PEG模拟干旱胁迫对5份三叶草材料种子萌发的影响

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院， 内蒙古 呼和浩特 010019)

三叶草属植物是豆科(Leguminosae)草本植物，具有生长范围广、易于种植、便于管理等优点[1]。近年来，随着我国畜牧业的发展，三叶草作为一种优良的豆科牧草备受重视，而且其花色艳丽，也被广泛用于园林绿化，而且根上长有根瘤，可以起到固氮作用，也常常被用作前茬作物和恢复地被植物。在影响植物生长的众多因素中，水分条件对植物的生长发育尤为重要，而且水资源匮乏已成为世界性的难题[2]。我国又是世界上干旱半干旱地区面积较大的国家，旱地面积占全国总土地面积的52.5%[3]。本试验通过采用5个不同浓度的PEG-6000模拟干旱胁迫，研究不同三叶草属植物种子萌发期对干旱胁迫的响应，以期为三叶草优异抗旱种质资源筛选提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为新品系白三叶、海法白三叶、蒙农1号红三叶、多利红三叶、野火球，均由内蒙古农业大学草原与资源环境学院实验室提供。供试渗透物质为分析纯PEG-6000。

1.2 试验方法

1.2.1种子预处理

选取饱满无残缺的三叶草种子，用5%次氯酸钠溶液浸泡10 min，先用自来水冲洗数次，用蒸馏水反复冲洗3～4遍，最后用滤纸将水吸干。

1.2.2PEG胁迫处理

PEG溶液设0%(ck)、5%、10%、15%、20%共5个浓度梯度，不同浓度对应水势分别为0 MPa、-0.054 MPa、-0.177 MPa、-0.393 MPa、-0.735 MPa[4]，每个浓度梯度设4次重复。将种子均匀置于铺有2层滤纸的90 mm培养皿中，滤纸为8.5 mm×8.5 mm，滤纸用不同浓度的处理液浸湿，每皿50粒。放入人工智能培养箱，25 ℃萌发，光照时间12 h。釆用称重法每日补充蒸散的水分以维持溶液渗透势的恒定。

1.3 测定指标及方法

以第1粒种子发芽时为种子发芽始期，以有明显胚根破壳(露白)为发芽种子，根据国际种子检验规程[5]，每天记录种子的发芽数，第4天计算发芽势，第10天计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数。于第10天测量胚芽、胚根长度及幼苗的鲜重。

发芽率(%)=(发芽终止时全部正常发芽的种子数目/供试种子数目)×100%；

发芽势(%)=(发芽高峰期发芽的种子数/供试种子数目)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)，(Gt为在t日内的发芽数，Dt为相应的发芽日数);

活力指数=发芽指数×G，(G为发芽结束时幼苗重量)。

1.4 数据处理

采用Excel和SAS 9.0软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫对三叶草材料种子相对发芽率的影响

由图1可以看出，5份白三叶种子的发芽率随着PEG浓度的递增而呈下降趋势。5%的PEG胁迫下，蒙农1号红三叶、新品系白三叶和海法白三叶相对发芽率与对照组相比基本没有变化。当PEG浓度达到10%以后，除红三叶材料外，相对发芽率下降趋势逐渐增大，15%～20%高浓度的PEG胁迫下，2个红三叶材料的发芽率明显高于白三叶材料和野火球，尤其是野火球，在浓度20%的胁迫下基本不发芽。

图1 不同浓度的PEG-6000下三叶草材料种子的相对发芽率

2.2 PEG胁迫对三叶草材料种子相对发芽势的影响

由图2可以看出，随着PEG浓度的增大，与对照相比，各材料的发芽势均呈逐渐下降的趋势，5%浓度下海法白三叶的相对发芽势下降幅度最小，其次为野火球、蒙农1号红三叶，当浓度达到15%时，相对发芽势大小为：蒙农>多利>海法>野火球>新品系，浓度为20%时，各材料相对发芽势趋近于0。

