新疆野生沙蘆草萌發期抗旱生理機制研究

文│辛慧慧（新疆維吾爾自治區草原總站）

新疆野生沙蘆草屬于國家二級保護植物，屬于冰草屬多年生叢生牧草，抗寒、抗旱、耐鹽堿性強，營養豐富，是我國北方干旱和半干旱地區改良天然牧草和人工草地的適宜草種。在新疆維吾爾自治區阿勒泰等干旱半干旱荒漠地區隨處可見成片的沙蘆草，而這些正是經過長期自然選擇形成的珍貴的抗旱耐寒野生牧草資源，是一種具有重要生態和遺傳價值的植物材料。扁穗冰草又稱為野麥子、冰草，是禾本科、多年生草本植物，一種優良的牧草生長于干燥的草地、山坡、丘陵和沙地上，是新疆地區人工草地建植的牧草之一。

水分是影響植物正常生長發育的關鍵生態因子之一，當植物遭遇水分缺失、干旱脅迫時，會發生一系列反應，影響植物的正常生長發育，嚴重時可導致植物死亡，給農業生產和畜牧業發展帶來不利影響。萌發期是牧草生活史的關鍵階段，也是研究抗旱能力的重要時期，這一時期與牧草出苗和生長發育息息相關。因此，研究牧草萌發期的抗旱性至關重要。PEG-6000是一種高分子滲透劑，因其親水性強，可調節滲透勢，在模擬干旱脅迫的過程中具有與土壤水分控制相似的效果，是近年來研究植物抗旱性的重要方法之一。各項研究雖然均采用PEG溶液進行模擬干旱脅迫試驗，但不同植物種子萌發期對干旱脅迫的耐受程度不同。因此，根據生產實際，開展不同植物種子萌發期干旱脅迫耐受試驗對指導生產意義重大。

迄今為止，相關學者對冰草抗旱性研究較多，而對新疆野生沙蘆草的抗逆性研究報道較少，研究不夠系統和深入。沙蘆草作為新疆荒漠草原的主要植被，在長期干旱、寒冷的情況下已形成一套適應逆境的機制，深入系統研究其機制具有重要的現實意義。本研究以野生采集的沙蘆草種子和商品種扁穗冰草種子為材料，研究沙蘆草萌發期的抗旱性，為在新疆地區建立沙蘆草草種基地提供理論依據，為退化草地生態恢復和牧草種質資源保護提供理論依據。

一、材料與方法

1.試驗材料。本試驗所用材料為2021年9月采集于阿勒泰福海地區的沙蘆草種子，并以購買天博草業公司的扁穗冰草種子作為對照。

2.試驗方法。

（1）萌發試驗。配制濃度為0、5%、10%、20%和30%的5種不同質量分數的PEG-6000溶液，將2層濾紙放入培養皿中，然后加入2毫升配制好的PEG-6000溶液，選擇成熟、飽滿、均一的種子，數取100粒均勻擺在培養皿中，每個處理3個重復，置于25℃恒溫培養箱內培養，及時保持水分，觀察萌發動態，以芽長等于種子長為發芽標準，發芽后7天時統計發芽勢，14天時統計發芽率。發芽率（Gp，%）＝n/N×100(式中n為發芽種子數，N為供試種子總數)；發芽勢（Ge，%）＝n/N×100（式中n為第7天累積發芽種子數，N為供試種子總數）。在萌發14天測定胚芽長度和胚根長度，在每個培養皿內選擇10株幼苗，用游標卡尺測量其胚芽長度和胚根長度，10個重復取其平均值。葉片丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸測定。相對電導率的測定以《植物生理學實驗技術》為指導，取植株鮮葉片，用去離子水清洗2～3次，稱取0.2克，剪成1厘米大小放入10毫升帶塞的試管中，加入8毫升去離子水后，立即放入真空干燥器中用真空泵抽氣15分鐘，搖勻，在室溫下靜置3小時。3小時后將各試管充分搖勻，用電導儀測其初電導值。加塞，在沸水浴中浸提10分鐘，取出試管后用自來水冷卻至室溫，搖勻，平衡后測定終電導值。

