4個中科系列羊草品系萌發期的抗旱性研究

陳 瑛， 肖慶紅

(寧夏農業綜合開發辦公室，寧夏銀川 750001)

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4個中科系列羊草品系萌發期的抗旱性研究

陳 瑛， 肖慶紅

(寧夏農業綜合開發辦公室，寧夏銀川 750001)

為篩選出適合干旱區生態環境的羊草抗旱品系，在PEG-6000高滲透溶液模擬水分脅迫下，對4個中科系列不同羊草品系SZ-3、SF4-2、XQ1、QF10種子萌發期特性進行了研究。結果表明，4個羊草品系萌發期的抗旱性從強到弱依次為QF10、XQ1、SF4-2、SZ-3。篩選出適應干旱區生態環境的羊草高抗旱品系QF10，并提出鑒定種子萌發期抗旱性公式：萌發期抗旱性=PEG溶液脅迫下種子相對發芽率的隸屬函數值+萌發抗旱指數+活力抗旱指數(抗旱極限濃度、半致死濃度下)。該研究可為干旱地區大面積推廣人工種植高產、優質、抗旱的中科系列的羊草以及進行天然退化草地植被恢復與重建提供重要資料。

中科系列羊草；PEG-6000高滲透溶液；萌發期；抗旱性

種子萌發是羊草生活史中的關鍵階段，也是衡量羊草耐旱性強弱的重要時期，直接關系到羊草的出苗整齊度問題。干旱地區人工種植羊草的最大障礙是春季嚴重干旱，種子萌發困難，出苗率與保苗率較低，田間經常出現缺苗和斷苗現象。因此，研究不同羊草品系的耐旱性，篩選出耐旱能力強的羊草品系，對干旱地區大面積推廣人工種植優質、高產、穩產牧草具有重要的現實意義。

目前，利用高滲溶液模擬干旱脅迫已成為鑒定牧草抗旱性的重要手段，在生產中得到廣泛應用。郁飛燕等[1]對不同小麥品系的種子萌發進行PEG -6000 處理，結果表明不同品系小麥種子存在明顯的性狀差異，利用這種差異初步篩選對干旱脅迫非敏感品系，為小麥雜交育種提供候選親本材料。郭晉梅等[2]以野生型和栽培型白羊草為材料，采用PEG模擬干旱法對其種子萌發期吸水規律及耐旱特性進行研究，結果發現，干旱脅迫下白羊草種子的發芽率、發芽勢、胚根長和胚芽長均隨著PEG濃度的增加而先升高后降低，發芽指數和活力指數呈下降趨勢。低濃度的PEG對種子萌發有促進作用，隨著PEG濃度的繼續升高表現為抑制作用。然而，關于中科系列羊草在干旱脅迫下種子萌發試驗的報道很少。筆者在5%、10%、15%、20%、25%、30%和35%的PEG-6000高滲透溶液模擬水分脅迫下，測定羊草種子萌發(發芽率、相對發芽率、發芽勢、相對發芽勢、發芽指數、相對發芽指數、活力指數、相對活力指數)、種苗(胚根、胚芽長度及相對值、胚根/胚芽比值及相對值)等各項指標，對4個中科系列不同羊草品系SZ-3、SF4-2、XQ1、QF10種子萌發期特性進行研究，篩選出適應干旱區生態環境的羊草高抗旱品系，為干旱地區大面積推廣人工種植高產、優質、抗旱的中科系列的羊草以及進行天然退化草地植被恢復與重建提供重要資料。

