PEG胁迫下不同紫云英品种萌发期抗旱性评价

刘彩玲，何春梅，王 飞，王利民，李清华，黄毅斌

(福建省农业科学院 土壤肥料研究所，福建 福州 350013)

紫云英属于豆科黄芪属，因其根部根瘤菌具有固氮作用，能够实现对土壤的改良和培肥的目的；是我国南方稻区主栽的绿肥作物，作为有机肥源，其应用种植模式多样化，不再仅仅是单一的作为水田绿肥与水稻进行套种，目前在山地果茶园、园艺种植中也得到了广泛的利用[1-4]。紫云英性喜湿润而排水良好的土壤，不耐干旱，又怕渍水。试验发现,在其整个生育期中各时期对水分的要求不相同，一般认为需水规律：苗期潮湿而不渍；越冬期润到湿润；春发期潮湿；结荚到成熟期湿润到润，过干过湿都会影响紫云英的正常生长[5-10]。呼玉峰等对紫云英不同生育期所需水分进行测定，发现紫云英种子在播种后出苗前期需水量最大，越冬时期和开花结荚期需水量较少[5]。广西农业科学院土壤肥料系根据土壤质地、天气情况等因素确定紫云英各个生育时期的需水量[9]。说明水分在紫云英整个生育期的过程中占有非常大的影响。在实际生产中，干旱或者洪涝环境都不利于紫云英种子的萌发，特别是现在极端天气频发，往往会导致紫云英出苗困难或者出现大面积死苗，严重影响了紫云英的生长发育和鲜草产量。刘佳等通过PEG胁迫对紫云英萌发期进行抗旱性鉴定，在受到较弱的PEG胁迫下，有利于幼苗的成活。在浓度达到20%后，其生长受到抑制，所有紫云英种质的种子均不能萌发[11]。周连成[12]对宁波大桥和紫冷艳一号进行萌发期和苗期抗旱性鉴定，发现紫冷艳一号的抗旱性更强。但是目前整体关于紫云英抗旱性评价的研究较少，如能从众多种质资源中筛选出抗逆性强的紫云英专用品种，一方面可为冬季干旱稻田或山地果茶园旱地提供新的绿肥品种选择，同时也解决易渍、易涝区稻田紫云英生产中的问题[13-14]。本研究旨在对紫云英萌发期抗旱性进行筛选，以期为今后选择抗旱型紫云英品种提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的紫云英品种(系)为福建省农业科学院土壤肥料研究所自主选育的闽紫品系，以及外省有代表性的地方品种。PEG-6000为分析纯，由国药集团化学试剂有限公司生产。

1.2 试验方法

选取成熟、籽粒大小均匀、饱满并且无虫害种子，经8%的过氧化氢(H2O2)溶液消毒5 min，用蒸馏水洗净后置于培养皿中，以双层湿润滤纸作为发芽床。按Michel等的方法配置聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)[1]，设置6个处理，分别为5%、10%、15%、20%、25%，以蒸馏水为对照，3次重复。萌发期试验在20～24 ℃人工气候箱内进行发芽试验，每天定时观察记录发芽种子数，发芽结束以连续4 d不再有种子发芽为准。在培养结束时，在每个培养皿中随机选取5株具有代表性的幼苗，测量其胚根、胚芽的长度及幼苗鲜重。

1.3 计算公式

相对发芽率(RGR,%)=胁迫处理的发芽率/对照的发芽率

胚根/胚芽(R/S)=胚根长度/胚芽长度

萌发胁迫指数(GSI)[13]=胁迫下种子发芽指数/对照种子发芽指数

萌发抗旱指数(GDRI)[15]=胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数

种子萌发指数=1.00×Rd2+0.75×Rd8+0.5×Rd6+0.25×Rd8

式中，Rd2、Rd4、Rd6、Rd8分别为第2、4、6、8的种子发芽率。

活力指数[16]=GI×S

式中，GI=∑(Gt/Dt),Gt为时间t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数，S为幼苗鲜重。

1.4 抗旱性综合评价方法

植物抗旱性研究中通常采用模糊数学隶属函数法进行评价[17-19]，本试验也采用此统计方法对不同紫云英种质材料萌发期的抗旱性进行综合评价。

(1)通过下式求出每个种质各指标的具体隶属值。

X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，X为某种质某一指标的测定值；Xmax为所有待鉴定种质某一指标测定值的最大值；Xmin为该指标中的最小值。

