PEG脅迫下85份引進柱花草種子的萌發特性

張瑜 嚴琳玲 虞道耿 王文強 劉國道

摘 ?要：為探究不同柱花草的抗旱性強弱，構建柱花草資源抗旱評價體系，以85份引進柱花草為試驗材料，分別測定0（CK）、10%和20%質量濃度的PEG-6000滲透液脅迫下萌發期的相對發芽勢、相對發芽率、相對胚根長、相對胚軸長、萌發抗旱指數共5項指標，分析不同干旱脅迫對柱花草種子萌發的影響，并結合隸屬函數法綜合評價柱花草抗旱性能。結果表明：低濃度的PEG對柱花草種子的萌發有一定促進作用，高濃度PEG降低了柱花草種子的相對發芽勢和相對發芽率，阻礙了胚芽和胚根的生長，種間表現出較大差異。其中抗旱型材料為頭狀柱花草CIAT 2250、大頭柱花草CIAT 2113和CIAT 1942、蔓性柱花草CIAT 10182，不耐旱材料有墨西哥柱花草CIAT 1590、卡爾奇柱花草CIAT 1616和CIAT 1624。本研究結果為引進柱花草資源抗旱性評價、抗旱品種選育及其機理研究提供了理論依據。

關鍵詞：柱花草;引進;PEG脅迫;萌發特性

中圖分類號：S541.9 ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In order to investigate the drought resistance of different Stylosanthes， an evaluation system for the drought resistance of Stylosanthes resources was constructed. Using 85 imported Stylosanthes as the test material， the seed relative germination rate， relative germination energy， relative radiele length， relative plumule length， germination drought resistance index were measured under distilled water （CK）， 0.2 and 0.6 MPa PEG-6000 stress. The drought resistance ability of the germplasms was evaluated comprehensively by the subordinate function method by analyzing the effects of different drought stress on the seed germination of Stylosanthes. Low concentration of PEG had a certain promotion on the germination of seeds. High concentration of PEG reduced the relative germination potential and relative germination rate of Stylosanthes seeds， hindered the growth of embryo and radicle， and showed great differences among species. Among them， drought resistant materials were S. capitata CIAT 2250， S. macrocephala M.B. CIAT 2113 and S. macrocephala M.B. CIAT 1942， S. montevidensis Vogel CIAT 10182， and non-drought resistance materials were S. mexicana Taub. CIAT 1590， S. calcicola Small CIAT 1616 and S. calcicola Small CIAT 1624. The result of the study would provide a theoretical basis for the drought resistance evaluation of introduced resources， breeding of drought resistant varieties and drought resistance mechanism research of Stylosanthes.

Keywords： Stylosanthes; introduction; PEG stress; germination characteristics

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.04.007

柱花草屬植物（Stylosanthes SW.）是熱帶、亞熱帶地區重要的豆科牧草和飼料植物資源，主要用于飼喂牲畜、草地良種化改造和林、果草生態工程建設，在水土流失治理和退耕還草中也發揮重要作用[1-5]。但柱花草抗旱性、耐寒性和抗炭疽病性較低等問題，嚴重威脅柱花草的生產和推廣種植[6-8]。因此，開展柱花草種質資源抗旱鑒定與抗旱品種篩選，一方面可以促進高產抗旱品種的推廣應用，另一方面可以為柱花草抗旱育種提供親本材料。

萌發期是飼草生長的關鍵時期，直接決定飼草的出苗期與出苗率、實際密度與產量等[9]。采用聚乙二醇滲透液人工模擬干旱脅迫，研究飼草種子萌發期抗旱性的報道已有許多，包括檸條錦雞兒[10]、大豆[11]、狗牙根[12]、野豌豆屬[13]等。目前對柱花草種質或品種抗旱性研究也有通過探尋人工模擬干旱條件評價抗旱性的，多數只研究單個種或是少份材料[14-16]。針對柱花草種間抗旱性的研究較少，難以對柱花草資源抗旱性做出系統評價，更未見對大頭柱花草、蔓性柱花草、狹葉柱花草等萌發期抗旱性的研究報道。本研究采用PEG-6000滲透液室內模擬干旱脅迫，對23種不同柱花草資源的相對發芽勢、相對發芽率、相對胚芽長、相對胚根長、種子萌發抗旱指數等指標進行綜合評價，旨在分析引進柱花草種子萌發對干旱脅迫的響應，篩選抗旱優異柱花草材料，為柱花草萌發期抗旱性鑒定評價提供理論依據，為抗旱柱花草品種的選育提供基礎材料。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

參試材料來自中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所“國家熱帶牧草中期備份庫（海南儋州）”，柱花草均引自哥倫比亞國際熱帶農業中心（表1）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?種子預處理 ?選取大小均勻一致的種子，用0.1 %的氯化汞溶液消毒2～3 min，然后用蒸餾水沖洗3次，將消毒后的種子置于80 ℃熱水中浸泡30 min，去除種子的硬實。

