贵州扁穗雀麦种质萌发期和苗期的抗旱性鉴定与评价

赵相勇， 周 雪， 马培杰， 韩永芬， 罗天琼， 付 薇， 李亚娇*

(1．贵州省农业科学院 草业研究所，贵州 贵阳 550006； 2．贵州省农业科学院 茶叶研究所，贵州 贵阳 550006)

0 引言

【研究意义】扁穗雀麦(Bromuscatharticus)别名野麦子，属禾本科雀麦属一年生或多年生草本植物。我国北方地区气候较干燥，其多为一年生；南方地区气候温热潮湿，可多年生。由于其生育期短，每年可刈割3～4次，其营养价值高、适口性好，常作为优良牧草利用[1-2]。贵州省海拔147.8～2 900.6 m，导致草地类型复杂，牧草种类繁多，其中扁穗雀麦在不同地势、不同气候、不同土壤条件下生长为具有不同抗逆性的种质资源。贵州冬春季节性干旱反复出现，适宜冬春两季生长的优质牧草资源短缺，开展扁穗雀麦种质资源的抗旱性鉴定与评价，筛选出冬春两季生长优良的种质资源，是解决冬春两季青饲料短缺的有效途径。【前人研究进展】萌发期是作物生育期的起始阶段，对水分的亏缺相当敏感，将直接影响作物的生长发育，在干旱环境下，萌发期种子容易出现死亡情况，因此，萌发期是衡量作物抗旱性强弱的关键时期[3-4]。陈叶等[5-6]研究表明，干旱胁迫会推迟种子的萌发或降低发芽力。对萌发期和苗期的作物进行干旱胁迫研究，测定发芽率、发芽指数、苗高等指标，可以准确而快速地鉴定作物的抗旱性[7]。姜宗庆等[8]研究表明，作物根系活力和呼吸作用随着干旱时间的延长明显降低。作物在干旱胁迫下，叶片细胞体积变小，膜系统受到破坏，光合器官受到影响，角质层变厚，光合速率和蒸腾速率出现不同程度的下降[9-10]。目前，国内外关于植物抗旱性特征的研究，从最初的水分控制法[9-10]发展到PEG-6000模拟锁水法[3]，再到种子引发+PEG-6000模拟锁水法[11]、褪黑素+PEG-6000模拟锁水法[12]、C2H2型锌指蛋白+PEG-6000模拟锁水法[13]等，方法越来越多元化、精细化，且有不少研究已经通过抗逆基因的调控与表达评价作物的抗旱性、抗寒性、耐热性等抗逆性[14-15]。【研究切入点】近年来，虽然关于各类作物在形态、生理生化、蛋白质组学、分子基因等方面的抗旱性研究较多[3，5，15-16]，但贵州地区不同扁穗雀麦种质的抗旱性研究未见报道。【拟解决的关键问题】采用不同浓度PEG-6000溶液对41份扁穗雀麦种质进行干旱胁迫，对其种子的发芽率、发芽指数和幼苗的成活率、株高、水分率、干物质量等指标进行测定比较分析，综合评价扁穗雀麦种质萌发期和苗期抗的旱性，以期为贵州尤其是喀斯特石漠化地区抗旱种质的筛选和品种选育奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 扁穗雀麦种质 41份扁穗雀麦种质资源均采集于贵州省境内，其具体信息及来源详见表1，其中，第41份材料为贵州省草业研究所提供的国审品种——黔南扁穗雀麦。

表1 41份供试扁穗雀麦的来源

1.1.2 试剂 PEG-6000溶液、次氯酸钠、HoagLand营养液，市购。

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 1) 种子处理。挑选一定数量的种子用次氯酸钠消毒10 min，用蒸馏水冲洗6次后置于纱布上摊开备用。2) 蛭石。高温高压消毒并冷却后备用。3)育苗。将部分处理种子种植在1个装有蛭石粒的塑料盆(8 cm×10 cm)中，每盆播种15粒，用HoagLand营养液培育至长出2叶一心时定苗，每盆保留大小一致的苗10株备用。

1.2.2 试验设计 试验于2019年在贵州省农业科学院内进行。

1) 干旱胁迫对种子萌发的影响。试验设4个处理，分别采用浓度为0、5% PEG-6000、10% PEG-6000和20% PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，即在直径10 cm的一次性培养皿中铺2层高温灭菌消毒后的滤纸，分别加入上述浓度溶液10 mL；以蒸馏水作对照(溶液量以上层滤纸湿润，倾斜时培养皿底无溶液合聚为宜)。每个培养皿放入处理的种子20粒，每个处理3次重复，将培养皿置于常温的室内进行发芽。保持滤纸水分饱和状态，每天用蒸馏水补充水分损失。

