盐和干旱胁迫对三叶草属2份种质材料种子萌发的影响*

2022-04-07石凤翎付娜娜杨艳婷

草原与草业 2022年1期

彭新，石凤翎，*，付娜娜，杨艳婷

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院/草地资源教育部重点实验室，呼和浩特 010018；2.内蒙古农业大学园艺与植物保护学院，呼和浩特 010018)

种子萌发以及幼苗生长阶段是植物生命历程的初始阶段，对其后续生长过程适应能力的构成具有较深远的影响[1]。种子在萌发及幼苗生长阶段还没有成熟的资源获取和利用的能力，因此大多数植物种子此阶段容易失活[2-3]。一般野生小粒的豆科牧草种子常存在非生物胁迫环境下不易萌发、建植不易成功等问题。因此，本研究通过模拟干旱和盐碱的非生物胁迫环境，比较野火球晚熟材料与红三叶材料在种子萌发期的抗性强弱，筛选抗性强的种质材料，为三叶草属牧草栽培利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

野火球(TrifoliumlupinasterL.)晚熟材料、红三叶(TrifoliumpretenseL.)，种子采收于2020年，采收地点位于呼市内蒙古农业大学草原与资源环境学院牧草试验材料圃，种子常温贮藏，第2 a进行发芽试验。

表1 供试材料

1.2 试验方法

选取大小均匀、籽粒饱满的野火球晚熟材料、红三叶材料的种子各100粒，用普通砂纸匀速转圈打磨23次，再用0.1%氯化汞溶液消毒3 min，流水冲洗5 min，将种子均匀排列在培养皿中，培养箱光照周期为24 h。以蒸馏水为对照，设置不同质量浓度(0(CK)、5%、10%、15%、20%、25%)的PEG6000水溶液，不同质量分数的(0(CK)、40、80、120、160、200 mmol/L)的NaCl水溶液模拟干旱、盐胁迫环境。采用标准发芽试验法，于第8 d结束发芽试验。每日19∶00统计正常发芽种子粒数，并于发芽试验第8 d称取幼苗鲜重(S)，计算发芽率、发芽指数等。每个处理浓度下设置3次重复，试验期间采用吸管量测法每天加入等量相应胁迫处理液以保持滤纸湿润，于25℃恒温培养箱中培养。

1.3 测定指标及数据统计方法

参照“种子检验规程”[4-5]的方法

(1)发芽率(%)=实验结束时发芽种子数/供试种子数×100%;

(2)发芽速度系数= ∑n/∑(d×n)(式中d为从置床之日算起的天数d;n为相应各日的正常发芽种子粒数/个)[5];

(3)平均发芽时间=∑(d×n)/∑n[5];

(4)发芽指数(GI)=∑(Gi/Di)(式中Gi为第i天发芽总数/个，Di为第i天/d);

(5)活力指数(VI)=GI×S(式中S为种苗鲜重/g);

(6)相对发芽指数=处理的发芽指数/对照的发芽指数×100%;

(7)相对活力指数=处理的活力指数/对照的活力指数×100%;

(8)采用隶属函数值法对2份供试材料萌发期各项指标的测定值进行抗逆性评价分析，根据以下公式综合评价2份材料的抗逆性。

指标与抗逆性呈正相关：X(p)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

指标与抗逆性呈负相关：X(p)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

采用Excel进行数据统计，SAS9.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对2份材料种子发芽率的影响

在NaCl胁迫下，2份材料种子随着NaCl处理浓度的升高，相对发芽率均呈降低的趋势，均显著(P<0.05)低于CK。当NaCl处理浓度为40 mmol/L、80 mmol/L时,2份材料间种子相对发芽率差异显著(P<0.05)。当NaCl浓度高于120 mmol/L时两者的相对发芽率接近0，出现明显抑制作用。说明低浓度下野火球种子抗盐能力优于红三叶材料，高浓度盐胁迫可显著抑制其种子萌发。

