一年生黑麥草、高羊茅及雜交羊茅黑麥草種子萌發(fā)期抗旱性研究

辛金霞 ，李春燕 ，劉榮堂 ，戎郁萍

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，甘肅 蘭州 730070；2.中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院草地所，北京 100193）

羊茅黑麥草在世界各地分布廣泛，栽培利用歷史悠久，是重要的飼用植物。特別是作為新禾草類型的黑麥草×羊茅雜種群體，具有生長迅速、飼用品質優(yōu)良和生育年限長、抗逆性強等優(yōu)點，故被人們看作是繼小麥與黑麥成功地雜交培育出小黑麥之后又一種間雜交的創(chuàng)舉，其在理論及實際利用中的意義極為重大[1]。目前國內對羊茅黑麥草的研究多在于引種、營養(yǎng)[2]方面，抗性方面的研究比較少。干旱脅迫影響植物生長發(fā)育，造成農(nóng)作物嚴重減產(chǎn)，干旱對農(nóng)作物造成的損失在所有的非生物脅迫中占首位[3]。種子萌發(fā)是種子植物生活史中的關鍵階段，也是進行植物抗旱性研究的重要時期。近年來，利用PEG高滲溶液法模擬干旱已經(jīng)成為研究種子萌發(fā)性狀的重要方法，在小麥、水稻等農(nóng)作物上廣泛使用[4-7]，在牧草上也有相關報道[8-11]。筆者通過2種雜交羊茅黑麥草（羊茅型與黑麥草型）與高羊茅、一年生黑麥草（四倍體與二倍體兩個品種）在聚乙二醇（PEG6000）溶液不同濃度處理下，發(fā)芽的變化規(guī)律進行比較研究，得出不同材料的抗旱性差異，為生產(chǎn)實踐和抗性物種的篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為羊茅黑麥草（Festuca ovina×Lolium multiflorum Lam）（羊茅型）Hykor、羊茅黑麥草（Festuca ovina×Lolium multiflorum Lam）（意大利黑麥草型）Perny、高羊茅（Festuca arundinacea）fawn、一年生黑麥草（L multiflorum）（2倍體）Surrey、一年生黑麥草（L multiflorum）（4倍體）Angus1。

1.2 方法

選擇顆粒成熟、飽滿、大小適中、無病蟲害的健康種子為萌發(fā)材料。用0.5%的KMnO4溶液將供試種子浸泡消毒10min，清水沖洗干凈，在已消毒培養(yǎng)皿中放置3層定量濾紙，將消毒后的種子均勻鋪在濾紙上，每皿100粒。分別用5%、10%、15%、20%、25%聚乙二醇（PEG6000）溶液脅迫種子，以蒸餾水為對照，對照與處理均設5次重復。聚乙二醇溶液滲透勢采用Michel等[12]有關PEG（6000）溶液濃度與滲透勢換算關系的計算配制。PEG濃度0、5%、10%、15%、20%、25%對應的水勢分別為 0、-0.1、-0.2、-0.4、-0.6、-0.9[13-14]。第 1 天用 5℃的低溫預處理，以后給予15～24℃的變溫處理，每日14 h光照，通風3次并及時補充所蒸發(fā)的水分，使皿內滲透勢保持恒定。觀察出苗過程，依國家種子檢驗規(guī)程[15]，第28天統(tǒng)計發(fā)芽率，測胚根、胚芽長。

1.3 指標測定

1.3.1 胚根、胚芽長及相對胚根、胚芽長相對胚根長=處理胚根長/對照胚根長相對胚芽長=處理胚芽長/對照胚芽長

1.3.2 發(fā)芽率和相對發(fā)芽率發(fā)芽率=發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%相對發(fā)芽率=處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率×100%

2 結果與分析

2.1 PEG處理下種子相對胚根、胚芽長及胚根/胚芽比

如 圖1所示，羊茅黑麥草Perny、羊茅黑麥草Hykor植物種子的相對胚根長隨PEG濃度的增加呈下降趨勢，而高羊茅fawn、一年生黑麥草Surrey、一年生黑麥草Angus1在PEG濃度在10%的時候出現(xiàn)一個高峰，隨之又開始下降。在10%PEG濃度下，一年生黑麥草Angus1（1.34）和高羊茅fawn相近（1.30）。在15%PEG濃度下，一年生黑麥草Angus1 最大（1.24），高羊茅 fawn（0.49）和一年生黑麥草Surrey（0.51）相近，而一年生黑麥草Angus1是高羊茅fawn和一年生黑麥草Surrey的2.48倍。在20%PEG濃度下5種植物種子的相對胚根長都迅速下降，其中一年生黑麥草Angus1的最大（0.395），一年生黑麥草 Surrey的最低（0.24）。