1　材料與方法

1.1試驗材料參試羊草材料來自中國科學院植物研究所培育的羊草SZ-3、SF4-2、XQ1、QF10品系4個不同羊草品系的種子材料。

1.2試驗設計標準發芽試驗是評估種子活力的重要方法之一[3]。聚乙二醇(PEG-6000，簡稱PEG)是一種具有很強親水性質的大分子有機物，當其溶于水后所產生的滲透壓非常強大，它可以降低種子萌發最初的水勢,造成滲透壓力低于正常水壓的環境,改變水分滲透平衡,從而起到改變種子某些萌發生理生化反應,影響一些生物活性物質的狀態與功能。分別使用5%、10%、15%、20%、25%、30%和35%的PEG-6000溶液為干旱處理液,對應的滲透勢[4]大約為-0.060、-0.180、-0.430、-0.590、-0.889、-1.240和-1.651 MPa，分別為處理T1～T8，同時設置蒸餾水對照(CK)。按照以下公式計算水勢：Ψs=-(1.18×10-2)×C-(1.18×10-4)×C2+(2.67×10-4)×C×T+(8.39×10-7)×C2×T。發芽皿內用75%酒精進行消毒,并在其底部鋪上6張直徑10 cm的濾紙,一次性加入20 mL脅迫處理溶液,排氣泡,選取籽粒飽滿、大小均勻的50粒羊草種子,均勻擺放在濾紙上。參試羊草種子均先用自來水清洗數次后,用1‰ HgCl2消毒15～20 min,用蒸餾水沖洗4次。每個處理重復3次,將發芽盒置于25 ℃人工氣候培養箱中，全光照下培養，每天觀測發芽種子數和發霉種子數，連續4 d沒有種子發芽則為發芽試驗結束期。

1.3測定指標與方法測定羊草種子萌發(相對發芽率、發芽勢、相對發芽勢、發芽指數、相對發芽指數、活力指數、相對活力指數)、種苗(胚根、胚芽長度及相對值、胚根/胚芽比及相對值)等各項指標，按照以下公式計算:

發芽率= 滲透脅迫下種子發芽數/供試種子數

(1)

相對發芽率(GR)= 滲透脅迫下第8天種子發芽數/對照種子的第8天發芽數×100%

(2)

發芽勢=滲透脅迫下第6天發芽種子數/供試種子總數×100%

(3)

相對發芽勢(GP)= 滲透脅迫下種子發芽勢/對照種子的發芽勢×100%(萌發第8天調查的發芽數)

(4)

萌發指數(PI)=Gt/Dt

(5)

式中,Gt為第t天滲透脅迫下的發芽粒數,Dt為Gt對應的發芽天數。

萌發抗旱指數[5](GDRI)=滲透脅迫下萌發指數/對照萌發指數×100%

(6)

活力抗旱指數(VI)=水分脅迫下種子活力指數/對照種子活力指數×100%

(7)

活力指數[6]=萌發指數(PI)×SX

(8)

式中，SX為第8天發芽平均長度(cm)。

根莖比是以開始萌發第18天的全部種子胚根除以胚芽長度,并計算平均值。

胚根/胚芽=胚根鮮重(50粒種子)/胚芽鮮重(50粒種子)

(9)

相對胚芽(根)長=脅迫處理胚芽(根)長/對照胚芽(根)長×100%

(10)

以發芽率達到對照發芽率10%以下時對應的PEG濃度稱為種子抗旱極限濃度。以發芽率達到對照發芽率50%時對應的PEG濃度稱為種子抗旱半致死濃度。

2　結果與分析

2.1滲透脅迫對羊草種子萌發抗旱指數的影響從圖1可以看出，隨著干旱滲透脅迫的加劇，不同品系羊草種子萌發抗旱指數變化趨勢不同。在5%～10%PEG脅迫下，羊草SZ-3品系種子的萌發抗旱指數呈急劇上升趨勢，羊草SF4-2和QF10品系的萌發抗旱指數呈下降趨勢；羊草XQ1品系的萌發抗旱指數呈平穩上升趨勢；在10%～15% PEG滲透脅迫下，羊草SZ-3、SF4-2和QF10品系的萌發抗旱指數曲線均呈上升趨勢，只有XQ1品系呈下降趨勢；在15%～20%PEG脅迫下，各羊草品系的萌發抗旱指數均呈急劇下降趨勢，此時羊草QF10品系的萌發抗旱指數最大(38.26%)，SZ-3品系的萌發抗旱指數最小(16.34%)；在20%～35%PEG-6000脅迫濃度下，羊草SZ-3、SF4-2和QF10品系萌發抗旱指數小幅度上升后又開始下降，羊草QF10品系峰值最大(65.78%)，其次是羊草SF4-2、SZ-3品系(31.44%、24.45%)，羊草XQ1品系降至最低(2.03%)?？傊?，隨著干旱脅迫程度的加劇，參試羊草SZ-3、SF4-2、QF10品系的萌發抗旱指數呈現“雙峰”曲線,羊草XQ1品系則呈現下降趨勢。20%PEG脅迫濃度是羊草品系萌發抗旱指數的重要轉折點。

