模擬干旱條件下不同苜蓿種質(zhì)材料萌發(fā)期抗旱性評(píng)價(jià)

王雪婷，米福貴，解 穎，閆士元

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

干旱作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大制約因素，造成全球范圍內(nèi)作物產(chǎn)量、品質(zhì)降低及植被退化等嚴(yán)重后果。我國干旱區(qū)面積大，其中干旱、半干旱土地面積約占國土面積的52.5%，因此抗旱植物的選育和種植利用對(duì)干旱土地利用和改良具有重要意義〔1〕。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)屬多年生豆科牧草，是世界上最早被人工馴化栽培的牧草，也是世界上廣泛分布的優(yōu)良牧草，不僅飼草產(chǎn)量高，品質(zhì)好，且具有較高的飼用價(jià)值和適應(yīng)性，素有“牧草之王”的美譽(yù)〔2〕。因此發(fā)掘抗旱苜蓿種質(zhì)材料對(duì)苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。聚乙二醇(polyethylene glycol， PEG)是一種高分子聚合物，常被用作水分脅迫劑模擬干旱條件，以研究植物種子萌發(fā)期抗旱性。

本文以聚乙二醇為脅迫劑，在模擬干旱條件下研究6份苜蓿材料萌發(fā)期的生長表現(xiàn)，旨在鑒定評(píng)價(jià)其抗旱性，以發(fā)現(xiàn)并篩選優(yōu)良抗性種質(zhì)材料，為干旱地區(qū)苜蓿品種選育和利用提供種質(zhì)與依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括公農(nóng)2號(hào)、草原3號(hào)、中苜2號(hào)、扶風(fēng)苜蓿、伊犁苜蓿5份國產(chǎn)材料和賽特1份國外材料，來源見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)材料及來源

1.2 試驗(yàn)方法

從每份材料中挑選200粒大小均一、顆粒飽滿的種子，經(jīng)濃度為75%的乙醇消毒15min，多次蒸餾水沖洗后浸泡過夜。在5%，10%，20%的PEG-6000溶液脅迫下，以雙層吸水紙作為發(fā)芽床，進(jìn)行培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽試驗(yàn)。每個(gè)處理重復(fù)3次，并以蒸餾水為空白對(duì)照，每個(gè)培養(yǎng)皿加入10ml的PEG溶液，在25℃的恒溫箱中連續(xù)培養(yǎng)10d。實(shí)驗(yàn)過程中，用蒸餾水補(bǔ)充培養(yǎng)皿內(nèi)的失水量，以保證PEG濃度不變。依據(jù)牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程，以胚根突破種皮2mm作為種子萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄種子發(fā)芽情況，直至第10d發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束。

按照PEG-6000與蒸餾水質(zhì)量百分比配置濃度分別為5%，10%，20%的溶液，分別記作、PEG5%、PEG10%、PEG20%，并以純水為CK。根據(jù)Michel BE等〔3〕的公式計(jì)算出不同濃度PE-G6000溶液對(duì)應(yīng)的滲透勢分別為-0.06、-0.17、-0.53 MPa。

培養(yǎng)3d開始，每24h記錄發(fā)芽種子數(shù)直至7d，統(tǒng)計(jì)計(jì)算種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢。7d結(jié)束測定發(fā)芽情況，繼續(xù)澆水培養(yǎng)至10d，隨機(jī)從每個(gè)培養(yǎng)皿選取10粒發(fā)芽種子并測定其胚根長、胚芽長，待幼苗自然風(fēng)干4h后，將每個(gè)培養(yǎng)皿中幼苗進(jìn)行稱重測其干重。每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置4個(gè)重復(fù)。所測指標(biāo)計(jì)算公式如下：

相對(duì)發(fā)芽率(%)=m/N×100%

式中，m為種子發(fā)芽數(shù)；N為供試種子數(shù)。相對(duì)發(fā)芽率為處理種子發(fā)芽率占對(duì)照種子發(fā)芽率的百分比。

相對(duì)發(fā)芽勢(%)=n/N×100%

式中，n為前5d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)；N為供試種子數(shù)。相對(duì)發(fā)芽勢為處理種子發(fā)芽勢占對(duì)照種子發(fā)芽勢的百分比。

發(fā)芽指數(shù)GI=∑GT/DT

式中，DT為發(fā)芽日數(shù)，GT為與DT相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

活力指數(shù)VI=GI×S

式中，GI為發(fā)芽指數(shù)；S為幼苗重量(g)。相對(duì)活力指數(shù)為處理種子活力指數(shù)占對(duì)照種子活力指數(shù)的百分比。

利用隸屬函數(shù)法對(duì)供試種子萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為：Xu=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中X為供試材料各項(xiàng)指標(biāo)的抗旱測定值，Xmax和Xmin分別為各供試材料中各項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值，然后累加各個(gè)供試材料的各項(xiàng)隸屬函數(shù)值，取平均值〔4〕。根據(jù)平均隸屬函數(shù)值的大小判斷抗旱性的強(qiáng)弱，平均值越大的種質(zhì)材料抗旱性越強(qiáng)，反之則越弱。

利用WPS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理和處理，用SAS 9.4進(jìn)行差異顯著性分析，計(jì)算各性狀的平均值和隸屬函數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)苜蓿種子萌發(fā)特性的影響

