四種果園綠肥種子在PEG-6000模擬干旱脅迫下的萌發(fā)特性與抗旱性評價(jià)

董浩 史桂芳 牟小翎 于淑慧 朱國梁 譚德水 李亮 黃金苓

摘要：本試驗(yàn)采用不同濃度聚乙二醇（PEG-6000）溶液模擬干旱脅迫的方法，對黑麥草、鼠茅草、二月蘭、毛葉苕子4種果園綠肥種子的萌發(fā)特性和抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)。結(jié)果表明，在PEG-6000濃度為5%時(shí)，黑麥草、鼠茅草的相對發(fā)芽率分別增加3.26、6.41個(gè)百分點(diǎn)，說明低濃度的PEG-6000對黑麥草、鼠茅草種子萌發(fā)有一定促進(jìn)作用;隨著脅迫濃度的升高，4種綠肥種子的發(fā)芽率、胚根長、胚芽長、萌發(fā)脅迫指數(shù)、萌發(fā)抗旱指數(shù)不斷下降。隸屬函數(shù)分析表明不同綠肥種子各單一指標(biāo)的耐旱性強(qiáng)弱順序不盡相同，根據(jù)綜合評估指標(biāo)值得出4種綠肥種子抗旱性順序?yàn)槊~苕子>黑麥草>鼠茅草>二月蘭。本研究結(jié)果對華北地區(qū)果園耐旱綠肥種類的選擇具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：綠肥;聚乙二醇（PEG-6000）;干旱脅迫;萌發(fā)特性;抗旱性

中圖分類號(hào)：S551.034? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A? 文章編號(hào)：1001-4942（2020）11-0141-05

Germination Characteristics and Evaluation on Drought Resistance

of Four Kinds of Orchard Green Manure Crops

under PEG-6000 Stress

Dong Hao1，2， Shi Guifang1， Mu Xiaoling1， Yu Shuhui1， Zhu Guoliang1，

Tan Deshui3， Li Liang4， Huang Jinling4

（1. Taian Academy of Agricultural Sciences， Taian 271000， China;

2. State Key Laboratory of Crop Biology， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China;

3. Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences/

Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;

4. Dongping Agricultural Technology Extension Station， Taian 271000， China）

Abstract The experiment was conducted to study the germination characteristics and evaluate the drought resistance of four orchard green manure crop species （Lolium perenne L.， Vulpia myuros C.， Orychophragmus violaceus L.， Vicia villosa Roth） by simulating drought stress using different concentrations of PEG-6000 solution. The results showed that when the PEG-6000 concentration was 5%， the relative germination rates of Lolium perenne L. and Vulpia myuros C. increased by 3.26 and 6.41 percentage points， respectively， which indicated that low concentration of PEG-6000 had a certain promoting effect on seed germination of Lolium perenne L. and Vulpia myuros C. The seed germination rate， radicle length， plumule length， germination stress index and germination drought resistance index of all species decreased with the increase of PEG-6000 concentration. Through membership function analysis， it was found that the order of drought tolerance of different green manure species in each single index was different. The order of drought resistance of the four species was Vicia villosa Roth>Lolium perenne L.>Vulpia myuros C.>Orychophragmus violaceus L. based on comprehensive evaluation. The results of this study had certain guiding significance to the selection of drought-tolerant green manure species for orchards in North China.

Keywords Green manure; PEG-6000; Drought stress; Germination characteristics; Drought resistance

我國華北平原農(nóng)業(yè)區(qū)有大面積的果園空地。長期以來，該區(qū)域果園管理以清耕為主，導(dǎo)致土壤退化、水土流失嚴(yán)重[1-3]，嚴(yán)重制約著果樹持續(xù)健康生產(chǎn)[4]。解決該問題的一個(gè)有效方法就是種植綠肥作物[5]。果園綠肥作為無公害綠色有機(jī)肥料，不僅能起到改善農(nóng)田小氣候、增加土壤微生物活性、防止水土流失的作用[5， 6]，綠肥翻壓后還能為土壤提供大量的碳源和養(yǎng)分，從而有效改善土壤環(huán)境[5， 7， 8]和生態(tài)環(huán)境[9]質(zhì)量。因此，果園中種植綠肥是一種極具發(fā)展前景、高效節(jié)能的綠色果品生產(chǎn)模式。

華北平原果園綠肥種植多為春、秋播種，而這一地區(qū)氣候特征總體表現(xiàn)為春季和冬季較干旱，造成因干旱導(dǎo)致出苗困難或死苗，嚴(yán)重影響綠肥的生長及生物量。因此，明確不同綠肥抗旱性是發(fā)展果園綠肥的關(guān)鍵因素之一。聚乙二醇（polyethylene glycol 6000，PEG-6000）可以阻礙植物系統(tǒng)的輸導(dǎo)組織，常作為水分脅迫劑應(yīng)用于種子萌發(fā)的抗旱性研究[10]。目前，對PEG-6000模擬干旱脅迫應(yīng)用于牧草及飼料作物抗旱性的研究報(bào)道較多[11-14]，但對華北平原果園種植綠肥在PEG-6000模擬干旱脅迫下的種子萌發(fā)特性研究較少。本研究利用PEG-6000模擬干旱環(huán)境，對華北平原果園應(yīng)用較多的黑麥草、鼠茅草、二月蘭、毛葉苕子4種綠肥種子萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)，為華北平原果園綠肥的種植提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

