?

GA3 處理對鹽脅迫下5 種牧草種子萌發及幼苗生長的影響

2024-03-14 08:17崔文寧孟靜靜張文香高培培張存在
草業科學 2024年1期
關鍵詞:白三葉羊草黑麥草

崔文寧,孟靜靜,張文香,路 培,高培培,王 茜,張存在

(1.衡水學院生命科學學院, 河北 衡水 053000;2.河北省武邑縣自然資源和規劃局, 河北 衡水 053400)

植物的生長發育受多種因素的制約,當這種制約超過一定的限度時就會影響到植物正常的生長發育甚至會導致植物死亡,這種現象稱為脅迫或逆境[1]。鹽脅迫是植物在生長發育過程中普遍遇到的嚴峻問題,主要由土壤中的中性鹽NaCl 所致[2],且中、高濃度的單鹽離子Na+和Cl-還會影響植物對Ca2+、K+等其他有益礦質元素的吸收,產生拮抗效應[3]。大多數植物受鹽脅迫后會出現代謝障礙、水分脅迫、分裂減少甚至細胞膜解體等狀況,最終導致植物細胞內外離子和水分失去平衡,代謝紊亂或者停止,植物生長受到抑制[4]。目前,鹽脅迫已經成為導致作物減產的重要制約因素[5]。

種子的萌發期是植物整個生活史中最脆弱、最易受外界環境因子影響的階段[6],所以,在種子萌發期進行耐鹽鑒定相對準確,最能體現植物對逆境的耐受性[7]。鹽脅迫下種子幼苗階段的生理特性與生長狀況研究可有效提高優良品種和植株的選育[8]。目前針對種子的抗鹽性研究已有不少報道[9-11]。植物生長調節劑與植物耐鹽性的關系一直是研究植物耐鹽機理的重要內容[12]。赤霉素(GA3)是一種高效、廣譜的植物生長調節物質,在種子的休眠調節中發揮中心作用。外源添加一定濃度的GA3可提高植物的耐鹽性,能提早打破種子的休眠,提高發芽率[13];也可代替低溫春化及長日照處理,誘導植物提前開花及促進生長發育。目前,已有許多相關GA3處理影響植物種子萌發的研究[14-17],但相關GA3激素對鹽脅迫下牧草種子萌發及幼苗生長影響的研究鮮有報道。

牧草大多是草本植物,投入成本低,產量高。近年來,由于環境變化和人類破壞,草地鹽堿化程度逐年加重,牧草產量和質量受到嚴重影響[18-19]。黑麥草(Lolium perenne)、‘朝牧1 號’稗谷(Echinochloa crusgalli‘Chaomu1’)和羊草(Leymus chinensis)屬于禾本科多年生植物,分布范圍廣,抗性強,可多次刈割,是當前畜牧業上常用的優質牧草;紫花苜蓿(Medicago sativa)和白三葉(Trifolium repens)是豆科多年生草本植物,品質優良,綠期長,適口性好,固氮能力強,是典型的蜜源牧草,其中紫花苜蓿還有“牧草之王”之稱[20-21]。本試驗以5 種常用優質牧草種子為研究對象,擬對GA3處理對鹽脅迫下的牧草種子萌發特性和生長特性的影響進行系統研究,篩選出促進鹽脅迫下5 種牧草種子萌發和幼苗生長的最佳GA3濃度,以期了解外源激素GA3對牧草鹽脅迫逆境的緩解效應,從而進一步為改善土壤生態環境、促進畜牧業的發展提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料黑麥草、‘朝牧1 號’稗谷、羊草、紫花苜蓿、白三葉種子均由河北省武邑縣自然資源和規劃局提供。5 個品種種子均為2021 年采收,獲取后暫存于4 ℃低溫冰箱避光保存。

1.2 試驗方法

1.2.1種 子處理

挑取飽滿健康、無蟲害、無缺刻的5 種牧草(黑麥草、‘朝牧1 號’稗谷、羊草、紫花苜蓿、白三葉)種子,試驗前先用0.5%的KMnO4溶液浸種消毒20 min,用無菌水清洗沖洗3~4 次,再用吸水紙吸干備用。

1.2.2試 驗設計

以100 mmol·L-1的NaCl 鹽溶液模擬鹽脅迫,經不同濃度的GA3溶液(0、25、50、100、150、250、500 mg·L-1)浸泡14 h,相應處理標記為(S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6),設置無菌水處理作對照(CK),每個處理100 粒種子,3 次重復。浸種完畢后,用0.1%的HgCl2消毒15 min,再用無菌水沖洗3~4 次,晾干備用。用墊有2 層無菌吸水濾紙的直徑為11 cm 的培養皿作發芽床,種子均勻散開,加入5 mL 100 mmol·L-1的NaCl 溶液進行鹽脅迫,每天固定時間稱重并添加無菌水以保持一定的濕度和鹽脅迫濃度。所有處理進行相同的操作。