(2)求出每个紫云英种质各抗旱指标在不同PEG浓度下的隶属值，然后把每一指标在不同PEG浓度下的隶属值累加求平均值，最后再将每一种质各抗旱指标的隶属值累加求平均值。最终的平均值越大，则抗旱性越强。

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫对紫云英种子相对发芽率的影响

用质量分数大于20%的PEG-6000溶液处理，供试的紫云英种质材料在培养结束时均未见萌发，故对20%、25%处理浓度不做讨论。

种子相对发芽率能够相对客观地反映种子萌发期的抗旱性，值越大说明抗旱性越强[13]。由表1可知，随着PEG胁迫浓度的增加，各品种种子的相对发芽率均呈现下降的趋势，抑制程度随着PEG浓度的增加而增加。不同紫云英种质材料对干旱胁迫的响应程度不同。当PEG浓度由5%上升到10%时，弋江籽和信阳种相对发芽率显著降低，分别降低26.40%和17.17%，表明这2份种质材料对干旱胁迫较为敏感；而848711、升钟、宁波大桥相对发芽率均大于100%，相较于对照有所上升，表现出较强的抗旱性；继续升高胁迫浓度，所有种质的相对发芽率均显著下降，当处理浓度为15%时，宁波大桥相对发芽率最高，为41.65%，显著高于其余品种。

2.2 PEG胁迫对紫云英种子萌发抗旱指数及萌发胁迫指数的影响

萌发抗旱指数与萌发胁迫指数能够反映出品种间抗旱性在胁迫时间和强度上的差异[13]。由表2和表3可知，随着处理浓度的增加，所有紫云英品种的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数都呈下降趋势。当处理浓度为5%时，848711和升钟紫云英的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数都大于1，高于其他品种，以信阳种萌发抗旱指数和萌发胁迫指数为最低；当处理浓度为10%时，弋江籽与848711的萌发抗旱指数显著降低，所有品种萌发胁迫指数均显著降低。以升钟和宁波大桥的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数相对较高，弋江籽萌发抗旱指数和萌发胁迫指数最低。当处理浓度为15%时，所有品种的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数均显著降低，升钟和宁波大桥的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数仍最高，较其他品种表现出较强的抗旱性。

表1 PEG胁迫对紫云英相对发芽率的影响 %

表2 PEG胁迫对紫云英萌发抗旱指数的影响 %

表3 PEG胁迫对紫云英萌发胁迫指数的影响 %

2.3 PEG胁迫对紫云英种子活力指数的影响

种子活力与种子发芽率、整齐度、抗逆性和幼苗生长等有着密切的关系[11]。从表4可以看出，除了升钟紫云英在5%胁迫浓度下，活力指数比对照有所提高，提高了14.29%，其他品种的活力指数都随着PEG浓度的升高而降低。在对照条件下，宁波大桥和信阳紫云英的活力指数显著高于其他品种；848711活力指数最低，为0.038。在5%浓度胁迫下，与对照相比，所有紫云英种质资源活力指数均呈下降趋势，降幅在7.93%～23.42%，并且弋江籽和信阳种降幅达到显著水平；此时宁波大桥紫云英的活力指数最高，为0.116，以848711的活力指数最低，为0.038。在10%浓度胁迫下，各品种活力指数均显著下降，降幅38.10%～84.15%，以升钟和宁波大桥最高，均为0.052，848711的最低，为0.011。在15%浓度胁迫下，各品种活力指数降幅均大于90%，以宁波大桥活力指数最高，为0.02，并显著高于其他品种。

