PEG模擬干旱脅迫對(duì)5份三葉草材料種子萌發(fā)的影響

(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)

三葉草屬植物是豆科(Leguminosae)草本植物，具有生長(zhǎng)范圍廣、易于種植、便于管理等優(yōu)點(diǎn)[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)畜牧業(yè)的發(fā)展，三葉草作為一種優(yōu)良的豆科牧草備受重視，而且其花色艷麗，也被廣泛用于園林綠化，而且根上長(zhǎng)有根瘤，可以起到固氮作用，也常常被用作前茬作物和恢復(fù)地被植物。在影響植物生長(zhǎng)的眾多因素中，水分條件對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要，而且水資源匱乏已成為世界性的難題[2]。我國(guó)又是世界上干旱半干旱地區(qū)面積較大的國(guó)家，旱地面積占全國(guó)總土地面積的52.5%[3]。本試驗(yàn)通過(guò)采用5個(gè)不同濃度的PEG-6000模擬干旱脅迫，研究不同三葉草屬植物種子萌發(fā)期對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，以期為三葉草優(yōu)異抗旱種質(zhì)資源篩選提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為新品系白三葉、海法白三葉、蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉、多利紅三葉、野火球，均由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供。供試滲透物質(zhì)為分析純PEG-6000。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1種子預(yù)處理

選取飽滿無(wú)殘缺的三葉草種子，用5%次氯酸鈉溶液浸泡10 min，先用自來(lái)水沖洗數(shù)次，用蒸餾水反復(fù)沖洗3～4遍，最后用濾紙將水吸干。

1.2.2PEG脅迫處理

PEG溶液設(shè)0%(ck)、5%、10%、15%、20%共5個(gè)濃度梯度，不同濃度對(duì)應(yīng)水勢(shì)分別為0 MPa、-0.054 MPa、-0.177 MPa、-0.393 MPa、-0.735 MPa[4]，每個(gè)濃度梯度設(shè)4次重復(fù)。將種子均勻置于鋪有2層濾紙的90 mm培養(yǎng)皿中，濾紙為8.5 mm×8.5 mm，濾紙用不同濃度的處理液浸濕，每皿50粒。放入人工智能培養(yǎng)箱，25 ℃萌發(fā)，光照時(shí)間12 h。釆用稱(chēng)重法每日補(bǔ)充蒸散的水分以維持溶液滲透勢(shì)的恒定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

以第1粒種子發(fā)芽時(shí)為種子發(fā)芽始期，以有明顯胚根破殼(露白)為發(fā)芽種子，根據(jù)國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程[5]，每天記錄種子的發(fā)芽數(shù)，第4天計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第10天計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。于第10天測(cè)量胚芽、胚根長(zhǎng)度及幼苗的鮮重。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽終止時(shí)全部正常發(fā)芽的種子數(shù)目/供試種子數(shù)目)×100%；

發(fā)芽勢(shì)(%)=(發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)目)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，(Gt為在t日內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù));

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×G，(G為發(fā)芽結(jié)束時(shí)幼苗重量)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SAS 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫對(duì)三葉草材料種子相對(duì)發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，5份白三葉種子的發(fā)芽率隨著PEG濃度的遞增而呈下降趨勢(shì)。5%的PEG脅迫下，蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉、新品系白三葉和海法白三葉相對(duì)發(fā)芽率與對(duì)照組相比基本沒(méi)有變化。當(dāng)PEG濃度達(dá)到10%以后，除紅三葉材料外，相對(duì)發(fā)芽率下降趨勢(shì)逐漸增大，15%～20%高濃度的PEG脅迫下，2個(gè)紅三葉材料的發(fā)芽率明顯高于白三葉材料和野火球，尤其是野火球，在濃度20%的脅迫下基本不發(fā)芽。

圖1 不同濃度的PEG-6000下三葉草材料種子的相對(duì)發(fā)芽率

2.2 PEG脅迫對(duì)三葉草材料種子相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

由圖2可以看出，隨著PEG濃度的增大，與對(duì)照相比，各材料的發(fā)芽勢(shì)均呈逐漸下降的趨勢(shì)，5%濃度下海法白三葉的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)下降幅度最小，其次為野火球、蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉，當(dāng)濃度達(dá)到15%時(shí)，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)大小為：蒙農(nóng)>多利>海法>野火球>新品系，濃度為20%時(shí)，各材料相對(duì)發(fā)芽勢(shì)趨近于0。

圖2 不同濃度的PEG-6000下三葉草屬種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)