圖1　不同PEG濃度脅迫下4個羊草品系萌發抗旱指數的變化Fig.1　Change of germination drought resistance indices of 4 strains of L. chinensis under stress of different PEG concentration

圖2　不同PEG濃度脅迫下4個羊草品系活力抗旱指數的變化Fig.2　Change of drought resistance vigor indices of 4 strains of L. chinensis under stress of different PEG concentration

2.2滲透脅迫對羊草種子活力抗旱指數的影響從圖2可以看出，隨著干旱滲透脅迫的加劇，不同品系羊草種子活力抗旱指數的變化趨勢與萌發抗旱指數變化趨勢相似。在5%～10%PEG脅迫下，羊草SZ-3品系種子活力抗旱指數呈急劇上升趨勢，其余參試羊草品系的活力抗旱指數呈下降趨勢；在10%～15% PEG脅迫下，除羊草XQ1品系呈下降趨勢外、其他3個參試品系的活力抗旱指數呈上升趨勢；在15%～20%PEG脅迫下，各羊草品系的活力抗旱指數急劇下降，其中QF10品系活力抗旱指數最高；在20%～25%PEG脅迫下，除羊草QF10品系活力抗旱指數呈大幅度上升趨勢外，其他參試品系均呈下降趨勢；在25%～35%PEG脅迫濃度下，除羊草QF10品系呈下降趨勢外，其他參試羊草品系趨向0。

總之，隨著干旱脅迫程度的加大，羊草SZ-3品系的活力抗旱指數呈“單峰”曲線，SF4-2、QF10品系的活力抗旱指數呈“雙峰”曲線，羊草XQ1品系的活力抗旱指數一直呈下降趨勢。在20%PEG脅迫下，各羊草品系的活力抗旱指數出現一個較低范圍，該脅迫濃度可以認為是羊草承受干旱脅迫的一個重要轉折點。

2.3滲透脅迫對羊草相對發芽率和相對發芽勢的影響從圖3和圖4可以看出，隨著干旱脅迫的加劇, 4個參試羊草品系種子的相對發芽率和相對發芽勢均呈現波動變化趨勢。在5%～15%PEG脅迫下，羊草SZ-3品系相對發芽率和相對發芽勢均呈急劇上升趨勢，其峰值均出現在15%PEG脅迫下。羊草XO1品系，相對發芽率呈先升后降的趨勢，峰值出現在10%PEG脅迫下。羊草SF4-2、QF10品系的相對發芽率呈先降后升趨勢，峰值出現在15%PEG脅迫下。在15%～20%PEG脅迫下，4個參試羊草品系相對發芽率均呈急劇下降趨勢。在20%～35%PEG脅迫下，除羊草SF4-2品系又出現1個上升和下降過程(峰谷)外，SZ-3、SF4-2、QF10品系的相對發芽率均隨著干旱脅迫濃度的增加而下降?？偠灾S著干旱脅迫濃度的增加，除羊草SF4-2品系的相對發芽率呈“雙峰”曲線外，SZ-3、XQ1和QF10品系的相對發芽率呈“單峰”曲線。在20%PEG脅迫下，羊草4個品系的相對發芽率急劇下降到一個較低范圍值，20% PEG-6000被認為是羊草受到干旱脅迫的一個轉折點。

一般認為，相對發芽率下降到10%以下時相對應的PEG濃度稱為種子抗旱極限濃度；相對發芽率為10%～50%時相對應的PEG濃度稱為種子抗旱半致死濃度。該試驗中30% PEG-6000干旱脅迫下,羊草種子幾乎喪失生活力，相對發芽率的變化范圍為6%～12%，說明羊草種子抗旱極限濃度為30%PEG濃度，相對應的土壤水勢為-1.24 MPa；20% PEG-6000干旱脅迫下,羊草各品系的相對發芽率達到 20%～35%，說明羊草種子抗旱半致死濃度為20% PEG濃度，相對應的土壤水勢為-0.59 MPa。

在抗旱極限濃度和抗旱半致死濃度脅迫下，各羊草品系的相對發芽率從大到小依次為QF10、SZ-3、SF4-2、XQ1。試驗中羊草QF10品系種子在高脅迫濃度下，其種子萌發力相對較強，表現在抗旱極限濃度下相對發芽率最高(12%)，抗旱半致死濃度下相對發芽率也最高(35%)。

