川西北高寒草地3种禾草种子萌发期抗旱性

余方玲,杨满业,干友民,杨树晶,肖冰雪,郑群英,张洪轩

(1.四川省草原科学研究院,四川 成都611731；2.四川农业大学草业科学系,四川 雅安625014)

川西北高寒草地位于青藏高原东南缘，四川省的西北部，草地面积1 300万hm2，海拔3 400 m以上，是全国五大牧区之一，是长江、黄河上游的重要草地生态屏障，直接关系到三峡工程、南水北调工程效益和长江、黄河中下游地区生态安全。近年来，受多种因素的影响，川西北草地生态环境不断恶化，尤其是草地沙化面积不断扩大，并以每年10.8%的速度蔓延，沙化治理迫在眉睫[1]。沙化治理关键材料是牧草，而沙质土壤或沙地缺水，因此，对于川西北高寒草原沙化草地治理的牧草，抗旱性是其最重要的农艺性状之一，是决定其能否被应用的关键因素。

‘阿坝’硬秆仲彬草(Kengyiliarigidula‘Aba’)、川草2号老芒麦(Elymussibiricuscv.‘chuancao No.2’)、垂穗披碱草(E.nutans)是川西北高寒草地原生草，后经四川省草原科学研究院选育，国家牧草品种审定委员会审定的牧草或生态型牧草品种。3种牧草都是小麦族多年生疏丛型禾草，具有耐干旱、抗风蚀、抗寒冷，产量高、品质优等特点[2]。目前对3种牧草抗旱性已有一些报道，主要是从生理学方面研究其抗旱性[3]，但关于用聚乙二醇(PEG-6000)处理种子来研究3种牧草的抗旱能力方面的报道较少。PEG-6000模拟干旱法，是目前用于研究牧草种子萌芽期抗旱性最常用的方法，这种方法简单、准确性高，对种子无伤害作用。本研究用PEG-6000 溶液模拟干旱胁迫,鉴定牧草种子的抗旱性强弱，旨在为选育能治理川西北沙化草地的优质牧草新品种提供参考资料。

1 材料与方法

1.1试验材料 供试材料是四川草原科学研究院培育的‘阿坝’硬秆仲彬草、川草2号老芒麦、垂穗披碱草。种子采收自四川省草原科学研究院红原县二农场牧草综合试验基地繁殖圃,在温度低于15 ℃、相对湿度低于50%的仓库中保存一年。选择成熟、饱满的种子作为萌发试验材料。

1.2试验方法 用0.1%的HgCl2溶液浸种，消毒15 min，再用蒸馏水清洗3次，置培养皿(烘箱105 ℃消毒2 h)中培养。按Michel和Kaufmann[4]的方法配制不同质量浓度的PEG-6000。设4种胁迫,质量浓度分别为50、100、150、200 g/L,对照组(CK)用蒸馏水代替PEG-6000。2010年10月14日开始试验，将消毒过的种子置于垫有2层浸透了PEG-6000 溶液的滤纸的培养皿中发芽，每个处理50粒种子，重复3次，然后置于光照强度为5 500 lx,湿度为50%，17 ℃(8 h) /27 ℃(16 h)[5]变温处理的人工智能气候培养箱中。每天向滤纸加数滴PEG-6000溶液，以浸透滤纸并稍有剩余为宜，为了减少水势变化，每4 d换1次滤纸。

1.3测定项目 测定方法参照《牧草种子检验规程》[6]，从种子置床之日起观察,以胚芽的长度为种子长度的1/2时为发芽标准，将3个重复中有1 粒种子发芽之日作为该处理发芽的开始期,以后每天定时记录发芽种子数,当连续4 d不再有种子发芽时作为发芽结束期。在发芽试验结束时,各重复中随机挑选10粒正常发芽的种子,测量新生胚芽的长度,并计算发芽率(式1)、发芽势(式2)、发芽指数(式3)、活力指数(式4)和抗旱指数(式6)。为消除各种质材料间的差异,各性状指标均采用其相对值[7],即水分胁迫下的指标值/对照的指标值。

(1)

(2)

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)

(3)

活力指数(VI)=GI×Sx

(4)

种子萌发指数=(1.00)Rd2+(0.75)Rd4+(0.5)Rd6+(0.25)Rd8

(5)

(6)

式中，Gt为时间t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数，Sx为种苗芽平均长度，Rd2、Rd4、Rd6、Rd8分别为第2、4、6、8天的种子萌发率[7]。

1.4抗旱性综合评价方法 材料各指标隶属函数值计算公式[8-10]为:

μ(Xj) =(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(7)

式中,Xj表示第j个指标值,j=1,2,…，n，Xmin表示第j个指标的最小值,Xmax表示第j个指标的最大值。采用标准差系数法(S),用公式(8)计算标准差系数Vj,公式(9)归一化后得到各指标的权重系数Wj,按照公式(10)计算隶属函数值(D)。D值越大,表示抗旱性越强。

(8)

(9)

(10)