圖1 不同PEG濃度下5種植物相對胚根長

與相對胚根長比較，相對胚芽長全部隨PEG濃度的增加逐步降低，5%PEG濃度出現(xiàn)最大峰值，且在5%、10%PEG濃度下5種植物的胚芽長相似。在15%PEG濃度下一年生黑麥草Angus1最大（0.909），一年生黑麥草Surrey最低（0.43）。在20%PEG濃度下一年生黑麥草Surrey最低（0.3），剩余4種類相似，并且后4種約為一年生黑麥草Surrey的2倍（圖2）。

圖2 不同PEG濃度下5種植物相對胚芽長

如圖3所示，在5%、20%PEG濃度處理下5種植物種子的差異不顯著。在10%濃度處理下羊茅黑麥草Perny與羊茅黑麥草Hykor的胚根/胚芽比差異不顯著（P>0.05），高羊茅 fawn、一年生黑麥草 Surrey、一年生黑麥草Angus1 3種植物的胚根/胚芽比差異也不顯著（P>0.05），但前2種植物與后3種植物的胚根/胚芽比差異顯著（P<0.05）。在15%PEG濃度下一年生黑麥草Angus1與高羊茅fawn的胚根/胚芽比差異顯著（P<0.05），其他植物種子均不顯著。

圖3 不同PEG濃度下5種植物相對胚根/胚芽比

由此可知，5%PEG濃度對5種植物胚根、胚芽的生長影響較小，10%PEG濃度能促進高羊茅fawn、一年生黑麥草Surrey、一年生黑麥草Angus1胚根的生長，而其他2種植物種子的胚根生長則受到抑制；10%PEG對5種植物胚芽均有抑制作用。在15%PEG濃度下只有一年生黑麥草Angus1的胚根、胚芽生長受到的抑制較小，其他4種植物的胚根、胚芽生長受到顯著抑制。高濃度PEG（20%）對種子胚根、胚芽的生長抑制遠遠大于前3種濃度。更高的PEG濃度（25%）使植物種子的的胚根、胚芽生長全部受到抑制。

2.2 不同PEG濃度下植物種子發(fā)芽率與相對發(fā)芽率的變化

由表1可知：在不同滲透水平的PEG處理下，5種植物的種子萌發(fā)都受到不同程度的抑制作用，且隨PEG濃度的增加抑制程度也隨之增加，5種植物種子相對發(fā)芽率總體呈下降趨勢。在5%PEG濃度脅迫下，羊茅黑麥草Perny（1.10）、高羊茅fawn（1.01）和一年生黑麥草 Angus1（1.01）出現(xiàn)小幅上升趨勢，一年生黑麥草Surrey沒有發(fā)生變化，羊茅黑麥草Hykor受到的抑制程度也很?。?.95）。在10%PEG濃度脅迫下只有羊茅黑麥草Perny（1.07）有上升趨勢，但也低于5%PEG濃度處理；其余均呈下降趨勢。在15%PEG濃度處理下，各種植物受抑制的程度由小到大依次為：一年生黑麥草Angus1、羊茅黑麥草Perny、一年生黑麥草Surrey、羊茅黑麥草Hykor、高羊茅fawn。在20%PEG濃度處理下，各植物種子受抑制程度由小到大為：羊茅黑麥草Hykor、羊茅黑麥草Perny、一年生黑麥草Angus1、高羊茅fawn、一年生黑麥草Surrey。在25%PEG濃度處理下5種植物均沒有發(fā)芽。

表1 PEG對5種植物種子發(fā)芽率的影響

在5%PEG濃度處理下Perny相對發(fā)芽率與剩下4種相對發(fā)芽率差異顯著。在10%PEG濃度下Perny與Hykor相對發(fā)芽率差異顯著，其余品種之間差異不顯著。在20%PEG濃度處理下5種品種相對發(fā)芽率差異均顯著。羊茅黑麥草Perny和羊茅黑麥草Hykor對高PEG濃度處理（15%～20%）的抗性較高，一年生黑麥草Angus1與高羊茅fawn次之，一年生黑麥草Surrey最低。

