叶草品系提供依据。研究分别以0、35、70、105、140、175、210、245、280和315 mmol·L-1 10个NaCl浓度梯度处理钝叶草,以叶色、枯黄率、坪用质量、匍匐茎长度和干物质重量5个指标进行综合评价,得出盐胁迫半致死临界浓度。结果表明,不同NaCl浓度处理下各指标之间存在显著差异( P<0.05)。随着处理盐浓度的增加,枯黄率显著下降( P<0.05),其他指标均呈显著上升趋势( P<0.05)。以钝叶草枯黄率数据建立线性回归方程,以50%枯黄率为标准,确定钝叶草的盐胁迫半致死临界浓度为185 mmol·L-1,研究结果为今后钝叶草种质资源大量筛选提供依据。
关键词:
钝叶草; 盐胁迫; 半致死临界浓度; 枯黄率; 坪用质量; 生长速率; 回归分析
中图分类号:S540.34;Q945.78
文献标志码:A
文章编号:1001-0629(2018)04-0816-06
Critical concentration of salt stress in Stenotaphrum secundatum
Abstract
The objective of this study was to identify the semi-lethal concentrations of salt stress in Stenotaphrum secundatum using hydroponics to provide a theoretic background for screening salt tolerance of different accessions. The experiment was carried out at 10 concentration gradient treatments, which were 0, 35, 70, 105, 140, 175, 210, 245, 280, and 315 mmol·L-1. To investigate morphological indicators of S. secundatum, plants were treated after 28 days to determine the semi-lethal concentration of NaCl. The results showed that different treatments had significant differences ( P<0.05). With the increase in the salt concentration of the treatment, four morphological indexes, which were leaf color, turf quality, stolon length, and dry matter weight increased significantly ( P<0.05), whereas leaf firing decreased ( P<0.05). Using a linear regression equation, the semi-lethal concentration was found to be 185 mmol·L-1, when the rate of leaf firing was 50%. These results can provide a scientific basis and direction for the later screening of S. secundatum germplasm.
Key words:
Stenotaphrum secundatum; salt stress; semi-lethal; leaf firing; turf quality; growth rate; regression analysis
高盐环境会抑制植物组织和器官的生长和分化, 进而导致植物生长缓慢, 对于敏盐型的植物, 过多的盐分甚至会导致植物死亡[1]。环境中盐分过多也会抑制植物光合作用, 导致植物生长速率下降。我国盐碱土地面积大, 分布广, 这些都导致土地利用率较低, 随着环境被破坏, 我国土壤盐碱化日益严重。盐碱地主要分为三大类, 内陆盐渍区, 海浸盐渍区, 苏打-碱化盐渍区[2]。海南省是位于我国南部的海岛, 由于海水倒灌等原因导致临海的土壤逐渐变成盐碱地, 形成海浸盐渍区。草坪草是土地绿化和改善土壤土质的主要方法之一, 选育出耐盐性的草坪草是亟待解决的问题。国内关于草坪草盐胁迫的研究较多, 主要集中在盐分对植物的伤害, 植物的耐盐机制研究及耐盐基因的相关研究, 如, 对结缕草(Zoysia japonica)[3]的耐盐性研究、白颖苔草(Carex rigescen)[4]的耐盐性研究, 对狗牙根属(Cynodon dactylon)的耐盐性种质资源筛选及部分相关生理机理研究[5-7]以及对竹节草(Chrysopogon aciculatus)与地毯草(Axonpus compressu)的种质资源耐盐性初步筛选研究[8, 9, 10, 11]。