2) 干旱胁迫对幼苗生长的影响。试验设2个处理，分别采用浓度为10% PEG-6000和20% PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，每天分别加入10 mL 10% PEG-6000溶液和20% PEG-6000溶液，以加等量蒸馏水作对照，每个处理9盆，10 d后测定幼苗的成活数、株高、鲜重及干重。

1.2.3 测定项目

1) 种子萌发。处理3 d后每天调查1次种子发芽数，至没有新种子发芽为止。计算种子的发芽率、发芽指数[9]。

发芽率=发芽种子粒数/供试种子粒数×100%

发芽指数=∑Gt/Dt

式中，Gt为当天的种子发芽数，Dt为发芽日数。

2) 幼苗生长。处理10 d后测定幼苗的成活数、株高、鲜重及干重。株高，每盆选取大小均匀一致的5株苗，冲洗干净、去除杂质和水分后，将地上部分最高点拉直为准测株高。鲜重，将5株苗去除杂质和水分后称重。干重，将鲜重所取地上部分放入烘箱中105℃杀青30 min，65℃烘干8 h，烘至恒重称重。计算成活率、水分率、抗旱系数[3，17]、抗旱指数[18]、敏感指数[18]和隶属函数值[3]。敏感指数为正，说明为正效应，反之为负效应，且绝对值越大说明干旱胁迫的影响越大。若指标与抗旱性呈正相关关系，则用隶属函数值=μ(x)表示；若指标与抗旱性呈负相关关系，则用隶属函数值=1-μ(x)表示。

成活率=成活的苗数/总供试种子数量×100%

水分率=(鲜重-干重)/鲜重×100%

抗旱系数=干旱胁迫下的测定值/对照的测定值

抗旱指数=抗旱系数×干旱胁迫下的测定值/所有材料干旱胁迫下的平均测定值

敏感指数=(1-干旱胁迫下的测定值/对照的测定值)/(1-所有材料干旱胁迫下的平均测定值/所有材料对照的平均测定值)

隶属函数值[μ(x)]=(指标测定值-所有参试材料某一指标的最小值)(所有参试材料某一指标的最大值-所有参试材料某一指标的最小值)

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010进行数据整理汇总及计算；采用SPSS 19.0进行单因素方差分析和聚类分析，方差分析采用Duncan法对各测定数据进行多重比较，聚类分析采用系统聚类、平均联接(组间)的谱系图表示。

2 结果与分析

2.1 不同干旱胁迫处理扁穗雀麦种子的发芽率

从表2看出，经0、5% PEG-6000、10% PEG-6000和20% PEG-6000溶液处理7～13 d，41份扁穗雀麦材料种子发芽率的变幅分别为53.33%～98.33%、11.67%～98.33%、3%～95%和0～81.67%。4个处理浓度从低到高，7 d时种子发芽率达80%以上的材料分别有27份、17份、3份和0份，13 d时种子发芽率达80%以上的分别有36份、25份、17份和1份；同一处理浓度下，随着发芽天数增加分别有1份、7份、20份和12份材料发芽率显著增加。其中，有8份材料20% PEG-6000溶液处理下13 d时发芽率为0，而No.10、No.12、No.16和No.23在20% PEG-6000溶液处理下13 d时发芽率达43.33%～81.67%。20% PEG-6000溶液处理下，No.16扁穗雀麦7 d时发芽率最高，达56.00%，显著高于其余品种；No.23、No.12和No.10次之，分别为46.67%、38.33%和33.33%；其他37份材料7 d时发芽率均低于11.67%，且差异不显著。其他浓度不同天数的发芽率在各材料之间差异显著。

2.2 干旱胁迫处理扁穗雀麦幼苗的植株性状

从表3看出，经不同浓度PEG-6000溶液处理后，41份扁穗雀麦幼苗的成活率、株高和水分率均存在一定的差异。

表3 干旱胁迫处理41种扁穗雀麦幼苗的植株性状

2.2.1 成活率 41份扁穗雀麦幼苗的成活率为80%～100%。随着处理浓度增加，大部分材料的成活率与CK相比无变化，均为100%；No.2、No.19、No.25、No.34和No.39的成活率较对照有所下降但无显著差异。其中，No.19和No.34在20% PEG-6000溶液胁迫下的成活率高于10% PEG-6000溶液胁迫，且No.19的差异显著。在10% PEG-6000溶液胁迫下，No.19、No.34的成活率显著低于其他材料。在20% PEG-6000溶液胁迫下，No.2、No.25、No.34和No.39的成活率显著低于其他材料。

