PEG—6000脅迫下6份狼尾草萌發(fā)期抗旱性研究

摘要：以不同滲透勢的聚乙二醇-6000（PEG-6000）溶液模擬干旱脅迫條件，對6份不同來源的狼尾草[Pennisetum alopecuroides（L.）Spreng]種質(zhì)資源的萌發(fā)特性和抗旱能力進行了研究。結(jié)果表明，低濃度的PEG脅迫除了對LW4的發(fā)芽有抑制作用外，對其他材料種子的萌發(fā)表現(xiàn)為促進作用；20%PEG濃度脅迫下所有狼尾草種子的發(fā)芽率急劇下降。在5%～15%的PEG-6000濃度下LW36和LW50的發(fā)芽率呈增加趨勢。低濃度滲透溶液下，大部分狼尾草種質(zhì)的發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)脅迫指數(shù)和萌發(fā)抗旱指數(shù)呈升高趨勢，但胚根和胚芽長度受抑程度較大；隨著濃度的增加，各指標(biāo)均呈下降趨勢。采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對狼尾草的相對發(fā)芽率、相對胚根和胚芽長度、抗旱指數(shù)、相對活力指數(shù)等8項指標(biāo)進行抗旱性綜合評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)來自重慶的LW36和四川廣安的LW50抗旱性較強，而來自湖北鐘祥的LW49抗旱性相對較弱，其余材料居中。

關(guān)鍵詞：PEG脅迫；狼尾草[Pennisetum alopecuroides（L.）Spreng]；抗旱性；隸屬函數(shù)法

中圖分類號：S543+.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-6115-05

狼尾草[Pennisetum alopecuroides（L.）Spreng]屬禾本科（Gramineae）狼尾草屬 （Pennisetum spp.）多年生草種，因花序似狼尾而得名，起源于東亞和澳大利亞西部，中國也是其原產(chǎn)地之一，其野生資源在中國分布較廣，自東北、華北經(jīng)華東、華中及西南各省均有分布，多生長于海拔50～3 200 m的田岸、荒地、道旁及小山坡上[1]。目前狼尾草主要用在園林造景和邊坡防護中，作為觀賞草，狼尾草葉色濃綠，整個植株呈噴泉狀，株形優(yōu)美，穗狀圓錐花序在開花時迎風(fēng)飄逸，觀賞價值高，在園林應(yīng)用中常在公園道路轉(zhuǎn)彎處或交匯點，也可單一成片種植或與其他花卉如地被菊、藍花鼠尾草、羽毛草等組合配置[2，3]。近年來，狼尾草因具有抗旱、耐粗放管理、維護費用低等優(yōu)點而作為生態(tài)草在高速公路邊坡防護和水土保持中得到利用。但目前無論是城市園林綠地建設(shè)還是生態(tài)修復(fù)后期的養(yǎng)護工作，水資源缺乏都是共同面臨的嚴重問題。本研究選擇華中地區(qū)不同生境下的狼尾草野生資源，采用PEG高滲溶液模擬干旱進行抗旱性研究，旨在篩選出耐旱節(jié)水的本土狼尾草資源。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試的狼尾草種質(zhì)材料共6份，均為野生資源，采自河南、湖北、四川、湖南等不同的生態(tài)環(huán)境下，具體見表1。2012年春季將材料種植在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牧草資源圃，進行正常的田間養(yǎng)護管理，同年11月收獲成熟種子。

1.2 試驗方法

選飽滿、健康、整齊一致的狼尾草種子作為發(fā)芽材料。種子先用75%的酒精消毒10 s，之后1%次氯酸鈉溶液消毒3～5 min，再用蒸餾水沖洗，吸干種子表面水分，置于鋪有2張濾紙的培養(yǎng)皿（直徑12 cm）中，并用5 mL不同濃度的PEG-6000溶液浸潤，每皿100粒，3次重復(fù)。試驗設(shè)5個水勢梯度： 0 MPa（0%）、-0.100 MPa（5%）、-0.200 MPa（10%）、-0.388 MPa（15%）和-0.587 MPa（20%），根據(jù)Michel等[4]有關(guān)PEG-6000溶液濃度與其滲透勢的關(guān)系計算并配制。置恒溫培養(yǎng)箱中觀察發(fā)芽情況，溫度25 ℃，無光照，濕度80%，發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為胚芽長度達種子一半，胚根長度與種子等長[5]。每天向濾紙加等量不同濃度的PEG-6000溶液2 mL，以保持水勢恒定。每天記錄發(fā)芽數(shù)，直至連續(xù)4 d不再發(fā)芽為試驗結(jié)束。在第7天隨機取10株正常生長的幼苗，測定胚芽和胚根長度。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 種子活力的測定 計算發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GE）、發(fā)芽指數(shù)（GI）及活力指數(shù)（VI），公式如下：GR=供試種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%；GE=種子發(fā)芽數(shù)達高峰時的正常發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%。GI=∑Gt/Dt，式中GI為發(fā)芽指數(shù)，Gt為t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽天數(shù)；VI=GI×Sx，Sx為種苗芽平均長度（cm），種苗長度在試驗完后測定。

