不同水分和溫度脅迫下55份無芒雀麥種質萌發性能的評價

劉迎春，劉文輝

(1.青海畜牧獸醫職業技術學院，青海 湟源 812100；2.青海省畜牧獸醫科學院，青海 西寧 810001)

不同水分和溫度脅迫下55份無芒雀麥種質萌發性能的評價

劉迎春1，劉文輝2

(1.青海畜牧獸醫職業技術學院，青海 湟源 812100；2.青海省畜牧獸醫科學院，青海 西寧 810001)

為篩選適宜高寒地區的抗旱抗寒無芒雀麥種質，觀測了55份無芒雀麥種質在青海省高寒地區，早春田間水分脅迫和變溫條件下的種子萌發性能。處理1充足水分(土壤飽和含水量48.63%)+最適溫度(25 ℃)，處理2水分脅迫(土壤含水量10.21%)+最適溫度(25 ℃)，處理3充足水分(土壤飽和含水量49.22%)+田間變溫(-3～18 ℃)以及水分脅迫(土壤含水量11.03%)+田間變溫(-3～18 ℃)。結果表明：4種處理下，無芒雀麥1號和17號俄羅斯種質的萌發性能適應早春變溫和干旱的條件；3號俄羅斯種質在水分或變溫單一的脅迫條件下萌發性能優良；8、33、50號俄羅斯種質和53號甘肅種質在變溫條件下萌發性能達到對照水平，35號俄羅斯種質高于對照。篩選的8份種質可以用做培養抗干旱或適應變溫品種的親本材料。

無芒雀麥；抗寒；抗旱；萌發性能

高寒地區退化草地植被恢復、飼草生產以及牧草育種都需要豐富的牧草種質多樣性。在青海高原大陸性氣候條件下，早春的干旱和較大的高晝夜溫差影響著牧草種子萌發出苗，牧草萌發期的抗旱抗寒性決定了其在高寒區的適用性。無芒雀麥(Bromusinermis)是高山草甸多年生禾草優勢種，不僅營養價值和產量高、適口性好，而且是長壽根莖型牧草，具有良好的固沙性能[1]。目前，青海省高寒草地雖存在野生無芒雀麥種，但尚未馴化推廣應用，早期引進的無芒雀麥種質在高寒草地生長期抗旱性較差[2]。為提高當地無芒雀麥種質的多樣性，青海省畜牧獸醫科學院引進中國農科院畜牧所種質庫55份無芒雀麥種質材料，在早春水分脅迫和田間變溫條件下，觀察和評價引進無芒雀麥種質的萌發性能，為草地植被恢復、飼草生產和牧草育種推薦優良種質。

1 材料和方法

1.1 參試牧草種質材料

編號1～51材料為俄羅斯野生種，原產地為俄羅斯貝加爾山區和新西伯利亞地區，由中國農業科學院北京畜牧獸藥研究所提供；52號為慶陽無芒雀麥，53號為甘肅無芒雀麥，54號為甘肅農業大學無芒雀麥，55號為旱地無芒雀麥。

1.2 試驗方法

試驗于2014年4月26日～5月27日在青海畜牧獸醫職業技術學院實驗室和試驗地進行，試驗地海拔2 647 m，N 36°20′～36°56′，E 100°41′～100°52′。為了解55份種質在高寒地區早春田間水分脅迫和變溫條件下的萌發性能，首先進行土壤水分處理試驗。取田間土壤去石塊草根等雜質，曬5 d，研碎，裝入直徑90 mm、高60 mm的塑料圓盒至4/5滿。將圓盒土壤做4種處理，處理1充足水分+最適溫度，每個圓盒的土壤首次澆入130 mL水，將圓盒+土壤置于培養箱(MGC-300B)中，溫度25 ℃、光照16 h、黑暗8 h，平均風速1.7 m/s，之后每天用滴管均勻滴入70 mL水，持續滴灌29 d，此處理為對照；處理2水分脅迫+最適溫度，每個圓盒的土壤首次澆入60 mL水，將圓盒+土壤置于上述培養箱中，之后每天用滴管均勻滴入14 mL水，持續滴灌29 d；處理3充足水分+田間變溫。每個圓盒的土壤首次澆入130 mL水，圓盒+土壤置于試驗地，試驗期間，田間平均最低氣溫-3 ℃，平均最高氣溫18 ℃，日照8.6 h，黑暗15.4 h，平均風速1.7 m/s，試驗期間沒有天然降水，之后每天用滴管均勻滴入70 mL水，持續滴灌29 d；處理4水分脅迫+田間變溫。

