酸堿脅迫對黑麥草種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

陳娜紅，李國亮，蔡雪嬌，黃子健，范景華，張震*

(1.安徽農業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036； 2.蚌埠圻潤環(huán)境工程科技有限公司，安徽 蚌埠 233000)

隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展和交通運輸業(yè)尾氣污染的加劇，酸雨導致的建筑腐蝕和土壤酸化問題有增無減。據(jù)統(tǒng)計，我國酸雨區(qū)面積占國土總面積約40%，酸化土壤約占全國土壤面積的23%，達2億hm2[1]。大量農田銨態(tài)氮肥的使用，使土壤pH升高，土壤鹽堿化問題仍然嚴峻，土壤肥力下降。據(jù)聯(lián)合國教科文及糧食及農業(yè)組織的不完全統(tǒng)計，世界上鹽堿土地面積已達9.5億hm2。我國中科院南京土壤研究所最新研究顯示，我國的鹽堿土地總量為9 913.3萬hm2[2]。近些年來已有諸多關于模擬酸雨和鹽堿化土地對植物生理生化特性影響的研究[3-8]，提出了一些治理措施和方法，選用和培育適應性強的植物是最直接且最為經濟的方法之一，具有重要的生態(tài)價值[9]。

多年生黑麥草原產歐洲地中海沿岸、北非和西南亞，為禾本科黑麥草屬植物。其徑縱生、直立，成熟株高50～100 cm，葉片狹長，喜溫涼濕潤環(huán)境，分蘗力極強[10]，是優(yōu)良的畜禽、魚類飼料和優(yōu)良的草坪草，常種植于草地等景觀休憩場所。本研究以黑麥草種子為研究對象，探討一定酸堿條件下黑麥草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為酸雨侵蝕和土壤退化地區(qū)的生態(tài)修復與重建，以及提高生物多樣性和增加城市綠地面積等提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

多年生黑麥草種子為2018年8月購自合肥市種子市場。供試試劑有NaOH、濃鹽酸、8%NaClO，均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

設7個pH梯度。配制1 mol·L-1HCl溶液，調節(jié)蒸餾水的pH值為3.5、4.5、5.5、6.5；配制1 mol·L-1NaOH溶液，調節(jié)蒸餾水的pH值為8.5和9.5；以蒸餾水為對照，試驗條件下測得pH為7.2。培養(yǎng)皿洗凈，于105 ℃烘干，墊入兩層定性濾紙，分別加入5 mL不同pH的蒸餾水，每處理重復5次。每個培養(yǎng)皿中放置20粒黑麥草種子。供試種子用1%NaClO溶液浸泡，表面消毒10 min后用蒸餾水沖洗3次。

所有培養(yǎng)皿置于25 ℃、85%RH及光暗各12 h的培養(yǎng)箱內培養(yǎng)14 d，每天補充相應pH的蒸餾水。

1.2.2 指標測定

參照文獻[4]。每24 h記錄種子的萌發(fā)數(shù)量，以胚根長度≥1 mm為計，直至所有培養(yǎng)皿的種子不再萌發(fā)為止，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)[5]。

培養(yǎng)2周后，測量黑麥草幼苗根長和芽長。根長和芽長直接采用直尺測量，計算根長抑制率和芽長抑制率。

收獲后，分別將各pH處理的黑麥草幼苗葉片充分混合，采用乙醇提取比色法[11]測量幼苗葉片葉綠素含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0進行統(tǒng)計分析，采用Duncan’s新復極差法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 對黑麥草種子萌發(fā)的影響

表1表明，pH值在3.5～9.5處理下對黑麥草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均無顯著影響。pH 3.5時，黑麥草種子發(fā)芽指數(shù)為21.40，顯著低于pH為4.5～8.5的處理；pH在4.5～8.5時，黑麥草種子發(fā)芽指數(shù)相互間差異不顯著，表明此pH范圍內黑麥草種子活力不受影響；pH 9.5時種子發(fā)芽指數(shù)顯著低于pH 5.5處理。

表1 各處理黑麥草種子的萌發(fā)指標

注：同列無相同小寫字母代表不同處理在0.05水平差異顯著，表2同。

2.2 對黑麥草幼苗生長的影響

由表2可知，當pH為3.5和9.5時對黑麥草生長具有顯著抑制作用；pH為4.5～8.5時，黑麥草幼苗根長無顯著差異，而pH為6.5的芽長顯著高于其他處理組(除pH 5.5外)?？傮w生長趨勢是當pH 6.5時最有利于黑麥草幼苗生長，pH越低或越高均不利于黑麥草幼苗生長。