1.2.3 相 關指標測定

以牧草種子胚根長度≥ 1/2 種子粒徑時視為種子發芽[20],第5 天結束后統計發芽勢(GE),10 d結束后停止試驗,測定種子的萌發情況。測定指標:種 子 的 根 長(root length, RL)、苗 高(shoot length,SL)、發 芽 率(germination percentage, GP)、發 芽 勢(germination energy, GE)、 發 芽 指 數 (germination index, GI)、種子活力指數(vitality index, VI)、平均發芽天數(mean germination time, MGT)和鮮重(fFresh weight, FW)。計算公式和方法[22-23]如下:

發芽勢(GE) = 第5 天正常發芽種子數/供試種子數 × 100%;

發芽率(GP) = 第10 天正常發芽種子數/供試種子數 × 100%;

式中:Gt為第t天的發芽種子數,Dt為相應發芽天數,S為第10 天的平均鮮重(mg)。

根長(RL)、苗高(SL)的測定:萌發試驗10 d后,將萌發的種子用無菌水反復輕輕沖洗3~4 次,沖洗干凈后用吸水紙將種苗表面的水分吸干,再用游標卡尺測定根長度和苗長度,詳細記錄試驗數據。

鮮重(FW)的測定:種子萌發第10 天時,將試驗的種子用無菌水輕輕反復沖洗3 次,沖洗干凈后用吸水紙將種苗表面的水分充分吸干,稱取此時的重量,即為鮮重。

1.3 培養條件

所有試驗均于2022 年4 月于衡水學院植物生理學實驗室進行,試驗處理均在人工智能氣候培養箱ZXQP-R1350 內培養完成,設定溫度為25 ℃,光照12 h·d-1,光照強度2 500 lx。

1.4 數據分析

試驗測定所有結果數據均用平均值 ± 標準誤差表示,用SPSS 20.0 進行統計分析處理,文中所有圖標均采用Excel 2010 制圖。

2 結果與分析

2.1 GA3 處理對鹽脅迫下5 種牧草種子發芽特性的影響

相對于CK,S0處理對5 種牧草種子的萌發有顯著抑制作用(P< 0.05) (表1 和表2),GA3溶液處理后均會對遭受鹽脅迫后的牧草種子產生促發作用。遭受鹽脅迫的牧草種子的發芽率和發芽勢均降低,其中白三葉受抑制最嚴重,發芽率低至13.98%,相比CK 降低了74.25%,‘朝牧1 號’稗谷抗鹽性相對最大,發芽率相比CK 降低了68.36%。隨著GA3濃度的不斷提高,5 種牧草種子的發芽率和發芽勢均呈先上升后下降的趨勢,所有處理均顯著低于CK (P< 0.05)。各處理組,黑麥草、羊草、紫花苜蓿和白三葉的發芽率均在S4處理下顯著提高,分別為67.34%、62.31%、67.05%和59.68%,而‘朝牧1 號’稗谷的發芽率和發芽勢在濃度較低的S3處理下最高,分別為72.30%和62.41%。

表1 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子發芽率的影響Table 1 Effect of different concentrations of GA3 treatments on germination percentage of five forages%

S0處理對5 種牧草種子的發芽指數和活力指數有顯著抑制作用,相比CK 均差異顯著(P< 0.05)。GA3浸泡處理可有效緩解鹽脅迫對5 種牧草種子發芽和種子活力的抑制(圖1 和圖2)。隨著GA3濃度的增加,5 種牧草種子的發芽指數和活力指數均呈現先上升后下降的趨勢,這與發芽率和發芽勢的趨勢(表1、表2)基本一致,5 個牧草種子在相對最佳處理濃度下的發芽指數與CK 無顯著差異(P>0.05)。各處理下,黑麥草、羊草、紫花苜蓿和白三葉的發芽指數在S4處理下最大,分別為27.38、24.22、23.96 和21.33,活力指數也最大,分別為720.64、652.19、613.01 和485.13;而‘朝牧1 號’稗谷的發芽指數和活力指數均在S3處理下最大,分別為28.56和756.54,顯著高于其他種子。

圖1 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子發芽指數的影響Figure 1 Effect of different concentrations of GA3 treatments on the germination index of five forages

圖2 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子活力指數的影響Figure 2 Effect of different concentrations of GA3 treatments on the vitality index of five forages

