模拟干旱条件下不同苜蓿种质材料萌发期抗旱性评价

王雪婷，米福贵，解 颖，闫士元

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019)

干旱作为农业发展的一大制约因素，造成全球范围内作物产量、品质降低及植被退化等严重后果。我国干旱区面积大，其中干旱、半干旱土地面积约占国土面积的52.5%，因此抗旱植物的选育和种植利用对干旱土地利用和改良具有重要意义〔1〕。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)属多年生豆科牧草，是世界上最早被人工驯化栽培的牧草，也是世界上广泛分布的优良牧草，不仅饲草产量高，品质好，且具有较高的饲用价值和适应性，素有“牧草之王”的美誉〔2〕。因此发掘抗旱苜蓿种质材料对苜蓿产业的发展具有重要意义。聚乙二醇(polyethylene glycol， PEG)是一种高分子聚合物，常被用作水分胁迫剂模拟干旱条件，以研究植物种子萌发期抗旱性。

本文以聚乙二醇为胁迫剂，在模拟干旱条件下研究6份苜蓿材料萌发期的生长表现，旨在鉴定评价其抗旱性，以发现并筛选优良抗性种质材料，为干旱地区苜蓿品种选育和利用提供种质与依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料包括公农2号、草原3号、中苜2号、扶风苜蓿、伊犁苜蓿5份国产材料和赛特1份国外材料，来源见表1。

表1 实验材料及来源

1.2 试验方法

从每份材料中挑选200粒大小均一、颗粒饱满的种子，经浓度为75%的乙醇消毒15min，多次蒸馏水冲洗后浸泡过夜。在5%，10%，20%的PEG-6000溶液胁迫下，以双层吸水纸作为发芽床，进行培养皿纸上发芽试验。每个处理重复3次，并以蒸馏水为空白对照，每个培养皿加入10ml的PEG溶液，在25℃的恒温箱中连续培养10d。实验过程中，用蒸馏水补充培养皿内的失水量，以保证PEG浓度不变。依据牧草种子检验规程，以胚根突破种皮2mm作为种子萌发的标准，每天记录种子发芽情况，直至第10d发芽试验结束。

按照PEG-6000与蒸馏水质量百分比配置浓度分别为5%，10%，20%的溶液，分别记作、PEG5%、PEG10%、PEG20%，并以纯水为CK。根据Michel BE等〔3〕的公式计算出不同浓度PE-G6000溶液对应的渗透势分别为-0.06、-0.17、-0.53 MPa。

培养3d开始，每24h记录发芽种子数直至7d，统计计算种子发芽率和发芽势。7d结束测定发芽情况，继续浇水培养至10d，随机从每个培养皿选取10粒发芽种子并测定其胚根长、胚芽长，待幼苗自然风干4h后，将每个培养皿中幼苗进行称重测其干重。每组实验设置4个重复。所测指标计算公式如下：

相对发芽率(%)=m/N×100%

式中，m为种子发芽数；N为供试种子数。相对发芽率为处理种子发芽率占对照种子发芽率的百分比。

相对发芽势(%)=n/N×100%

式中，n为前5d内种子发芽数；N为供试种子数。相对发芽势为处理种子发芽势占对照种子发芽势的百分比。

发芽指数GI=∑GT/DT

式中，DT为发芽日数，GT为与DT相对应的每天发芽种子数。

活力指数VI=GI×S

式中，GI为发芽指数；S为幼苗重量(g)。相对活力指数为处理种子活力指数占对照种子活力指数的百分比。

利用隶属函数法对供试种子萌发期的抗旱性进行综合评价。计算公式为：Xu=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中X为供试材料各项指标的抗旱测定值，Xmax和Xmin分别为各供试材料中各项指标的最大值和最小值，然后累加各个供试材料的各项隶属函数值，取平均值〔4〕。根据平均隶属函数值的大小判断抗旱性的强弱，平均值越大的种质材料抗旱性越强，反之则越弱。

利用WPS对数据进行初步整理和处理，用SAS 9.4进行差异显著性分析，计算各性状的平均值和隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对苜蓿种子萌发特性的影响

