鹽和干旱脅迫對三葉草屬2份種質材料種子萌發(fā)的影響*

彭 新，石鳳翎，*，付娜娜，楊艷婷

(1.內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院/草地資源教育部重點實驗室，呼和浩特 010018；2.內蒙古農業(yè)大學園藝與植物保護學院，呼和浩特 010018)

種子萌發(fā)以及幼苗生長階段是植物生命歷程的初始階段，對其后續(xù)生長過程適應能力的構成具有較深遠的影響[1]。種子在萌發(fā)及幼苗生長階段還沒有成熟的資源獲取和利用的能力，因此大多數(shù)植物種子此階段容易失活[2-3]。一般野生小粒的豆科牧草種子常存在非生物脅迫環(huán)境下不易萌發(fā)、建植不易成功等問題。因此，本研究通過模擬干旱和鹽堿的非生物脅迫環(huán)境，比較野火球晚熟材料與紅三葉材料在種子萌發(fā)期的抗性強弱，篩選抗性強的種質材料，為三葉草屬牧草栽培利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

野火球(TrifoliumlupinasterL.)晚熟材料、紅三葉(TrifoliumpretenseL.)，種子采收于2020年，采收地點位于呼市內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院牧草試驗材料圃，種子常溫貯藏，第2 a進行發(fā)芽試驗。

表1 供試材料

1.2 試驗方法

選取大小均勻、籽粒飽滿的野火球晚熟材料、紅三葉材料的種子各100粒，用普通砂紙勻速轉圈打磨23次，再用0.1%氯化汞溶液消毒3 min，流水沖洗5 min，將種子均勻排列在培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)箱光照周期為24 h。以蒸餾水為對照，設置不同質量濃度(0(CK)、5%、10%、15%、20%、25%)的PEG6000水溶液，不同質量分數(shù)的(0(CK)、40、80、120、160、200 mmol/L)的NaCl水溶液模擬干旱、鹽脅迫環(huán)境。采用標準發(fā)芽試驗法，于第8 d結束發(fā)芽試驗。每日19∶00統(tǒng)計正常發(fā)芽種子粒數(shù)，并于發(fā)芽試驗第8 d稱取幼苗鮮重(S)，計算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等。每個處理濃度下設置3次重復，試驗期間采用吸管量測法每天加入等量相應脅迫處理液以保持濾紙濕潤，于25℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.3 測定指標及數(shù)據統(tǒng)計方法

參照“種子檢驗規(guī)程”[4-5]的方法

(1)發(fā)芽率(%)=實驗結束時發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;

(2)發(fā)芽速度系數(shù)= ∑n/∑(d×n)(式中d為從置床之日算起的天數(shù)d;n為相應各日的正常發(fā)芽種子粒數(shù)/個)[5];

(3)平均發(fā)芽時間=∑(d×n)/∑n[5];

(4)發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gi/Di)(式中Gi為第i天發(fā)芽總數(shù)/個，Di為第i天/d);

(5)活力指數(shù)(VI)=GI×S(式中S為種苗鮮重/g);

(6)相對發(fā)芽指數(shù)=處理的發(fā)芽指數(shù)/對照的發(fā)芽指數(shù)×100%;

(7)相對活力指數(shù)=處理的活力指數(shù)/對照的活力指數(shù)×100%;

(8)采用隸屬函數(shù)值法對2份供試材料萌發(fā)期各項指標的測定值進行抗逆性評價分析，根據以下公式綜合評價2份材料的抗逆性。

指標與抗逆性呈正相關：X(p)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

指標與抗逆性呈負相關：X(p)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

采用Excel進行數(shù)據統(tǒng)計，SAS9.0軟件進行數(shù)據分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對2份材料種子發(fā)芽率的影響

在NaCl脅迫下，2份材料種子隨著NaCl處理濃度的升高，相對發(fā)芽率均呈降低的趨勢，均顯著(P<0.05)低于CK。當NaCl處理濃度為40 mmol/L、80 mmol/L時,2份材料間種子相對發(fā)芽率差異顯著(P<0.05)。當NaCl濃度高于120 mmol/L時兩者的相對發(fā)芽率接近0，出現(xiàn)明顯抑制作用。說明低濃度下野火球種子抗鹽能力優(yōu)于紅三葉材料，高濃度鹽脅迫可顯著抑制其種子萌發(fā)。

注：不同大寫字母表示NaCl處理同一鹽濃度不同材料間差異顯著(P<0.05)；不同小寫字母表示NaCl處理同一材料不同鹽濃度間差異顯著(P<0.05)。

2.2 鹽脅迫對2份材料種子活力的影響

活力指數(shù)可表征種子發(fā)芽速度及生長量，活力指數(shù)高的種子適應惡劣環(huán)境的能力也強[13]。隨著鹽的濃度增大，2份材料的活力指標相對值均出現(xiàn)降低的趨勢，均與CK差異性顯著(P<0.05)。40、80、120 mmol/L的NaCl處理對H材料種子的發(fā)芽速度系數(shù)抑制作用并不明顯，并且與CK差異性不顯著(P>0.05)，高濃度(200 mmol/L)的NaCl處理對2份材料種子的發(fā)芽速度系數(shù)均具有較強的抑制作用，均與CK差異性顯著(P<0.05)，說明高濃度鹽處理能夠強烈減緩這2份材料種子的發(fā)芽速度。當NaCl濃度為120、160、200 mmol/L時，2份材料種子只有少量萌發(fā)，幼苗生長受阻，生物量小，相對活力指數(shù)極低。在同一鹽濃度條件下(40、80、120、160、200 mmol/L)，2份材料間種子相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)均差異不顯著(P>0.05)。高濃度(160、200 mmol/L)的NaCl處理對2份材料種子的平均發(fā)芽時間具有延緩作用，與CK差異性顯著(P<0.05)。

