西藏青稞种子萌发与幼苗生长特性对增温的响应

李 通， 温佳雪， 王慧娟， 程天文， 次仁央金

(西藏农牧学院 植物科学学院， 西藏 林芝 860000)

青稞(HordeumvulgareL. var.nudumHook.f.)属禾本科大麦属大麦的变种，是大麦的一种特殊类型，因其内外颖与颖果分离，籽粒裸露，故又称裸大麦[1]。青稞主要分布在西藏、青海、四川省甘孜和阿坝藏族自治州、甘肃省甘南藏族自治州以及云南、贵州的部分地区[2]。以青稞为原料的糌粑是藏民族饮食中最具代表性的食品，也是藏民族的饮食精华之一[3]。研究表明，青稞营养丰富全面，符合“三高两低”的饮食结构[4]，同时富含大量对人体有益的微量元素[5]，被视为谷物中的佳品。

21世纪全球的平均气温将会升高1.5～4.8 ℃，气候变暖将会对全球农业, 特别是对适应性低、恢复能力差、生态环境脆弱地区的农业产生重大影响[6]。青藏高原被称为世界的第三极，生态环境脆弱且受气候变化影响较大，近20年来西藏增温显著，每10年升温率达0.79 ℃[7-9]，是全国升温率的2.0倍，是东北升温率的6.6倍[10]，升温幅度在全国农业区位居第一位[11]。青稞作为西藏农区最主要的农作物，在西藏有着不可代替的作用[3]，同时，其对气温、降水等因素较为敏感，生长受气候波动影响较大[12-13]。近些年，有关增温对青稞影响的研究有报道，但研究内容局限在生长和生物量方面[14-15]，有关增温对青稞种子萌发和幼苗生长的影响还未曾涉及。而研究表明，增温会直接影响着植物种子萌发、生长和繁殖[16-18]，增温2 ℃能够显著提高C 4作物的发芽率和幼苗地上部分生物量的积累[19]，同时，增温能够促进西藏地区农作物的生长[20]，通过调整播种日期和品种特性，增温也能够促进农作物增产[21]。因此，模拟增温对青稞种子萌发和幼苗生长特性的影响，不仅可以衡量种子在不同环境下的适应能力[22]，也能为气候变化下青稞的种植范围以及后期更深入的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验共选用6个青稞品种，分别为冬青18、藏青2000、隆子黑青稞(四棱)、F 199、1515-4和1210，其中4份供试材料为有色青稞，2份材料为普通黄色青稞。冬青18与藏青2000来自西藏农牧学院农学教研室，隆子黑青稞(四棱)(以下用L-4表示)来自西藏隆子县，其余3份材料来自西藏各地(表1)。种子选取大小一致、饱满的当年收获的青稞种子。

表1 供试青稞种质材料

1.2 试验设计

试验设计为品种(品系)和温度两因素随机处理试验，共24个处理，每个处理3次重复，每个重复30粒种子。设计温度为4种变温条件，即14 ℃/5 ℃、16 ℃/5 ℃、18 ℃/5 ℃、20 ℃/5 ℃，其中以西藏春秋播种时的地温14 ℃/5 ℃作为对照。光照条件为光照12 h(对应高温环境)，黑暗12 h(对应低温环境)；光照强度为2 000 lx，湿度为65%。种子置床前先进行消毒处理，消毒方法为先用2%的NaClO溶液消毒10 min，蒸馏水冲洗5次，再用75%乙醇消毒1 min，最后用蒸馏水冲洗5次；发芽盒(21 cm×11 cm×6.5 cm)用75%乙醇消毒。然后将消毒后的种子均匀放入铺有2层滤纸的发芽盒内，置于APL-420-DZ智能光照培养箱中进行种子萌发试验。种子自培养后，每天定时观察并补充10 mL蒸馏水。