S0處理對5 種牧草種子發芽時間抑制效果明顯,與CK 相比均差異顯著(P< 0.05)。隨著GA3濃度增加,5 種牧草種子的平均發芽時間均呈先降低后升高的趨勢,高濃度的GA3會抑制牧草種子的發芽(圖3)。其中,‘朝牧1 號’稗谷種子平均發芽天數在S3處理時最低,僅為1.27 d,與CK 差異不顯著(P>0.05);其他4 種牧草種子均在S4處理時平均發芽天數最低,分別為1.7、2.07、3.00 和3.59 d,其中黑麥草和羊草相與CK 無顯著差異,低濃度的S1處理對黑麥草、‘朝牧1 號’稗谷和白三葉發芽時間有明顯的促進作用,S1和S0處理時表現出顯著差異。

圖3 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子平均發芽天數的影響Figure 3 Effect of different concentrations of GA3 treatments on mean germination time of five forages

2.2 GA3 處理對鹽脅迫下5 種牧草種子幼苗生長的影響

S0處理對5 種牧草種子的鮮重有嚴重的抑制作用,與CK 相比差異顯著(P< 0.05)。隨著GA3濃度的增加,5 種牧草種子的鮮重均呈先增后降的趨勢(表3)。各處理下,黑麥草種子在S4處理時種子的鮮重達到最大,為26.32 mg,與CK 差異顯著(P<0.05),S6處理后鮮重顯著下降到S1低濃度水平;‘朝牧1 號’稗谷種子在S3處理時鮮重最大,為29.41 mg,與CK 無顯著差異(P> 0.05),后隨著GA3濃度增加,有顯著降低趨勢,在S6處理時已趨近S0水平,說明高濃度的GA3嚴重抑制‘朝牧1 號’稗谷的鮮重;羊草、紫花苜蓿和白三葉在S4處理時鮮重最大,分別為25.48、27.22、25.41 mg,與CK 無顯著差異。

表3 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子鮮重的影響Table 3 Effect of different concentrations of GA3 treatments on fresh weight of five forages mg

S0處理對5 種牧草種子幼苗的根長有嚴重的抑制作用,與CK 相比差異顯著(P< 0.05)。隨著GA3濃度的不斷提高,5 種牧草種子幼苗的根長均呈現先上升后下降的趨勢(表4)。鹽脅迫狀態下的5 種牧草經較低濃度的GA3濃度處理后,與CK 均有顯著差異。其中,黑麥草、‘朝牧1 號’稗谷和羊草這3 種禾本科牧草在較低濃度的S1處理時,根長較S0處理顯著延長增長,而其他兩種豆科牧草紫花苜蓿和白三葉在較低濃度的S1處理時,根長較S0處理差異不顯著(P> 0.05)。黑麥草、羊草、紫花苜蓿、白三葉均在S4處理時根長達到峰值,分別為6.48、7.51、7.22、6.59 cm;‘朝牧1 號’稗谷的根長在S3處理時達到峰值,為8.41 cm,雖然‘朝牧1 號’稗谷的根長最長,但S6處理時根長與S0無顯著差異,羊草在此高濃度的GA3處理下,根長也下降到S1處理水平。另外,高濃度GA3處理組的牧草種子根長縮短但變粗壯,且根尖部位褐色加深,說明高濃度的GA3對根的伸長有抑制作用。

表4 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子幼苗根長的影響Table 4 Effect of different concentrations of GA3 treatments on root length of five forages cm

S0處理對5 種牧草種子的苗高有嚴重的抑制作用,與CK 相比差異顯著(P< 0.05) (表5)。GA3浸種處理可以緩解鹽脅迫對5 種牧草種苗生長的抑制作用。經GA3溶液浸種處理后的5 種牧草種子的苗高隨著GA3溶液濃度的增加均出現峰值,峰值之后高濃度的GA3溶液會抑制種苗的生長。其中,黑麥草、羊草、紫花苜蓿和白三葉均在S4處理時苗高達到最高,分別為2.98、2.64、2.17和2.30 cm;而較低濃度的GA3即可對‘朝牧1 號’稗谷的幼苗生長產生顯著影響,在S2處理時苗高達到最高,為3.21 cm,在5 種牧草種子中對GA3反應最為敏感。

表5 不同GA3 濃度處理對5 種牧草種子苗高的影響Table 5 Effect of different concentrations of GA3 treatments on seedling length of five forages cm

