不同水分和温度胁迫下55份无芒雀麦种质萌发性能的评价

刘迎春，刘文辉

(1.青海畜牧兽医职业技术学院，青海 湟源 812100；2.青海省畜牧兽医科学院，青海 西宁 810001)

不同水分和温度胁迫下55份无芒雀麦种质萌发性能的评价

刘迎春1，刘文辉2

(1.青海畜牧兽医职业技术学院，青海 湟源 812100；2.青海省畜牧兽医科学院，青海 西宁 810001)

为筛选适宜高寒地区的抗旱抗寒无芒雀麦种质，观测了55份无芒雀麦种质在青海省高寒地区，早春田间水分胁迫和变温条件下的种子萌发性能。处理1充足水分(土壤饱和含水量48.63%)+最适温度(25 ℃)，处理2水分胁迫(土壤含水量10.21%)+最适温度(25 ℃)，处理3充足水分(土壤饱和含水量49.22%)+田间变温(-3～18 ℃)以及水分胁迫(土壤含水量11.03%)+田间变温(-3～18 ℃)。结果表明：4种处理下，无芒雀麦1号和17号俄罗斯种质的萌发性能适应早春变温和干旱的条件；3号俄罗斯种质在水分或变温单一的胁迫条件下萌发性能优良；8、33、50号俄罗斯种质和53号甘肃种质在变温条件下萌发性能达到对照水平，35号俄罗斯种质高于对照。筛选的8份种质可以用做培养抗干旱或适应变温品种的亲本材料。

无芒雀麦；抗寒；抗旱；萌发性能

高寒地区退化草地植被恢复、饲草生产以及牧草育种都需要丰富的牧草种质多样性。在青海高原大陆性气候条件下，早春的干旱和较大的高昼夜温差影响着牧草种子萌发出苗，牧草萌发期的抗旱抗寒性决定了其在高寒区的适用性。无芒雀麦(Bromusinermis)是高山草甸多年生禾草优势种，不仅营养价值和产量高、适口性好，而且是长寿根茎型牧草，具有良好的固沙性能[1]。目前，青海省高寒草地虽存在野生无芒雀麦种，但尚未驯化推广应用，早期引进的无芒雀麦种质在高寒草地生长期抗旱性较差[2]。为提高当地无芒雀麦种质的多样性，青海省畜牧兽医科学院引进中国农科院畜牧所种质库55份无芒雀麦种质材料，在早春水分胁迫和田间变温条件下，观察和评价引进无芒雀麦种质的萌发性能，为草地植被恢复、饲草生产和牧草育种推荐优良种质。

1 材料和方法

1.1 参试牧草种质材料

编号1～51材料为俄罗斯野生种，原产地为俄罗斯贝加尔山区和新西伯利亚地区，由中国农业科学院北京畜牧兽药研究所提供；52号为庆阳无芒雀麦，53号为甘肃无芒雀麦，54号为甘肃农业大学无芒雀麦，55号为旱地无芒雀麦。

1.2 试验方法

试验于2014年4月26日～5月27日在青海畜牧兽医职业技术学院实验室和试验地进行，试验地海拔2 647 m，N 36°20′～36°56′，E 100°41′～100°52′。为了解55份种质在高寒地区早春田间水分胁迫和变温条件下的萌发性能，首先进行土壤水分处理试验。取田间土壤去石块草根等杂质，晒5 d，研碎，装入直径90 mm、高60 mm的塑料圆盒至4/5满。将圆盒土壤做4种处理，处理1充足水分+最适温度，每个圆盒的土壤首次浇入130 mL水，将圆盒+土壤置于培养箱(MGC-300B)中，温度25 ℃、光照16 h、黑暗8 h，平均风速1.7 m/s，之后每天用滴管均匀滴入70 mL水，持续滴灌29 d，此处理为对照；处理2水分胁迫+最适温度，每个圆盒的土壤首次浇入60 mL水，将圆盒+土壤置于上述培养箱中，之后每天用滴管均匀滴入14 mL水，持续滴灌29 d；处理3充足水分+田间变温。每个圆盒的土壤首次浇入130 mL水，圆盒+土壤置于试验地，试验期间，田间平均最低气温-3 ℃，平均最高气温18 ℃，日照8.6 h，黑暗15.4 h，平均风速1.7 m/s，试验期间没有天然降水，之后每天用滴管均匀滴入70 mL水，持续滴灌29 d；处理4水分胁迫+田间变温。