2.2.2 株高 41份扁穗雀麦幼苗的株高为14.97～32.59 cm。对照处理下大部分材料的株高无显著差异，No.3、No.5、No.25、No.32、No.38等9份材料株高显著高于其他材料，而No.19的株高显著低于其他材料。在高浓度下，41份材料的株高差异显著。随着

处理浓度的增加，有17份材料的株高呈下降趋势，其中No.7、No.19、No.26、No.27、No.28等5份材料的株高显著降低，有24份材料的株高呈先上升再下降趋势，其株高在10% PEG-6000溶液胁迫下达最高，但与对照相比较其差异不显著，No.33和No.39的株高以对照最小，但与其他浓度相比差异不显著。全部处理中No.39在10%溶液胁迫下的株高最高，但与其他浓度相比差异不显著；No.19材料在20% PEG-6000溶液胁迫下株高最矮，与其他浓度相比差异显著。

2.2.3 水分率 41份扁穗雀麦幼苗的水分率为51.35%～86.33%。在10% PEG-6000溶液胁迫下，大部分材料的水分率差异不显著，No.28、No.27和No.19的水分率显著高于其他材料，No.15和No.20的水分率显著低于其他材料。在其他处理下，41份材料的水分率差异显著。随着处理浓度的增加，33份材料的水分率呈下降趋势，其中28份显著降低。8份材料的水分率在10% PEG-6000溶液胁迫下达最大。所有材料中No.4对照的水分率最高，且与其他处理差异显著。

2.3 20% PEG-6000溶液干旱胁迫下扁穗雀麦的抗旱相关性状

从表4看出，经20% PEG-6000溶液处理后，9项抗旱指标在41份扁穗雀麦材料之间差异显著。

表4 20% PEG- 6000溶液干旱胁迫下的扁穗雀麦的抗旱相关性状

2.3.1 13 d发芽率 41份扁穗雀麦材料13 d发芽率的抗旱系数、抗旱指数和敏感指数依次为0.00～0.87、0.00～3.51和0.17～1.31，三者的变异系数依次为88.88%、152.53%和27.19%，各材料间3项抗旱指标均存在不同程度的差异。3项抗旱指标中除敏感指数指标外，其余2项指标排序1～6的材料分别是No.23、No.16、No.12、No.32、No.10和No.30，排序36～41的材料分别是No.38、No.37、No.36、No.34、No.27和No.22；敏感指数的大小正好相反。

2.3.2 株高 41份扁穗雀麦材料苗期株高的抗旱系数、抗旱指数和敏感指数依次为0.69～1.05、0.45～1.17和0.26～2.42，三者的变异系数依次为8.85%、15.68%和60.85%，各材料间3项抗旱指标均存在不同程度的差异。其中，除敏感指数指标外，其他2项指标排序1～6的材料分别是No.33、No.39、No.9、No.13、No.2和No.35，排序36～41的材料分别是No.37、No.27、No.28、No.41、No.23和No.19，而敏感指数的大小正好相反。

2.3.3 地上干物质量 41份扁穗雀麦材料苗期地上干物质量的抗旱系数、抗旱指数和敏感指数依次为0.81～2.12、0.45～3.01和0.02～2.31，三者的变异系数依次为22.19%、39.92%和64.92%，各材料间3项抗旱指标表现均趋于一致，3项指标排序1～6的材料分别是No.29、No.24、No.18、No.26、No.14和No.10，排序36～41的材料分别是No.5、No.37、No.16、No.36、No.7和No.13。

2.4 20% PEG-6000 溶液干旱胁迫下各指标隶属函数值及其聚类

从表5看出，20% PEG-6000溶液干旱胁迫下，41份扁穗雀麦材料的隶属函数值为0.169～0.620，其中，隶属函数值排序1～6的材料分别是No.10、No.16、No.12、No.33、No.24和No.2；排序36～41的材料分别是No.22、No.38、No.27、No.36、No.7和No.37。从图1看出，41个品种聚成4类，其中，第Ⅰ类为高度抗旱型材料，共16份，占总数的39.02%；第Ⅱ类为抗旱型材料，共10份，占总数的24.39%；第Ⅲ类为敏感型材料共6份，占总数的14.63%；第Ⅳ类为高度敏感型材料，共9份，占总数的21.95%。