隨著PEG-6000溶液濃度的增加,供試材料相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)均呈下降趨勢。在滲透勢為-0.06MPa時(shí)，全部材料的相對(duì)發(fā)芽率均高于60%，其中又以M5為最高，達(dá)97.33%，M4最低，僅為67.00%，且M4的相對(duì)發(fā)芽率顯著低于其余材料(P<0.05)。當(dāng)滲透勢降至-0.17時(shí)，材料M4的相對(duì)發(fā)芽率顯著降低至56.00%，當(dāng)滲透勢降低至-0.53MPa時(shí)，M2的相對(duì)發(fā)芽率降至42.67%，M4的相對(duì)發(fā)芽率低至30.33%(圖1)。隨著滲透勢降低，供試材料相對(duì)發(fā)芽勢變化較為復(fù)雜，其中M2、M4、M5呈明顯降低趨勢；當(dāng)滲透勢為-0.17MPa時(shí)，M3和M6的相對(duì)發(fā)芽勢較滲透勢為-0.06時(shí)均有所增加，M3由92.33%增至98.00%，M6由94.33%增長至95.33%。M4對(duì)干旱的敏感程度最高，M2、M4、M5與M6有顯著性差異(P<0.05)(圖2)。在滲透勢為-0.06MPa時(shí)，M2和M4的相對(duì)活力指數(shù)顯著低于其他4份材料(P<0.05)；在滲透勢為-0.53MPa時(shí)，M6的相對(duì)活力指數(shù)最高，為51.33%，顯著高于M2、M4、M5(P<0.05)(圖3)。在滲透勢為-0.06MPa時(shí)，種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)受干旱脅迫的影響較小，除M2、M4數(shù)值在60%以上，其他均在90%左右，其中M1的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)最高達(dá)96%，滲透勢-0.53MPa時(shí)，供試材料的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)下降較明顯，M1和M6最高僅達(dá)31.33%(圖4)。

圖1 PEG6000脅迫對(duì)種子相對(duì)發(fā)芽率的影響相同濃度下不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

圖2 PEG6000溶液脅迫對(duì)種子相對(duì)發(fā)芽勢的影響

圖3 PEG-6000溶液脅迫對(duì)種子相對(duì)活力指數(shù)的影響

圖4 PEG-6000溶液脅迫對(duì)種子相對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2 干旱脅迫對(duì)供試材料幼苗生長的影響

供試材料相對(duì)胚根長隨滲透勢降低呈逐步降低趨勢。當(dāng)滲透勢為-0.06MPa時(shí)，各材料相對(duì)胚根長達(dá)到最高值，表明低干旱脅迫有助于促進(jìn)幼苗生長。滲透勢在-0.06～-0.53MPa時(shí)，各材料的相對(duì)胚根長差異顯著。當(dāng)滲透勢為-0.06時(shí)，M3、M4的相對(duì)胚根長達(dá)到最大值98.33%，隨著滲透勢降低，M2的相對(duì)胚根長降低至61.00%。供試材料的相對(duì)胚芽長亦隨滲透勢逐步降低而降低，在滲透勢為-0.06MPa時(shí)，M2的相對(duì)胚芽長最高為96.33%，當(dāng)滲透勢降低至-0.53MPa時(shí)，M2和M4的相對(duì)胚芽長最低僅為60%左右，表明高濃度的PEG-6000干旱脅迫會(huì)抑制胚根胚芽生長(表2)。

表2 PEG-6000溶液脅迫下種子相對(duì)胚根長及相對(duì)胚芽長

注：相同指標(biāo)同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

干旱脅迫下6份苜蓿材料的隸屬函數(shù)值范圍在0.69～0.89之間，最高的是M3和M6，隸屬函數(shù)值達(dá)0.89，M4的隸屬函數(shù)值最低，為0.69。6個(gè)材料的抗旱性排序?yàn)镸3>M6>M1>M5>M2>M4。

表3 抗旱指標(biāo)隸屬函數(shù)值及抗旱性綜合評(píng)價(jià)

3 討論與結(jié)論

植物抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法較多，故通常應(yīng)依研究目的、測定指標(biāo)選擇合適的方法。程波等選擇在種子萌發(fā)期采用PEG-6000模擬干旱脅迫，對(duì)不同苜蓿材料的萌發(fā)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出具有較強(qiáng)抗性的種質(zhì)〔5〕。不同滲透勢的PEG溶液對(duì)苜蓿材料的萌發(fā)均有抑制作用，且抑制效果隨滲透勢降低而增強(qiáng)〔6〕。本研究亦發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律，即隨PEG脅迫溶液水勢的降低，不同品種苜蓿材料受干旱脅迫影響增大，其相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、種子的相對(duì)胚根長及胚芽長均呈降低趨勢，在-0.06MPa時(shí)各材料的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)最高。

隸屬函數(shù)法對(duì)各材料抗旱性的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，6份苜蓿材料隸屬函數(shù)值范圍在0.69～0.89之間，高者為M3和M6，抗旱性強(qiáng)弱的具體排序?yàn)椋?中苜2號(hào)=伊犁苜蓿>公農(nóng)2號(hào)>扶風(fēng)苜蓿>草原3號(hào)>賽特。