1.3 测定方法

每天观察种子萌发情况，并统计种子萌发数，7 d计算种子的发芽势[23]，15 d计算种子的发芽率并结束培养。以胚根长达到种子长度的1/2时为发芽标准[23]。发芽试验结束后，从每培养皿中随机选取5株发芽的幼苗，测量根数、幼苗长、根长、地上部分鲜重、地下部分鲜重和叶绿素(CHLOROPHYLL METER SPAD-502 Plus 叶绿素仪测量)含量；取部分幼叶测量丙二醛(MDA)含量，测量选用南京建成A003-1-2丙二醛试剂盒，过程中使用的部分仪器有723型分光光度计、TG 16-WS台式高速离心机等。计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、MDA含量，公式如下：

发芽率(%)=(15 d中正常发芽的种子数/供试种子数)×100%；

发芽势(%)=(7 d内供试种子的发芽数/供试种子数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/t)，其中Gt为第t天的发芽数，t为发芽天数；

活力指数=GI×S，其中S为一定时期内幼苗长度(cm)；

丙二醛=[(测定OD值-对照OD值)/(标准OD值-空白OD值)]×标准品浓度×样本测试前稀释倍数。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行统计，用 SPSS 24软件进行方差分析和多重比较，多重比较方法为LSD法。

2 结果与分析

2.1 增温对青稞种子萌发的影响

方差分析和多重比较表明(见表2)，增温对青稞种子萌发影响显著，在三种增温处理下，各品种表现出对增温2 ℃与4 ℃的显著适应，当增温6 ℃时，又表现出喜凉作物对高温的敏感与不适。在14 ℃的基准上白昼温度增加2 ℃后，六份青稞材料萌发情况差异显著，所测指标与对照相比均有不同程度的升高，对增温2 ℃后表现为显著适应；其中，冬青18、藏青2000、L-4、F199与1515-4的发芽率、发芽势、发芽指数均极显著升高，1210的发芽率升高21.43%，但差异不显著，而发芽势和发芽指数极显著升高。当温度增加4 ℃后，相比对照，6份材料的发芽势与发芽指数均极显著提高，L-4、F 199与1515-4的发芽率也表现为极显著提高，冬青18与1210分别比对照提高34.28%和11.89%，藏青2000发芽率相比对照开始有所降低，降低了12.49%。当温度增加6℃后，相比对照，冬青18三项萌发指标均有所升高，且发芽势与发芽指数升高极显著，藏青2000三项萌发指标仅与对照有小幅度差异，L-4、F 199与1515-4三项萌发指标均极显著升高，1210发芽率显著降低、发芽势与对照相同为0，发芽指数有所降低；虽然部分品种(系)在增温6 ℃后指标相比对照有所升高，但最大值仍然处在增温2 ℃与4 ℃范围内，如L-4、F 199表现为对增温2 ℃的最大适应，1515-4变现为对增温4 ℃的最大适应。

表2 不同温度对青稞种子萌发的影响

2.2 增温对青稞幼苗生长特性的影响

2.2.1青稞种子根对增温的响应

增温对根的影响与种子萌发不同，3种增温条件下青稞种子根数、根长和种子根鲜重均有不同程度的升高，其中表现最为明显的为增温2 ℃与4 ℃(见表3)。当增温2 ℃时，与对照相比，L-4根数升高了44.33%，但差异不显著，1210根数显著增加，其余四份材料的根数极显著增加；冬青18、藏青2000、L-4、1515-4的根长极显著升高，F 199与1210的根长显著增加；L-4、 F 199、1515-4、1210的种子根鲜重极显著增加，藏青2000、冬青18的根鲜重显著增加。当增温4 ℃时，与对照相比，F 199根数极显著增加，冬青18与藏青2000显著增加，1515-4与1210根数增幅分别为5.19%、23.12%，但表现均不显著，而五份材料的根长与种子根鲜重均表现为极显著升高。当增温6 ℃后，1210品系表现为最差，虽然有小部分种子萌发，但高温可能抑制了根与芽的生长；其余5份材料与对照相比，L-4、F 199、1515-4的根数、根长、种子根鲜重均极显著升高，但F 199与1515-4均不如增温2 ℃与4 ℃下的表现，冬青18与藏青2000与对照相差不大。