1.3.2 萌發(fā)抗旱指數(shù)及脅迫指數(shù)計算 萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）=滲透脅迫下萌發(fā)指數(shù)/對照萌發(fā)指數(shù)[6]。其中，萌發(fā)指數(shù)=（1.00）nd2+（0.75）nd4+（0.50）nd6+（0.25）nd8，式中nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2、4、6、8天的發(fā)芽率，1.00、0.75、0.50、0.25分別為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)所賦予的抗旱系數(shù)。萌發(fā)脅迫指數(shù)（GSI）=處理發(fā)芽指數(shù)/對照發(fā)芽指數(shù)。

1.3.3 種子萌發(fā)特性的計算 包括相對胚芽長（REBL）、相對胚根長（RERL），并按照“相對性狀指標(biāo)=滲透脅迫處理下各性狀測定值/對照各性狀測定值×100%”進行計算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007程序繪圖和SPSS 16.0等軟件統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)?？购敌跃C合評價方法采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法[7]。分別對所測的抗旱指標(biāo)用下式求出每個種質(zhì)各指標(biāo)的具體隸屬值。X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中，X為某種質(zhì)某一指標(biāo)的測定值；Xmax為所有待鑒定種質(zhì)某一指標(biāo)測定值的最大值；Xmin為該指標(biāo)中的最小值。求出每個狼尾草種質(zhì)各抗旱指標(biāo)在不同PEG-6000濃度下的隸屬值，然后把每一指標(biāo)在不同PEG-6000濃度下的隸屬值累加求平均值，最后再將每一種質(zhì)各抗旱指標(biāo)的隸屬值累加求平均值，值越大，則抗旱性越強。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同PEG-6000濃度處理對6份狼尾草種子萌發(fā)特性的影響

發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)是衡量種子發(fā)芽能力的重要指標(biāo)，分別反映了種子的發(fā)芽能力、發(fā)芽速度及幼苗生長情況，而活力指數(shù)則是種子活力水平的總體表現(xiàn)。

從圖1可知，狼尾草LW36和LW50在5%～15%的PEG濃度脅迫下，發(fā)芽率均較對照高，且LW36在15%PEG濃度以下隨著PEG-6000濃度的升高其發(fā)芽率呈增加趨勢。LW9和LW29在10%的PEG-6000濃度處理以下，種子發(fā)芽率較對照提高，但當(dāng)濃度增加到15%時，發(fā)芽率降低。LW4則在低5%的PEG-6000濃度脅迫下發(fā)芽即受阻，發(fā)芽率低于對照。在20%的PEG-6000高濃度處理下，6份狼尾草種子的發(fā)芽率均急劇下降，其中LW9和LW49種子發(fā)芽率為0。

發(fā)芽指數(shù)的變化規(guī)律與發(fā)芽率略有不同，見圖2。在5%的PEG-6000濃度處理下，除LW4發(fā)芽指數(shù)較對照下降外，其余5份材料均較對照升高。當(dāng)PEG-6000濃度達10%時，LW36和LW50的發(fā)芽指數(shù)仍較對照明顯增加；而LW49和LW29則較對照有所下降。當(dāng)PEG-6000濃度增加到15%時，僅LW36發(fā)芽指數(shù)較對照升高，其他材料的發(fā)芽指數(shù)則大幅下降。在20%的PEG-6000高濃度處理下所有材料的發(fā)芽指數(shù)均急劇下降，其中LW49的發(fā)芽指數(shù)為0。

在發(fā)芽率相同時，發(fā)芽勢越高的種子，其生命力越強。由圖3可知，LW4和LW9的發(fā)芽勢在未進行PEG-6000處理時較高，分別為65.33%和60.67%，明顯高于其他材料。在5%PEG-6000脅迫下，LW9和LW36的發(fā)芽勢均高于對照，其中LW36較對照增加38.9%。隨著PEG-6000濃度升高到15%，6份狼尾草的發(fā)芽勢均表現(xiàn)為降低，其中LW29的發(fā)芽勢降為0，20%PEG-6000濃度下所有材料的發(fā)芽勢均為0。