3 討論與結論

用不同濃度PEG模擬干旱脅迫，是通過調節(jié)溶液的滲透壓來達到限制水分進入種子內的目的。PEG處理產(chǎn)生滲透脅迫來研究水分脅迫下種子的生理反應，PEG對種子萌發(fā)起到水分脅迫作用[8]，使種子處于干旱的逆境環(huán)境。吸水力強的種子在干旱脅迫下能夠保持較高的發(fā)芽率，而吸水力弱的種子則相反[16-18]。PEG濃度的使用問題仍在探索中，楊劍平等[6]報道，大豆萌芽期抗旱性鑒定以20%PEG濃度為最佳，王賀正[7]用25%的PEG濃度鑒定水稻種子萌發(fā)期的抗旱性。研究中設立了5個PEG濃度，分別是5%、10%、15%、20%、25%測定種子發(fā)芽率。結果表明，在5%、10%PEG濃度處理下，處理種子的發(fā)芽率與對照沒有差異，15%PEG處理的種子發(fā)芽率都受到不同程度的抑制，20%PEG處理的種子發(fā)芽率降低程度最低，在25%PEG濃度處理下的種子都沒有發(fā)芽，這與王贊等[19]對鴨茅種子的研究基本一致。

相對胚根/胚芽比的結果表明，10%PEG濃度能促進5種植物種子胚根的生長；20%PEG濃度則抑制種子胚根和胚芽的生長，且對胚根生長的抑制程度比胚芽大。研究中，在25%PEG濃度下，有個別植物的種子有胚根的出現(xiàn)，但很短，后又干掉，胚芽幾乎沒有，所以按0計算。

種子發(fā)芽過程本身是一個極其復雜的生理生化過程，水分脅迫下的種子發(fā)芽率能否作為抗旱指標，目前還有分歧[20]。Stout等[21]研究表明，水分脅迫下種子發(fā)芽率可以作為幼苗的抗旱性指標，但Sharma等[22]研究的結果說明發(fā)芽率指標不適宜一些牧草的幼苗。用相對發(fā)芽率評價植物種子萌發(fā)期的抗旱性，可避免不同基因型種子在正常條件（對照）下的發(fā)芽率有差異而影響試驗結果，且能客觀鑒定植物種子在水分脅迫條件下的萌發(fā)水平，評價種子萌發(fā)期的抗旱性[5]?？傮w上看來，5種植物種子的相對發(fā)芽率隨PEG濃度的增加呈下降趨勢，這與梁國玲等[23]對羊茅屬植物研究的結果相近；5%PEG濃度時羊茅黑麥草Perny、高羊茅fawn和一年生黑麥草AngusI相對發(fā)芽率輕微上升，以及10%PEG濃度時羊茅黑麥草Perny仍有小幅度上升，是其輕度水分虧缺時補償與超補償生長效應的表現(xiàn)[24-25]。在5%PEG濃度下，除羊茅黑麥草Hykor外，其他3種植物相對發(fā)芽率都大于或等于1.0，可能因低濃度PEG處理能對種子萌發(fā)起“引發(fā)”作用所致[26-27]。隨PEG濃度增加，5種植物的發(fā)芽率、相對發(fā)芽率均呈下降趨勢，至25%PEG濃度時發(fā)芽率為0，致使種子不能萌發(fā)。由此說明，這5種植物種子對低濃度PEG有一定的耐受程度，且在較低PEG濃度（5%）下能刺激這5種植物種子的發(fā)芽率，當超過植物種子對干旱脅迫耐受程度時，種子就不能萌發(fā)。

抗旱性是一個受多種因素影響的復雜的數(shù)量性狀，且不同植物的抗旱性機制不同，在萌發(fā)期鑒定出的抗旱性較強的種質并不代表在苗期乃至全生育期也具有較強的抗旱性。萌發(fā)期的評定僅是雜交羊茅黑麥草抗旱性的一方面，為全面評定雜交羊茅黑麥草的抗旱性，還應結合大田和室內盆栽試驗，對其不同生長期的形態(tài)、生長、生理生化特性等進一步研究。

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