图2 不同浓度的PEG-6000下三叶草属种子的相对发芽势

2.3 PEG胁迫对三叶草材料种子发芽指数的影响

由图3可以看出，随着PEG胁迫浓度的增加，5份三叶草材料种子的发芽指数跟发芽势一样，呈不断降低趋势。与对照相比，低浓度(5%)PEG处理对蒙农1号红三叶和海法白三叶的影响较小，处理浓度与种子活力成反比。当处理浓度达到20%时，种子活力趋近于0。整体上发芽指数大小为红三叶>白三叶>野火球，其中蒙农1号红三叶的发芽指数最好。

图3 不同浓度的PEG-6000下三叶草材料种子的相对发芽指数

2.4 PEG胁迫对三叶草材料种子活力指数的影响

由图4可知，5%～10%浓度下，海法白三叶的活力最高，且5%浓度下相对活力指数高于对照，其次为2个红三叶草材料。当浓度达到15%时，活力大小为：蒙农1号红三叶>海法白三叶>多利红三叶>新品系白三叶和野火球。当浓度达到20%时，各三叶草的活力趋近于0。

图4 不同浓度的PEG-6000下三叶草材料种子的活力指数

2.5 PEG胁迫对三叶草材料幼苗生长的影响

同一浓度不同材料下，低浓度(5%～10%)除多利红三叶外，其他材料间均无显著差异。浓度达到15%时，蒙农1号红三叶的相对胚芽长显著高于其他材料，白三叶材料与野火球之间无显著差异，多利红三叶显著小于其他材料。当胁迫梯度升高至20%时，相对胚芽长达到最低，各材料间无显著差异。同一材料不同浓度下，随着胁迫浓度的升高，相对胚芽长呈递减趋势，蒙农1号红三叶和野火球的胚芽长在低浓度下(5%～10%)与对照无显著差异，随着浓度的递增，胚芽长急剧下降。其他品种随着PEG浓度的上升，与对照呈显著差异，且随着干旱胁迫的加重，受抑制作用越明显。当胁迫梯度升高至20%时，胚芽长度最低，受抑制程度大小为蒙农1号红三叶<新品系白三叶<野火球<海法白三叶<多利红三叶(表1)。

表1 不同浓度的PEG-6000下三叶草相对胚芽长

PEG浓度/%蒙农1号红三叶海法白三叶多利红三叶野火球新品系白三叶01.00±0.00abA1.00±0.00aA1.00±0.00aA1.00±0.00aA1.00±0.00aA51.05±0.12aA0.76±0.06bA0.78±0.11bA0.99±0.07aA0.67±0.15bA100.86±0.03abAB0.78±0.07bAB0.45±0.08cC0.92±0.21aA0.69±0.08bAB150.71±0.05bA0.47±0.06cB0.32±0.03dC0.57±0.11bB0.48±0.08cB200.66±0.13cA0.39±0.11cA0.17±0.03eA0.42±0.05bA0.43±0.10cA

注：不同大小写字母表示(p<0.05)差异显著。下同。

表2 不同浓度的PEG-6000下三叶草相对胚根长

PEG浓度/%蒙农1号红三叶海法白三叶多利红三叶野火球新品系白三叶01.00±0.00abA1.00±0.00aA1.00±0.00abA1.00±0.00abA1.00±0.00aA51.10±0.06aA1.04±0.08aAB0.93±0.18abAB1.08±0.03aAB0.92±0.02aB100.94±0.09bA0.86±0.06bAB0.97±0.11aA0.85±0.17bAB0.70±0.12bB150.81±0.10cA0.47±0.11cBC0.75±0.04bAB0.30±0.21cAB0.17±0.10cC200.11±0.02dA0.09±0.02dA0.12±0.10cA0.12±0.05cA0.08±0.03cA

表3 不同浓度的PEG-6000下三叶草相对苗鲜重

PEG浓度/%蒙农1号红三叶海法白三叶多利红三叶野火球新品系白三叶01.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA1.0000±0.0000aA50.9417±0.0438aA0.8292±0.0510bB0.9430±0.0533aA0.9465±0.0863aA0.8626±0.0564bAB100.7907±0.0804bA0.7586±0.0878bA0.6841±0.0498bA0.7846±0.0588bA0.6832±0.1060cA150.5859±0.0397cA0.4305±0.1016cBC0.5143±0.0446cAB0.3789±0.1526cBC0.3550±0.0698dC200.1854±0.0475dA0.1974±0.0139dA0.2399±0.0284dA0.2952±0.0327dA0.2087±0.0491eA