在不同PEG-6000濃度處理下，6份狼尾草種子的活力指數(shù)變化較大，除LW9和LW36在5%的PEG-6000濃度處理下、LW36在10%的PEG-6000濃度處理下其活力指數(shù)高于對照外，其余材料活力指數(shù)均較對照降低，且隨著PEG-6000濃度的增加，各材料的活力指數(shù)呈逐漸降低的趨勢。15%PEG-6000濃度處理下，LW29種子的活力下降為0；當(dāng)PEG-6000濃度增加到20%時，除LW4的活力指數(shù)為37.5外，其余狼尾草種子的活力指數(shù)均為0。

2.2 不同 PEG-6000濃度處理對6份狼尾草種子萌發(fā)抗旱指數(shù)和萌發(fā)脅迫指數(shù)的影響

圖5、圖6分別是6份狼尾草種子在不同PEG-6000濃度處理下的萌發(fā)抗旱指數(shù)和萌發(fā)脅迫指數(shù)，結(jié)果表明，在5%的PEG-6000低濃度處理下，狼尾草LW9、LW36和LW50三份種質(zhì)的抗旱指數(shù)均大于1，其中LW50抗旱指數(shù)最高，為1.36；與之相反，另外3份材料的抗旱指數(shù)顯著降低，其中LW4最低，為0.76。萌發(fā)脅迫指數(shù)方面，除LW4較對照降低外，其余材料均大于1。當(dāng)PEG-6000濃度升高到10%時，LW36和LW50抗旱指數(shù)仍大于1，分別為1.02和1.20，而其他狼尾草種質(zhì)的抗旱指數(shù)較對照下降，其中LW49最低，為0.21。在相同濃度的PEG-6000處理下，各材料的萌發(fā)脅迫指數(shù)變化與之相一致，除LW36和LW50高于對照外，其余材料均較對照低，且LW49最低。PEG-6000濃度為15%時，所有材料的萌發(fā)抗旱指數(shù)均較對照降低，但LW36降低幅度最小，為29%，其余在58%～93%之間。萌發(fā)脅迫指數(shù)LW36仍大于1，為1.14，其他材料均較對照降低，LW29最低，為0.18。在20%的PEG-6000濃度處理下，所有材料的萌發(fā)抗旱指數(shù)和萌發(fā)脅迫指數(shù)幾乎為0。

2.3 不同PEG-6000濃度處理對6份狼尾草種子的相對胚根長和相對胚芽長影響

利用PEG-6000模擬干旱脅迫一般會對種子萌發(fā)過程中的胚根和胚芽產(chǎn)生影響。從圖7、圖8可以看出，隨著PEG-6000脅迫的加劇，6份狼尾草種子的相對胚根長均呈現(xiàn)出逐漸下降趨勢。5%PEG-6000脅迫下，相對胚根長度在80%～94%之間；相對胚芽長卻存在明顯差異，其中LW4最大，為115%； LW49最小，為73%。10%PEG-6000脅迫下，相對胚根長度受阻程度加劇，其中LW49下降最多，為63%；相對胚芽長度變化趨勢與之相一致。15%PEG-6000處理下，LW4相對胚根長最大，為46%，LW29相對胚根長則降為0；相對胚芽長也出現(xiàn)了類似情況。20%PEG-6000脅迫下，只有LW4和LW36保持較高的相對胚根長（均為22%）和相對胚芽長（分別為25%和13%）。

2.4 6份狼尾草種質(zhì)材料抗旱性綜合評價

種子萌發(fā)期的抗旱性是多因素互作的復(fù)雜綜合性狀，用單一指標(biāo)進行抗旱性能評價難以全面反映植物的真實抗旱能力，因此本研究采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，對6份狼尾草材料的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對胚根長和相對胚芽長等8項指標(biāo)進行隸屬函數(shù)值計算，得出不同狼尾草種質(zhì)的抗旱隸屬函數(shù)總平均值（表2）。結(jié)果表明，狼尾草LW36的抗旱性最強，其總平均值為0.567；其次是LW50，總平均值為0.558；在6份狼尾草材料中，LW49的抗旱性最弱，其總平均值為0.355。

