溫度和水分對賴草種子萌發(fā)的影響

王傳旗，梁 莎，張文靜，鄧時梅，包賽很那，苗彥軍

(西藏農(nóng)牧學(xué)院，西藏 林芝 860000)

西藏地區(qū)作為青藏高原的主體，是特殊生境的典型代表[1]。由于喜馬拉雅山脈阻擋了來自印度洋暖濕氣流的進(jìn)入且近些年來全球氣候變暖以及青藏高原仍處在強(qiáng)烈的上升期這三大因素的影響，西藏地區(qū)氣候越來越干旱。干旱是導(dǎo)致西藏高寒草地退化的重要誘因。目前，草地退化問題已經(jīng)成為制約西藏草牧業(yè)發(fā)展的根本性問題[2]。賴草(Leymussecaliuus)屬禾本科植物，地下莖發(fā)達(dá)，耐寒、耐旱、耐鹽堿性強(qiáng)，種植范圍廣泛[3]，對生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)具有重要意義。

種子萌發(fā)是植物生活史中的起始階段，在這一階段，種子對外界的環(huán)境因子反應(yīng)敏感，而種子發(fā)芽率的高低是決定植物幼苗建成和草地建植成敗的關(guān)鍵因素之一。溫度和水分是影響牧草種子萌發(fā)的兩大主要生態(tài)因子。適宜的溫度對植物種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，但過高或過低的溫度均不利于種子萌發(fā)[4]。聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)是一種較理想的高分子滲透劑，被一些研究者廣泛用于植物種子萌發(fā)期的耐旱性研究[5]。目前，通過PEG來研究種子的萌發(fā)特性已成為評價(jià)植物抗旱能力的重要手段，并在禾本科[6]、豆科[7]、桔梗科[8]、灌木[9]等不同的植物中有所報(bào)道。因此，本研究通過配制不同濃度PEG-6000溶液模擬不同的干旱脅迫條件來研究西藏班戈縣野生賴草種子萌發(fā)期間的抗旱性。研究結(jié)果將為擴(kuò)大賴草的種植范圍以及選育抗旱的賴草新品種提供一定的依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　種子的采集

賴草種子于2014年采自那曲至班戈縣級公路74 km陽坡、沙土處(31°44′31″ N，91°18′08″ E，海拔4 617 m)。采收后風(fēng)干封裝并于4 ℃條件下保存，所有試驗(yàn)于2017年4月進(jìn)行。

1.2　試驗(yàn)方法

選擇籽粒飽滿、大小均一、成熟的賴草種子[10]，用1%的次氯酸鈉溶液消毒10 min后,用蒸餾水沖洗干凈，自然晾干備用[11]。采用紙上發(fā)芽法，將種子置于鋪有雙層濾紙的塑料發(fā)芽盒中。系列發(fā)芽試驗(yàn)均在RXZ智能人工氣候箱內(nèi)、黑暗條件下進(jìn)行。

1.2.1溫度處理培養(yǎng)溫度設(shè)置為10、15、20、25、30 ℃ 5個恒溫處理和10/20、15/25和20/30 ℃3個變溫處理。每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子。在黑暗條件下培養(yǎng)15 d，以芽長超過種子本身長度的1/2作為種子發(fā)芽的標(biāo)志，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)。

1.2.2干旱處理配制0(CK)、5%、10%、15%、20%和25%不同質(zhì)量濃度的聚乙二醇(PEG-6000)溶液，用以形成不同的干旱條件。依據(jù)文獻(xiàn)[12]的計(jì)算公式，與之相對應(yīng)的溶液水勢梯度大約為0、-0.10、-0.20、-0.40、-0.80、-1.60 MPa。在最適宜恒溫25 ℃、無光照培養(yǎng)條件下進(jìn)行萌發(fā)。每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)50粒種子。試驗(yàn)期間，每隔2 d使用萬分之一的天平稱重加水使濾紙保持濕潤，濃度不變[3]。以胚根與種子等長作為種子發(fā)芽的標(biāo)志。試驗(yàn)周期為15 d。

1.3　萌發(fā)指標(biāo)計(jì)算公式

發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%[13]；

發(fā)芽指數(shù)(Gi)=∑(Gt/Dt)。

式中：Gt指第t日的發(fā)芽數(shù)，Dt指相對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)=Gi×Sx。

式中：Sx為根平均長度[14]。

胚根和胚芽長的測定：從每個處理的塑料發(fā)芽盒內(nèi)隨機(jī)取20個正常生長的幼苗用直尺進(jìn)行胚根和胚芽長的測量，不夠20株的全部測量，取平均值[15]。

1.4　數(shù)據(jù)處理

采用DPS 6.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析，樣本間的差異顯著性用Tukey檢驗(yàn)，圖表用WPS軟件制作，圖表中萌發(fā)指標(biāo)的數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2　結(jié)果與分析

2.1　溫度對賴草種子萌發(fā)的影響

溫度對賴草種子萌發(fā)有極顯著影響(P<0.01)(表1)。賴草種子在8種溫度處理下均能萌發(fā)。恒溫處理下，20和25 ℃培養(yǎng)條件下的種子最終發(fā)芽率無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于其他恒溫處理(P<0.05)。變溫處理中，10/20和15/25 ℃處理下的種子發(fā)芽率無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于20/30 ℃處理(P<0.05)。恒溫25 ℃和變溫15/25 ℃處理下，賴草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達(dá)到了較高水平。

隨著溫度的升高種子胚芽和胚根長呈先升后降的變化趨勢(圖1)。恒溫25 ℃和變溫15/25 ℃處理下，種子胚根和胚芽長均達(dá)到最大值。其中，恒溫25 ℃處理下種子胚根和胚芽長大于變溫15/25 ℃處理下，但差異不顯著(P>0.05)。

表1　溫度對賴草種子萌發(fā)的影響Table 1　Effect of temperature on seed germination of Leymus secalinus

同列不同大小寫字母分別表示不同溫度間極顯著(P<0.01)和差異顯著(P<0.05)。表2同。

Different capital and lowercase letters in the same column indicate singnificant difference at 0.01 and 0.05 level, respectively. similarly for Table 2.