從圖4可以看出，隨著干旱脅迫的加劇, 4個參試的羊草品系種子的相對發芽勢呈現先升后降的波動變化趨勢。羊草SZ-3品系相對發芽勢呈“單峰”曲線，SF4-2和QF10品系的相對發芽勢呈“雙峰”曲線，XQ1品系的相對發芽勢隨著干旱脅迫的加劇而呈下降趨勢。在5%～20% PEG脅迫下，羊草相對發芽勢變化趨勢與相對發芽率變化趨勢相似。但是，當PEG脅迫濃度超過20%后，QF10品系的相對發芽勢又出現先升后降的波動過程，其他3個品系卻隨著脅迫程度增加而下降。

圖3　不同PEG濃度脅迫下4個羊草品系相對發芽率的變化Fig.3　Change of relative germination rate of 4 strains of L.chinensis under stress of different PEG concentration

圖4　不同PEG濃度脅迫下羊草4個品系相對發芽勢的變化Fig.4　Change of relative germination vigor of 4 strains of L. chinensis under stress of different PEG concentration

2.4滲透脅迫對羊草相對胚芽長和相對胚根長的影響從圖5～6可以看出，在5%～10%PEG脅迫下，除羊草XQ1品系的相對胚根長隨著脅迫濃度的增加呈現上升趨勢外，其他羊草品系的相對胚芽長和相對胚根長均呈下降趨勢；在10%～15%PEG脅迫下，除羊草SF4-2品系的相對胚根長隨著脅迫濃度的增加呈上升趨勢外,其他羊草品系的相對胚芽長和相對胚根長均呈下降趨勢；在15%～20%PEG脅迫下，羊草XQ1和SF4-2品系PEG相對胚芽長呈上升趨勢，并出現最大峰值。羊草SF4-2品系的相對胚根長繼續呈上升趨勢，出現峰值，其余繼續呈下降趨勢；在20%～25%PEG脅迫時，除羊草QF10品系的相對胚芽長和相對胚根長均呈上升趨勢，并出現峰值外，其他羊草品系均呈現下降趨勢；在25%～35%PEG脅迫下，羊草XQ1品系的相對胚芽長和相對胚根長呈急劇上升趨勢，羊草QF10品系則一直呈下降趨勢。

2.5羊草萌發性狀的方差分析、非線性回歸關系及隸屬函數分析筆者利用模糊數學中隸屬函數的方法對不同PEG濃度脅迫下4個羊草品系的相對發芽率的隸屬函數進行計算。由表1可知，羊草SZ-3、SF4-2、XQ1、QF10品系相對發芽率的隸屬函數平均值分別為0.591、0.774、0.942和0.983，其中羊草QF10品系隸屬函數平均值最高，其次是XQ1品系，而SZ-3品系最低。這表明羊草QF10品系具有較高的抗旱性，而羊草SZ-3品系的抗旱性較差。

圖5　不同PEG脅迫濃度下4個羊草品系相對胚芽長的變化Fig.5　Change of relative embryo length of 4 strains of L. chinensis under stress of different PEG concentration

圖6　不同PEG濃度脅迫下羊草4個品系相對胚根長的變化Fig.6　Change of relative radicle length of 4 strains of L. chinensis under stress of different PEG concentration

測試指標Determinationindex回歸方程Regressionequation相關系數R2CorrelationcoefficientR2萌發抗旱指數Germinationdroughtresistanceindexy=126.038+6.835x0.888**活力抗旱指數Vigordroughtresistanceindexy=229.654+44.083x0.886**相對發芽率RelativeGerminationratey=4.634+2.074x0.916**相對發芽勢Relativegerminationvigory=4.953+2.081x0.918**相對胚芽長Relativeembryolengthy=106.92+1.315x0.690*相對胚根長Relativeradiclelengthy=108.509+79.678x+2.749x2-12.013x30.982**

注：*表示相關性達到顯著水平(P<0.05)；**表示相關性達到極顯著水平(P<0.01)。

Note:* stands for correlation at significant level (P<0.05); ** stands for correlation at extremely significant level(P<0.01).