3.統計分析。數據采用Excel、SAS9.0軟件進行統計分析及處理。

二、結果與分析

1.不同程度干旱脅迫對發芽率和發芽勢的影響。由圖1可知，扁穗冰草和沙蘆草隨著PEG濃度的增加，發芽率、發芽勢均呈現先升高后降低的趨勢。在5% PEG濃度處理下，扁穗冰草和沙蘆草的發芽率、發芽勢較未處理的略有升高。PEG濃度0到5%之間，扁穗冰草的發芽率提高2%，發芽勢提高3%，沙蘆草的發芽率提高8%，發芽勢提高12%，低濃度PEG處理對沙蘆草和扁穗冰草種子的萌發具有促進作用。10%～30% PEG濃度脅迫處理下，沙蘆草和穗冰草的發芽率、發芽勢隨濃度的升高而降低，PEG濃度為5%～30%，扁穗冰草的發芽率從88%降低到5%，發芽勢從67%降低到2%，沙蘆草的發芽率從84%降低到11%，發芽勢從65%降低到5%。沙蘆草的發芽率和發芽勢在10%、20%和30% PEG脅迫處理下均高于扁穗冰草。

2.不同程度干旱脅迫對沙蘆草胚芽長和胚根長的影響。由圖2可知，隨著PEG濃度的增加，扁穗冰草和沙蘆草的胚芽長和胚根長呈先升高后下降趨勢。在5%PEG濃度的處理下，扁穗冰草和沙蘆草的胚芽長、胚根長比5%PEG濃度處理下的要高，PEG濃度為0～5%，扁穗冰草的胚芽長提高3毫米，胚根長提高2毫米，沙蘆草的胚芽長提高13毫米，胚根長提高10毫米，低濃度PEG對胚芽長和胚根長有促進作用。在10% PEG以上的高濃度處理下，沙蘆草和扁穗冰草的胚芽長、胚根長隨濃度的升高而降低，PEG濃度為5%～30%，扁穗冰草的胚芽長從74毫米降低到6毫米，胚根長從67毫米降低到4毫米，沙蘆草的胚芽長從75毫米降低到12毫米，胚根長從56毫米降低到9毫米。沙蘆草的胚芽長、胚根長在10%、20%和30%PEG處理下均高于扁穗冰草。

◎圖1 不同程度干旱脅迫對發芽率和發芽勢的影響

◎圖2 不同程度干旱脅迫對胚根長和胚芽長的影響

◎圖3 不同程度低溫對相對電導率和丙二醛含量的影響

3.不同程度干旱脅迫對電導率和丙二醛（MDA）含量的影響。抗旱能力越弱的植物在干旱脅迫后細胞透性變化越大，電解質外滲程度越高，質膜的受損程度越大，電導率越高。如圖3所示，扁穗冰草和沙蘆草隨PEG濃度的增加，相對電導率、MDA含量均呈升高趨勢，扁穗冰草相對電導率、MDA的含量和升高幅度明顯高于沙蘆草。PEG濃度為0～30%，扁穗冰草和沙蘆草的相對電導率分別提高138%、75%，扁穗冰草的相對電導率明顯高于沙蘆草，兩者存在顯著差異。不同濃度PEG處理的扁穗冰草MDA含量顯著高于沙蘆草，從增幅趨勢看，扁穗冰草的趨勢明顯快于沙蘆草，扁穗冰草的抗旱性弱于沙蘆草。

三、討論與結論

植物處于逆境條件下，細胞內氧化平衡遭到破壞，自由基的增加會對細胞產生傷害，MDA含量的增加與其受傷害的情況相一致，MDA含量隨干旱脅迫的增加而增加。馬春暉研究表明，PEG不同處理對冰草種子活力存在不同影響。張晨妮研究指出，一定濃度的PEG脅迫能刺激老芒麥種子活性的提高，但當干旱脅迫超過種子的忍受限度時，種子萌發將受到影響，張彥妮發現，滲透脅迫使植物受到不同程度的傷害，相對電導率與處理強度呈正比，即PEG濃度越大，脅迫時間越長，相對電導率也越大，植物受損的程度越明顯，隨著時間的延長和處理濃度的增加，MDA含量較對照均有較大程度的上升，賈納提、李顯利、劉金龍等均得出相似或相同的觀點。本研究的結論與相關學者研究結果高度相似，即低濃度PEG-6000干旱脅迫對種子萌發具有促進作用，高濃度具有抑制作用。隨著PEG-6000濃度的升高，種子的發芽率發芽勢、胚芽長、胚根長呈先升高后下降的趨勢，相對電導率、MDA含量均呈上升趨勢。在0和5% PEG處理下，扁穗冰草的發芽率、發芽勢、胚芽長、胚根長高于沙蘆草，但隨著PEG濃度的逐漸增大，沙蘆草的發芽率、發芽勢、胚芽長、胚根長顯著高于扁穗冰草。在不同濃度PEG處理下，沙蘆草的相對電導率、MDA含量均顯著低于扁穗冰草。綜合萌發期各指標，沙蘆草種子萌發期抗旱性強于扁穗冰草種子。