根長和芽長抑制率反映酸堿脅迫對種子萌發(fā)后幼苗根長和芽長的生長抑制情況。由表2可知，當pH為4.5和5.5時，相比對照組，處理組黑麥草幼苗根長變短，芽長增加；而當pH 6.5時，根長和芽長均增加，分別增長4.36%和20.64%，顯著大于pH 3.5培養(yǎng)條件下黑麥草幼苗的根長和芽長。當pH值高于對照組時，根和芽的生長受到抑制，但抑制作用總體不明顯。結果表明，黑麥草幼苗芽對酸堿脅迫的敏感程度高于根，pH 6.5的弱酸條件下最有利于黑麥草幼苗生長，培養(yǎng)液酸性越低或堿性越高對于根和芽的生長抑制作用越明顯。

表2 各處理黑麥草幼苗的生長指標

2.3 對黑麥草幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，當pH低于對照組時，黑麥草幼苗體內葉綠素含量隨培養(yǎng)液pH值的降低而降低。pH 3.5時黑麥草幼苗葉綠素含量降低明顯，相比對照組，葉綠素b降低45.04%，葉綠素a降低46.56%，葉綠素總量(a+b)降低46.13%。當pH在8.5～9.5時，幼苗體內葉綠素含量下降水平高于pH在5.5～6.5的下降水平，說明堿性培養(yǎng)條件下對黑麥草幼苗的光合抑制作用更加明顯。

圖1 酸堿脅迫下黑麥草幼苗葉綠素含量

3 小結與討論

該研究表明，pH在3.5～9.5時，黑麥草種子萌發(fā)基本未受到顯著影響，相比對照組，具有隨酸性或堿性增加而萌發(fā)活力降低的趨勢，表明黑麥草種子對于土壤酸堿性具有較好的耐受力。黑麥草幼苗根長和芽長在不同pH處理均有顯著差異，且pH 6.5的弱酸性條件最有利于根和芽的生長；pH 3.5和9.5時，根和芽的生長受到顯著抑制，且根所受的抑制程度高于芽。研究表明，pH值高于或低于對照組都會引起葉綠素a、b和葉綠素總量(a+b)的降低，且葉綠素a較葉綠素b的下降趨勢更明顯。田如男等[12]認為，在pH為3.0～5.0的酸性脅迫條件下，黑麥草種子萌發(fā)數(shù)量與對照組無顯著差異；當pH≤2.5時，種子萌發(fā)明顯受到抑制；當pH 3.5時，根長和芽長抑制率顯著降低；pH 5時黑麥草芽長略高于對照組。吳杏春等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨模擬酸雨pH值下降，3種草坪草幼苗的總葉綠素含量也逐漸降低，當pH≤4.0時降幅明顯。

MDA(丙二醛)含量體現(xiàn)植物細胞膜質過氧化的程度，含量升高代表細胞膜受損[14]。沈高峰等[15]研究表明，逆境條件下黑麥草MDA含量增加，細胞膜結構受到破壞，電解質外滲增加，不利于黑麥草根和芽的生長，由于根直接接觸培養(yǎng)液，受到的抑制作用更強，這與本研究中黑麥草根長抑制率高于芽長抑制率的結果一致。葉綠素是植物體內進行光合作用的一類色素，對植物的生長發(fā)育起重要作用。吳杏春等[13]研究表明，模擬酸雨脅迫時，膜質過氧化的加劇導致細胞質膜斷裂，葉綠體受破壞，逐漸積累的活性氧會使葉綠素遭到破壞，且葉綠素a比葉綠素b更易受到破壞，這也與本研究中葉綠素a比葉綠素b的下降幅度更高的結論相一致。

綜上所述，黑麥草種子在一定酸性和弱堿性條件下具有較好的萌發(fā)活力，從黑麥草幼苗生長狀況和葉綠素含量來看，弱酸性條件下更適合黑麥草的生長，這也說明黑麥草幼苗對酸性土壤的耐受性高于堿性土壤，因此,可用于土壤酸化嚴重或酸雨侵蝕地區(qū)草坪草的種植。