(內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院， 內蒙古 呼和浩特 010019)

三葉草屬植物是豆科(Leguminosae)草本植物，具有生長范圍廣、易于種植、便于管理等優(yōu)點[1]。近年來，隨著我國畜牧業(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，而且根上長有根瘤，可以起到固氮作用，也常常被用作前茬作物和恢復地被植物。在影響植物生長的眾多因素中，水分條件對植物的生長發(fā)育尤為重要，而且水資源匱乏已成為世界性的難題[2]。我國又是世界上干旱半干旱地區(qū)面積較大的國家，旱地面積占全國總土地面積的52.5%[3]。本試驗通過采用5個不同濃度的PEG-6000模擬干旱脅迫，研究不同三葉草屬植物種子萌發(fā)期對干旱脅迫的響應，以期為三葉草優(yōu)異抗旱種質資源篩選提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為新品系白三葉、海法白三葉、蒙農1號紅三葉、多利紅三葉、野火球，均由內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院實驗室提供。供試滲透物質為分析純PEG-6000。

1.2 試驗方法

1.2.1種子預處理

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

1.2.2PEG脅迫處理

PEG溶液設0%(ck)、5%、10%、15%、20%共5個濃度梯度，不同濃度對應水勢分別為0 MPa、-0.054 MPa、-0.177 MPa、-0.393 MPa、-0.735 MPa[4]，每個濃度梯度設4次重復。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)，光照時間12 h。釆用稱重法每日補充蒸散的水分以維持溶液滲透勢的恒定。

1.3 測定指標及方法

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

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

發(fā)芽勢(%)=(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日內的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽日數(shù));

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SAS 9.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 PEG脅迫對三葉草材料種子相對發(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。5%的PEG脅迫下，蒙農1號紅三葉、新品系白三葉和海法白三葉相對發(fā)芽率與對照組相比基本沒有變化。當PEG濃度達到10%以后，除紅三葉材料外，相對發(fā)芽率下降趨勢逐漸增大，15%～20%高濃度的PEG脅迫下，2個紅三葉材料的發(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發(fā)芽率

2.2 PEG脅迫對三葉草材料種子相對發(fā)芽勢的影響

由圖2可以看出，隨著PEG濃度的增大，與對照相比，各材料的發(fā)芽勢均呈逐漸下降的趨勢，5%濃度下海法白三葉的相對發(fā)芽勢下降幅度最小，其次為野火球、蒙農1號紅三葉，當濃度達到15%時，相對發(fā)芽勢大小為：蒙農>多利>海法>野火球>新品系，濃度為20%時，各材料相對發(fā)芽勢趨近于0。

圖2 不同濃度的PEG-6000下三葉草屬種子的相對發(fā)芽勢

2.3 PEG脅迫對三葉草材料種子發(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)芽勢一樣，呈不斷降低趨勢。與對照相比，低濃度(5%)PEG處理對蒙農1號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。當處理濃度達到20%時，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1號紅三葉的發(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發(fā)芽指數(shù)

2.4 PEG脅迫對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%濃度下相對活力指數(shù)高于對照，其次為2個紅三葉草材料。當濃度達到15%時，活力大小為：蒙農1號紅三葉>海法白三葉>多利紅三葉>新品系白三葉和野火球。當濃度達到20%時，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脅迫對三葉草材料幼苗生長的影響

同一濃度不同材料下，低濃度(5%～10%)除多利紅三葉外，其他材料間均無顯著差異。濃度達到15%時，蒙農1號紅三葉的相對胚芽長顯著高于其他材料，白三葉材料與野火球之間無顯著差異，多利紅三葉顯著小于其他材料。當脅迫梯度升高至20%時，相對胚芽長達到最低，各材料間無顯著差異。同一材料不同濃度下，隨著脅迫濃度的升高，相對胚芽長呈遞減趨勢，蒙農1號紅三葉和野火球的胚芽長在低濃度下(5%～10%)與對照無顯著差異，隨著濃度的遞增，胚芽長急劇下降。其他品種隨著PEG濃度的上升，與對照呈顯著差異，且隨著干旱脅迫的加重，受抑制作用越明顯。當脅迫梯度升高至20%時，胚芽長度最低，受抑制程度大小為蒙農1號紅三葉<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下三葉草相對胚芽長

PEG濃度/%蒙農1號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下三葉草相對胚根長

PEG濃度/%蒙農1號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下三葉草相對苗鮮重

PEG濃度/%蒙農1號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，幼苗的胚根越長，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胚根長間基本無顯著差異，整體上蒙農1號紅三葉的相對胚根長較其他三葉草材料的長勢更好。5%濃度的PEG脅迫下幼苗的相對胚根長度與對照差異不顯著，蒙農1號紅三葉、海法白三葉和野火球的胚根長度高于對照。當脅迫濃度為10%時，除多利紅三葉和野火球外，胚根長度開始顯著下降。當脅迫濃度為20%時，各品種幼苗的胚根長度下降幅度最大(表2)。

2.6 PEG脅迫對三葉草屬幼苗鮮重的影響

同一濃度下，各白三葉材料相對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1號紅三葉相對苗鮮重顯著高于其他三葉草材料，20%濃度下相對苗鮮重達到最低，5個材料間差異不顯著。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，其余品種均與對照無顯著差異，當濃度達10%后，各處理間差異顯著，幼苗鮮重開始大幅下降。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1號紅三葉和野火球(表3)。

3 討論與小結

土壤干旱已經成為影響全球生態(tài)系統(tǒng)的重要環(huán)境因子，嚴重的影響植物的生長和發(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、提高草產量的重要前提[6-7]。干旱脅迫下種子的萌發(fā)情況是評價植物抗旱性的一個重要環(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的前提[8]。種子萌發(fā)重要指標發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)是反映種子的質量好壞、發(fā)芽速度、種子發(fā)芽的整齊度和幼苗健壯的趨勢[9-10]。本研究結果發(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、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)總體均呈下降趨勢。程波等研究表明，不同滲透勢PEG溶液對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的降低而增強[11]；本研究結果與之相似。胚芽長、胚根長、鮮重也是反映植物種子萌發(fā)期及苗期抗旱性強弱的重要指標，本試驗中各材料的相對胚芽和胚根長、相對苗鮮重低濃度下影響不大，隨PEG脅迫濃度的上升，各指標值下降。

整個干旱脅迫過程中，不同材料表現(xiàn)出不同的抗旱性。干旱脅迫下，各指標在PEG濃度為20%時達到最低，高濃度脅迫對三葉草屬植物抑制作用更大，5份三葉草材料種子對高濃度的干旱脅迫更為敏感。在白三葉的研究中，15%PEG濃度就開始較強地抑制種子的萌發(fā)[12]，本試驗中同樣在PEG濃度達到15%時種子萌發(fā)受抑制。在研究PEG脅迫苜蓿材料時發(fā)現(xiàn)，苜蓿的根長均被20%的PEG顯著抑制，且苗長在PEG濃度達12%時就已經受到顯著抑制[13]。本研究中濃度達到10%時，各白三葉材料間根長受到顯著抑制。通過對各指標研究，發(fā)現(xiàn)蒙農1號紅三葉抗旱性最好，其相對發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對胚芽長、胚根長和相對苗鮮重在低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。