新疆野生沙芦草萌发期抗旱生理机制研究

文│辛慧慧（新疆维吾尔自治区草原总站）

新疆野生沙芦草属于国家二级保护植物，属于冰草属多年生丛生牧草，抗寒、抗旱、耐盐碱性强，营养丰富，是我国北方干旱和半干旱地区改良天然牧草和人工草地的适宜草种。在新疆维吾尔自治区阿勒泰等干旱半干旱荒漠地区随处可见成片的沙芦草，而这些正是经过长期自然选择形成的珍贵的抗旱耐寒野生牧草资源，是一种具有重要生态和遗传价值的植物材料。扁穗冰草又称为野麦子、冰草，是禾本科、多年生草本植物，一种优良的牧草生长于干燥的草地、山坡、丘陵和沙地上，是新疆地区人工草地建植的牧草之一。

水分是影响植物正常生长发育的关键生态因子之一，当植物遭遇水分缺失、干旱胁迫时，会发生一系列反应，影响植物的正常生长发育，严重时可导致植物死亡，给农业生产和畜牧业发展带来不利影响。萌发期是牧草生活史的关键阶段，也是研究抗旱能力的重要时期，这一时期与牧草出苗和生长发育息息相关。因此，研究牧草萌发期的抗旱性至关重要。PEG-6000是一种高分子渗透剂，因其亲水性强，可调节渗透势，在模拟干旱胁迫的过程中具有与土壤水分控制相似的效果，是近年来研究植物抗旱性的重要方法之一。各项研究虽然均采用PEG溶液进行模拟干旱胁迫试验，但不同植物种子萌发期对干旱胁迫的耐受程度不同。因此，根据生产实际，开展不同植物种子萌发期干旱胁迫耐受试验对指导生产意义重大。

迄今为止，相关学者对冰草抗旱性研究较多，而对新疆野生沙芦草的抗逆性研究报道较少，研究不够系统和深入。沙芦草作为新疆荒漠草原的主要植被，在长期干旱、寒冷的情况下已形成一套适应逆境的机制，深入系统研究其机制具有重要的现实意义。本研究以野生采集的沙芦草种子和商品种扁穗冰草种子为材料，研究沙芦草萌发期的抗旱性，为在新疆地区建立沙芦草草种基地提供理论依据，为退化草地生态恢复和牧草种质资源保护提供理论依据。

一、材料与方法

1.试验材料。本试验所用材料为2021年9月采集于阿勒泰福海地区的沙芦草种子，并以购买天博草业公司的扁穗冰草种子作为对照。

2.试验方法。

（1）萌发试验。配制浓度为0、5%、10%、20%和30%的5种不同质量分数的PEG-6000溶液，将2层滤纸放入培养皿中，然后加入2毫升配制好的PEG-6000溶液，选择成熟、饱满、均一的种子，数取100粒均匀摆在培养皿中，每个处理3个重复，置于25℃恒温培养箱内培养，及时保持水分，观察萌发动态，以芽长等于种子长为发芽标准，发芽后7天时统计发芽势，14天时统计发芽率。发芽率（Gp，%）＝n/N×100(式中n为发芽种子数，N为供试种子总数)；发芽势（Ge，%）＝n/N×100（式中n为第7天累积发芽种子数，N为供试种子总数）。在萌发14天测定胚芽长度和胚根长度，在每个培养皿内选择10株幼苗，用游标卡尺测量其胚芽长度和胚根长度，10个重复取其平均值。叶片丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸测定。相对电导率的测定以《植物生理学实验技术》为指导，取植株鲜叶片，用去离子水清洗2～3次，称取0.2克，剪成1厘米大小放入10毫升带塞的试管中，加入8毫升去离子水后，立即放入真空干燥器中用真空泵抽气15分钟，摇匀，在室温下静置3小时。3小时后将各试管充分摇匀，用电导仪测其初电导值。加塞，在沸水浴中浸提10分钟，取出试管后用自来水冷却至室温，摇匀，平衡后测定终电导值。