圖1　溫度對賴草種子胚芽和胚根的影響Fig. 1　Effect of temperature on Leymus secalinus seedling plumule and radicle length

2.2　干旱脅迫對賴草種子萌發(fā)的影響

隨著PEG滲透勢的增大，賴草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢(表2)。-0.10 MPa滲透勢處理下，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)較對照下降不顯著(P>0.05)；當(dāng)PEG滲透勢為-0.40 MPa時，與對照相比，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)顯著下降(P<0.05)，活力指數(shù)極顯著(P<0.01)。通過線性回歸分析得出，PEG滲透勢與賴草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的關(guān)系依次為y=-13.03x+96.93(R2=0.98)、y=-5.75x+33.49(R2=0.97)和y=-26.30x+137.75(R2=0.85)。

PEG滲透脅迫對賴草種子胚芽和胚根長具有顯著影響(P<0.05)(圖2)。賴草種子胚芽長隨著PEG滲透勢的升高而呈遞減趨勢，且在-1.60 MPa達(dá)到最小值。種子胚根長隨著PEG滲透勢增加呈先升后降的趨勢，在-0.10 MPa為最大值。

3　討論與結(jié)論

3.1　溫度對西藏班戈縣野生賴草種子萌發(fā)的影響

溫度是影響種子發(fā)芽最關(guān)鍵的生態(tài)因子，過高和過低的溫度對種子發(fā)芽均有不同程度的影響[16-17]，本研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。恒溫10和30 ℃處理下，賴草種子發(fā)芽率僅為36%和12%?？赡苁堑蜏貙?dǎo)致種子的吸水能力和酶活性等生理生化進(jìn)程受到影響或抑制，進(jìn)而影響種子的萌發(fā)[18]。而過高的溫度會使酶變性從而影響種子萌發(fā)[19]。在恒溫25 ℃下，種子發(fā)芽率為84%，胚根和胚芽長也達(dá)到了最大值，分別為5.16和7.57 cm。這可能是由于適宜的溫度使酶促過程中呼吸作用加強(qiáng)，種子體內(nèi)貯藏的養(yǎng)分快速變成胚能夠利用的可溶性狀態(tài)，從而提高了賴草種子萌發(fā)速度。綜合野生賴草種子發(fā)芽率和幼苗生長狀況，恒溫25 ℃處理下賴草種子萌發(fā)效果最佳；其次是變溫15/25 ℃處理，賴草種子發(fā)芽率可高達(dá)78%以上。這與溫濤等[20]研究結(jié)果一致。

表2　溫度對賴草種子萌發(fā)的影響Table 2　Effect of temperature on seed germination of Leymus secalinus

圖2　PEG干旱脅迫對野生賴草種子胚根和胚芽長的影響Fig. 2　Leymus secalinus seedling radicle and plumule lengths under different PEG osmotic stress levels

3.2　干旱脅迫對西藏班戈縣野生賴草種子萌發(fā)的影響

在干旱和半干旱地區(qū)，水分是調(diào)控植物生長的關(guān)鍵因子，植物可通過調(diào)整不同器官的生長來適應(yīng)外界土壤水分的變化[20-21]。而發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)及種子胚根、胚芽等指標(biāo)是評價(jià)和判斷種子抗旱能力的主要依據(jù)[22]。因此，本研究采用PEG-6000模擬不同干旱脅迫條件，對西藏班戈縣野生賴草種子萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行綜合分析。研究表明，隨PEG-6000滲透勢的升高，賴草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均表現(xiàn)為下降現(xiàn)象。PEG-6000滲透脅迫抑制了種子萌發(fā)。當(dāng)PEG-6000滲透勢為-0.40 MPa時，與對照相比，賴草種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均顯著下降(P<0.05)。PEG-6000滲透勢為-0.10 MPa時，賴草種子胚根較對照略長。這與劉貴河等[23]對PEG脅迫下5種牧草飼料作物種子萌發(fā)期的抗旱性研究和魚小軍等[24]所觀察到的溫度和水分對醉馬草種子萌發(fā)的影響研究結(jié)果相類似。說明在輕度干旱條件下賴草種子更多的生物量用于根部生長，即將有限的養(yǎng)分資源優(yōu)先分配到胚根以求得生存，這對賴草在西藏班戈地區(qū)種族延續(xù)具有重要意義。由于對植物抗旱性的評價(jià)受到多種因素的影響(如遺傳、生理生化指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)等)[25]，而本研究僅在賴草種子萌發(fā)階段反映了其與干旱脅迫的關(guān)系，因此對于賴草幼苗及成株期的抗旱性生理機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。