野生狼尾草萌發期和幼苗期抗旱性的綜合分析

蔣錦鵬，趙志麗，張志飛

(湖南農業大學草業科學研究所/湖南農業大學農學院草業科學系，湖南 長沙 410128)

狼尾草屬(Pennisetum)主要分布于熱帶、亞熱帶，在我國大部分地區有野生資源分布[1]。狼尾草以其株形優美、花序美麗、抗逆性強、管理粗放、維護費用低等特點，廣泛應用于園林造景[2，3]。近年來有關狼尾草屬作為觀賞草的研究日益受到重視，主要集中于狼尾草的引種、生物學特性、園林綠地建設中的應用形式，景觀效果以及觀賞性評價等方面[2-4]，但對狼尾草的抗旱性研究較少。對不同地點采集的5種野生狼尾草種子進行萌發期聚乙二醇6 000(PEG 6000)模擬干旱脅迫條件及幼苗期控水干旱試驗，通過對狼尾草種子萌發期發芽特性及幼苗期相關生理指標測定，研究其抗旱生理特性，篩選綜合抗旱性較強的材料，為研究狼尾草抗旱的生理機制奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 供試材料

為保證野生狼尾草的種質來源具代表性，試驗種子在完熟期分別從不同地域不同生境采集(表1)。

1.2 試驗方法

1.2.1 PEG 6000脅迫處理及種子發芽試驗 取上述種子，用0.2%的多菌靈消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈，分別放入加有蒸餾水(CK對照)，PEG 6000濃度為10%，15%和20%的發芽盒中，每盒30粒，每處理4次重復。在26 ℃、16 h光照/23 ℃、8 h黑暗，濕度為85%，連續培養12 d，逐日觀察記載發芽種子數，并于第5、第8 d和最后一天隨機抽取10株幼苗記錄胚根長、胚芽長。

1.2.2 種子萌發測定內容

(1)發芽率=(每天累計發芽數/種子總數)×100%

相對發芽率=(各處理發芽率/對照發芽率)×100%

(2)發芽勢=(正常發芽數/供試種子數)×100%

相對發芽勢=(各處理發芽勢/對照發芽勢)×100%

(3)幼苗生長勢=種子的平均苗高+平均根長

(4)耐旱指數=(相對發芽率+相對發芽勢+胚根長度)/3

1.2.3 幼苗期控水試驗 5周齡幼苗分為5組(20株/組)進行控水試驗，對照組每天正常澆灌1/2 Hoagland營養液，其他4組進行干旱脅迫處理，每組4次重復，分別在停止澆灌的6、12、18、24 d進行生理指標的測定。

表1 供試材料Table 1 Tested materials for the experiment

葉片相對電導率采用電導法[5]測定，葉片相對含水量采用鮮重法[5]測定，葉片相對葉綠素含量使用便攜式手持SPAD-502葉綠素測定儀測定。

采用德國產便攜式脈沖調制葉綠素熒光儀(PAM-2000，Walz)測定葉綠素熒光參數。測量前將活體植株置于暗箱內適應20 min，在每個葉片上選定一個直徑為1 cm的測試目標區域(AOI)，進行葉綠素熒光各個指標的測定。在軟件的Kinetics窗口檢測各葉綠素熒光參數的動力學變化曲線，相應數據可直接從Report窗口導出，每個處理測定5株[6]。

相關的葉綠素熒光參數來源于PAM-2000儀器計算，Fo為初始熒光產量；Fm為飽和光脈沖下誘導的最大熒光產量；Y(II)表示PS II的實際量子產量(實際光合效率)；Y(NPQ)為PS II處調節性能量耗散的量子產量；Y(NO)為PS II處非調節性能量耗散的量子產量；Fv/Fm為PS II最大原初光能轉換效率。

1.3 數據處理

各項指標采用模糊數學的隸屬函數法進行評價排序。

2 結果與分析

2.1 PEG脅迫對種子相對發芽率和相對發芽勢的影響

PEG模擬干旱脅迫對5種野生狼尾草種子的相對發芽率均具有抑制作用，且隨著脅迫強度的增大，相對發芽率受抑制程度增強，但不同來源的野生狼尾草種子響應程度不同(圖1A)，10%PEG濃度下，NS與其他4個狼尾草種子的相對發芽勢差異極顯著(P<0.01)。5種野生狼尾草在10%濃度PEG處理下相對發芽率均超過90%，其中NS達到118.42%，說明低濃度的PEG對狼尾草的發芽率影響較小，甚至還有促進發芽的作用。當PEG濃度達到20%時，除ST外，其他4種野生狼尾草的相對發芽率下降幅度較大，降幅最大的是NS，由118.42%下降到21.68%，可見NS對高濃度的PEG脅迫較敏感。ST在10%和20%PEG濃度下相對發芽率分別為97.35%和89.38%，說明ST的發芽率對PEG脅迫不敏感。

