新疆野生沙蘆草萌發(fā)期抗旱生理機制研究

文│辛慧慧（新疆維吾爾自治區(qū)草原總站）

新疆野生沙蘆草屬于國家二級保護植物，屬于冰草屬多年生叢生牧草，抗寒、抗旱、耐鹽堿性強，營養(yǎng)豐富，是我國北方干旱和半干旱地區(qū)改良天然牧草和人工草地的適宜草種。在新疆維吾爾自治區(qū)阿勒泰等干旱半干旱荒漠地區(qū)隨處可見成片的沙蘆草，而這些正是經(jīng)過長期自然選擇形成的珍貴的抗旱耐寒野生牧草資源，是一種具有重要生態(tài)和遺傳價值的植物材料。扁穗冰草又稱為野麥子、冰草，是禾本科、多年生草本植物，一種優(yōu)良的牧草生長于干燥的草地、山坡、丘陵和沙地上，是新疆地區(qū)人工草地建植的牧草之一。

水分是影響植物正常生長發(fā)育的關鍵生態(tài)因子之一，當植物遭遇水分缺失、干旱脅迫時，會發(fā)生一系列反應，影響植物的正常生長發(fā)育，嚴重時可導致植物死亡，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和畜牧業(yè)發(fā)展帶來不利影響。萌發(fā)期是牧草生活史的關鍵階段，也是研究抗旱能力的重要時期，這一時期與牧草出苗和生長發(fā)育息息相關。因此，研究牧草萌發(fā)期的抗旱性至關重要。PEG-6000是一種高分子滲透劑，因其親水性強，可調(diào)節(jié)滲透勢，在模擬干旱脅迫的過程中具有與土壤水分控制相似的效果，是近年來研究植物抗旱性的重要方法之一。各項研究雖然均采用PEG溶液進行模擬干旱脅迫試驗，但不同植物種子萌發(fā)期對干旱脅迫的耐受程度不同。因此，根據(jù)生產(chǎn)實際，開展不同植物種子萌發(fā)期干旱脅迫耐受試驗對指導生產(chǎn)意義重大。

迄今為止，相關學者對冰草抗旱性研究較多，而對新疆野生沙蘆草的抗逆性研究報道較少，研究不夠系統(tǒng)和深入。沙蘆草作為新疆荒漠草原的主要植被，在長期干旱、寒冷的情況下已形成一套適應逆境的機制，深入系統(tǒng)研究其機制具有重要的現(xiàn)實意義。本研究以野生采集的沙蘆草種子和商品種扁穗冰草種子為材料，研究沙蘆草萌發(fā)期的抗旱性，為在新疆地區(qū)建立沙蘆草草種基地提供理論依據(jù)，為退化草地生態(tài)恢復和牧草種質資源保護提供理論依據(jù)。

一、材料與方法

1.試驗材料。本試驗所用材料為2021年9月采集于阿勒泰福海地區(qū)的沙蘆草種子，并以購買天博草業(yè)公司的扁穗冰草種子作為對照。

2.試驗方法。

（1）萌發(fā)試驗。配制濃度為0、5%、10%、20%和30%的5種不同質量分數(shù)的PEG-6000溶液，將2層濾紙放入培養(yǎng)皿中，然后加入2毫升配制好的PEG-6000溶液，選擇成熟、飽滿、均一的種子，數(shù)取100粒均勻擺在培養(yǎng)皿中，每個處理3個重復，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)，及時保持水分，觀察萌發(fā)動態(tài)，以芽長等于種子長為發(fā)芽標準，發(fā)芽后7天時統(tǒng)計發(fā)芽勢，14天時統(tǒng)計發(fā)芽率。發(fā)芽率（Gp，%）＝n/N×100(式中n為發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子總數(shù))；發(fā)芽勢（Ge，%）＝n/N×100（式中n為第7天累積發(fā)芽種子數(shù)，N為供試種子總數(shù)）。在萌發(fā)14天測定胚芽長度和胚根長度，在每個培養(yǎng)皿內(nèi)選擇10株幼苗，用游標卡尺測量其胚芽長度和胚根長度，10個重復取其平均值。葉片丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸測定。相對電導率的測定以《植物生理學實驗技術》為指導，取植株鮮葉片，用去離子水清洗2～3次，稱取0.2克，剪成1厘米大小放入10毫升帶塞的試管中，加入8毫升去離子水后，立即放入真空干燥器中用真空泵抽氣15分鐘，搖勻，在室溫下靜置3小時。3小時后將各試管充分搖勻，用電導儀測其初電導值。加塞，在沸水浴中浸提10分鐘，取出試管后用自來水冷卻至室溫，搖勻，平衡后測定終電導值。

3.統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)采用Excel、SAS9.0軟件進行統(tǒng)計分析及處理。