表2 鹽脅迫對三葉草屬2份材料種子活力的影響

2.3 干旱脅迫對2份材料種子發(fā)芽率的影響

由圖2可知，各處理的相對發(fā)芽率隨PEG 6000濃度的升高逐漸降低，當PEG濃度高于5%時，2份材料相對發(fā)芽率與CK差異顯著(P<0.05)；PEG濃度為20%、25%時，2份材料的種子不萌發(fā)，與CK差異顯著(P<0.05)，說明高濃度的PEG脅迫對2份材料種子的萌發(fā)具有絕對的抑制作用。在干旱處理下，2份材料在各濃度處理下的相對發(fā)芽率均無顯著差異(P>0.05)。

圖2 干旱脅迫對2份材料種子相對發(fā)芽率的影響

2.4 干旱脅迫對2份材料種子活力的影響

由表3可知，2份材料種子隨著干旱脅迫濃度的增加，相對活力指數(shù)也持續(xù)下降，且均與CK差異顯著(P<0.05)；當干旱脅迫濃度達到15%甚至更高時，相對活力指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)幾乎為0，說明高濃度的干旱脅迫對2份材料種子的萌發(fā)有很強的抑制作用。對于2份材料種子而言，隨著干旱脅迫強度的加大，其發(fā)芽速度系數(shù)呈明顯降低趨勢，當PEG濃度高于10%，2份材料均與CK差異顯著(P<0.05)，說明高濃度的干旱脅迫會減緩其發(fā)芽速度。干旱脅迫處理下，2份材料相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)、發(fā)芽速度系數(shù)、發(fā)芽時間均無顯著差異(P>0.05)。高濃度(20%、25%)干旱脅迫下各項指標均為0，強烈抑制2份材料種子萌發(fā)。

表3 干旱脅迫對2份材料種子活力的影響

2.5 2份材料抗逆性隸屬函數(shù)分析

用隸屬函數(shù)法對2份材料的相對發(fā)芽率等指標進行分析，從而綜合評價其抗逆性。從表4可以得出，野火球晚熟材料的抗逆性強于紅三葉材料。

表4 鹽脅迫及干旱脅迫下2份材料隸屬函數(shù)值表

3 討論

3.1 鹽堿干旱脅迫

萌發(fā)期是植物最早被脅迫的時期，此時期的耐鹽性是判斷植物耐鹽能力的標準之一[6]。種子萌發(fā)能力的強弱可通過發(fā)芽率反映[7]。鹽脅迫對植物造成的危害主要包含離子毒害、滲透脅迫等[8-9]。該試驗高濃度的NaCl處理可抑制紅三葉、野火球晚熟材料種子的正常萌發(fā)，且隨處理濃度的增加，種子萌發(fā)率及生活力越低；此表現(xiàn)可能與種子吸水困難[10]有關，該結果與王妮妮等人的研究結果[11-14]類似。

近年來，PEG模擬干旱脅迫廣泛應用于牧草種子萌發(fā)期的研究中，可作為判斷植物整體抗旱性的依據之一[15]。程波[16]等人研究表明，不同濃度的PEG對紫花苜蓿種子的萌發(fā)均有抑制作用，隨PEG濃度升高抑制效果增強，本研究結果同樣表明，隨著干旱脅迫程度的增強，2份材料種子的發(fā)芽率不僅降低，其發(fā)芽速度也顯著降低。

3.2 三葉草屬牧草種子萌發(fā)期抗逆性的綜合評價

如何有效、簡便的評價種子的發(fā)芽能力在生產上有深遠意義。孔令琪等[18]為避免評價時出現(xiàn)片面的結果，采用隸屬函數(shù)法對多個苜蓿品種進行測評。宮文龍等[17]通過打分對苜蓿的耐鹽性進行評價。在本試驗中，同樣采取隸屬函數(shù)法，對2份三葉草屬材料的各項指標進行計算排序，以綜合比較2份材料對逆境脅迫的耐受能力。萌發(fā)期的強抗逆性在整個生命周期能否同樣表現(xiàn)一致，還有待進一步研究[19-21]。

4 結論

4.12份種質材料相比，野火球晚熟材料種子在萌發(fā)階段具有較強的耐NaCl能力和耐干旱能力。

4.2綜合評價2份材料的抗逆性由強到弱順序為野火球晚熟材料種子>紅三葉材料種子。