先求出各材料各抗旱指标的D值，将每一材料各抗旱指标的D值累加，求其平均值。通过比较3份材料的D值平均的值大小,确定3份材料抗旱性的强弱。

1.5数据分析 采用Excel和SPSS 17.0统计软件对3种种质材料的各发芽特性进行品种间的差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1PEG-6000对种子发芽特性的影响 供试种子相对发芽率随PEG-6000 浓度的增加均呈不同程度的降低(表1)。但当PEG-6000质量浓度为50 g/L时，各材料的相对发芽率比对照的高，但与对照组没有显著差异(P>0.05)，各材料间的相对发芽率差异不显著。当PEG-6000质量浓度为100 g/L时，各材料的相对发芽率虽有下降的趋势，但与对照组差异不显著，且各材料间没有显著差异。当PEG-6000质量浓度为150 g/L时，垂穗披碱草和硬秆仲彬草的相对发芽率显著高于川草2号(P<0.05)。当PEG-6000质量浓度为200 g/L时，相对发芽率显著下降，表现为垂穗披碱草最高(0.56)，其次是硬秆仲彬草(0.38)，川草2号(0.12)最低，川草2号显著低于其他两种草。

供试种子相对发芽势随PEG-6000 质量浓度的增加均呈不同程度的降低(表2)。当PEG-6000质量浓度为50 g/L时，各材料的相对发芽势比对照的高，但与对照组没有显著差异(P>0.05)，各材料间也没有显著差异。当PEG-6000质量浓度为100 g/L时，各材料的相对发芽势虽有下降的趋势，但与对照组没有显著差异，且各材料间没有显著差异。当PEG-6000质量浓度为150 g/L时，各材料的相对发芽势与对照组存在着显著差异(P<0.05)，垂穗披碱草(0.85)最高，其次是硬秆仲彬草(0.68)，川草2号(0.42)最低，且川草2号显著低于其他两种草。当PEG-6000质量浓度为200 g/L时，各材料的相对发芽势显著低于对照组，但各材料间没有显著差异(表2)。

表1 PEG-6000胁迫对发芽率的影响

表2 PEG-6000 胁迫对发芽势的影响

种子相对发芽指数是评定种子萌发期抗旱性的重要指标。但当PEG-6000质量浓度为50 g/L时，各材料的相对发芽指数比对照高，硬秆仲彬草与对照组差异显著(P<0.05)，各材料间差异不显著(P>0.05)(表3)。当PEG-6000质量浓度为100 g/L时，各材料的相对发芽指数均有下降的趋势，除川草2号外，其他两种草与对照组差异显著，各材料间无显著差异。当PEG-6000质量浓度为150 g/L时，各材料的相对发芽指数均显著低于对照组，且硬秆仲彬草(0.65)显著高于川草2号(0.46)。当PEG-6000质量浓度为200 g/L时，各材料的相对发芽指数显著低于对照组，材料间差异表现为硬秆仲彬草最高，显著高于川草2号，但与垂穗披碱草差异不显著。

除了50 g/L处理外，供试种子相对活力指数随PEG-6000 质量浓度的增加均呈不同程度的降低(表4)。当PEG-6000质量浓度为50 g/L时，各材料的相对活力指数比对照的高，硬秆仲彬草与对照组差异显著(P<0.05)，各材料间表现为硬秆仲彬草(1.29)最高，垂穗披碱草(1.05)最低，二者差异显著。当PEG-6000质量浓度为100 g/L时，各材料的相对活力指数有下降的趋势，垂穗披碱草、川草2号与对照组差异显著，材料间表现为硬秆仲彬草(0.81)最高，其次是川草2号(0.79)，垂穗披碱草(0.42)最低。当PEG-6000质量浓度为150 g/L时，各材料的相对活力指数显著低于对照组，材料间差异表现为硬秆仲彬草(0.47)最高，川草2号(0.29)最低，且二者差异显著。当PEG-6000质量浓度为200 g/L时，各材料的相对活力指数较对照组存在显著差异各材料间差异不显著。

表3 PEG-6000 胁迫对发芽指数的影响

表4 PEG-6000 胁迫对活力指数的影响

2.2PEG-6000胁迫下抗旱指数的变化 各材料的抗旱指数对PEG-6000质量浓度产生了不同的响应(表5)。当PEG-6000质量浓度为50 g/L时,各材料的抗旱指数比对照的高，硬秆仲彬草(1.57)的抗旱指数与对照存在显著差异(P<0.05)，而且与其他两种材料之间差异显著，川草2号(1.17)虽高于垂穗披碱草(1.03)，但二者差异不显著(P>0.05)。随着PEG-6000浓度的增加，各材料的抗旱指数也在不同程度降低，当PEG-6000质量浓度为100 g/L时，硬秆仲彬草(0.99)的抗旱指数显著高于川草2号(0.79)和垂穗披碱草(0.70)。当PEG-6000浓度为150 g/L时，各材料之间差异显著，硬秆仲彬草(0.78)的抗旱指数最高。当PEG-6000质量浓度为200 g/L时, 硬秆仲彬草和垂穗披碱草的抗旱指数仍在0.1以上，川草2号小于0.05。从抗旱指数来评定牧草抗旱性的强弱，其顺序依次为硬秆仲彬草(0.89)>垂穗披碱草(0.70)>川草2号(0.69)。