在PEG脅迫下，5個狼尾草種子的相對發芽勢總體呈下降趨勢(圖1B)，但是ST在15% PEG脅迫下相對發芽勢高于10% PEG濃度下；在10%PEG濃度時，NS的相對發芽勢高于15%PEG濃度和CK，達到232.29%。在10%PEG濃度下，YJ2的相對發芽勢與ST，DY和FX之間差異顯著(P<0.05)，NS的相對發芽勢與ST，DY和FX之間差異極顯著(P<0.01)。YJ2，FX和DY均隨著PEG濃度的升高明顯下降，DY下降幅度最大，20% PEG濃度下相對發芽勢僅為28.91%。

2.2 PEG脅迫對幼苗生長勢和耐旱指數的影響

5種野生狼尾草的幼苗生長勢和耐旱指數的變化趨勢隨著PEG濃度的增大而降低，各材料之間差異較大，在20%PEG濃度下，ST的幼苗生長勢與其他4個狼尾草種子之間差異極顯著(P<0.01)。ST幼苗生長勢下降幅度最小，其次，YJ2，NS下降幅度最大(圖1C)。耐旱指數能較客觀地反應植物的耐旱能力，常用來比較不同植物間及同一植物不同時期的抗旱性的差異。NS在10%PEG濃度時耐旱指數高于對照，其他材料均隨著PEG濃度的增大而降低，DY降幅最大，其次是NS、FX和YJ2，最小的是ST(圖1D)。

2.3 狼尾草幼苗期控水干旱處理對葉片相對電導率、相對含水量和相對葉綠素含量的影響

隨著控水天數的延長，各狼尾草幼苗的相對電導率均呈增大趨勢(圖2A)。控水第6 d時各狼尾草種子葉片相對含水量無顯著差異(P>0.05)，控水第12 d，ST的相對葉片含水量與其他4個狼尾草種子之間差異顯著(P<0.05)。控水6 d，相對電導率較對照變化不大；控水12 d，除ST外，其他4個材料的相對電導率上升較明顯，為37.69%～48.59%。控水18 d，狼尾草相對電導率繼續上升，FX最大，達到75.80%。控水24 d，各狼尾草的相對電導率均達90%以上。

圖1 不同濃度PEG下狼尾草種子的萌發Fig.1 Effect of different concentrations of PEG 6000 on germination of Pennisetum

圖2 控水處理下狼尾草幼苗期生長生理指標Fig.2 Effect of water control on physiological indexes of Pennisetum

隨著控水天數的延長，各狼尾草幼苗葉片相對含水量均呈現下降趨勢(圖2B)。DY和YJ2控水6 d葉片相對含水量較對照明顯下降，DY從73.25%下降到45.97%，YJ2從82.71%下降到44.46%。控水12 d，DY和YJ2相對含水量均下降到18%，NS和ST相對葉片含水量較高，分別為79.52%和66.8%，FX下降到31.09%。控水18 d，所有材料的相對含水量均下降到10%。

葉片相對葉綠素含量隨著控水處理天數的延長而減小，但各個材料之間存在較大差異(圖2C)。控水6 d各材料的相對葉綠素含量均處于90%以上，各狼尾草種子之間無明顯差異(P>0.05)；控水12 d，DY、YJ2和FX的相對葉綠素含量下降幅度較大，為40%～50%，而ST和NS比較穩定，分別為76.69%和67.52%。控水18 d，DY相對葉綠素含量明顯下降(29.15%)，ST和NS相對葉綠素含量維持在52.22%和53.17%。控水24 d時，各狼尾草材料均下降到40%以下。

2.4 控水處理對葉片葉綠素熒光參數的影響

在干旱控水試驗中，所有材料在24 d均表現出葉片卷曲，枯黃，無法測量葉綠素熒光參數，因此，僅分析前4個處理的數據(表2)。隨控水時間的延長YJ2的Y(II)值下降最明顯，處理12 d時Y(II)值為0.204，處理18 d時，Y(II)值無意義，葉片已接近死亡狀態。而ST、DY的Y(II)值在6 d先小幅升高，在12 d時開始下降。ST下降幅度最小，控水18 d Y(II)值為0.253，說明ST的實際光合能力較強。Y(NPQ)/Y(NO)值是光保護和光損傷兩個重要指標的比值，反應了植物對干旱脅迫的調節機制。受脅迫時，ST，DY和FX的Y(NPQ)/Y(NO)值先降低后升高，其中，ST 12 d開始升高，DY和FX 18 d升高，說明ST較DY和FX自身調節能力更強，YJ2、NS的Y(NPQ)/Y(NO)值呈現逐漸減小的趨勢。隨著干旱時間的延長，5個材料的Fv/Fm值均呈下降趨勢。其中ST和DY下降不明顯，YJ2和NS下降明顯。

表2 控水處理下狼尾草葉綠素熒光數值Table 2 Effect of drought on chlorophyll fluorescence parameter of Pennisetum