表3 不同温度对青稞幼苗生长的影响

2.2.2青稞幼芽对增温的响应

幼芽对增温的响应情况与根部类似，表现在对增温2 ℃与4 ℃时的适应，除L-4在增温6 ℃时达到最大值外，其余5个品种(系)在增温6 ℃时有所下降，同时增温2 ℃与4 ℃无较大差异(见表3)。当增温2 ℃时，与对照相比，冬青18、L-4与F 199芽长极显著升高，藏青2000、1515-4、1210的芽长显著增加；幼苗鲜重为藏青2000、L-4、F 199、1210极显著升高，冬青18幼苗鲜重显著升高，但1515-4幼苗鲜重下降了0.004 g，降幅为7.97%，这可能与幼苗适温区间有关。当增温4 ℃时，与对照相比，冬青18、藏青2000、L-4、F 199、1515-4芽长极显著升高，1210芽长显著升高，幼苗鲜重除1515-4下降0.003 g外，其余5份材料的幼苗鲜重均表现为极显著升高。当增温6 ℃时，与对照相比，除1210外其余五份材料的幼芽指标均表现出显著升高，同时，冬青18、藏青2000、F 199、1515-4与增温2 ℃和4 ℃相比又表现出较大降幅。

2.2.3增温对青稞种子活力的影响

不同程度的增温后，种子活力指数均有不同幅度的升高，对增温2 ℃、4 ℃、6 ℃后表现为均能适应，但冬青18、藏青2000、F 199在增温2 ℃时活力指数最大，L-4、1515-4、1210在增温4 ℃时活力指数最大(见表2)。当增温2 ℃时，与对照相比，冬青18、藏青2000、L-4、F 199、1210活力指数极显著升高，1515-4显著升高。当增温4 ℃时，与对照相比，6份材料活力指数均表现出极显著升高，其中，增加最大的为L-4品种，相比对照增加了4.8。当增温6 ℃时，与对照相比，除1210品系外，L-4显著升高，其他4份材料活力指数均有所升高，且升幅较大，变化分别为2.31倍(冬青18)、1.05倍(藏青2000)、35.33倍(F 199)、2.88倍(1515-4)；同时，与增温2 ℃和4 ℃相比较，活力指数又下降较大。

2.3 增温对青稞幼苗叶绿素含量的影响

在3种增温处理下，幼苗叶绿素含量均与对照差异较大，但3种增温处理间并无较大差异，同时表现最好的为增温4 ℃(见图1；对照温度下冬青18、藏青2000、L-4、F 199、1515-4未发育出叶片，增温6 ℃下1210品系未发育出叶片，分析时不予比较)。增温2 ℃时，1210品系叶绿素含量比对照增加了38.3%，而其他5份材料在对照情况下未长出叶片。当增温4 ℃时，与对照相比，1210叶绿素含量升幅较大，升高了67.53%；与增温2 ℃相比，5份材料幼苗叶绿素含量均有所升高，增幅分别为17.23%(冬青18)、14.84%(藏青2000)、22.19%(L-4)、23.72%(F 199)、17.14%(1515-4)、21.12%(1210)。当增温6 ℃时，1210品系幼芽生长受到温度的限制，表明此品系对高温较为敏感，而与增温2 ℃相比，冬青18 叶绿素含量下降1.94%，藏青2000、L-4、F 199、1515-4叶绿素含量分别升高了14.83%、16.76%、11.41%、4.39%，而与增温4 ℃相比，均有所下降，降幅最小的为藏青2000，降低了0.01%，冬青18、L-4、F 199、1515-4分别下降了16.35%、4.45%、9.95%、10.88%。