2.3 PEG脅迫對(duì)三葉草材料種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由圖3可以看出，隨著PEG脅迫濃度的增加，5份三葉草材料種子的發(fā)芽指數(shù)跟發(fā)芽勢(shì)一樣，呈不斷降低趨勢(shì)。與對(duì)照相比，低濃度(5%)PEG處理對(duì)蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉和海法白三葉的影響較小，處理濃度與種子活力成反比。當(dāng)處理濃度達(dá)到20%時(shí)，種子活力趨近于0。整體上發(fā)芽指數(shù)大小為紅三葉>白三葉>野火球，其中蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉的發(fā)芽指數(shù)最好。

圖3 不同濃度的PEG-6000下三葉草材料種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)

2.4 PEG脅迫對(duì)三葉草材料種子活力指數(shù)的影響

由圖4可知，5%～10%濃度下，海法白三葉的活力最高，且5%濃度下相對(duì)活力指數(shù)高于對(duì)照，其次為2個(gè)紅三葉草材料。當(dāng)濃度達(dá)到15%時(shí)，活力大小為：蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉>海法白三葉>多利紅三葉>新品系白三葉和野火球。當(dāng)濃度達(dá)到20%時(shí)，各三葉草的活力趨近于0。

圖4 不同濃度的PEG-6000下三葉草材料種子的活力指數(shù)

2.5 PEG脅迫對(duì)三葉草材料幼苗生長(zhǎng)的影響

同一濃度不同材料下，低濃度(5%～10%)除多利紅三葉外，其他材料間均無(wú)顯著差異。濃度達(dá)到15%時(shí)，蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉的相對(duì)胚芽長(zhǎng)顯著高于其他材料，白三葉材料與野火球之間無(wú)顯著差異，多利紅三葉顯著小于其他材料。當(dāng)脅迫梯度升高至20%時(shí)，相對(duì)胚芽長(zhǎng)達(dá)到最低，各材料間無(wú)顯著差異。同一材料不同濃度下，隨著脅迫濃度的升高，相對(duì)胚芽長(zhǎng)呈遞減趨勢(shì)，蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉和野火球的胚芽長(zhǎng)在低濃度下(5%～10%)與對(duì)照無(wú)顯著差異，隨著濃度的遞增，胚芽長(zhǎng)急劇下降。其他品種隨著PEG濃度的上升，與對(duì)照呈顯著差異，且隨著干旱脅迫的加重，受抑制作用越明顯。當(dāng)脅迫梯度升高至20%時(shí)，胚芽長(zhǎng)度最低，受抑制程度大小為蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉<新品系白三葉<野火球<海法白三葉<多利紅三葉(表1)。

表1 不同濃度的PEG-6000下三葉草相對(duì)胚芽長(zhǎng)

PEG濃度/%蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉海法白三葉多利紅三葉野火球新品系白三葉01.00±0.00abA1.00±0.00aA1.00±0.00aA1.00±0.00aA1.00±0.00aA51.05±0.12aA0.76±0.06bA0.78±0.11bA0.99±0.07aA0.67±0.15bA100.86±0.03abAB0.78±0.07bAB0.45±0.08cC0.92±0.21aA0.69±0.08bAB150.71±0.05bA0.47±0.06cB0.32±0.03dC0.57±0.11bB0.48±0.08cB200.66±0.13cA0.39±0.11cA0.17±0.03eA0.42±0.05bA0.43±0.10cA

注：不同大小寫(xiě)字母表示(p<0.05)差異顯著。下同。

表2 不同濃度的PEG-6000下三葉草相對(duì)胚根長(zhǎng)

PEG濃度/%蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉海法白三葉多利紅三葉野火球新品系白三葉01.00±0.00abA1.00±0.00aA1.00±0.00abA1.00±0.00abA1.00±0.00aA51.10±0.06aA1.04±0.08aAB0.93±0.18abAB1.08±0.03aAB0.92±0.02aB100.94±0.09bA0.86±0.06bAB0.97±0.11aA0.85±0.17bAB0.70±0.12bB150.81±0.10cA0.47±0.11cBC0.75±0.04bAB0.30±0.21cAB0.17±0.10cC200.11±0.02dA0.09±0.02dA0.12±0.10cA0.12±0.05cA0.08±0.03cA

表3 不同濃度的PEG-6000下三葉草相對(duì)苗鮮重

PEG濃度/%蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉海法白三葉多利紅三葉野火球新品系白三葉01.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA50.9417±0.0438aA0.8292±0.0510bB0.9430±0.0533aA0.9465±0.0863aA0.8626±0.0564bAB100.7907±0.0804bA0.7586±0.0878bA0.6841±0.0498bA0.7846±0.0588bA0.6832±0.1060cA150.5859±0.0397cA0.4305±0.1016cBC0.5143±0.0446cAB0.3789±0.1526cBC0.3550±0.0698dC200.1854±0.0475dA0.1974±0.0139dA0.2399±0.0284dA0.2952±0.0327dA0.2087±0.0491eA