二、結果與分析

1.不同程度干旱脅迫對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響。由圖1可知，扁穗冰草和沙蘆草隨著PEG濃度的增加，發(fā)芽率、發(fā)芽勢均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。在5% PEG濃度處理下，扁穗冰草和沙蘆草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢較未處理的略有升高。PEG濃度0到5%之間，扁穗冰草的發(fā)芽率提高2%，發(fā)芽勢提高3%，沙蘆草的發(fā)芽率提高8%，發(fā)芽勢提高12%，低濃度PEG處理對沙蘆草和扁穗冰草種子的萌發(fā)具有促進作用。10%～30% PEG濃度脅迫處理下，沙蘆草和穗冰草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢隨濃度的升高而降低，PEG濃度為5%～30%，扁穗冰草的發(fā)芽率從88%降低到5%，發(fā)芽勢從67%降低到2%，沙蘆草的發(fā)芽率從84%降低到11%，發(fā)芽勢從65%降低到5%。沙蘆草的發(fā)芽率和發(fā)芽勢在10%、20%和30% PEG脅迫處理下均高于扁穗冰草。

2.不同程度干旱脅迫對沙蘆草胚芽長和胚根長的影響。由圖2可知，隨著PEG濃度的增加，扁穗冰草和沙蘆草的胚芽長和胚根長呈先升高后下降趨勢。在5%PEG濃度的處理下，扁穗冰草和沙蘆草的胚芽長、胚根長比5%PEG濃度處理下的要高，PEG濃度為0～5%，扁穗冰草的胚芽長提高3毫米，胚根長提高2毫米，沙蘆草的胚芽長提高13毫米，胚根長提高10毫米，低濃度PEG對胚芽長和胚根長有促進作用。在10% PEG以上的高濃度處理下，沙蘆草和扁穗冰草的胚芽長、胚根長隨濃度的升高而降低，PEG濃度為5%～30%，扁穗冰草的胚芽長從74毫米降低到6毫米，胚根長從67毫米降低到4毫米，沙蘆草的胚芽長從75毫米降低到12毫米，胚根長從56毫米降低到9毫米。沙蘆草的胚芽長、胚根長在10%、20%和30%PEG處理下均高于扁穗冰草。

◎圖1 不同程度干旱脅迫對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

◎圖2 不同程度干旱脅迫對胚根長和胚芽長的影響

◎圖3 不同程度低溫對相對電導率和丙二醛含量的影響

3.不同程度干旱脅迫對電導率和丙二醛（MDA）含量的影響?？购的芰υ饺醯闹参镌诟珊得{迫后細胞透性變化越大，電解質外滲程度越高，質膜的受損程度越大，電導率越高。如圖3所示，扁穗冰草和沙蘆草隨PEG濃度的增加，相對電導率、MDA含量均呈升高趨勢，扁穗冰草相對電導率、MDA的含量和升高幅度明顯高于沙蘆草。PEG濃度為0～30%，扁穗冰草和沙蘆草的相對電導率分別提高138%、75%，扁穗冰草的相對電導率明顯高于沙蘆草，兩者存在顯著差異。不同濃度PEG處理的扁穗冰草MDA含量顯著高于沙蘆草，從增幅趨勢看，扁穗冰草的趨勢明顯快于沙蘆草，扁穗冰草的抗旱性弱于沙蘆草。

三、討論與結論

植物處于逆境條件下，細胞內(nèi)氧化平衡遭到破壞，自由基的增加會對細胞產(chǎn)生傷害，MDA含量的增加與其受傷害的情況相一致，MDA含量隨干旱脅迫的增加而增加。馬春暉研究表明，PEG不同處理對冰草種子活力存在不同影響。張晨妮研究指出，一定濃度的PEG脅迫能刺激老芒麥種子活性的提高，但當干旱脅迫超過種子的忍受限度時，種子萌發(fā)將受到影響，張彥妮發(fā)現(xiàn)，滲透脅迫使植物受到不同程度的傷害，相對電導率與處理強度呈正比，即PEG濃度越大，脅迫時間越長，相對電導率也越大，植物受損的程度越明顯，隨著時間的延長和處理濃度的增加，MDA含量較對照均有較大程度的上升，賈納提、李顯利、劉金龍等均得出相似或相同的觀點。本研究的結論與相關學者研究結果高度相似，即低濃度PEG-6000干旱脅迫對種子萌發(fā)具有促進作用，高濃度具有抑制作用。隨著PEG-6000濃度的升高，種子的發(fā)芽率發(fā)芽勢、胚芽長、胚根長呈先升高后下降的趨勢，相對電導率、MDA含量均呈上升趨勢。在0和5% PEG處理下，扁穗冰草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽長、胚根長高于沙蘆草，但隨著PEG濃度的逐漸增大，沙蘆草的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚芽長、胚根長顯著高于扁穗冰草。在不同濃度PEG處理下，沙蘆草的相對電導率、MDA含量均顯著低于扁穗冰草。綜合萌發(fā)期各指標，沙蘆草種子萌發(fā)期抗旱性強于扁穗冰草種子。