随着PEG-6000溶液浓度的增加,供试材料相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数均呈下降趋势。在渗透势为-0.06MPa时，全部材料的相对发芽率均高于60%，其中又以M5为最高，达97.33%，M4最低，仅为67.00%，且M4的相对发芽率显著低于其余材料(P<0.05)。当渗透势降至-0.17时，材料M4的相对发芽率显著降低至56.00%，当渗透势降低至-0.53MPa时，M2的相对发芽率降至42.67%，M4的相对发芽率低至30.33%(图1)。随着渗透势降低，供试材料相对发芽势变化较为复杂，其中M2、M4、M5呈明显降低趋势；当渗透势为-0.17MPa时，M3和M6的相对发芽势较渗透势为-0.06时均有所增加，M3由92.33%增至98.00%，M6由94.33%增长至95.33%。M4对干旱的敏感程度最高，M2、M4、M5与M6有显著性差异(P<0.05)(图2)。在渗透势为-0.06MPa时，M2和M4的相对活力指数显著低于其他4份材料(P<0.05)；在渗透势为-0.53MPa时，M6的相对活力指数最高，为51.33%，显著高于M2、M4、M5(P<0.05)(图3)。在渗透势为-0.06MPa时，种子的相对发芽指数受干旱胁迫的影响较小，除M2、M4数值在60%以上，其他均在90%左右，其中M1的相对发芽指数最高达96%，渗透势-0.53MPa时，供试材料的相对发芽指数下降较明显，M1和M6最高仅达31.33%(图4)。

图1 PEG6000胁迫对种子相对发芽率的影响相同浓度下不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同

图2 PEG6000溶液胁迫对种子相对发芽势的影响

图3 PEG-6000溶液胁迫对种子相对活力指数的影响

图4 PEG-6000溶液胁迫对种子相对发芽指数的影响

2.2 干旱胁迫对供试材料幼苗生长的影响

供试材料相对胚根长随渗透势降低呈逐步降低趋势。当渗透势为-0.06MPa时，各材料相对胚根长达到最高值，表明低干旱胁迫有助于促进幼苗生长。渗透势在-0.06～-0.53MPa时，各材料的相对胚根长差异显著。当渗透势为-0.06时，M3、M4的相对胚根长达到最大值98.33%，随着渗透势降低，M2的相对胚根长降低至61.00%。供试材料的相对胚芽长亦随渗透势逐步降低而降低，在渗透势为-0.06MPa时，M2的相对胚芽长最高为96.33%，当渗透势降低至-0.53MPa时，M2和M4的相对胚芽长最低仅为60%左右，表明高浓度的PEG-6000干旱胁迫会抑制胚根胚芽生长(表2)。

表2 PEG-6000溶液胁迫下种子相对胚根长及相对胚芽长

注：相同指标同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.3 抗旱性综合评价

干旱胁迫下6份苜蓿材料的隶属函数值范围在0.69～0.89之间，最高的是M3和M6，隶属函数值达0.89，M4的隶属函数值最低，为0.69。6个材料的抗旱性排序为M3>M6>M1>M5>M2>M4。

表3 抗旱指标隶属函数值及抗旱性综合评价

3 讨论与结论

植物抗旱性评价指标及方法较多，故通常应依研究目的、测定指标选择合适的方法。程波等选择在种子萌发期采用PEG-6000模拟干旱胁迫，对不同苜蓿材料的萌发特性进行评价，筛选出具有较强抗性的种质〔5〕。不同渗透势的PEG溶液对苜蓿材料的萌发均有抑制作用，且抑制效果随渗透势降低而增强〔6〕。本研究亦发现类似规律，即随PEG胁迫溶液水势的降低，不同品种苜蓿材料受干旱胁迫影响增大，其相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、种子的相对胚根长及胚芽长均呈降低趋势，在-0.06MPa时各材料的相对发芽指数和相对活力指数最高。

隶属函数法对各材料抗旱性的综合评价结果表明，6份苜蓿材料隶属函数值范围在0.69～0.89之间，高者为M3和M6，抗旱性强弱的具体排序为： 中苜2号=伊犁苜蓿>公农2号>扶风苜蓿>草原3号>赛特。