受到干旱脅迫時(shí)，幼苗的胚根越長(zhǎng)，越有利于在干旱的環(huán)境下吸收水分。胚芽和胚根受到的抑制作用相近。同一濃度不同材料間的相對(duì)胚根長(zhǎng)間基本無(wú)顯著差異，整體上蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉的相對(duì)胚根長(zhǎng)較其他三葉草材料的長(zhǎng)勢(shì)更好。5%濃度的PEG脅迫下幼苗的相對(duì)胚根長(zhǎng)度與對(duì)照差異不顯著，蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉、海法白三葉和野火球的胚根長(zhǎng)度高于對(duì)照。當(dāng)脅迫濃度為10%時(shí)，除多利紅三葉和野火球外，胚根長(zhǎng)度開(kāi)始顯著下降。當(dāng)脅迫濃度為20%時(shí)，各品種幼苗的胚根長(zhǎng)度下降幅度最大(表2)。

2.6 PEG脅迫對(duì)三葉草屬幼苗鮮重的影響

同一濃度下，各白三葉材料相對(duì)苗鮮重差異基本不顯著。5%濃度下，海法白三葉顯著低于其他三葉草材料，與新品系白三葉差異不顯著。15%濃度下蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉相對(duì)苗鮮重顯著高于其他三葉草材料，20%濃度下相對(duì)苗鮮重達(dá)到最低，5個(gè)材料間差異不顯著。隨著處理液濃度的上升，干旱脅迫下相對(duì)苗鮮重顯著降低，5%濃度下除白三葉材料外，其余品種均與對(duì)照無(wú)顯著差異，當(dāng)濃度達(dá)10%后，各處理間差異顯著，幼苗鮮重開(kāi)始大幅下降。5種三葉草屬幼苗中，多利紅三葉幼苗鮮重最重，其次為蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉和野火球(表3)。

3 討論與小結(jié)

土壤干旱已經(jīng)成為影響全球生態(tài)系統(tǒng)的重要環(huán)境因子，嚴(yán)重的影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。種子萌發(fā)作為種子生活史上的重要階段，決定了植物能否在干旱、鹽堿等逆境下生存；提高種子發(fā)芽率，是建植草地、提高草產(chǎn)量的重要前提[6-7]。干旱脅迫下種子的萌發(fā)情況是評(píng)價(jià)植物抗旱性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，植物種子能否在干旱脅迫下萌發(fā)成苗，是保證植物在干旱條件下正常生長(zhǎng)的前提[8]。種子萌發(fā)重要指標(biāo)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)是反映種子的質(zhì)量好壞、發(fā)芽速度、種子發(fā)芽的整齊度和幼苗健壯的趨勢(shì)[9-10]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫程度的加劇，5份三葉草材料種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)總體均呈下降趨勢(shì)。程波等研究表明，不同滲透勢(shì)PEG溶液對(duì)紫花苜蓿種子的萌發(fā)均有抑制作用，且抑制效果隨著滲透勢(shì)的降低而增強(qiáng)[11]；本研究結(jié)果與之相似。胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮重也是反映植物種子萌發(fā)期及苗期抗旱性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，本試驗(yàn)中各材料的相對(duì)胚芽和胚根長(zhǎng)、相對(duì)苗鮮重低濃度下影響不大，隨PEG脅迫濃度的上升，各指標(biāo)值下降。

整個(gè)干旱脅迫過(guò)程中，不同材料表現(xiàn)出不同的抗旱性。干旱脅迫下，各指標(biāo)在PEG濃度為20%時(shí)達(dá)到最低，高濃度脅迫對(duì)三葉草屬植物抑制作用更大，5份三葉草材料種子對(duì)高濃度的干旱脅迫更為敏感。在白三葉的研究中，15%PEG濃度就開(kāi)始較強(qiáng)地抑制種子的萌發(fā)[12]，本試驗(yàn)中同樣在PEG濃度達(dá)到15%時(shí)種子萌發(fā)受抑制。在研究PEG脅迫苜蓿材料時(shí)發(fā)現(xiàn)，苜蓿的根長(zhǎng)均被20%的PEG顯著抑制，且苗長(zhǎng)在PEG濃度達(dá)12%時(shí)就已經(jīng)受到顯著抑制[13]。本研究中濃度達(dá)到10%時(shí)，各白三葉材料間根長(zhǎng)受到顯著抑制。通過(guò)對(duì)各指標(biāo)研究，發(fā)現(xiàn)蒙農(nóng)1號(hào)紅三葉抗旱性最好，其相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和相對(duì)苗鮮重在低PEG-6000濃度脅迫下維持較高的水平，其次為海法白三葉和多利紅三葉，新品系白三葉和野火球抗旱性較差。