表4 PEG胁迫对紫云英活力指数的影响 %

2.4 PEG胁迫对紫云英胚根/胚芽的影响

若植物抗旱能力较强，其根系较为发达，根系能够表征植物的抗旱能力。从表5可知，低浓度胁迫下，所有品种胚根与胚芽的比值都较对照有所增加。但不同品种间，促进其胚根伸长且达到最大值的胁迫浓度不一致。弋江籽和信阳紫云英在5%胁迫浓度下，胚根长增至最长，分别比对照提高了55.2%和16.9%，之后随着胁迫浓度的增加呈下降趋势。848711和宁波大桥紫云英在胁迫浓度为10%时的比值达到最大，而后则下降。升钟随着胁迫浓度的升高，胚根/胚芽值呈逐渐上升趋势。从方差分析可以看出，当胁迫浓度为5%和10%时，弋江籽、848711和信阳的胚根/胚芽比值与对照相比无差异，说明这3个品种(系)的胚根与胚芽受低浓度胁迫的影响较小；在胁迫浓度为10%和15%时，升钟和宁波大桥紫云英种质的胚根/胚芽比值与对照相比均显著增加，差异显著。说明这2个品种也具有较强的抵抗干旱胁迫的能力。

表5 PEG胁迫对紫云英胚根和胚芽的影响 %

2.5 紫云英种质资源萌发期抗旱性综合评价

种子的抗旱能力是多种因素综合作用的结果，单一的指标不能代表其抗旱能力，需要对多项指标进行综合评价，以真实反映其抗旱能力。运用模糊数学隶属函数法，对供试紫云英种质的相对发芽率、抗旱指数、活力指数、胚根/胚芽比值进行隶属函数值计算，得出不同紫云英种质抗旱隶属函数总平均值。一般认为，评价值越大，其抗旱能力越强。结果表明抗旱性的强弱顺序为升钟>848711>宁波大桥>信阳>弋江籽。由此可知，紫云英品种之间的抗旱能力是有差异的。

表6 抗旱指标隶属值及抗旱性综合评价

3 结论与讨论

聚乙二醇常用作干旱胁迫剂，用来模拟干旱环境对植物萌发期抗旱胁迫的影响，在禾本科小麦、水稻等[20-21]、豆科苜蓿、苦豆子等[22-23]、果树[24]等多种植物上已广泛应用。本研究通过设置不同浓度梯度的胁迫溶液，对不同的紫云英种质材料的萌发特性和抗旱能力进行对比。从结果可以看出，低浓度的PEG胁迫对紫云英种质的种子萌发有一定的促进作用，在5%和10%的低干旱胁迫下，848711、升钟、宁波大桥的相对发芽率均比对照呈不同程度的升高，过去的研究将这种表象称为“引发作用”[25]，在其他作物种子萌发的抗旱性研究中也有报道。刘贵河等[25]在高丹草和鲁梅克斯中发现低浓度的PEG溶液对植物种子萌发具有较好的引发作用。梁国玲等[26]在同样发现低浓度下，4种羊茅属植物的相对发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均大于对照。之后随着PEG胁迫浓度的增加，其对紫云英种子的萌发作用由促进变为抑制，各种质之间受抑制的程度不同，并且不同种质资源对胁迫浓度的临界浓度并不相同。在本试验中，弋江籽和信阳在胁迫浓度为10%时，PEG对其作用由促进作用转为抑制，可能是胁迫浓度已经超过了临界浓度。试验中胁迫浓度梯度跨度较大，不能准确确定各种质资源种子萌发的临界胁迫浓度，因此还需进一步探讨各品种种质对干旱胁迫的耐受阈限。从本研究结果中还可知，低浓度胁迫能够促进胚根的生长，这是因为植物在受到逆境胁迫下，将其吸收到的有限的营养物质优先提供给胚根生长，以增加幼苗成活率[27]。胚根伸长是植物适应干旱的一种表现，有利于吸收更多的水分。继续增大胁迫浓度，胚根生长受到抑制。此外，在整个处理过程中，胚芽的生长始终受到抑制，其受抑制的强度大于胚根。

运用隶属函数法，对种子萌发的相对发芽率、抗旱指数、活力指数、胚根/胚芽比值等多项指标进行综合评价以鉴定种子抗旱性。本试验中紫云英种质资源抗旱性的强弱顺序为升钟>848711>宁波大桥>信阳>弋江籽。干旱胁迫下萌发期的抗旱性是否能够代表植物苗期或是全生育期的抗旱性，在不同的植物中表现不同。周连城[12]对宁波大桥与紫冷艳一号紫云英开展种子萌发期与苗期抗旱性评价，发现其结果表现一致。但是关于紫云英其他品种萌发期与苗期甚至全生育期抗旱性的相关程度的研究未见报道。因此，干旱对以上几个品种不同生育时期、不同生理过程的影响还需进一步探讨。