黑麥草（Lolium perenne L.）、鼠茅草（Vulpia myuros C.）、二月蘭（Orychophragmus violaceus L.）、毛葉苕子（Vicia villosa Roth）4種綠肥作物種子，均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所提供;PEG-6000（分析純），由合肥博美生物科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年10月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

選取成熟、飽滿且大小適中、均勻一致、無病蟲害的健康種子，用1%次氯酸鈉溶液浸種消毒10 min，無菌水沖洗3次，待用。

選用直徑9 cm的培養(yǎng)皿墊雙層濕潤濾紙作為發(fā)芽床。采用PEG-6000模擬干旱脅迫，設(shè)5個(gè)不同濃度處理，質(zhì)量濃度分別為0、5%、10%、15%和20%。將消毒過的綠肥種子分別放入加有等量上述濃度PEG-6000溶液的發(fā)芽床中，各處理均設(shè)5次重復(fù)，每重復(fù)50粒種子，然后置于20℃人工智能植物培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10 d。期間每天觀察種子萌發(fā)情況并及時(shí)清理發(fā)霉腐爛種子。

1.3 測定項(xiàng)目

從種子置床起觀察，以胚根長和種子等長作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，以后每天定時(shí)觀察記錄發(fā)芽種子數(shù)。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各重復(fù)中隨機(jī)挑選10粒正常發(fā)芽種子，測量胚芽和胚根長。

發(fā)芽率（GR， %）=正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;相對發(fā)芽率（RGR， %）=脅迫處理的發(fā)芽率/對照的發(fā)芽率;萌發(fā)脅迫指數(shù)（GSI）=脅迫下種子發(fā)芽指數(shù)/對照種子發(fā)芽指數(shù)，發(fā)芽指數(shù)GI=∑〖JB（（〗Gt/Dt〖JB））〗;萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）=脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對照種子萌發(fā)指數(shù)[15]，種子萌發(fā)指數(shù)=（1.00）Rd2+（0.80）Rd4+（0.60）Rd6+（0.40）Rd8+（0.20）Rd10。式中，Gt為t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，Rd2、Rd4、Rd6、Rd8、Rd10分別為第2、4、6、8、10 d的種子發(fā)芽率。采用模糊隸屬函數(shù)法[16]對不同綠肥種子抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理，利用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)的多重比較，SigmaPlot 11.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000脅迫對綠肥種子發(fā)芽率和相對發(fā)芽率的影響

由圖1可以看出，種子發(fā)芽率受種子本身特性的影響較大，在沒有干旱脅迫條件下，黑麥草、鼠茅草、二月蘭、毛葉苕子的發(fā)芽率分別為92.2%、78.6%、82.4%、89.0%，以黑麥草和毛葉苕子的發(fā)芽率較高。隨著干旱脅迫程度的增加，不同綠肥種子發(fā)芽率表現(xiàn)出不同的特性。5%脅迫濃度下，黑麥草、鼠茅草的發(fā)芽率略有增加，平均增加3.7%，隨著干旱脅迫程度的增加，發(fā)芽率持續(xù)下降;二月蘭、毛葉苕子的發(fā)芽率隨PEG-6000脅迫濃度的增加逐漸降低;在PEG-6000脅迫濃度為20%條件下，鼠茅草、二月蘭的發(fā)芽率為零，說明該濃度已經(jīng)超過其耐受閾值。

相對發(fā)芽率可以較客觀地反映種子萌發(fā)期的相對抗旱性。由圖1可知，在PEG-6000濃度為5%時(shí)，二月蘭的相對發(fā)芽率顯著低于其他3種綠肥，表明二月蘭對干旱脅迫的敏感性較強(qiáng);黑麥草、鼠茅草的相對發(fā)芽率分別增加3.26個(gè)和6.41個(gè)百分點(diǎn)，說明低濃度的干旱脅迫對其種子發(fā)芽有促進(jìn)作用。隨著PEG-6000脅迫濃度的進(jìn)一步增加，4種綠肥種子的相對發(fā)芽率均呈不斷下降趨勢，與其他綠肥相比，黑麥草、毛葉苕子的相對發(fā)芽率下降趨勢較緩，在PEG-6000濃度為20%條件下其相對發(fā)芽率仍有7.6%、11.2%。可見，在不同程度干旱脅迫下，不同綠肥種子的抗旱性有所差異。

2.2 PEG-6000脅迫對綠肥種子胚根、胚芽的影響

根系發(fā)達(dá)是植物抗旱的主要標(biāo)志之一。從圖2可以看出，不同綠肥種子胚根和胚芽長對PEG-6000干旱脅迫的響應(yīng)并不一致。黑麥草、毛葉苕子的胚根長隨PEG-6000濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，以5%濃度水平最大，說明低濃度的干旱脅迫可以促進(jìn)這兩種綠肥種子胚根的生長。鼠茅草、二月蘭的種子胚根長隨PEG-6000濃度的增加始終呈下降趨勢。在各脅迫濃度下，黑麥草、毛葉苕子的胚根長均顯著高于其他兩種綠肥。

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