注：不同大写字母表示NaCl处理同一盐浓度不同材料间差异显著(P<0.05)；不同小写字母表示NaCl处理同一材料不同盐浓度间差异显著(P<0.05)。

2.2 盐胁迫对2份材料种子活力的影响

活力指数可表征种子发芽速度及生长量，活力指数高的种子适应恶劣环境的能力也强[13]。随着盐的浓度增大，2份材料的活力指标相对值均出现降低的趋势，均与CK差异性显著(P<0.05)。40、80、120 mmol/L的NaCl处理对H材料种子的发芽速度系数抑制作用并不明显，并且与CK差异性不显著(P>0.05)，高浓度(200 mmol/L)的NaCl处理对2份材料种子的发芽速度系数均具有较强的抑制作用，均与CK差异性显著(P<0.05)，说明高浓度盐处理能够强烈减缓这2份材料种子的发芽速度。当NaCl浓度为120、160、200 mmol/L时，2份材料种子只有少量萌发，幼苗生长受阻，生物量小，相对活力指数极低。在同一盐浓度条件下(40、80、120、160、200 mmol/L)，2份材料间种子相对发芽指数、相对活力指数均差异不显著(P>0.05)。高浓度(160、200 mmol/L)的NaCl处理对2份材料种子的平均发芽时间具有延缓作用，与CK差异性显著(P<0.05)。

表2 盐胁迫对三叶草属2份材料种子活力的影响

2.3 干旱胁迫对2份材料种子发芽率的影响

由图2可知，各处理的相对发芽率随PEG 6000浓度的升高逐渐降低，当PEG浓度高于5%时，2份材料相对发芽率与CK差异显著(P<0.05)；PEG浓度为20%、25%时，2份材料的种子不萌发，与CK差异显著(P<0.05)，说明高浓度的PEG胁迫对2份材料种子的萌发具有绝对的抑制作用。在干旱处理下，2份材料在各浓度处理下的相对发芽率均无显著差异(P>0.05)。

图2 干旱胁迫对2份材料种子相对发芽率的影响

2.4 干旱胁迫对2份材料种子活力的影响

由表3可知，2份材料种子随着干旱胁迫浓度的增加，相对活力指数也持续下降，且均与CK差异显著(P<0.05)；当干旱胁迫浓度达到15%甚至更高时，相对活力指数、相对发芽指数几乎为0，说明高浓度的干旱胁迫对2份材料种子的萌发有很强的抑制作用。对于2份材料种子而言，随着干旱胁迫强度的加大，其发芽速度系数呈明显降低趋势，当PEG浓度高于10%，2份材料均与CK差异显著(P<0.05)，说明高浓度的干旱胁迫会减缓其发芽速度。干旱胁迫处理下，2份材料相对发芽指数、相对活力指数、发芽速度系数、发芽时间均无显著差异(P>0.05)。高浓度(20%、25%)干旱胁迫下各项指标均为0，强烈抑制2份材料种子萌发。

表3 干旱胁迫对2份材料种子活力的影响

2.5 2份材料抗逆性隶属函数分析

用隶属函数法对2份材料的相对发芽率等指标进行分析，从而综合评价其抗逆性。从表4可以得出，野火球晚熟材料的抗逆性强于红三叶材料。

表4 盐胁迫及干旱胁迫下2份材料隶属函数值表

3 讨论

3.1 盐碱干旱胁迫

萌发期是植物最早被胁迫的时期，此时期的耐盐性是判断植物耐盐能力的标准之一[6]。种子萌发能力的强弱可通过发芽率反映[7]。盐胁迫对植物造成的危害主要包含离子毒害、渗透胁迫等[8-9]。该试验高浓度的NaCl处理可抑制红三叶、野火球晚熟材料种子的正常萌发，且随处理浓度的增加，种子萌发率及生活力越低；此表现可能与种子吸水困难[10]有关，该结果与王妮妮等人的研究结果[11-14]类似。

近年来，PEG模拟干旱胁迫广泛应用于牧草种子萌发期的研究中，可作为判断植物整体抗旱性的依据之一[15]。程波[16]等人研究表明，不同浓度的PEG对紫花苜蓿种子的萌发均有抑制作用，随PEG浓度升高抑制效果增强，本研究结果同样表明，随着干旱胁迫程度的增强，2份材料种子的发芽率不仅降低，其发芽速度也显著降低。

3.2 三叶草属牧草种子萌发期抗逆性的综合评价

如何有效、简便的评价种子的发芽能力在生产上有深远意义。孔令琪等[18]为避免评价时出现片面的结果，采用隶属函数法对多个苜蓿品种进行测评。宫文龙等[17]通过打分对苜蓿的耐盐性进行评价。在本试验中，同样采取隶属函数法，对2份三叶草属材料的各项指标进行计算排序，以综合比较2份材料对逆境胁迫的耐受能力。萌发期的强抗逆性在整个生命周期能否同样表现一致，还有待进一步研究[19-21]。