每個圓盒的土壤首次澆入60 mL水，圓盒+土壤置于試驗地，之后每天用滴管均勻滴入14 mL水，持續滴灌29 d。

試驗的第3、8、15、19、24 d，滴灌前采集表土1～1.5 cm的土壤樣品，同時采集周邊未經灌溉的試驗地表層1～1.5 cm的土壤樣品，第2次采集土壤樣品在未經采樣的圓盒中進行。每次采集3份土壤樣品，用烘干法測定土壤樣品含水量[3]。

表1 4種處理土壤含水量Table1 Soil water contents (SWCs) of 4 treatments %

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)

4種處理條件、5個取樣時間的土壤含水量和每種處理的平均值。每個處理中，不同的取樣時間之間土壤含水量差異不顯著(P>0.05)，取樣時間與5種處理的互作效應不顯著，試驗表明每種處理的土壤含水量一致。雖然，方差分析表明處理間的差異極顯著(P<0.01)，但極顯著的差異存在于處理1、3與處理2、4，在對照之間，處理1、3、以及處理2、4和對照之間的差異不顯著，表明試驗能夠將“水分脅迫”處理的土壤含水量控制在周邊田間土壤含水量即10.88%的水平。

1.3 種子萌發試驗

4種處理的圓盒土壤表面，播種無芒雀麥種子，每盒100粒，覆土1 mm，播種55份無芒雀麥種質，每份種質重復3次。發芽試驗在培養箱和田間同時進行，逐日記錄種子萌發情況，當胚根長度達2 mm，視為萌發種子，從培養皿剔除，連續5 d不再有種子萌發時，為發芽終點，此次試驗為第29 d。

1.4 測定指標

計算發芽勢、發芽率和發芽指數：

種子發芽勢=種子發芽最初1/3 d內的種子發芽粒數/供試種子總粒數×100%；

種子發芽率=最終正常發芽種子粒數/供試種子總粒數×100%；

發芽指數=∑(Gt/Dt)

式中：Gt為t日內的發芽數，Dt為相應的發芽天數[4]。

萌發指標系數=某種質在某種處理條件下某項萌發指標測定值/該項萌發指標對照值[5]。

在25 ℃、水分充足條件下，青海無芒雀麥種質發芽勢70%、發芽率75.5%、發芽指數18.7[6]，以此發芽指標作為對照值，用公式計算55份種質在4種處理的萌發指標系數。

1.5 數據統計與分析

用SSPS 16.0對土壤含水量測定值做二因子方差分析。

用Excel 2003計算55份種質在4種處理條件下3項萌發指標的平均值和變異系數。用SSPS 16.0對55份種質在4種處理條件下3項萌發指標的平均值和變異系數做單因子方差分析。

用SSPS 16.0對55份種質在4種處理條件下3項萌發指標系數做聚類分析。

用SSPS 16.0對8份優良種質的發芽率做二因子方差分析和多重比較。

計算55份種質在4種處理條件下萌發指標的隸屬函數法綜合評價值[7-8]:

X(μ) =(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：X(μ)為某一份種質在某種處理條件下某項萌發指標的隸屬函數值，X為萌發指標測定值，Xmax為該指標中的最大值，Xmin為該指標中的最小值。計算55份種質在4種處理下3項萌發指標的隸屬函數值，再計算每個處理下3項指標隸屬函數值的平均值，求4種處理下隸屬函數值的總平均值，按大小順序確定萌發性能的排名[9]。

