模擬干旱條件下不同苜蓿種質材料萌發期抗旱性評價

王雪婷，米福貴，解 穎，閆士元

(內蒙古農業大學草原與資源環境學院，內蒙古 呼和浩特 010019)

干旱作為農業發展的一大制約因素，造成全球范圍內作物產量、品質降低及植被退化等嚴重后果。我國干旱區面積大，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良牧草，不僅飼草產量高，品質好，且具有較高的飼用價值和適應性，素有“牧草之王”的美譽〔2〕。因此發掘抗旱苜蓿種質材料對苜蓿產業的發展具有重要意義。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份苜蓿材料萌發期的生長表現，旨在鑒定評價其抗旱性，以發現并篩選優良抗性種質材料，為干旱地區苜蓿品種選育和利用提供種質與依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料包括公農2號、草原3號、中苜2號、扶風苜蓿、伊犁苜蓿5份國產材料和賽特1份國外材料，來源見表1。

表1 實驗材料及來源

1.2 試驗方法

從每份材料中挑選200粒大小均一、顆粒飽滿的種子，經濃度為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芽床，進行培養皿紙上發芽試驗。每個處理重復3次，并以蒸餾水為空白對照，每個培養皿加入10ml的PEG溶液，在25℃的恒溫箱中連續培養10d。實驗過程中，用蒸餾水補充培養皿內的失水量，以保證PEG濃度不變。依據牧草種子檢驗規程，以胚根突破種皮2mm作為種子萌發的標準，每天記錄種子發芽情況，直至第10d發芽試驗結束。

按照PEG-6000與蒸餾水質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Michel BE等〔3〕的公式計算出不同濃度PE-G6000溶液對應的滲透勢分別為-0.06、-0.17、-0.53 MPa。

培養3d開始，每24h記錄發芽種子數直至7d，統計計算種子發芽率和發芽勢。7d結束測定發芽情況，繼續澆水培養至10d，隨機從每個培養皿選取10粒發芽種子并測定其胚根長、胚芽長，待幼苗自然風干4h后，將每個培養皿中幼苗進行稱重測其干重。每組實驗設置4個重復。所測指標計算公式如下：

相對發芽率(%)=m/N×100%

式中，m為種子發芽數；N為供試種子數。相對發芽率為處理種子發芽率占對照種子發芽率的百分比。

相對發芽勢(%)=n/N×100%

式中，n為前5d內種子發芽數；N為供試種子數。相對發芽勢為處理種子發芽勢占對照種子發芽勢的百分比。

發芽指數GI=∑GT/DT

式中，DT為發芽日數，GT為與DT相對應的每天發芽種子數。

活力指數VI=GI×S

式中，GI為發芽指數；S為幼苗重量(g)。相對活力指數為處理種子活力指數占對照種子活力指數的百分比。

利用隸屬函數法對供試種子萌發期的抗旱性進行綜合評價。計算公式為：Xu=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中X為供試材料各項指標的抗旱測定值，Xmax和Xmin分別為各供試材料中各項指標的最大值和最小值，然后累加各個供試材料的各項隸屬函數值，取平均值〔4〕。根據平均隸屬函數值的大小判斷抗旱性的強弱，平均值越大的種質材料抗旱性越強，反之則越弱。

利用WPS對數據進行初步整理和處理，用SAS 9.4進行差異顯著性分析，計算各性狀的平均值和隸屬函數值。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對苜蓿種子萌發特性的影響

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

圖1 PEG6000脅迫對種子相對發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溶液脅迫對種子相對發芽勢的影響

圖3 PEG-6000溶液脅迫對種子相對活力指數的影響

圖4 PEG-6000溶液脅迫對種子相對發芽指數的影響

2.2 干旱脅迫對供試材料幼苗生長的影響

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

表2 PEG-6000溶液脅迫下種子相對胚根長及相對胚芽長

注：相同指標同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 抗旱性綜合評價

干旱脅迫下6份苜蓿材料的隸屬函數值范圍在0.69～0.89之間，最高的是M3和M6，隸屬函數值達0.89，M4的隸屬函數值最低，為0.69。6個材料的抗旱性排序為M3>M6>M1>M5>M2>M4。

表3 抗旱指標隸屬函數值及抗旱性綜合評價

3 討論與結論

植物抗旱性評價指標及方法較多，故通常應依研究目的、測定指標選擇合適的方法。程波等選擇在種子萌發期采用PEG-6000模擬干旱脅迫，對不同苜蓿材料的萌發特性進行評價，篩選出具有較強抗性的種質〔5〕。不同滲透勢的PEG溶液對苜蓿材料的萌發均有抑制作用，且抑制效果隨滲透勢降低而增強〔6〕。本研究亦發現類似規律，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，其相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數、相對活力指數、種子的相對胚根長及胚芽長均呈降低趨勢，在-0.06MPa時各材料的相對發芽指數和相對活力指數最高。

隸屬函數法對各材料抗旱性的綜合評價結果表明，6份苜蓿材料隸屬函數值范圍在0.69～0.89之間，高者為M3和M6，抗旱性強弱的具體排序為： 中苜2號=伊犁苜蓿>公農2號>扶風苜蓿>草原3號>賽特。