3.统计分析。数据采用Excel、SAS9.0软件进行统计分析及处理。

二、结果与分析

1.不同程度干旱胁迫对发芽率和发芽势的影响。由图1可知，扁穗冰草和沙芦草随着PEG浓度的增加，发芽率、发芽势均呈现先升高后降低的趋势。在5% PEG浓度处理下，扁穗冰草和沙芦草的发芽率、发芽势较未处理的略有升高。PEG浓度0到5%之间，扁穗冰草的发芽率提高2%，发芽势提高3%，沙芦草的发芽率提高8%，发芽势提高12%，低浓度PEG处理对沙芦草和扁穗冰草种子的萌发具有促进作用。10%～30% PEG浓度胁迫处理下，沙芦草和穗冰草的发芽率、发芽势随浓度的升高而降低，PEG浓度为5%～30%，扁穗冰草的发芽率从88%降低到5%，发芽势从67%降低到2%，沙芦草的发芽率从84%降低到11%，发芽势从65%降低到5%。沙芦草的发芽率和发芽势在10%、20%和30% PEG胁迫处理下均高于扁穗冰草。

2.不同程度干旱胁迫对沙芦草胚芽长和胚根长的影响。由图2可知，随着PEG浓度的增加，扁穗冰草和沙芦草的胚芽长和胚根长呈先升高后下降趋势。在5%PEG浓度的处理下，扁穗冰草和沙芦草的胚芽长、胚根长比5%PEG浓度处理下的要高，PEG浓度为0～5%，扁穗冰草的胚芽长提高3毫米，胚根长提高2毫米，沙芦草的胚芽长提高13毫米，胚根长提高10毫米，低浓度PEG对胚芽长和胚根长有促进作用。在10% PEG以上的高浓度处理下，沙芦草和扁穗冰草的胚芽长、胚根长随浓度的升高而降低，PEG浓度为5%～30%，扁穗冰草的胚芽长从74毫米降低到6毫米，胚根长从67毫米降低到4毫米，沙芦草的胚芽长从75毫米降低到12毫米，胚根长从56毫米降低到9毫米。沙芦草的胚芽长、胚根长在10%、20%和30%PEG处理下均高于扁穗冰草。

◎图1 不同程度干旱胁迫对发芽率和发芽势的影响

◎图2 不同程度干旱胁迫对胚根长和胚芽长的影响

◎图3 不同程度低温对相对电导率和丙二醛含量的影响

3.不同程度干旱胁迫对电导率和丙二醛（MDA）含量的影响。抗旱能力越弱的植物在干旱胁迫后细胞透性变化越大，电解质外渗程度越高，质膜的受损程度越大，电导率越高。如图3所示，扁穗冰草和沙芦草随PEG浓度的增加，相对电导率、MDA含量均呈升高趋势，扁穗冰草相对电导率、MDA的含量和升高幅度明显高于沙芦草。PEG浓度为0～30%，扁穗冰草和沙芦草的相对电导率分别提高138%、75%，扁穗冰草的相对电导率明显高于沙芦草，两者存在显著差异。不同浓度PEG处理的扁穗冰草MDA含量显著高于沙芦草，从增幅趋势看，扁穗冰草的趋势明显快于沙芦草，扁穗冰草的抗旱性弱于沙芦草。

三、讨论与结论

植物处于逆境条件下，细胞内氧化平衡遭到破坏，自由基的增加会对细胞产生伤害，MDA含量的增加与其受伤害的情况相一致，MDA含量随干旱胁迫的增加而增加。马春晖研究表明，PEG不同处理对冰草种子活力存在不同影响。张晨妮研究指出，一定浓度的PEG胁迫能刺激老芒麦种子活性的提高，但当干旱胁迫超过种子的忍受限度时，种子萌发将受到影响，张彦妮发现，渗透胁迫使植物受到不同程度的伤害，相对电导率与处理强度呈正比，即PEG浓度越大，胁迫时间越长，相对电导率也越大，植物受损的程度越明显，随着时间的延长和处理浓度的增加，MDA含量较对照均有较大程度的上升，贾纳提、李显利、刘金龙等均得出相似或相同的观点。本研究的结论与相关学者研究结果高度相似，即低浓度PEG-6000干旱胁迫对种子萌发具有促进作用，高浓度具有抑制作用。随着PEG-6000浓度的升高，种子的发芽率发芽势、胚芽长、胚根长呈先升高后下降的趋势，相对电导率、MDA含量均呈上升趋势。在0和5% PEG处理下，扁穗冰草的发芽率、发芽势、胚芽长、胚根长高于沙芦草，但随着PEG浓度的逐渐增大，沙芦草的发芽率、发芽势、胚芽长、胚根长显著高于扁穗冰草。在不同浓度PEG处理下，沙芦草的相对电导率、MDA含量均显著低于扁穗冰草。综合萌发期各指标，沙芦草种子萌发期抗旱性强于扁穗冰草种子。