每个圆盒的土壤首次浇入60 mL水，圆盒+土壤置于试验地，之后每天用滴管均匀滴入14 mL水，持续滴灌29 d。

试验的第3、8、15、19、24 d，滴灌前采集表土1～1.5 cm的土壤样品，同时采集周边未经灌溉的试验地表层1～1.5 cm的土壤样品，第2次采集土壤样品在未经采样的圆盒中进行。每次采集3份土壤样品，用烘干法测定土壤样品含水量[3]。

表1 4种处理土壤含水量Table1 Soil water contents (SWCs) of 4 treatments %

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，同行不同大写字母表示差异显著(P<0.05)

4种处理条件、5个取样时间的土壤含水量和每种处理的平均值。每个处理中，不同的取样时间之间土壤含水量差异不显著(P>0.05)，取样时间与5种处理的互作效应不显著，试验表明每种处理的土壤含水量一致。虽然，方差分析表明处理间的差异极显著(P<0.01)，但极显著的差异存在于处理1、3与处理2、4，在对照之间，处理1、3、以及处理2、4和对照之间的差异不显著，表明试验能够将“水分胁迫”处理的土壤含水量控制在周边田间土壤含水量即10.88%的水平。

1.3 种子萌发试验

4种处理的圆盒土壤表面，播种无芒雀麦种子，每盒100粒，覆土1 mm，播种55份无芒雀麦种质，每份种质重复3次。发芽试验在培养箱和田间同时进行，逐日记录种子萌发情况，当胚根长度达2 mm，视为萌发种子，从培养皿剔除，连续5 d不再有种子萌发时，为发芽终点，此次试验为第29 d。

1.4 测定指标

计算发芽势、发芽率和发芽指数：

种子发芽势=种子发芽最初1/3 d内的种子发芽粒数/供试种子总粒数×100%；

种子发芽率=最终正常发芽种子粒数/供试种子总粒数×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)

式中：Gt为t日内的发芽数，Dt为相应的发芽天数[4]。

萌发指标系数=某种质在某种处理条件下某项萌发指标测定值/该项萌发指标对照值[5]。

在25 ℃、水分充足条件下，青海无芒雀麦种质发芽势70%、发芽率75.5%、发芽指数18.7[6]，以此发芽指标作为对照值，用公式计算55份种质在4种处理的萌发指标系数。

1.5 数据统计与分析

用SSPS 16.0对土壤含水量测定值做二因子方差分析。

用Excel 2003计算55份种质在4种处理条件下3项萌发指标的平均值和变异系数。用SSPS 16.0对55份种质在4种处理条件下3项萌发指标的平均值和变异系数做单因子方差分析。

用SSPS 16.0对55份种质在4种处理条件下3项萌发指标系数做聚类分析。

用SSPS 16.0对8份优良种质的发芽率做二因子方差分析和多重比较。

计算55份种质在4种处理条件下萌发指标的隶属函数法综合评价值[7-8]:

X(μ) =(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：X(μ)为某一份种质在某种处理条件下某项萌发指标的隶属函数值，X为萌发指标测定值，Xmax为该指标中的最大值，Xmin为该指标中的最小值。计算55份种质在4种处理下3项萌发指标的隶属函数值，再计算每个处理下3项指标隶属函数值的平均值，求4种处理下隶属函数值的总平均值，按大小顺序确定萌发性能的排名[9]。

2 结果与分析

2.1 4种处理对55份种质萌发指标的影响

处理1的3项指标的平均值均为最大(P<0.01)，处理3水分胁迫+田间变温条件下平均值均为最小(P<0.05)；处理2水分胁迫+最适温度和处理3充足水分+田间变温2个处理，平均值差异不明显(P>0.01)。在变异系数中，处理1在充足水分+最适温度变异系数最小(P<0.01)，处理2水分胁迫+最适温度条件下最大(P<0.01)，处理3水分充足+田间变温和处理4水分胁迫+田间变温2个处理，变异系数差异不显著(P>0.01)，而且小于处理3的变异系数。表明适宜的水分和温度下无芒雀麦种质萌发性能较高，各萌发指标的变异较小；一定程度的水分胁迫或变温处理下这些种质的萌发性能均有所下降，且萌发指标的变异系数也增大。在水分胁迫和变温2种胁迫下，有利于筛选抗旱和适应变温的种质材料，尤其是筛选抗旱种质的可能性较大。