图1 不同温度处理下叶绿素含量

2.4 增温对青稞幼苗MDA含量的影响

幼苗中MDA的含量反应了幼苗受损伤的程度，通过对幼苗MDA的测定，能间接的反应出增温对幼苗的胁迫程度。分析表明(见图2；对照温度下冬青18、藏青2000、L-4、F199、1515-4未发育出叶片，增温6 ℃下1210品系未发育出叶片，分析时不与比较)，不同程度的增温后对幼苗MDA的含量影响显著，而表现较好的处理为增温6 ℃，在5份材料中MDA含量均较低。当增温2 ℃与4 ℃时，6份材料间MDA含量变动幅度均较大，最大值与最小值间分别相差44.29%与118.43%；而同一品种(系)下，冬青18、F 199、1210在增温2 ℃与4 ℃下无明显差异，藏青2000与L-4在两温度下差异明显，变幅分别为1.14倍与48.03%，1515-4有小幅度差异，变幅为19.08%。当增温6 ℃时，与增温2 ℃相比，冬青18 MDA含量有小幅度增加，增幅为11.53%，藏青2000、L-4、F 199、1515-4均有大幅度下降，降幅分别为25.06%、18.95、30.1%、45.48%；与增温4 ℃相比，冬青18 MDA含量同样有小幅度增加，增幅为19.83%，藏青2000、L-4、F 199、1515-4同样均有大幅度下降，降幅分别为64.92%、45.25%、29.41%、33.8%。

图2 不同温度处理下MDA的含量

3 讨 论

气候变化影响着植被的分布[24]。青稞作为青藏高原最具代表性的作物之一，对我国藏民族有着举足轻重的影响。而种子萌发和幼苗生长期作为青稞生活史中的起始阶段，对于后期产量的形成有着至关重要的作用，而其萌发特性与温度、水分、种子自身的生物学性质等密切相关。温度作为影响种子萌发和幼苗生长的最主要因素之一，过高或过低都将对其产生重要影响。Ooi等[25]在研究温度升高对澳大利亚干旱区植被的影响中发现，升高温度后萌发数量显著增大的物种有3个，显著下降的有1个，剩余物种不受影响；而赵从志等[26]、Middleton等[27]与李胜平[28]研究表明，不同物种种子的萌发对增温的响应并不一致, 一些物种会更好地适应温度变化；郑成岩等[29]研究表明，升温1.1 ℃将促进高海拔地区冬小麦干物质向籽粒分配和转运，有利于提高冬小麦的产量；曹素珍[30]在对青藏高原高原草甸的研究中发现，增温能显著提高大种子的发芽率，以及显著增加物种的平均植株高度和生物量。本研究结果表明，在经过2 ℃与4 ℃的增温后，5份青稞材料的生长特性与对照差异显著，种子萌发指标与幼苗生长指标显著增加，整体表现出对增温2 ℃与4 ℃的极大适应，原因可能是增温后促进了幼苗体内生物量的积累[31]，从而使青稞幼苗的农艺性状有所提高[32],而具体原因还需进一步的探究；当增温6 ℃后，不同品种(系)间对增温的响应出现差异，1515-4品系表现出对增温6 ℃的适应，而其他4份材料与增温2 ℃和4 ℃相比出现较大下降，这可能与品种的冬春性或抗寒能力有关，具体原因还需进一步的探究。增温对幼苗生理指标的影响与生长特性有所不同，不同的生理指标对增温的响应有所差异，在三种增温处理下，幼苗叶绿素含量差异并不显著，但均有所增加，并表现为在增温4 ℃时达到最大，而MDA含量表现为在增温6 ℃时最低，出现这种情况的原因可能是有关叶绿素合成酶的最适温度与细胞活性氧代谢的最适温度有所差异造成的，而具体原因还需做进一步的研究。

4 结 论

1) 经过增温处理后，6份青稞材料间对增温的响应虽有微小不同，但在3种增温处理下生长特性差异显著，种子萌发与幼苗生长指标均表现为对增温2 ℃与4 ℃的极大适应，在增温6 ℃后又开始表现出高温对其生长特性的抑制；

2) 增温对幼苗生理特性的影响根据指标的不同有所差异，但变幅不大，3种增温处理间并无明显差异，其中6份材料的叶绿素含量表现为均在增温4 ℃时达到最大值，而后有所降低，MDA表现为在增温6 ℃时含量最低；而不同品种(系)间丙二醛含量有较大差异，在3种增温处理下，冬青18变幅较小，藏青2000差异较大。