2 結果與分析

2.1 4種處理對55份種質萌發指標的影響

處理1的3項指標的平均值均為最大(P<0.01)，處理3水分脅迫+田間變溫條件下平均值均為最小(P<0.05)；處理2水分脅迫+最適溫度和處理3充足水分+田間變溫2個處理，平均值差異不明顯(P>0.01)。在變異系數中，處理1在充足水分+最適溫度變異系數最小(P<0.01)，處理2水分脅迫+最適溫度條件下最大(P<0.01)，處理3水分充足+田間變溫和處理4水分脅迫+田間變溫2個處理，變異系數差異不顯著(P>0.01)，而且小于處理3的變異系數。表明適宜的水分和溫度下無芒雀麥種質萌發性能較高，各萌發指標的變異較小；一定程度的水分脅迫或變溫處理下這些種質的萌發性能均有所下降，且萌發指標的變異系數也增大。在水分脅迫和變溫2種脅迫下，有利于篩選抗旱和適應變溫的種質材料，尤其是篩選抗旱種質的可能性較大。

表2 4種處理條件下55份無芒雀麥種質發芽勢、發芽率和發芽指數的平均值和變異系數Table2 Means and variation coefficients of germination potentials,germination rates and germination indexes of 55 smooth brome grass accessions in 4 treatments

注：同行不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

2.2 4種處理55份種質的聚類分析

4種處理下55份種質萌發指標系數的聚類分析表明(圖1)。當歐氏距離為一定值時，55份種質分為不同的聚類，根據55份種質4種處理條的萌發指標系數值的大小，確定每一聚類的排序，Ⅰ類代表最優萌發性能，依次類推，V類最差。

處理1充足水分+最適溫度，Ⅰ類種質有1號，Ⅱ類種質包括17、33、50、11號等，Ⅲ類種包括3號等，Ⅳ類種質包括8、35號等；處理2水分脅迫+最適溫度，Ⅰ類種質包括17、1號等，Ⅱ類包括3、11號，Ⅲ類種質包括33、35、50、53號等。處理3在充足水分+田間變溫，Ⅰ類種質包括1、17、8、33、35、50、53號等，Ⅱ類包括11，Ⅲ類包括3號等。處理4在水分脅迫+田間變溫，Ⅰ類種質包括1、3、17號，Ⅱ類種質包括53、11號等，Ⅲ類種質包括33、8、50，等。聚類分析表明：1、17號種質在各種處理條件下、3號種質在雙重脅迫下、8、33、35、50和53號在變溫脅迫下，表現優良的萌發性能，適應于在高寒地區萌發，也可用做選育抗干旱和適應變溫的親本材料。

2.3 55份種質在4種處理條件下萌發指標隸屬函數

55份種質在4種處理萌發指標綜合評價其隸屬函數值排名前10位的種質，依次為33、1、17、35、3、8、50、18、53和11號種質(表3)，此排序也表明了萌發性能的優劣。

3 討論與結論

55份種質來自不同的生境，形成了不同的環境適應性。種子萌發性能是由多因素相互作用而構成復雜綜合性狀，每個因素都受環境的影響。因此，采用多種方法對種質全面考量評價，能夠提高評價結果的準確性和可靠性，客觀地篩選出優良種質[9，10]。55份種質的萌發指標的平均值和變異系數分析(表2)表明，在水分脅迫和變溫脅迫條件下，55份種質萌發性能變異系數增大。基于增大的變異，聚類分析方法將55份種質在4種處理分成若干個具有同質性的簇群(圖1)，每一簇群內的各種質間無顯著差異，而簇群之間存在明顯差異。根據每個處理條件下各聚類簇群萌發指標系數值的大小排序，推選出在不同條件下萌發特性優良的種質為1、17、3、8、33、35、50、53和號種質。隸屬函數綜合評價法結果中排名前10位的種質為33、1、17、35、3、8、50、18、53和11號種質(表3)。隸屬函數綜合評價的前10名，均處于聚類分析的Ⅰ類和Ⅱ類，篩選的優良種質是相同的，2種方法相互驗證。

圖1 4個處理下55個無芒雀麥種質發芽特性聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 55 smooth brome grass accessions in different treatments

8份種質在4種處理的發芽率(表4)，1、17號種質只有在處理4水分脅迫+田間變溫條件下，發芽率顯著地低于其他的發芽率，而且各個處理中發芽率高于或等于其他種質(P<0.05)。3號種質在處理2水分脅迫+最適溫度和處理3充足水分+田間變溫2個處理下，發芽率顯著高于其他2個處理條件，也高于或等于其他種質的發芽率(P<0.05)。8、33、35、50和53號種質在處理3充足水分+田間變溫條件下，發芽率顯著高于其他處理條件(P<0.05)。表明1、17號種質能適應水分和變溫脅迫條件，3號種質在水分或變溫單一的脅迫條件下，發芽率高，8、33、50和53號種質在變溫條件下，發芽率達到對照，35號種質在變溫條件下的發芽率高于對照。對8份入選種質在4種條件下發芽率的方差分析，進一步驗證平均值變異系數分析、聚類分析和隸屬函數綜合評價3種方法，表明篩選的8份萌發性能優良的無芒雀麥種質是客觀、準確的。