3 討論

種子萌發是生命的開始,是植物生長發育的關鍵階段,幼苗生長是植物對逆境脅迫的綜合體現,鹽脅迫會抑制植物種子的萌發和幼苗的正常生長[24-25],鹽濃度越高,鹽脅迫越重,種子的發芽情況就會越差[26]。GA3能促進細胞的生長和分裂膨大,提高種子內部酶的活性并促進生理代謝[27],且外源GA3對植物的株高、鮮重、葉片數等也有十分重要的影響[28]。種子發芽勢、發芽指數、平均發芽天數和活力指數是研究植物種子抗鹽性萌發常采用的關鍵指標[29],也是衡量種子發芽能力及種子質量等級的重要指標[30-31]。本研究發現,100 mmol·L-1的NaCl 鹽溶液對5 種牧草種子的萌發有明顯的抑制作用,此結果與東方山羊豆(Galega orientalis)[32]和番茄(Solanum lycopersicum)[7]種子萌發的結果一致。但曾幼玲等[33]在研究鹽爪爪(Kalidium foliatum)和鹽穗木(Halostachys caspica)種子萌發中發現一定程度的鹽脅迫能夠促進部分植物種子的萌發,楊姝等[34]也同樣發現低濃度的鹽處理會促進沙打旺(Astragalus adsurgens)種子的萌發及幼苗生長,馬琳等[18]在研究NaCl 對沙蒿(Artemisia desertorum)、花棒(Hedysarum scoparium)等4 種牧草種子萌發和幼苗生長的影響時也發現低鹽處理能促進幼苗生長,這可能是因為一定濃度的NaCl 影響了細胞膜的滲透性,從而影響了代謝能力,也可能是Na+或Cl-抑制了呼吸酶的活性。植物種子的耐鹽性也與其原生境有關,也會對結果產生一定影響。所以,不同程度的鹽脅迫及抗逆性機制研究將是下一步工作重點。

本研究中,一定濃度的外源激素GA3能緩解鹽脅迫對5 種牧草種子萌發造成的不利影響,150 mg·L-1的GA3浸泡14 h 能顯著激活黑麥草、羊草、紫花苜蓿、白三葉種子的活性,其發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數及幼苗的根長和苗高、鮮重等指標均相比S0處理有顯著提高,平均發芽天數顯著降低(P< 0.05);‘朝牧1 號’稗谷種子各項發芽指標則在100 mg·L-1處理 時即可顯著提高,其苗高在GA3濃度為較低濃度的50 mg·L-1處理時即達到峰值,在5 種牧草種子中對GA3激素最敏感。當GA3濃度≥ 250 mg·L-1時,對種子的各項指標有抑制作用,且隨著GA3激素濃度的增加,抑制作用越明顯。本研究還發現,高濃度的GA3處理下,5 種牧草種子的胚根伸長普遍縮短,這說明高濃度鹽脅迫下會抑制胚根生長,此結果與王偉杰等[15]在研究GA3對鹽脅迫下黃芩(Scutellaria baicalensis)種子萌發的影響結果一致。

本研究發現,相同試驗條件下,3 種禾本科牧草種子的發芽情況普遍優于其他兩種豆科牧草種子,這說明鹽脅迫狀態下,禾本科牧草種子對GA3的敏感性要優于豆科植物種子,但因影響牧草種子萌發的因素多樣,是一個復雜的生理生化過程[35],所以,具體的原因還有待進一步深入研究。

4 結論

本研究表明,100 mmol·L-1的NaCl 鹽脅迫會顯著抑制黑麥草、‘朝牧1 號’稗谷、羊草、紫花苜蓿和白三葉種子的萌發及幼苗生長,外源激素GA3能有效緩解鹽脅迫造成的不利影響。其中,150 mg·L-1的GA3能有效促進黑麥草、羊草、紫花苜蓿和白三葉種子的萌發和幼苗生長,此濃度的GA3可有效緩解以上4 種牧草的鹽脅迫效應;‘朝牧1 號’稗谷種子對GA3相對比較敏感,100 mg·L-1的GA3能有效促進‘朝牧1 號’稗谷的種子萌發,50 mg·L-1的GA3即可顯著促進其種苗的生長。本研究結果對鹽脅迫逆境下的牧草種植及土壤改良具有參考價值。

猜你喜歡
白三葉羊草黑麥草
三葉草屬2 種草坪草出苗和幼苗生長階段的種內與種間關系
認識草,也是一門學問
9月可以播種白三葉嗎?
不同行內生草影響葡萄果實品質
羊草混播披堿草的好處及栽培技術
羊草的應用及種植技術
黑麥草的種植、青貯及應用
種苗根熒光反應在多年生黑麥草與一年生黑麥草兩個種測定中可靠性驗證
淺析白三葉的蟲害防治
北方羊草的特點及其在肉羊養殖中的應用
91香蕉高清国产线观看免费-97夜夜澡人人爽人人喊a-99久久久无码国产精品9-国产亚洲日韩欧美综合