不同种质苜蓿苗期耐旱性评价及其方法的比较

2011-04-25徐向南于林清文都日乐

草业科学 2011年2期

徐向南，易津，于林清，文都日乐

(1.内蒙古农业大学,内蒙古呼和浩特 010019; 2.中国农业科学院草原研究所,内蒙古呼和浩特 010010)

苜蓿(Medicagospp.)是优良的豆科牧草，种植范围广泛，但在部分地区，干旱限制了其生长速度及产量。因此，苜蓿的水分利用原理一直是研究热点。刘国利等[1]对紫花苜蓿(M.sativa)水分利用效率对水分胁迫的响应进行了研究，结果表明水分胁迫可提高其水分利用效率，但品种间有差异。孙洪仁等[2]对不同年限紫花苜蓿(生长)水分利用效率的差异进行试验，发现生长年限影响紫花苜蓿的水分利用效率。张国利[3]的研究表明，苜蓿鲜草产量随灌溉量增加而增长，增产幅度也逐渐增大；但当灌溉总量达到5 400 m3/hm2时，灌溉量增加对苜蓿的增产幅度影响不明显，灌溉总量在4 800 m3/hm2左右时经济效益最高。苜蓿抗旱性受多因素的影响，鉴定其抗旱性不仅需要适当的指标，更需要在此基础上建立科学的数量化体系，目前公认的评定方法有直接比较法、总抗旱性评价法、隶属函数法、层次分析法(AHP)、主成分分析法和灰色关联度模型[4]，但苜蓿的抗旱性评价还多以田间指标或者结合生理生化指标[5-6]为主。魏永胜等[7]指出抗旱性是一个综合指标，不应由单一指标决定。目前对于苜蓿抗旱性的评价方法众多、不统一，而评价方法的不统一不利于苜蓿抗旱性评价研究。苜蓿抗旱性的研究报道[8-11]很多，大多数研究集中于抗旱性的鉴定上。大量研究表明，苜蓿品种间抗旱性差异显著，而且不论是田间鉴定法还是生理生化指标鉴定，选取的抗旱指标各有所长，方法也各有利弊[12-14]。因此，本研究选用来自国内外的133份苜蓿材料，进行2次抗旱性评价(控水方法不同)，并对2种方法进行比较，以期为苜蓿的抗旱性评价及其方法的探索提供依据。

1 材料和方法

1.1试验材料 2次评价试验地点均在中国农业科学院草原研究所实验地进行，第1次评价于2008年7-10月进行，原搜集试验材料143份(表1)，其中有20份材料出苗过少从试验中除去(24、25、47、59、63、68、69、72、73、75、77、78、80、92、93、94、103、109、117、134)。第2次评价于2009年5-7月进行，其中有20份材料出苗过少从试验中除去(3、15、24、32、53、55、59、63、78、79、92、93、94、103、106、109、120、128、134、143)。综合2次材料的出苗率从中去除10份出苗率低的材料(24、59、63、77、92、93、94、103、109、134)实际材料数为133份。

1.2试验地概况中国农业科学院草原研究所的呼和浩特大黑河实验场位于呼和浩特市西南约30 km的土默特左旗沙尔沁乡，地理坐标为111°45′ E，40°36′ N，海拔1 055 m，属于半干旱大陆性气候，干旱、寒冷、多风沙是该地的主要特点，年均温5.6 ℃，7月最高温度为37.3 ℃，1月最低温度-32.8 ℃，无霜期130 d左右，年均降水量426 mm。试验地属于沙质脱潜育土，pH值为8.5～9.0，土壤含盐量为0.03%(1～140 cm)，土壤贫瘠，有机质含量0.6%，含氮量为0.035%。

1.3苜蓿盆栽抗旱性试验

1.3.1幼苗培养第1次评价于2008年7月29日开始，第2次评价于2009年5月1日开始，2次试验种子均种在50个格的苗盘中(长54.2 cm，宽28.5 cm、高9.7 cm)，每格3～10 粒种子，每份材料设1个对照材料和1个试验材料且为25个重复(第2次50个重复)，正常浇水管理，育苗盘置于露天管理。待幼苗出现3～4片真叶时(发芽25 d左右)进行间苗、定苗(保留植株大小，高度大体一致的材料)。然后进入温室开始控水试验。在此期间内观察出苗的早晚并记录下来，之后分析出苗的早晚，整齐度与抗旱性的关系。

1.3.2幼苗耐旱处理第1次评价采用连续干旱法，自进入温室后就不再对试验材料进行浇水管理，而对照材料进行正常浇水管理。待有1/3的品种出现严重干旱反应时(时间一般是15 d左右)，对幼苗进行观察并记录幼苗的干旱反应征状。

第2次评价采用反复干旱法，自进入控水之日起每隔1周浇水1次，而对照材料进行正常管理。在进行反复干旱4次之后，对幼苗进行观察和测定。测定和记录幼苗的干旱反应征状。

1.3.3苜蓿幼苗耐旱评价苗期旱情分级分为5个等级：1为幼苗正常，没有任何旱害反应；2为顶部小叶正常，下部叶萎蔫；3为叶全部萎蔫，茎仍直立呈绿色；4为叶全部萎蔫，茎弯曲或半倒地呈浅绿色或黄色；5为植物完全倒地或死亡[15-16]。