表3 55份無芒雀麥種質隸屬函數值和綜合評價Table3 Means of subordinative function and comprehensive evaluation of 55 smooth broom grass accessions

表4 8份萌發性能優良的無芒雀麥種質的發芽率Table4 Germination rates of 8 smooth brome grass accessions with better germination

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)

本研究“最適水分”SWC 47%～49%為正常高寒草甸的土壤含水量，“水分脅迫”SWC 9%～12%為早春周邊草地自然土壤含水量，處理3水分脅迫+田間變溫的種子萌發為原位環境中的試驗，試驗條件真實地反映了高寒地區早春環境條件。

研究證明，田間變溫條件可以刺激野生種質種子的萌發而提高發芽率[11]，引自北美州的無芒雀麥，在高寒草甸地區的田間出苗率明顯地高于室內發芽率[12]，研究中的35號種質在變溫條件下，發芽率顯著高與對照，可以做為育種的親本材料，利用其變溫條件下優良發芽率的性狀。

篩選的8份種質除53號甘肅無芒雀麥外，都是俄羅斯野生材料，原產地貝加爾山區和新西伯利亞地處高緯度、氣候寒冷濕潤，這些材料已經適應當地寒冷的生態環境，青海省雖然位于中緯地區，但海拔很高，其高寒氣候與這些種質材料原產地相似，只是早春氣溫稍高，引進種質在青海省優良的萌發性能表明能夠適應高海拔地區。

多年生高禾草在高寒牧區的萌發出苗率較低，藏北地區無芒雀麥的田間發芽率為56%，老芒麥的為7.7%～72.7%不等，披堿草60%[13]；甘南地區栽培垂穗披堿草，在5 ℃的發芽率約60%～86%；引自北美的無芒雀麥在青海省海拔4 000 m的高寒草甸夏季出苗率83.2%，但在地區次年返青率高達217%[14]，已經在生產中推廣。此次研究無芒雀麥種質在高寒地區早春田間干旱條件下發芽率最高達到38.2%，但如果具有如此優良的返青率，那么可保證次年群落的苗生長和建植，值得篩選。

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Evaluation of seed germination of 55 smooth brome grass accessions under moisture and temperature stress

LIU Ying-chun1,LIU Wen-hui2

(1.QinghaiVocationalandTechnicalCollegeofAnimalHusbandryandVeterinaryMedicine,Huangyuan812100，China；2.QinghaiAcademyofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,Xining810001,China)

To select suiTableaccessions of smooth brome (BromusinermisLayss.) with draught and cold tolerance in alpine regions,the paper stuided the seed germination of 55 accessions in four treatments,including adequate moisture (saturated SWC 48.63%) + optimum temperature (25 ℃),moisture stress (SWC 10.21% + optimum temperature (25 ℃),adequate moisture (saturated SWC 49.22%) + variable temperature (-3 ℃～18 ℃) as well as moisture stress (SWC 11.03%)+ variable temperature (-3 ℃～18 ℃) in field.The results showed that No.1 and No.17 accessions were adapTableto both moisture stress and variable temperature in field.No.3 accession had better germination under single conditions of either moisture stress or variable temperature in field.Under variable temperature in field,the germinations of No.8,No.33,No.50 and No.53 accessions were same as that of the control.However,No.35 accession had better germination than that of the control.The eight selected accessions could be used as parent materials for draught and cold tolerance in breeding programs.

smooth brome grass accessions;draught and cold tolerance；seed germination

2014-10-03；

2015-03-05

國家牧草產業技術體系(CARS-35)資助

劉迎春(1962-)，女，山東壽光人,研究方向為牧草及草地退化治理。 E-mail：yingchunliu63@163.com 劉迎春為通訊作者。

S 543

A

1009-5500(2015)02-0085-06