表2 4种处理条件下55份无芒雀麦种质发芽势、发芽率和发芽指数的平均值和变异系数Table2 Means and variation coefficients of germination potentials,germination rates and germination indexes of 55 smooth brome grass accessions in 4 treatments

注：同行不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)

2.2 4种处理55份种质的聚类分析

4种处理下55份种质萌发指标系数的聚类分析表明(图1)。当欧氏距离为一定值时，55份种质分为不同的聚类，根据55份种质4种处理条的萌发指标系数值的大小，确定每一聚类的排序，Ⅰ类代表最优萌发性能，依次类推，V类最差。

处理1充足水分+最适温度，Ⅰ类种质有1号，Ⅱ类种质包括17、33、50、11号等，Ⅲ类种包括3号等，Ⅳ类种质包括8、35号等；处理2水分胁迫+最适温度，Ⅰ类种质包括17、1号等，Ⅱ类包括3、11号，Ⅲ类种质包括33、35、50、53号等。处理3在充足水分+田间变温，Ⅰ类种质包括1、17、8、33、35、50、53号等，Ⅱ类包括11，Ⅲ类包括3号等。处理4在水分胁迫+田间变温，Ⅰ类种质包括1、3、17号，Ⅱ类种质包括53、11号等，Ⅲ类种质包括33、8、50，等。聚类分析表明：1、17号种质在各种处理条件下、3号种质在双重胁迫下、8、33、35、50和53号在变温胁迫下，表现优良的萌发性能，适应于在高寒地区萌发，也可用做选育抗干旱和适应变温的亲本材料。

2.3 55份种质在4种处理条件下萌发指标隶属函数

55份种质在4种处理萌发指标综合评价其隶属函数值排名前10位的种质，依次为33、1、17、35、3、8、50、18、53和11号种质(表3)，此排序也表明了萌发性能的优劣。

3 讨论与结论

55份种质来自不同的生境，形成了不同的环境适应性。种子萌发性能是由多因素相互作用而构成复杂综合性状，每个因素都受环境的影响。因此，采用多种方法对种质全面考量评价，能够提高评价结果的准确性和可靠性，客观地筛选出优良种质[9，10]。55份种质的萌发指标的平均值和变异系数分析(表2)表明，在水分胁迫和变温胁迫条件下，55份种质萌发性能变异系数增大。基于增大的变异，聚类分析方法将55份种质在4种处理分成若干个具有同质性的簇群(图1)，每一簇群内的各种质间无显著差异，而簇群之间存在明显差异。根据每个处理条件下各聚类簇群萌发指标系数值的大小排序，推选出在不同条件下萌发特性优良的种质为1、17、3、8、33、35、50、53和号种质。隶属函数综合评价法结果中排名前10位的种质为33、1、17、35、3、8、50、18、53和11号种质(表3)。隶属函数综合评价的前10名，均处于聚类分析的Ⅰ类和Ⅱ类，筛选的优良种质是相同的，2种方法相互验证。

图1 4个处理下55个无芒雀麦种质发芽特性聚类分析Fig.1 Cluster analysis of 55 smooth brome grass accessions in different treatments

8份种质在4种处理的发芽率(表4)，1、17号种质只有在处理4水分胁迫+田间变温条件下，发芽率显著地低于其他的发芽率，而且各个处理中发芽率高于或等于其他种质(P<0.05)。3号种质在处理2水分胁迫+最适温度和处理3充足水分+田间变温2个处理下，发芽率显著高于其他2个处理条件，也高于或等于其他种质的发芽率(P<0.05)。8、33、35、50和53号种质在处理3充足水分+田间变温条件下，发芽率显著高于其他处理条件(P<0.05)。表明1、17号种质能适应水分和变温胁迫条件，3号种质在水分或变温单一的胁迫条件下，发芽率高，8、33、50和53号种质在变温条件下，发芽率达到对照，35号种质在变温条件下的发芽率高于对照。对8份入选种质在4种条件下发芽率的方差分析，进一步验证平均值变异系数分析、聚类分析和隶属函数综合评价3种方法，表明筛选的8份萌发性能优良的无芒雀麦种质是客观、准确的。

