一年生黑麦草、高羊茅及杂交羊茅黑麦草种子萌发期抗旱性研究

辛金霞 ，李春燕 ，刘荣堂 ，戎郁萍

（1.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070；2.中国农业大学动物科技学院草地所，北京 100193）

羊茅黑麦草在世界各地分布广泛，栽培利用历史悠久，是重要的饲用植物。特别是作为新禾草类型的黑麦草×羊茅杂种群体，具有生长迅速、饲用品质优良和生育年限长、抗逆性强等优点，故被人们看作是继小麦与黑麦成功地杂交培育出小黑麦之后又一种间杂交的创举，其在理论及实际利用中的意义极为重大[1]。目前国内对羊茅黑麦草的研究多在于引种、营养[2]方面，抗性方面的研究比较少。干旱胁迫影响植物生长发育，造成农作物严重减产，干旱对农作物造成的损失在所有的非生物胁迫中占首位[3]。种子萌发是种子植物生活史中的关键阶段，也是进行植物抗旱性研究的重要时期。近年来，利用PEG高渗溶液法模拟干旱已经成为研究种子萌发性状的重要方法，在小麦、水稻等农作物上广泛使用[4-7]，在牧草上也有相关报道[8-11]。笔者通过2种杂交羊茅黑麦草（羊茅型与黑麦草型）与高羊茅、一年生黑麦草（四倍体与二倍体两个品种）在聚乙二醇（PEG6000）溶液不同浓度处理下，发芽的变化规律进行比较研究，得出不同材料的抗旱性差异，为生产实践和抗性物种的筛选提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为羊茅黑麦草（Festuca ovina×Lolium multiflorum Lam）（羊茅型）Hykor、羊茅黑麦草（Festuca ovina×Lolium multiflorum Lam）（意大利黑麦草型）Perny、高羊茅（Festuca arundinacea）fawn、一年生黑麦草（L multiflorum）（2倍体）Surrey、一年生黑麦草（L multiflorum）（4倍体）Angus1。

1.2 方法

选择颗粒成熟、饱满、大小适中、无病虫害的健康种子为萌发材料。用0.5%的KMnO4溶液将供试种子浸泡消毒10min，清水冲洗干净，在已消毒培养皿中放置3层定量滤纸，将消毒后的种子均匀铺在滤纸上，每皿100粒。分别用5%、10%、15%、20%、25%聚乙二醇（PEG6000）溶液胁迫种子，以蒸馏水为对照，对照与处理均设5次重复。聚乙二醇溶液渗透势采用Michel等[12]有关PEG（6000）溶液浓度与渗透势换算关系的计算配制。PEG浓度0、5%、10%、15%、20%、25%对应的水势分别为 0、-0.1、-0.2、-0.4、-0.6、-0.9[13-14]。第 1 天用 5℃的低温预处理，以后给予15～24℃的变温处理，每日14 h光照，通风3次并及时补充所蒸发的水分，使皿内渗透势保持恒定。观察出苗过程，依国家种子检验规程[15]，第28天统计发芽率，测胚根、胚芽长。

1.3 指标测定

1.3.1 胚根、胚芽长及相对胚根、胚芽长相对胚根长=处理胚根长/对照胚根长相对胚芽长=处理胚芽长/对照胚芽长

1.3.2 发芽率和相对发芽率发芽率=发芽的种子数/供试种子数×100%相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率×100%

2 结果与分析

2.1 PEG处理下种子相对胚根、胚芽长及胚根/胚芽比

如 图1所示，羊茅黑麦草Perny、羊茅黑麦草Hykor植物种子的相对胚根长随PEG浓度的增加呈下降趋势，而高羊茅fawn、一年生黑麦草Surrey、一年生黑麦草Angus1在PEG浓度在10%的时候出现一个高峰，随之又开始下降。在10%PEG浓度下，一年生黑麦草Angus1（1.34）和高羊茅fawn相近（1.30）。在15%PEG浓度下，一年生黑麦草Angus1 最大（1.24），高羊茅 fawn（0.49）和一年生黑麦草Surrey（0.51）相近，而一年生黑麦草Angus1是高羊茅fawn和一年生黑麦草Surrey的2.48倍。在20%PEG浓度下5种植物种子的相对胚根长都迅速下降，其中一年生黑麦草Angus1的最大（0.395），一年生黑麦草 Surrey的最低（0.24）。

