7种绿肥作物种子萌发期抗旱性的研究

赵阳佳，吕鹏辉，徐小萌, 南张杰，周吉红，宋振伟，李润枝*

(1.农业应用新技术北京市重点实验室，植物生产国家级实验教学示范中心，北京农学院，北京102206；2.北京市农业技术推广站，北京100029；3.中国农业科学院 作物科学研究所，农业农村工作部作物生理生态重点实验室，北京 100081)

由于农业水资源短缺形势日益严峻，合理利用水资源及农业可持续发展已成为中国农业的重要战略方向[1]。近年来，北京冬季气温呈显著增暖而降水呈显著减少趋势，这种暖干气候加剧了北京水资源危机[2]。冬小麦是一种高耗水作物，根据《北京市“十三五”都市现代农业规划》，到2020年，京郊粮田占地规模减少到5.3万公顷，主要退出商品粮与生产性小麦等高耗水粮食作物的种植。但是小麦等高耗水粮食作物面积的调减，势必会加剧京郊休闲农田生态功能的恶化。因此，在粮食退出区域重点发展“生态作物+雨养旱作作物”，以及推行种养结合、“三生结合”型的绿肥种植技术模式对建立生态型的京郊农业具有十分重要的意义。

绿肥是中国传统农业的精华，是生态农业的重要组成部分[3]。绿肥又是重要的有机肥源，在生态环境保护、提高土地肥力、有效改善土壤质地等方面都具有重要作用[4]。在北京地区实行绿肥与农作物轮作的种植方式，不仅可以有效的利用冬季土地资源，同时还可以达到为后茬作物提供养分的作用。北京早春气候干旱，降雨量较少，作物自身的抗旱能力便成为一种重要的、经济的、有效的抗旱措施，因此，筛选抗旱性强的绿肥作物来替代高耗水作物冬小麦的种植对北京地区耕地质量、水资源利用等方面都有着至关重要的作用。

因此对不同绿肥作物在干旱条件下的萌发情况进行研究，比较不同绿肥作物种子的萌发期抗旱能力，为筛选适宜北京地区种植的绿肥品种提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

选用7种绿肥作物种子为材料，包括红三叶(Trifoliumpretense)、田菁(SesbaniaCannabina)、黑麦草(LoliumperenneL.)、紫云英(AstragalussinicusL.)、毛叶苕子(ViciavillosaRoth)、油菜(BrassicacampestrisL.)和白三叶(TrifoliumpretenseL.)。另外选用小麦(TriticumaestivumL.)作为对照。其中，紫云英、毛叶苕子、小麦、油菜和白三叶种子为北京市农业技术推广站提供，红三叶、田菁和黑麦草种子在种子市场购买。

1.2 试验方法

从供试种子中选取成熟、饱满且大小适中、均匀一致、无病虫害的健康种子，用1%的次氯酸钠溶液浸种消毒10 min，无菌水冲洗3次，待用。

标准发芽试验(CK)：在发芽盒(12 cm×12 cm×6 cm)中置2层滤纸，加入无菌水至滤纸饱和，随机选取消毒后的种子100粒均匀摆放在发芽盒中的滤纸上，3次重复。然后，置于20 ℃人工智能植物培养箱中培养10 d，种子发芽期间，每天观察种子萌发情况并记录发芽粒数，直到第10 d发芽试验结束。种子发芽标准：胚根突破种皮2 mm为发芽种子。

干旱发芽试验(CT)：采用15%的PEG-6000(以下简称PEG)溶液作为培养试剂，其他处理同标准发芽试验。

1.3 测定项目

发芽试验期间和结束时测定发芽数，按照以下公式计算种子萌发指标：发芽势GE=初次计数发芽数/发芽试验样品粒数×100%；发芽率GP=末次计数发芽数/发芽试验样品粒数×100%；发芽指数GI=Σ(Gt/Dt)；平均发芽时间MGT=Σ(Gt×Dt) /ΣGt。式中：Dt—发芽时间，Gt—与Dt相对应的每天发芽种子数。

萌发指标的相对值：相对发芽势GGE=处理发芽势/对照发芽势×100%；相对发芽率GGP=处理发芽率/对照发芽率×100%；相对发芽指数GGI=处理发芽指数/对照发芽指数×100%；相对平均发芽时间GMGT(倍)=处理发芽时间/对照发芽时间。

1.4 抗旱能力评价方法

采用模糊隶属函数法对不同作物抗旱性进行综合评价，测定的数据采用Microsoft office 2010软件整理，然后利用SPSS 23.0软件对数据进行统计分析，数据的多重比较采用LSD最小显著差异法。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对7种绿肥作物种子活力的影响

由表1可知，在PEG模拟干旱的条件下，8种作物种子的萌发均受到不同程度的影响，种子发芽势、发芽率、发芽指数降低，平均发芽时间增加。其中，在标准发芽试验中，小麦种子的发芽势最高，为98%；毛叶苕子油菜种子的发芽势分别为92%和88%，与小麦种子无显著(P<0.05)差异；田菁种子的发芽势最低，为57%，显著低于其他几种作物种子。在干旱条件下，油菜种子的发芽势最高，为63%；其他几种作物种子的发芽势均显著低于油菜种子，特别是白三叶、田菁、紫云英种子，在干旱下的发芽势均降至10%以下。