钝叶草(Stenotaphrum secundatum)是一种暖季型草坪草, 多分布在热带或者亚热带地区。多年生草本植物, 具有匍匐茎, 蔓延性较强。与其他暖季型草坪草相比, 钝叶草的抗寒性较差[12]、耐阴性强[13]、抗旱性好[14]、具有一定的抗病性[15, 16]、具有耐淹性[17]。钝叶草繁殖快、竞争力强、耐践踏、具有较强的生命力, 是一种优良的暖季型草坪草[18]。国内关于钝叶草的利用较少, 偶有选做运动草坪, 大多是作为观赏性草坪使用。目前国内外关于草坪草耐盐性的研究较多, 但关于钝叶草的耐盐性研究及种质筛选较少。本研究主要对钝叶草的盐胁迫临界浓度开展初步研究, 以期为选育耐盐型钝叶草品系提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于中国热带农业科学院中国热带作物品种资源研究所基地, 属于热带季风气候, 太阳辐射强度在14 012.2~53 587.4 Lu, 光照充足, 每年光照时间约2 000 h, 年均降水量约1 815 mm。试验时间为7-10月, 属于雨季, 适宜钝叶草生长。
1.2 试验材料
试验选取钝叶草S10为材料。
1.3 试验方法
1.3.1 试验准备 取3个钝叶草匍匐茎, 放入盛有石英砂的塑料水杯(水杯直径6.5 cm, 高9.5 cm, 杯底打孔并垫纱布)中。将4个塑料水杯(即4个重复)嵌入泡沫板中, 将泡沫板架在6.0 L的小桶上培养, 桶内装5.0 L的Hoagland营养液, 培养期间不间断通入氧气, 调节pH 5.5~6.0, 培养60 d。
1.3.2 试验设计 试验处理时参考王志勇等[8]的结果, 设置0、35、70、105、140、175、210、245、280和315 mmol· L-1 10个NaCl处理浓度梯度, pH调节为5.5~6.0。处理时以每天递增的方法逐渐提高营养液内NaCl浓度, 每天增加35 mmol· L-1, 当浓度升至315 mmol· L-1时, 记为处理第1天, 沿塑料杯边缘修剪钝叶草, 并将每个塑料杯里的钝叶草修剪至相同高度, 处理28 d, 处理期间不间断通氧, 每5~6 d更换营养液, 每天补充因温度高失去的水分, 用NaOH和浓盐酸调节pH至5.5~6.0。
1.3.3 指标测定 参考王志勇等[9]试验方法, 在处理28 d时, 测定叶色(分)、枯黄率(%)坪用质量(分)、匍匐茎长度(cm)和干物质重量(g)5个指标, 具体方法如下。
叶色:以目测法对各处理进行评分, 4人打分求平均值。打分标准为, 蓝绿(9分), 深绿(7分), 绿(5分), 浅绿(3分), 黄绿(1分)。
枯黄率:目测法打分, 5%以下表示草坪草基本没有枯黄叶片, 50%表示草坪草枯黄一半, 95%以上表示草坪草基本没有绿叶。4人打分求平均值。
坪用质量:采用目测法, 参照NTEP(The National Turfgrass Evaluation Program, 美国国家草坪评比项目)标准, 以草坪的密度、质地、均一性等为指标进行评分, 最好质量为9分, 6分为可以接受的草坪质量, 0分为草坪死亡。4人打分求平均值。
匍匐茎长度: 取每个处理10个匍匐茎, 用直尺对匍匐茎长度进行测量, 求其平均值。
干物质重量:将各个处理的地上部、地下部清洗干净, 放入烘箱内, 105 ℃杀青15 min, 65 ℃烘至恒重, 天平称取干物质重量。
1.3.4 数据处理 试验所得数据使用Excel 2000对数据进行整理, 使用SPSS 19.0对各指标进行相关性分析, Graphpad 6.02绘图。
2 结果与分析
不同浓度NaCl处理间, 钝叶草生长状态差异明显(图1)。从0~315 mmol· L-1, 生长状态逐渐呈现衰弱趋势, 0 mmol· L-1处理下, 钝叶草生长状况良好, 颜色健康; 35~140 mmol· L-1 处理下, 钝叶草生长状态虽然呈现逐渐下降趋势, 但坪用质量良好; 175~315 mmol· L-1处理下, 钝叶草生长状况较差, 并逐渐出现枯死的钝叶草, 315 mmol· L-1浓度时, 钝叶草基本死亡, 极少存活的钝叶草叶片发黄, 受到了严重胁迫。
 | 图1 不同NaCl浓度处理28 d钝叶草的变化图中数字为NaCl处理浓度, 单位:mmol· L-1.Fig. 1 Effects of different NaCl concentrations at 28 days on Stenotaphrum secundatumThe number in the picture represents NaCl concentration, unit: mmol· L-1. |
2.1 盐胁迫对叶色的影响
钝叶草叶片颜色在盐胁迫下呈现由深变浅的趋势, 在0~245 mmol· L-1处理下, 钝叶草叶片颜色由蓝绿(9.00分)渐渐变为绿色(5.75分)(图2), 叶色评分显著高于280与315 mmol· L-1处理(P< 0.05)。315 mmol· L-1时钝叶草叶片颜色为黄色(1.00分), 显著低于其他处理得分(P< 0.05)。
 | 图2 不同浓度盐胁迫处理对钝叶草各指标的影响Fig. 2 Effects of different NaCl treatments on different indexes of Stenotaphrum secundatum |
2.2 盐胁迫对匍匐茎长度的影响