图1 不同PEG浓度下5种植物相对胚根长

与相对胚根长比较，相对胚芽长全部随PEG浓度的增加逐步降低，5%PEG浓度出现最大峰值，且在5%、10%PEG浓度下5种植物的胚芽长相似。在15%PEG浓度下一年生黑麦草Angus1最大（0.909），一年生黑麦草Surrey最低（0.43）。在20%PEG浓度下一年生黑麦草Surrey最低（0.3），剩余4种类相似，并且后4种约为一年生黑麦草Surrey的2倍（图2）。

图2 不同PEG浓度下5种植物相对胚芽长

如图3所示，在5%、20%PEG浓度处理下5种植物种子的差异不显著。在10%浓度处理下羊茅黑麦草Perny与羊茅黑麦草Hykor的胚根/胚芽比差异不显著（P>0.05），高羊茅 fawn、一年生黑麦草 Surrey、一年生黑麦草Angus1 3种植物的胚根/胚芽比差异也不显著（P>0.05），但前2种植物与后3种植物的胚根/胚芽比差异显著（P<0.05）。在15%PEG浓度下一年生黑麦草Angus1与高羊茅fawn的胚根/胚芽比差异显著（P<0.05），其他植物种子均不显著。

图3 不同PEG浓度下5种植物相对胚根/胚芽比

由此可知，5%PEG浓度对5种植物胚根、胚芽的生长影响较小，10%PEG浓度能促进高羊茅fawn、一年生黑麦草Surrey、一年生黑麦草Angus1胚根的生长，而其他2种植物种子的胚根生长则受到抑制；10%PEG对5种植物胚芽均有抑制作用。在15%PEG浓度下只有一年生黑麦草Angus1的胚根、胚芽生长受到的抑制较小，其他4种植物的胚根、胚芽生长受到显著抑制。高浓度PEG（20%）对种子胚根、胚芽的生长抑制远远大于前3种浓度。更高的PEG浓度（25%）使植物种子的的胚根、胚芽生长全部受到抑制。

2.2 不同PEG浓度下植物种子发芽率与相对发芽率的变化

由表1可知：在不同渗透水平的PEG处理下，5种植物的种子萌发都受到不同程度的抑制作用，且随PEG浓度的增加抑制程度也随之增加，5种植物种子相对发芽率总体呈下降趋势。在5%PEG浓度胁迫下，羊茅黑麦草Perny（1.10）、高羊茅fawn（1.01）和一年生黑麦草 Angus1（1.01）出现小幅上升趋势，一年生黑麦草Surrey没有发生变化，羊茅黑麦草Hykor受到的抑制程度也很小（0.95）。在10%PEG浓度胁迫下只有羊茅黑麦草Perny（1.07）有上升趋势，但也低于5%PEG浓度处理；其余均呈下降趋势。在15%PEG浓度处理下，各种植物受抑制的程度由小到大依次为：一年生黑麦草Angus1、羊茅黑麦草Perny、一年生黑麦草Surrey、羊茅黑麦草Hykor、高羊茅fawn。在20%PEG浓度处理下，各植物种子受抑制程度由小到大为：羊茅黑麦草Hykor、羊茅黑麦草Perny、一年生黑麦草Angus1、高羊茅fawn、一年生黑麦草Surrey。在25%PEG浓度处理下5种植物均没有发芽。