1.2.2 ?試驗設計 ?供試滲透物質為分析純聚乙二醇（ polyethylene glycol， PEG-6000），PEG溶液設0（CK）、10%和20%共3個不同質量濃度，對應水勢分別為0（CK）、?0.2、?0.6 MPa。隨機選取50粒種子均勻置有2層濾紙的培養皿內，分別加入6 mL的蒸餾水或脅迫液，并用parafilm膜封口，培養箱條件為光照12 h/d，溫度25 ℃。每處理設3個重復。每天觀察種子發芽數，觀察時以胚根長度等于種子長度最為發芽標準。從第3天開始每天統計發芽數，連續統計5 d。同時第7天測量胚根長、胚軸長。發芽期間每2 d更換1次脅迫液，使培養皿內的滲透勢保持穩定，對照同時更換蒸餾水[17]。

1.3 ?測定項目及方法[18]

1.3.1 ?種子相對發芽率、相對發芽勢 ?相對發芽率（relative germination rate， RGR）=發芽第7天正常發芽粒數/供試種子數×100%

相對發芽勢（relative germination energy， RGE）=發芽第3天正常發芽粒數/供試種子數× 100%

相對指標值=處理指標/對照指標×100%

1.3.2 ?胚芽及胚根長 ?隨機選取10株幼苗，測量胚芽長和胚根長，重復3次。

相對胚芽長（relative embryonic radicle length， RERL）=處理胚芽長/對照胚芽長

相對胚根長（relative plumule length， RPL）=處理胚根長/對照胚根長

1.3.3 ?種子萌發抗旱指數[19] ?抗旱指數=滲透脅迫下種子萌發指數/對照種子萌發指數

種子萌發指數=（1.00）Rd2+（0.75）Rd4+（0.50） Rd6+（0.25）Rd8

式中，Rd2、Rd4、Rd6、Rd8分別為第2、4、6、8天的種子萌發率。

1.4 ?抗旱性綜合評價方法

采用隸屬函數法[20]對參試材料進行萌發期抗旱性綜合評價，公式如下：

式中，Xij為某一材料某指標的測定值，Xj， max為該指標的最大值，Xj， min為該指標的最小值，U（Xij）為i材料j性狀的隸屬值。Xi為i材料的平均隸屬函數值，n為測定指標數。Xi值越大，表明該材料抗旱性越強。

根據各材料綜合值分為3級進行評價：1級的綜合評價值在0.7以上，為抗旱型;2級的綜合評價值在0.3～0.7，為中間型;3級的綜合評價值在0.3以下，為不耐旱型。

1.5 ?數據處理

采用Excel軟件對實驗數據進行處理與制圖。

2 ?結果與分析

2.1 ?PEG脅迫對柱花草種子相對發芽率的影響

相對發芽率可以比較客觀地反映種子萌發期的抗旱性，相對發芽率越大表明其抗旱性越強[21]。如圖1所示，干旱脅迫對柱花草種質的萌發產生了明顯的影響，10%的PEG脅迫下，參試材料的相對發芽率明顯高于20%的PEG處理。隨著PEG濃度的增大，發芽受到顯著的抑制，種間表現并不完全一致。

與CK相比，10%的PEG脅迫對柱花草種子的發芽率影響較小，甚至有升高的現象。如4號發芽率呈現升高，說明輕度干旱脅迫對4號種子的發芽率有一定的促進作用。20號發芽率保持不變，其余83份材料和CK相比都有下降。下降率低于10%的有9份，在10%～40%之間有70份;高于40%有4份。參試材料1號、4號、5號和39號在10%PEG脅迫后的相對發芽率均大于70%，為抗旱性較好的材料。82號相對發芽率最低，抗旱性弱。當PEG濃度為20%時，與CK相比，各材料相對發芽率都有降低，并且種間差異明顯。特別是81號相對發芽率降至5.6%，說明81號對干旱較敏感。而39號相對發芽率高于50%，初步認為抗旱性較強。

2.2 ?PEG脅迫對柱花草種子相對發芽勢的影響

發芽勢反映了種子的發芽速度，相對發芽勢越高，受干旱脅迫抑制的程度越低[22]。如圖2所示，在不同PEG脅迫下，大部分參試柱花草的萌發勢均受到抑制。當PEG濃度為10%時，與CK相比，柱花草種子的發芽勢變化較小，有16份材料的相對發芽勢都出現升高，59號、84號相對發芽勢保持不變。隨著PEG脅迫增強，柱花草種質相對發芽勢總體呈降低趨勢。

在10%的PEG脅迫下4號的相對發芽勢最高，為75.60%，相比CK有略微的升高，說明輕度干旱脅迫對4號種子的相對發芽勢有一定的促進作用;5號、39號和1號的相對發芽勢也相對較高，說明其抗旱性較強。82號、33號、22號和81號的相對發芽勢最低，初步認定為抗旱性較弱的材料。在20%的PEG脅迫下，82號和81號的相對發芽勢為0，說明兩者對干旱較敏感，脅迫對其影響也比較大。4號相對發芽勢最高，其抗旱性較強。