筆者對羊草的上述測定指標進行方差分析，發現干旱脅迫對中科系列羊草的相對發芽率和發芽勢的影響較大。羊草種子相對發芽率與土壤水勢的相關系數最大(0.982)，與相對胚芽長最小(0.690)。如果用其他多個指標的隸屬函數總平均值，作為植物抗旱性鑒定指標，勢必忽略與土壤水勢關系不甚緊密的因素(如相對胚芽長等)的權重問題。筆者采用與土壤水勢相關性最大的因素(相對發芽率、發芽勢)的隸屬函數值，作為鑒定羊草抗旱性的重要指標之一，又采用PEG滲透液的抗旱極限濃度、抗旱半致死濃度和活力抗旱指數的變化。通過以上研究，可得出以下公式：萌發期抗旱性=PEG溶液脅迫下種子相對發芽率的隸屬函數值+萌發抗旱指數+活力抗旱指數(抗旱極限濃度、半致死濃度下)，這個公式可為綜合評價植物萌發期抗旱性鑒定提供理論參考。

3　小結

(1)干旱滲透脅迫下，雖然相對胚根長與水勢的相關系數最大(0.982)，但是計算胚根時的不確定性較大，容易產生誤差。筆者采用相對發芽率作為抗旱鑒定指標之一，因為相對發芽率與水勢的相關系數較大(0.916)，可操作性強，準確度較高，利用相對發芽率的隸屬函數值作為鑒別不同羊草品系抗旱性的指標是合理的。

(2)不同濃度PEG-6000滲透脅迫下，雖然4個參試羊草品系的萌發抗旱指數不存在顯著差異，但是羊草QF10品系的萌發抗旱指數均值最大；高濃度(25%～35%)PEG脅迫下，除羊草QF10品系的活力抗旱指數呈下降趨勢外，其他參試羊草品系的活力抗旱指數幾乎趨向0。

(3)羊草QF10品系與其他3個參試羊草品系相比，在PEG抗旱極限濃度下相對發芽率最高(12%)，在PEG抗旱半致死濃度下的相對發芽率也最大(35%)，表明羊草QF10品系的種子抗旱萌發力較強。

(4)依據相對發芽率的隸屬函數大小,4個羊草品系的抗旱性從強到弱依次為：QF10、XQ1、SF4-2、SZ-3。羊草QF10品系隸屬函數平均值(0.983)最大，說明QF10品系對干旱脅迫的敏感性較差，可從中提取羊草QF10品系的抗干旱基因；羊草SZ-3品系隸屬函數平均值(0.591)最小，其抗旱性較差。該研究可為利用羊草QF10品系做抗旱育種的候選親本材料提供科學依據。

(5)提出鑒定種子萌發期抗旱性的公式：萌發期抗旱性=PEG溶液脅迫下種子相對發芽率的隸屬函數值+萌發抗旱指數+活力抗旱指數(抗旱極限濃度、半致死濃度下)。

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Study on Drought Resistances of 4 “Zhongke” Series Strains ofLeymuschinensisin Germination Stage

CHEN Ying, XIAO Qing-hong

(Ningxia Agricultural Comprehensive Development Office, Yinchuan, Ningxia 750001)

In order to screen outLeymuschinensisdrought resistance strains adapting to eco-environment of arid area, a study was made on the germination stage characteristics of 4 “Zhongke” series strains ofL.chinensis, SZ-3, SF4-2, XQ1 and QF10, under the PEG-6000 high osmotic solution simulated water stress. The results showed that the order of drought resistance of 4 strains ofL.chinensisfrom strong to weak is QF10, XQ1, SF4-2, SZ-3. QF10 was selected out as a high drought resistant strain adapting to the arid area ecological environment. The formula for identifying the drought resistance of the seed in germination period was put forward as follows: the drought resistance in germination stage=membership function of relative germination rate of seeds under PEG stress + germination drought resistance index and vigor indices of drought resistance (under drought limiting concentration and semi lethal concentration). The study can provide important data for large-area extension of artificial planting of the high-yield, high-quality and drought resistant “Zhongke” seriesL.chinensisas well as carrying out vegetation restoration and reconstruction of degraded natural grassland.

“Zhongke” seriesLeymuschinensis; PEG-6000 high osmotic solution; Germination stage; Drought resistance

寧夏農業育種專項基金項目。

陳瑛(1978- )，女，河南扶溝人，助理農業工程師，在讀碩士，從事牧草育種方面的研究。

2016-07-03

S 812.29

A

0517-6611(2016)23-122-04