待干旱结束后给幼苗浇足水。过2周后再观察幼苗的存活数并计算：

发芽指数=∑Gt/Dt

式中，Gt为当天的发芽数，Dt为发芽日数[17]。

式中，n为等级(n=1、2、3、4、5)，S为植株总数，Sn为该等级所占植株数(n=1、2、3、4、5)。

2 结果与分析

2.1抗旱性的评价经过控水试验后对各种苜蓿对干旱条件的反应征状做出统计(表1)。

2次评价的处理方法不同，导致最终的评价标准也不一样。评价标准综合《苜蓿种质资源描述规范和数据标准》[15]和电脑的自动分级标准(即把数据输入电脑后电脑对具体数据分出5个抗旱等级)，并对2个参考标准进行适当的修改。2次评价分级具体标准见表2，经SAS软件分析，2次聚类结果在0.05水平下不存在显著性差异。植物对逆境的适应或抵抗主要包括避逆性(stress avoidance)和耐逆性(stress tolerance)两方面，前者指植物对不良环境在时间上或空间上的躲避；后者指植物能够忍受逆境的作用[18]。从2次苜蓿的抗旱评价结果的数据来看，多数苜蓿以避逆性抵抗干旱胁迫为主，原因是：本试验是以苗期为主，部分植株的耐逆性体现的不明显，多数植株以地上部分萎蔫或死亡来保护地下部分的生存。所以本试验最终的评价标准是以存活率为基础，以ASI为辅助，用类平均聚类方法综合的考虑、分类出最后的结果(图1、2)。

2.2出苗的整齐度与抗旱性将幼苗的发芽指数与干旱复水后的存活率做相关分析。从苜蓿的出苗情况来看，前3 d苜蓿出苗较快，从第4天开始出苗速度逐渐变缓，并逐渐出现死亡现象，所以本试验采用前3 d出苗较快时的发芽指数进行分析。

2次评价结果表明，干旱复水后的存活率与幼苗的发芽指数均呈负相关，并且第1次评价结果达到极显著水平(P<0.01)，相关系数为-0.265；第2次评价结果达到显著水平(P<0.05)，相关系数为-0.532。发芽指数高说明该种子发芽所用的时间短，发芽速度快，而发芽指数与存活率呈负相关，说明苜蓿的种子发芽速度越快、出苗所用的时间越短，其后期的抗旱性越差；而相反发芽速度越慢、出苗所用的时间越长，其后期的抗旱性越好。这样的结果亦可以作为以后抗旱工作的一个参考性方法，即在播种后的第1天或第2天观察出苗情况，出苗多的一般抗旱性较弱、出苗少的抗旱性较强。

表1 苜蓿材料名称及耐旱性试验数据

续表1

图1 苜蓿第1次评价抗旱性分级聚类图

图2 苜蓿第2次评价抗旱性分级聚类图

3 讨论

本试验对来自国内外的133份苜蓿材料进行了苗期的抗旱性评价，并对苜蓿的抗旱评价的方法进行了尝试性的改进，使得苜蓿的抗旱评价更加科学化和实用化，为以后苜蓿的抗旱生理、抗旱转基因研究提供了理论基础；对苜蓿的抗旱育种、品种改良研究提供了重要的参考。对于苜蓿苗期抗旱性评价来说，连续干旱法比较合适，因为从聚类图1、2 可以看出，连续干旱法基本可以把材料平均分成5个等级，而反复干旱法的评价结果基本是“两头大，中间小”的模式，即除了少数强抗旱和最弱抗旱材料能区分开外，其余大部分材料的抗旱性不能很好地区分开。另外从表2的等级划分标准也可以看出，连续干旱法的划分标准的区间比较大，对于试验本身来讲容易划分，而反复干旱法划分标准的区间比较小，对于试验来说不好划分。

表2 抗旱性评价等级划分标准

从评价结果可以看出，国内的品种如肇东苜蓿、草原2号、草原3号、沧州苜蓿、陇东苜蓿、甘农1号、中兰1号、准格尔苜蓿、龙牧801、龙牧803、中苜1号均显现出稳定的强抗旱性，而部分品种，如敖汉苜蓿、公农3号、新疆大叶、天水苜蓿、新牧1号体现出了弱抗旱性。大部分国外品种体现出稳定的弱抗旱性，如：Caliverde、KANZA、MESA-SIRSA、Moapa 69、5264、Malone，但部分品种也体现出了稳定的强抗旱性，如：Rambler、ACGRAZEHAND、Ameristand 201+2、AmeriGraze 401+2。国内品种普遍要比国外品种抗旱性好；新育成的品系普遍比以前育成的品种抗性好。国外的品种对于国内的环境有不适应的现象，尤其在北方地区。因此国外的品种在我国北方地区的应用，大部分是作为改良品种的亲本使用。此次评价结果除去从呼和浩特实验场采集的新育成的品系外，其余品种的评价结果大部分与康俊梅等[8]、韩瑞红[19]、孟林等[10]的研究结果一致。其中新疆大叶、敖汉苜蓿的评价结果不一致，但新疆大叶的评价结果与韩瑞红[19]的一致，尚有待于今后的进一步研究。

本研究是以苗期抗旱评价为主，苗期的抗旱性不能完全代表苜蓿的抗旱性，因为成年后的苜蓿抗旱性可能会发生变化，所以苗期抗旱性与成年苜蓿的抗旱性是否一致还有待于进一步验证。苜蓿的主要价值(饲用价值、经济价值等)一般是在盛花期和结实期，因此对苜蓿的抗旱性研究应该以成年苜蓿的抗旱性为主，在此次苗期抗旱性评价的基础上，将对成年苜蓿的抗旱性进行进一步的跟踪研究。

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