2.3 ?PEG脅迫對柱花草種子萌發抗旱指數的影響

種子萌發抗旱指數是評價種子在萌發期抗旱性強弱的一個重要指標，值越大抗旱性越強[11]。由圖3可看出，在不同PEG脅迫下，參試材料種子萌發抗旱指數差異明顯。在10%的PEG脅迫下種子萌發抗旱指數差異不大，4號、39號種子萌發抗旱指數最高為0.53和0.49，說明這2份材料抗旱性較強。82號萌發抗旱指數最小為0.15。隨著干旱脅迫增強，各材料種子萌發抗旱指數呈降低趨勢，4號、39號的萌發抗旱指數最大，33、81、82萌發抗旱指數最小，說明這3份材料對干旱較敏感。其余材料均處于中間水平。

2.4 ?PEG脅迫下柱花草種子萌發期抗旱性的綜合評價

采用相對發芽率、相對發芽勢、相對胚根長、相對胚軸長等的隸屬函數值對85份引進柱花草資源進行綜合耐旱評價分析，結果見表2，39號綜合評價值最高，為0.76，說明在85份參試材料中較抗旱，其次為4號、1號和5號，33號、81號和82號的綜合評價值最低，僅為0.26，說明其抗旱能力最差。其余材料的抗旱性居中。

3 ?討論

種子萌發是植物生長的關鍵階段，也是進行植物抗旱性研究的重要時期[23]。一般采用PEG溶液模擬干旱脅迫來測定植物種子萌發期的抗旱性[24]。萌發期抗旱性的強弱是受多因素綜合作用的結果，需要多項指標進行綜合評價，以提高評價的準確性和可靠性[25]。采用相對比值進行分析，以排除不同種子自身因素的干擾，使結果更具代表性。符開欣等[26]、王宗勝等[27]、張宇君等[28]、郭郁頻等[29]、高雪芹等[30]采用相對發芽率、相對發芽勢、相對胚芽長、相對胚根長、相對抗旱指數等指標的隸屬函數法值綜合評價短芒披堿草、胡麻、燕麥、白三葉、沙蘆草等種質材料萌發期的抗旱性差異。本研究通過參考和借鑒不同草類植物的抗旱研究結果，使用逆境脅迫下的相對指標，可有效地消除不同背景差異。其抗旱能力評價結論均與隸屬函數法綜合評價的抗旱性結果一致，能全面、準確地反應柱花草種子萌發期的抗旱性強弱。

以PEG-6000溶液模擬不同的干旱脅迫強度，對寬葉雀稗[31]、苜蓿[32]、少花蒺藜草[33]、狗牙根[12]、藜麥[34]等種子萌發期的抗旱性研究，發現低濃度的PEG對種子的萌發有一定促進作用，隨著脅迫強度的增加，種子的相對發芽勢、相對發芽率、萌發指數等指標值總體呈下降趨勢。這與本研究結果基本一致。綜合前人研究報道，本研究選擇了10%和20%的PEG濃度作為脅迫濃度，進行前期抗旱篩選，因同一植物的不同種間適應的干旱脅迫濃度范圍存在差異，若要確定柱花草不同種的種子萌發的最佳PEG濃度，還需做進一步探討。

由于抗旱性是一個受多種因素影響的復雜數量性狀，萌發期抗旱性評價僅僅是柱花草抗旱研究的一個方面，只能說明種子萌發時的抗旱情況，不能夠完全代表柱花草苗期乃至全生育期的抗旱性。本研究僅研究了萌發期的生長形態方面的指標，今后還應增加生理生化特性研究，以期鑒定結果更加合理可靠。并且將萌發期抗旱鑒定結果與大田等全生育期鑒定結果結合起來分析，才能科學、準確地鑒定柱花草的抗旱性，并在生產實踐中推廣應用。

4 ?結論

本研究設置10%和20%兩個PEG濃度對85份引進柱花草材料進行萌發期的抗旱性試驗，通過相對發芽率、相對發芽勢、相對胚根長、相對胚軸長、抗旱萌發指數等分析，結合其隸屬函數值進行綜合耐旱評價。結果表明，頭狀柱花草CIAT 2250綜合抗旱能力較強，可以作為柱花草抗旱選育的優良材料。其次為大頭柱花草CIAT 2113和CIAT 1942、蔓性柱花草CIAT 10182、墨西哥柱花草CIAT 1590、卡爾奇柱花草CIAT 1616和CIAT 1624對干旱極為敏感，抗旱性差。柱花草抗旱種質資源的篩選對于華南熱帶地區干旱、半干旱區栽培草地的建設意義重大。

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