表3 55份无芒雀麦种质隶属函数值和综合评价Table3 Means of subordinative function and comprehensive evaluation of 55 smooth broom grass accessions

表4 8份萌发性能优良的无芒雀麦种质的发芽率Table4 Germination rates of 8 smooth brome grass accessions with better germination

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，同行不同大写字母表示差异显著(P<0.05)

本研究“最适水分”SWC 47%～49%为正常高寒草甸的土壤含水量，“水分胁迫”SWC 9%～12%为早春周边草地自然土壤含水量，处理3水分胁迫+田间变温的种子萌发为原位环境中的试验，试验条件真实地反映了高寒地区早春环境条件。

研究证明，田间变温条件可以刺激野生种质种子的萌发而提高发芽率[11]，引自北美州的无芒雀麦，在高寒草甸地区的田间出苗率明显地高于室内发芽率[12]，研究中的35号种质在变温条件下，发芽率显著高与对照，可以做为育种的亲本材料，利用其变温条件下优良发芽率的性状。

筛选的8份种质除53号甘肃无芒雀麦外，都是俄罗斯野生材料，原产地贝加尔山区和新西伯利亚地处高纬度、气候寒冷湿润，这些材料已经适应当地寒冷的生态环境，青海省虽然位于中纬地区，但海拔很高，其高寒气候与这些种质材料原产地相似，只是早春气温稍高，引进种质在青海省优良的萌发性能表明能够适应高海拔地区。

多年生高禾草在高寒牧区的萌发出苗率较低，藏北地区无芒雀麦的田间发芽率为56%，老芒麦的为7.7%～72.7%不等，披碱草60%[13]；甘南地区栽培垂穗披碱草，在5 ℃的发芽率约60%～86%；引自北美的无芒雀麦在青海省海拔4 000 m的高寒草甸夏季出苗率83.2%，但在地区次年返青率高达217%[14]，已经在生产中推广。此次研究无芒雀麦种质在高寒地区早春田间干旱条件下发芽率最高达到38.2%，但如果具有如此优良的返青率，那么可保证次年群落的苗生长和建植，值得筛选。

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Evaluation of seed germination of 55 smooth brome grass accessions under moisture and temperature stress

LIU Ying-chun1,LIU Wen-hui2

(1.QinghaiVocationalandTechnicalCollegeofAnimalHusbandryandVeterinaryMedicine,Huangyuan812100，China；2.QinghaiAcademyofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,Xining810001,China)

To select suiTableaccessions of smooth brome (BromusinermisLayss.) with draught and cold tolerance in alpine regions,the paper stuided the seed germination of 55 accessions in four treatments,including adequate moisture (saturated SWC 48.63%) + optimum temperature (25 ℃),moisture stress (SWC 10.21% + optimum temperature (25 ℃),adequate moisture (saturated SWC 49.22%) + variable temperature (-3 ℃～18 ℃) as well as moisture stress (SWC 11.03%)+ variable temperature (-3 ℃～18 ℃) in field.The results showed that No.1 and No.17 accessions were adapTableto both moisture stress and variable temperature in field.No.3 accession had better germination under single conditions of either moisture stress or variable temperature in field.Under variable temperature in field,the germinations of No.8,No.33,No.50 and No.53 accessions were same as that of the control.However,No.35 accession had better germination than that of the control.The eight selected accessions could be used as parent materials for draught and cold tolerance in breeding programs.

smooth brome grass accessions;draught and cold tolerance；seed germination

2014-10-03；

2015-03-05

国家牧草产业技术体系(CARS-35)资助

刘迎春(1962-)，女，山东寿光人,研究方向为牧草及草地退化治理。 E-mail：yingchunliu63@163.com 刘迎春为通讯作者。

S 543

A

1009-5500(2015)02-0085-06