3 小結(jié)與討論

用不同濃度的PEG-6000溶液模擬干旱處理種子，使之產(chǎn)生滲透脅迫來研究水分脅迫下種子的萌發(fā)特性目前已有較多報道。研究表明種子在高滲溶液中的吸水能力與植物的抗旱性呈正相關(guān)，吸水力強則種子在脅迫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)相對較高，而吸水力弱的種子與之相反[8]。本試驗采用PEG-6000溶液模擬不同強度的干旱脅迫，對6份來自不同生態(tài)區(qū)域的狼尾草種質(zhì)資源的萌發(fā)特性和耐旱能力進行了研究。結(jié)果表明，5%的PEG-6000脅迫下80%以上的狼尾草種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)較對照增加，這與焦樹英等[9]對來自山東本地和引自美國的3種狼尾草在不同PEG濃度處理下的結(jié)果相一致，也與其他學(xué)者在胡枝子屬、羊茅屬、裸燕麥品種等有關(guān)低濃度PEG溶液促進種子萌發(fā)的研究結(jié)果相一致[10-13]。關(guān)于適宜濃度的PEG可促進種子萌發(fā)機理，有研究認為其降低了種子吸水速率，使種子膜系統(tǒng)得到了較好修復(fù)，并提前啟動了與萌發(fā)相關(guān)的各種代謝[14]，其促進種子萌發(fā)的程度根據(jù)植物種類、品種和種子最初質(zhì)量不同而異[15]。

本試驗中，同年收獲的狼尾草種子，LW50和LW36在對照處理下發(fā)芽率僅為16.0%和26.7%，明顯低于其他4份材料的發(fā)芽率，其中LW4的發(fā)芽率分別是其的4.58倍和2.75倍，分析其原因，可能與這兩份材料從野外采集的時間有關(guān)，該材料是2011年11月份分別從重慶和四川野外采集，第二年直播大田，成熟后收集用于試驗用種，而其余材料均為2010年自野外采集，第二年種植試驗地，人為栽培馴化1年，在試驗用種時種子成熟好，發(fā)芽率也高，這與野生種在經(jīng)過栽培馴化后種子萌發(fā)特性較原始狀態(tài)下提高的相關(guān)研究結(jié)果相一致。在利用PEG-6000模擬干旱條件對6份狼尾草的脅迫處理中，發(fā)芽率低的LW50和LW36在5%～15%的PEG-6000濃度處理下均高于對照，而LW4在5%的低濃度處理下表現(xiàn)為發(fā)芽受阻，這種現(xiàn)象與Aschermann等[16]的研究結(jié)果相一致。隨PEG-6000濃度的增加，狼尾草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈降低趨勢，15%PEG-6000處理時，各指數(shù)均低于對照，發(fā)芽受到抑制，到20%PEG-6000處理下萌發(fā)能力顯著下降。說明一定濃度的PEG-6000脅迫能提高狼尾草種子的活性，但當(dāng)干旱脅迫超過種子的承受限度時，其發(fā)芽率將會下降。

從野生植物資源中發(fā)掘抗旱性強的優(yōu)良材料進而選育新的品系或品種是充實中國國產(chǎn)草種資源庫的手段之一，也是發(fā)掘優(yōu)良抗旱基因的重要途徑。從本試驗結(jié)果可以看出，各種狼尾草種子抗旱性存在差異，初步分析可能與來源地的自然環(huán)境、氣候條件不同從而造成的生態(tài)適應(yīng)性不同有關(guān)。而種質(zhì)材料的抗旱性通常也是由多種因素相互作用形成的一個復(fù)雜的綜合體，因此僅用單個指標(biāo)評價存在一定的片面性[17，18]，多指標(biāo)綜合評價更加客觀和全面。關(guān)于種子萌發(fā)期相對發(fā)芽率、相對活力指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)、抗旱指數(shù)等多指標(biāo)在抗性材料鑒定中應(yīng)用廣泛，評價結(jié)果可靠[19，20]。本研究采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法通過8個指標(biāo)對6份不同來源的狼尾草種質(zhì)材料萌發(fā)期的抗旱性進行綜合評價，發(fā)現(xiàn)其具體的抗旱性強弱順序為：LW36>LW50>LW9>LW4>LW29>LW49。

本試驗只是初步探討了PEG模擬干旱脅迫對6份狼尾草種質(zhì)材料的種子萌發(fā)和幼苗初生生長的影響，而干旱對植物不同生長發(fā)育階段的影響是否與萌發(fā)期表現(xiàn)一致，還有待進一步驗證。

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