受到干旱胁迫时，幼苗的胚根越长，越有利于在干旱的环境下吸收水分。胚芽和胚根受到的抑制作用相近。同一浓度不同材料间的相对胚根长间基本无显著差异，整体上蒙农1号红三叶的相对胚根长较其他三叶草材料的长势更好。5%浓度的PEG胁迫下幼苗的相对胚根长度与对照差异不显著，蒙农1号红三叶、海法白三叶和野火球的胚根长度高于对照。当胁迫浓度为10%时，除多利红三叶和野火球外，胚根长度开始显著下降。当胁迫浓度为20%时，各品种幼苗的胚根长度下降幅度最大(表2)。

2.6 PEG胁迫对三叶草属幼苗鲜重的影响

同一浓度下，各白三叶材料相对苗鲜重差异基本不显著。5%浓度下，海法白三叶显著低于其他三叶草材料，与新品系白三叶差异不显著。15%浓度下蒙农1号红三叶相对苗鲜重显著高于其他三叶草材料，20%浓度下相对苗鲜重达到最低，5个材料间差异不显著。随着处理液浓度的上升，干旱胁迫下相对苗鲜重显著降低，5%浓度下除白三叶材料外，其余品种均与对照无显著差异，当浓度达10%后，各处理间差异显著，幼苗鲜重开始大幅下降。5种三叶草属幼苗中，多利红三叶幼苗鲜重最重，其次为蒙农1号红三叶和野火球(表3)。

3 讨论与小结

土壤干旱已经成为影响全球生态系统的重要环境因子，严重的影响植物的生长和发育。种子萌发作为种子生活史上的重要阶段，决定了植物能否在干旱、盐碱等逆境下生存；提高种子发芽率，是建植草地、提高草产量的重要前提[6-7]。干旱胁迫下种子的萌发情况是评价植物抗旱性的一个重要环节，植物种子能否在干旱胁迫下萌发成苗，是保证植物在干旱条件下正常生长的前提[8]。种子萌发重要指标发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数是反映种子的质量好坏、发芽速度、种子发芽的整齐度和幼苗健壮的趋势[9-10]。本研究结果发现，随着干旱胁迫程度的加剧，5份三叶草材料种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数总体均呈下降趋势。程波等研究表明，不同渗透势PEG溶液对紫花苜蓿种子的萌发均有抑制作用，且抑制效果随着渗透势的降低而增强[11]；本研究结果与之相似。胚芽长、胚根长、鲜重也是反映植物种子萌发期及苗期抗旱性强弱的重要指标，本试验中各材料的相对胚芽和胚根长、相对苗鲜重低浓度下影响不大，随PEG胁迫浓度的上升，各指标值下降。

整个干旱胁迫过程中，不同材料表现出不同的抗旱性。干旱胁迫下，各指标在PEG浓度为20%时达到最低，高浓度胁迫对三叶草属植物抑制作用更大，5份三叶草材料种子对高浓度的干旱胁迫更为敏感。在白三叶的研究中，15%PEG浓度就开始较强地抑制种子的萌发[12]，本试验中同样在PEG浓度达到15%时种子萌发受抑制。在研究PEG胁迫苜蓿材料时发现，苜蓿的根长均被20%的PEG显著抑制，且苗长在PEG浓度达12%时就已经受到显著抑制[13]。本研究中浓度达到10%时，各白三叶材料间根长受到显著抑制。通过对各指标研究，发现蒙农1号红三叶抗旱性最好，其相对发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对胚芽长、胚根长和相对苗鲜重在低PEG-6000浓度胁迫下维持较高的水平，其次为海法白三叶和多利红三叶，新品系白三叶和野火球抗旱性较差。