钝叶草匍匐茎长度随着NaCl浓度的增加呈现降低趋势(图2)。0~105 mmol· L-1处理匍匐茎长度显著高于210~315 mmol· L-1处理的(P< 0.05), 但这4个浓度间差异不显著(P> 0.05)。140、175与210、245和280 mmol· L-1差异显著(P< 0.05)。315 mmol· L-1处理未出现匍匐枝。
 | 表1 各指标间相关系数 Table 1 Correlation coefficients between each index |
2.3 盐胁迫对坪用质量的影响
钝叶草坪用质量呈现逐渐降低趋势(图2)。0~70 mmol· L-1坪用质量较好, 与其余浓度处理间差异显著(P< 0.05)。0~70、105~140和175~245 mmol· L-1处理之间差异不显著(P> 0.05)。在315 mmol· L-1处理时, 草坪基本死亡, 坪用质量仅为0.575分, 显著低于其他处理(P< 0.05)。
2.4 盐胁迫对干物质重量的影响
干物质重量分为地上部干重与地下部干重。随着NaCl处理浓度的升高, 地上部干重呈下降趋势, 各处理间显著差异(P< 0.05)(图2), 地下部干重各处理间显著差异(P< 0.05)。盐胁迫导致钝叶草生长速率降低。
2.5 盐胁迫对枯黄率的影响
不同浓度盐胁迫对钝叶草枯黄率的影响较大, 各处理间显著差异(P< 0.05)。低浓度0~105 mmol· L-1 NaCl处理时, 钝叶草的枯黄率非常低, 均在15%以下。在210~280 mmol· L-1处理时, 钝叶草的枯黄率已经超过50%, 在58.8%~91.5%; 315 mmol· L-1处理时, 钝叶草的枯黄率达到了98%, 草坪基本死亡。枯黄率结果表明, 高盐胁迫对钝叶草产生显著伤害。
2.6 各指标间的相关性分析
各指标间显著相关(P< 0.05)或极显著相关(P< 0.01)。其中枯黄率与匍匐茎长度、叶色、坪用质量、地上部干重和地下部干重5个指标呈极显著负相关(P< 0.01), 相关系数分别为-0.925、-0.908、-0.964、-0.851和-0.775。枯黄率与坪用质量相关性最大; 与地下部干重相关性最小, 这说明枯黄率对坪用质量的影响最大。匍匐茎长度、叶色、坪用质量、地上部干重和地下部干重5个指标间呈显著正相关(P< 0.05)或极显著正相关(P< 0.01)。其中叶色、匍匐茎长度与坪用质量的相关系数较高, 说明叶色和匍匐茎对坪用质量的影响较大。综上, 枯黄率对坪用质量的影响最为显著。
2.7 盐胁迫半致死阈值计算
试验分别以不同NaCl浓度处理28 d的枯黄率为自变量, 盐处理浓度为因变量建立回归方程, 得到线性回归方程Y=3.229 913X-0.005 57X2+37.780 86, R2=0.955 17。参考张振铭和胡化广[19]方法, 以叶片枯黄率50%的NaCl处理浓度为钝叶草盐胁迫半致死阈值, 从回归方程可知钝叶草半致死浓度为185 mmol· L-1。
3 讨论与结论
盐碱地是因自然气候变化和人类活动导致土壤中盐分含量过高, 影响植物的正常生长。土壤盐渍化导致土壤利用率降低, 我国干旱、半干旱和滨海地区盐渍化严重[2]。植物在高盐环境下, 会导致植物细胞膜两侧的渗透压失衡, 影响植物对水分、养分的吸收, 破坏植物的正常代谢过程, 使植物体内活性氧含量增加, 导致毒害作用, 进而伤害细胞膜结构, 抑制植物的正常生长, 导致植物生长缓慢, 严重时导致植物死亡[20, 21]。高盐环境也会影响叶绿素及相关酶的合成, 使植物光合作用受到抑制, 导致植物叶片发黄[3]。
草坪草耐盐评价指标主要包括生理、外部形态、生长量三大类指标, 本研究主要选取后两类指标, 以干物质重量、坪用质量、枯黄率为主要指标进行钝叶草耐盐性评价。结果表明不同盐浓度处理下, 钝叶草耐盐性表现出明显差异。本研究中, 随着处理盐浓度的增加, 地上部干重与地下部干重各处理间差异显著(P< 0.05), 说明高盐胁迫抑制了钝叶草的生长速率。高盐处理下地上部生长受到明显抑制, 与喻登丽等[3]对结缕草耐盐性研究结果相似。匍匐茎长与叶色均随着盐浓度的增加而呈现下降趋势, 其中叶色变化较为显著, 叶片颜色随着处理盐浓度的增加呈现下降趋势, 280和315 mmol· L-1高浓度处理中, 叶片出现严重枯死现象, 存活的叶片也出现发黄现象, 导致枯黄率显著上升, 干物质量和坪用质量显著下降, 此结果与竹节草[9]、紫露草(Tradescantia reflexa)[22]、白颖苔草[23]耐盐性研究结果相似。
相关性分析结果可知, 枯黄率的变化对坪用质量的影响呈显著负相关(P< 0.05)或极显著负相关(P< 0.01), 由此可知枯黄率的增加会导致坪用质量的降低。高浓度盐胁迫下, 叶片会变黄, 叶片边缘也会出现烧灼现象, 从而出现叶片枯黄或死亡的现象, 进而降低坪用质量。廖丽等[10]在对地毯草(Axonopus compresus)盐胁迫半致死浓度筛选中确定了枯黄率作为主要指标。本研究以枯黄率指标为自变量, 氯化钠处理浓度为因变量, 建立线性回归方程, 得出结果:钝叶草盐胁迫半致死阈值浓度为185 mmol· L-1。此结果为后期钝叶草种质资源大量快速筛选提供了参考。
(责任编辑 张瑾)
The authors have declared that no competing interests exist.
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