表5 20% PEG-6000 溶液干旱胁迫扁穗雀麦各指标的隶属函数值

图1 20% PEG- 6000溶液干旱胁迫扁穗雀麦隶属函数值的聚类

3 讨论

3.1 干旱胁迫对扁穗雀麦种子发芽率及植株性状的影响

鲁守平等[19]研究表明，随着PEG-6000浓度的增加，甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)种子的发芽势、发芽率和发芽指数呈先增后减趋势，各处理间的差异达显著或极显著水平。杜光辉等[20]用PEG-6000模拟干旱胁迫研究表明，10个大麻(Cannabissativa)品种的发芽率在5% PEG-6000、10% PEG-6000和15% PEG-6000时无显著差异，而20% PEG-6000时有显著差异，其中，5个大麻品种的发芽率随胁迫程度增加呈先增后减趋势。研究结果表明，随着PEG-6000处理浓度的增加，41份扁穗雀麦种子发芽率呈降低趋势，与前人研究结果有差异，可能是不同作物发芽率对干旱的反应不同，扁穗雀麦相较于甘草、大麻种子是需水性更强的作物。在不同浓度下，扁穗雀麦随着发芽时间的增加发芽率呈增加趋势，部分材料增加显著。在20% PEG-6000处理下，No.16材料7 d时的发芽率最高，为56.00%。

王彩等[21]研究表明，花生(Arachishypogaea)在15% PEG-6000胁迫下的抗旱相关性状，除根冠比增加外，株高、地上生物量、根系生物量性状均降低，不同材料在同一处理下表现显著性差异。酒用糯高粱(Sorghumbicolor)对干旱胁迫反应的敏感程度依次为产量、穗粒数、分蘖数、单株粒重、千粒重、茎粗、穗长和株高[22]。控水干旱胁迫下，夏玉米(Zeamays)株高降低[23]。研究结果表明，随着处理浓度增加，大部分材料的成活率与对照相比无变化，均为100%，5份材料成活率呈降低趋势，4份材料差异显著，可见大多数扁穗雀麦成活的干旱胁迫浓度还能进一步提升。随着处理浓度的增加，株高和水分率有部分材料呈下降趋势，但部分材料呈先升高后降低趋势，且其中部分材料差异显著。由此可见，不同品种(系)的扁穗雀麦株高和水分率对干旱胁迫下的表达也存在差异。

3.2 干旱胁迫下扁穗雀麦抗旱相关性状、隶属函数值及其聚类分析

抗旱系数虽反映不同作物对干旱的敏感程度，抗旱系数越高则抗旱性越强，作物稳产性好，但其不能反映产量水平[24]，对干旱敏感最初的定义理解敏感指数越小抗旱性越好[25]，抗旱系数与敏感指数二者相关系数r=-1，且2种指标的判别能力有时稍显不足，抗旱指数则能更好地使抗旱系数与农艺指标作物旱地产量得到较好的结合[18]。初旭升等[26]研究表明，株高、千粒重对干旱胁迫的反应迟钝，单株粒数、单株粒重反应敏感，其余性状属中间类型，不同性状对干旱胁迫的敏感程度各异，同一种质不同指标的抗旱系数并不完全一致，甚至有较大差距。该研究为使扁穗雀麦抗旱性分析更全面，对各性状指标的抗旱系数、抗旱指数、敏感指数分别进行分析，结果表明，20% PEG-6000溶液处理后，13 d发芽率、株高的抗旱系数、抗旱指数各材料的大小排序趋势相同，而敏感指数则相反，说明抗旱系数、抗旱指数越大，抗旱性越强而敏感指数越小；而地上干物质量的3项抗旱指标的大小排序趋势均相同，说明地上干物质量越大，作物的抗旱性越弱。且株高、地上干物质量的敏感指数均有负效应的材料出现，说明部分材料随干旱胁迫浓度增强，株高增大、地上干物质量减小。今后还需要对该类材料做进一步的抗旱研究。扁穗雀麦的13 d发芽率、株高、地上干物质量的抗旱系数、抗旱指数、敏感指数在20% PEG-6000溶液处理下变异均较大。

对作物的抗旱性进行综合评价，可以消除采用单个指标进行评价得出不够一致的结果，而隶属函数值和系统聚类是现在普遍被采用的对各个指标进行抗旱综合分析可以得出比较准确结果的方法[19，22]。该研究中，20% PEG-6000溶液干旱胁迫下，41份材料被聚类谱系图分成4个等级，其中，第Ⅰ类为高度抗旱型材料，共16份；第Ⅱ类为抗旱型材料，共10份；第Ⅲ类为敏感型材料，共6份；第Ⅳ类为高度敏感型材料，共9份。

4 结论

供试的41份扁穗雀麦种质资源经萌发期、苗期模拟不同浓度干旱胁迫后，各项表型性状均存在明显差异。根据各指标隶属函数值将41份材料分为4类不同的抗旱型，其抗旱性强弱顺序为Ⅰ类>Ⅱ类>Ⅲ类>Ⅳ类。No.10的萌发期和苗期综合抗旱性最强，No.37的综合抗旱性最弱。该研究可为今后贵州地区扁穗雀麦抗旱性品种选育及抗旱性分子机理研究提供重要供试材料及理论参考。