在标准发芽试验中，小麦种子的发芽率最高，为99%；毛叶苕子、黑麦草、油菜种子的发芽率与小麦种子无显著(P<0.05)差异；田菁种子的发芽率最低，为68%，显著低于其他几种作物种子。干旱条件下，黑麦草种子仍保持较高的种子活力，其发芽率为83%，显著高于其他几种作物种子，田菁、白三叶、红三叶种子发芽率最低，分别为6%、15%、17%，显著低于其他几种作物种子。

在标准发芽试验中，油菜、小麦、紫云英种子发芽指数最高，分别为32.4、32.4、30.3，显著(P<0.05)高于其他几种作物种子，红三叶、黑麦草、田菁种子的发芽指数分别为23.9、22.1、20.2，显著低于其他几种作物种子；干旱条件下，油菜、黑麦草种子发芽指数分别为16.7、15.5，显著高于其他几种作物种子，田菁种子的发芽指数仅为1.0，显著低于其他作物种子。

在标准发芽试验中，黑麦草种子的平均发芽时间最长，为4.3 d，显著(P<0.05)高于其他几种作物种子；油菜种子的平均发芽时间最短，为3.0 d，与小麦、紫云英种子无显著差异，但显著低于其他5种作物种子。干旱条件下，田菁、紫云英、白三叶种子的平均发芽时间分别为7.0、6.9 、6.1 d，显著高于其他几种作物种子；油菜种子的平均发芽时间最短，为4.2 d，与红三叶、小麦、毛叶苕子无显著差异，但显著低于其他4种作物种子。

表1 小麦和7种绿肥作物种子在标准和干旱发芽试验中的萌发指标Tab.1 Seed germination indexes of wheat and seven green manure crops evaluated by standard and drought germination tests

不同字母a,b,c表示在0.05水平上有显著性差异

Note:different letters following trait values indicate significant difference atP=< 0.05

2.2 7种绿肥作物种子萌发期抗旱能力的差异

从表2可以看出，黑麦草种子的相对发芽势最大，为61%，显著高于其他几种作物种子；紫云英、田菁、白三叶种子的相对发芽势均小于10%，显著低于其他5种作物种子。黑麦草种子的相对发芽率最大，为89%，显著高于其他几种作物种子；田菁种子的相对发芽率最低，为9%，显著低于其他几种作物种子。黑麦草种子的相对发芽指数最高，为70.3%，显著高于其他几种作物种子；田菁、白三叶、紫云英、红三叶种子的相对发芽指数分别为4.8%、10.1%、12.0%、15.0%，显著低于其他4种作物种子。紫云英、田菁种子的相对平均发芽时间分别为2.2、2.0 d，显著慢于其他6种作物种子；黑麦草和红三叶种子的相对平均发芽时间最短，均为1.3 d，与小麦、油菜种子无显著差异，但显著快于其他5种作物种子。

表2 小麦和7种绿肥作物种子在干旱胁迫下的相对萌发指标Tab.2 Relative germination indexes of the seeds of wheat and seven green manure crops under drought stress

不同字母a,b,c表示在0.05水平上有显著性差异。

Note: different letters following trait values indicate significant difference atP=< 0.05.

2.3 模糊隶属函数法对8种作物抗旱性的综合评价

采用模糊隶属函数法对上述各作物的抗旱性进行综合评价，综合抗旱指数D值越大表示作物的抗旱性越强。从表3可以看出，8种作物的抗旱性强弱依次为：黑麦草、油菜、小麦、毛叶苕子、红三叶、白三叶、紫云英、田菁，说明黑麦草和油菜的抗旱性比小麦强，而其他作物的抗旱性均弱于小麦。

表3 8种作物在干旱胁迫下相对萌发指标隶属函数值及综合评价值Tab.3 Relative germination index membership function value and comprehensive evaluation value of eight crops under drought stress

3 讨论和结论

种子是最重要的农业生产资料之一，种子萌发期的发芽状况是判断种子质量、确定播期的一项重要指标，这个时期也是对植物抗旱性研究的重要时期[5-7]。聚乙二醇(PEG-6000)无毒，并且容易被植物体所吸收，是模拟土壤干旱环境来鉴定作物种子萌发以及幼苗阶段抗旱性的理想渗透剂。目前，在水稻、玉米、牧草等作物上有很多报道[8-11]。本试验采用15%PEG-6000模拟干旱条件对不用作物的抗旱性进行研究，结果表明，15%PEG-6000能显著抑制种子的萌发和生长，种子的发芽势、发芽率、发芽指数等指标均显著下降，本研究结果与其他作物中的报道基本一致[12-13]。

北京生态农业的发展迫切需求能够替代高耗水小麦的绿肥品种，因此适应北京生态条件的绿肥品种的筛选和鉴定是基础性工作。而抗旱性是绿肥作物筛选的关键指标。抗旱性是受多种因素影响的复杂数量性状，在萌发期鉴定出的具有较强抗性的种质是否在苗期乃至整个生育期也具有较强的抗性，其相关程度还有待进行苗期和全生育期的进一步研究。本试验对供试的7种绿肥作物种子萌发期发芽势、发芽率、发芽指数、平均发芽时间进行分析，结果表明，7种绿肥作物抗旱性强弱为：黑麦草、油菜、毛叶苕子、红三叶、白三叶、紫云英、田菁。其中黑麦草和油菜的抗旱性比小麦要强，而其他作物的抗旱性均弱于小麦。本试验初步筛选出黑麦草和油菜两种萌发期抗旱性较强的绿肥作物，为北京地区种植的耐抗旱萌发的绿肥品种提供参考。