注：“-”表示熒光數據Y(II)值<0.2或者>0.6，其數值無參考意義

2.5 野生狼尾草抗旱性綜合評價

應用隸屬函數法對5種野生狼尾草的相對發芽率、相對發芽勢、幼苗生長勢和耐旱指數4項指標，進行狼尾草萌發期的抗旱性排序，抗旱性強弱排序為ST>YJ2>NS>FX>DY(表3)。在幼苗期選擇相對電導率、相對葉片含水量、相對葉綠素含量和葉綠素熒光數據對供試的5種野生狼尾草種子進行狼尾草幼苗期的抗旱性排序，抗旱性強弱依次為：ST> NS> DY> YJ2> FX(表3)。

采用隸屬函數法對供試野生狼尾草萌發期4項指標與幼苗生長期4項指標的相對值進行綜合抗旱性評價，結果表明，ST表現出較強抗旱性，屬于高抗旱材料，NS和YJ2表現出了一定的抗旱性，為相對中等抗旱材料，FX和DY為干旱敏感材料(表3)。

表3 狼尾草萌發期、幼苗期各指標隸屬函數值及綜合排序Table 3 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of germination and seedling stage of Pennisetum

注：萌發期排序以相對發芽率、相對發芽勢、幼苗生長勢和耐旱指數的隸屬函數值計算，幼苗期排序以相對電導率、相對含水量、相對葉綠素含量和葉綠素熒光參數的隸屬函數值計算，綜合排序以8項指標的隸屬函數值計算

3 討論與結論

不同植物種子萌發期對PEG模擬干旱的耐受性不同，大多數植物在PEG 6000濃度高于10%時，種子萌發受到抑制[7-10]。此次研究中超過10%的PEG濃度對5種野生狼尾草種子萌發均具有一定的抑制作用，種子的相對發芽率、相對發芽勢、幼苗生長勢以及抗旱指數均隨著PEG濃度的增加呈下降趨勢。低濃度5%的PEG 6000對種子有引發作用[7，9-12]，NS在10% PEG濃度下發芽率較對照高，表明不同材料狼尾草對PEG 6000的引發響應有差異。

相對電導率、葉片相對含水量和葉片相對葉綠素含量變化與植物抗旱性密切相關[11-16]，不同植物在各生育期受到干旱脅迫時，這些指標的變化有所差異，但總體趨勢一致，可用于植物抗旱性鑒定。狼尾草苗期控水試驗結果顯示，隨著控水時間的延長，相對電導率逐漸升高，葉片相對含水量和葉片相對葉綠素含量逐漸下降，但不同來源狼尾草個體之間存在差異。水分脅迫對植物葉綠素熒光參數的影響較為復雜[17-20]，不同程度的水分脅迫對植物的葉綠素熒光參數的影響差異顯著，葉綠素熒光參數的變異系數均隨脅迫處理程度加深而增大，抗旱性強的植物變化幅度小于抗旱性弱的植物。在輕度水分脅迫下，葉綠素熒光各參數值有“突躍現象”[7,18]。研究發現在控水6 d時ST、DY的Y(II)值有“突躍現象”，不同材料狼尾草的葉綠素熒光參數表現出較為復雜的變化，可能說明，5個狼尾草材料基因型間存在較大差異，對控水反應差異較大。

抗旱性是多因素控制的復雜數量性狀，可通過植物的生理、生化、生態等多指標反應，隸屬函數法是多指標測量后綜合判斷的常用的方法，利用隸屬函數法對植物種子萌發期和幼苗期的多個抗旱指標進行綜合評價，有利于獲得科學準確的評價結果[7,11,12,18,20]。采用了隸屬函數平均值法對狼尾草萌發期的相對發芽率、相對發芽勢、幼苗生長勢、耐旱指數，幼苗期葉片相對電導率、葉片相對含水量、相對葉綠素含量、葉綠素熒光參數等指標進行綜合評價分析，有助于科學評價狼尾草的抗旱能力。通過分析發現，狼尾草萌發期和幼苗期的抗旱性有一定相關性，但表現不盡相同。ST在萌發期和幼苗期均表現出了較強的抗旱性。NS萌發期排名第3，幼苗期排名第2。FX在萌發期和幼苗期的抗旱性均較弱，排名分別是第4和第5。YJ2和DY在萌發期和幼苗期表現的抗旱性有較大差異，YJ2萌發期抗旱性較強(排名第2)，幼苗期則第4，抗旱性較差，DY在萌發期抗旱性最差，但是在幼苗期表現出一定的抗旱性(排名第3)。在萌發期和幼苗期的差異或許是狼尾草群落適應當地生境的反應，ST采集于路邊，NS采集于高山臺地，種子長期適應干旱缺水環境，積累了潛在的抗旱性。但野生狼尾草抗旱性與生境的關聯還有待進一步驗證。

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