2.3抗旱性综合评价 用模糊函数隶属法对3份材料的相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、抗旱指数进行了综合评价,得到3份材料萌发期种质的综合抗旱能力D值。抗旱性强弱表现为硬秆仲彬草>垂穗披碱草>川草2号老芒麦(表6)。3份材料的D值均在0.5以上，说明3份材料具有较强的抗旱性。

表5 PEG-6000 胁迫对抗旱指数的影响

表6 不同材料各指标的隶属函数值及综合评价值

3 讨论

本研究采用5项抗旱指标综合评价3种川西北高寒草地的原生草种子萌发期的抗旱能力,与用其中单一指标评价的结果不完全一致，与大多研究[6,8-9,11-12]结果一样。这表明用单一指标评价种子萌发期的抗旱性存在着不准确性,采用多项指标综合评价,更能提高牧草种子抗旱性鉴定结果的准确性和可靠性。本研究通过对各材料相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数及抗旱指数5项指标的测定,发现用相对发芽指数、抗旱指数单独评价与多个指标综合评价得出的结果一致。因此,相对发芽指数、抗旱指数为鉴定川西北高寒草地3种牧草种子萌发期抗旱性的较好指标。

本研究中各种质量浓度PEG-6000处理胁迫对供试材料种子的萌发有一定的延缓作用。但当PEG-6000浓度为5 g/L时，各材料的相对发芽率、相对发芽指数和相对活力指数比对照有增高的趋势。这说明低浓度PEG-6000 对各材料种子的萌发有一定的促进作用。原因可能是牧草种子在轻度水分缺失时,具补偿与超补偿生长效应[13]。

利用隶属函数对3种牧草种子资源萌发期抗旱性的综合评价表明，3种牧草的抗旱性虽有所差异，但差异不显著。有研究者将根据材料综合抗旱能力D值分为3级进行评价:1级的综合评价值在0.8以上,为抗旱型;2级的综合评价值在0.5～0.8,为中间型;3级的综合评价值在0.5以下,为不抗旱型[8]。从以上分析结果可以看出，本研究的3种牧草的抗旱能力D值均在0.5以上，说明这3种牧草抗旱性一般。初步分析可能是3种牧草都来自川西北高寒草地，长期生长的自然环境、气候条件相同,从而生态适应性也一样，所以3种牧草并没有表现出太大的差异。

4 结论

分析不同质量浓度的PEG对3种种质材料的影响，50 g/L的PEG-6000有利于种子的萌发，而高质量浓度的PEG-6000严重抑制种子的萌发；通过种子萌发期的各项指标分析，相对发芽指数、抗旱指数为鉴定川西北高寒草地3种牧草种子萌发期抗旱性的较好指标；综合种子萌发期的各项指标的分析，3份川西北高寒草地常用牧草种质材料的抗旱性强弱依次为‘阿坝’硬秆仲彬草、垂穗披碱草、川草2号老芒麦。

[1]蒋光藻.几项重点技术在草原沙化治理中的作用和地位[C].桂林：中国植物保护学会2007年学术年会，2007：840-842.

[2]泽柏.保护草地生态环境促进川西北牧区畜牧业可持续发展[J].四川草原，2000(1):1-3.

[3]祁娟,徐柱,王海清,等.披碱草与老芒麦苗期抗旱性综合评价[J].草地学报，2009,17(1):36-42.

[4]Michel B E,Kaufmann M R.The osmotic potential of polyethylene glycol-6000[J].Plant Physiology,1973，56:914-916.

[5]张晨妮,周青平,颜红波,等.PEG对老芒麦种质材料萌发期抗旱性影响的研究[J].草业科学，2010，27(1):119-123.

[6]王彦荣，孙建华，余玲，等.GB/T293-2001牧草种子检验规程[S].北京:中国标准出版社,2001.

[7]Bouslam A M,Schapugh W T.Stress tolerance in soy-beans I:evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance[J].Crop Science,1984，24:933-937.

[8]王赞,李源,吴欣明,等.PEG渗透胁迫下鸭茅种子萌发特性及抗旱性鉴定[J].中国草地学报，2008，30(1):50-55.

[9]李培英,孙宗玖,阿不来提.PEG模拟干旱胁迫下29份偃麦草种质种子萌发期抗旱性评价[J].中国草地学报,2008,32(1):32-38.

[10]孙景宽,张文辉,张洁明,等.种子萌发期4种植物对干旱胁迫的响应及其抗旱性评价研究[J].西北植物学报,2006,26(9):11-18.

[11]王颖,穆春生,王靖,等.松嫩草地主要豆科牧草种子萌发期耐旱性差异研究[J].中国草地学报,2006，28(1):72-21.

[12]王东娟,石凤翎,李志勇,等.雀麦属3种多年生牧草在PEG胁迫下种子活力与抗旱性研究[J].种子,2009,28(5):31-34.

[13]高世铭,赵松岭.半干旱区春小麦水分亏缺补偿效应研究[J].西北植物学报,1995,5(8):32-39.