表1 PEG对5种植物种子发芽率的影响

在5%PEG浓度处理下Perny相对发芽率与剩下4种相对发芽率差异显著。在10%PEG浓度下Perny与Hykor相对发芽率差异显著，其余品种之间差异不显著。在20%PEG浓度处理下5种品种相对发芽率差异均显著。羊茅黑麦草Perny和羊茅黑麦草Hykor对高PEG浓度处理（15%～20%）的抗性较高，一年生黑麦草Angus1与高羊茅fawn次之，一年生黑麦草Surrey最低。

3 讨论与结论

用不同浓度PEG模拟干旱胁迫，是通过调节溶液的渗透压来达到限制水分进入种子内的目的。PEG处理产生渗透胁迫来研究水分胁迫下种子的生理反应，PEG对种子萌发起到水分胁迫作用[8]，使种子处于干旱的逆境环境。吸水力强的种子在干旱胁迫下能够保持较高的发芽率，而吸水力弱的种子则相反[16-18]。PEG浓度的使用问题仍在探索中，杨剑平等[6]报道，大豆萌芽期抗旱性鉴定以20%PEG浓度为最佳，王贺正[7]用25%的PEG浓度鉴定水稻种子萌发期的抗旱性。研究中设立了5个PEG浓度，分别是5%、10%、15%、20%、25%测定种子发芽率。结果表明，在5%、10%PEG浓度处理下，处理种子的发芽率与对照没有差异，15%PEG处理的种子发芽率都受到不同程度的抑制，20%PEG处理的种子发芽率降低程度最低，在25%PEG浓度处理下的种子都没有发芽，这与王赞等[19]对鸭茅种子的研究基本一致。

相对胚根/胚芽比的结果表明，10%PEG浓度能促进5种植物种子胚根的生长；20%PEG浓度则抑制种子胚根和胚芽的生长，且对胚根生长的抑制程度比胚芽大。研究中，在25%PEG浓度下，有个别植物的种子有胚根的出现，但很短，后又干掉，胚芽几乎没有，所以按0计算。

种子发芽过程本身是一个极其复杂的生理生化过程，水分胁迫下的种子发芽率能否作为抗旱指标，目前还有分歧[20]。Stout等[21]研究表明，水分胁迫下种子发芽率可以作为幼苗的抗旱性指标，但Sharma等[22]研究的结果说明发芽率指标不适宜一些牧草的幼苗。用相对发芽率评价植物种子萌发期的抗旱性，可避免不同基因型种子在正常条件（对照）下的发芽率有差异而影响试验结果，且能客观鉴定植物种子在水分胁迫条件下的萌发水平，评价种子萌发期的抗旱性[5]。总体上看来，5种植物种子的相对发芽率随PEG浓度的增加呈下降趋势，这与梁国玲等[23]对羊茅属植物研究的结果相近；5%PEG浓度时羊茅黑麦草Perny、高羊茅fawn和一年生黑麦草AngusI相对发芽率轻微上升，以及10%PEG浓度时羊茅黑麦草Perny仍有小幅度上升，是其轻度水分亏缺时补偿与超补偿生长效应的表现[24-25]。在5%PEG浓度下，除羊茅黑麦草Hykor外，其他3种植物相对发芽率都大于或等于1.0，可能因低浓度PEG处理能对种子萌发起“引发”作用所致[26-27]。随PEG浓度增加，5种植物的发芽率、相对发芽率均呈下降趋势，至25%PEG浓度时发芽率为0，致使种子不能萌发。由此说明，这5种植物种子对低浓度PEG有一定的耐受程度，且在较低PEG浓度（5%）下能刺激这5种植物种子的发芽率，当超过植物种子对干旱胁迫耐受程度时，种子就不能萌发。

抗旱性是一个受多种因素影响的复杂的数量性状，且不同植物的抗旱性机制不同，在萌发期鉴定出的抗旱性较强的种质并不代表在苗期乃至全生育期也具有较强的抗旱性。萌发期的评定仅是杂交羊茅黑麦草抗旱性的一方面，为全面评定杂交羊茅黑麦草的抗旱性，还应结合大田和室内盆栽试验，对其不同生长期的形态、生长、生理生化特性等进一步研究。

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