羅冬，王明玖*，李元恒，陳海軍，楊勇

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3. 內(nèi)蒙古自治區(qū)生物技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070

四種豆科牧草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)干旱的響應(yīng)及抗旱性評(píng)價(jià)

羅冬1，王明玖1*，李元恒2，陳海軍3，楊勇1

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3. 內(nèi)蒙古自治區(qū)生物技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070

牧草種子在萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)期對(duì)逆境的適應(yīng)能力是決定干旱區(qū)草地種群分布及延續(xù)的關(guān)鍵因素，對(duì)牧草種子抗旱性的綜合評(píng)價(jià)，可為干旱、半干旱地區(qū)草地補(bǔ)播、人工草地建植和礦山植被恢復(fù)進(jìn)行水分調(diào)控及苗期養(yǎng)護(hù)等提供支持。采用不同滲透勢(shì)聚乙二醇（PEG-6000）溶液梯度（0～-1.2 MPa）模擬干旱條件，選擇鄂爾多斯干旱草原區(qū)補(bǔ)播或建植常用的4種豆科牧草：狹葉錦雞兒（Caragana stenophylla Pojark.）、黃花草木樨（Melilotus suavelens Ledeb.）、內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿（Medicago sativa L.cv.Neimeng Zhungeer）和沙打旺（Astragalus adsurgens Pall. cv .Shadawang），研究其種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)特性對(duì)模擬干旱的響應(yīng)及抗旱性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，輕微干旱（-0.05～-0.2 MPa）對(duì)4種牧草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均有促進(jìn)作用，除內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿外，干旱均促進(jìn)其他3種牧草幼根生長(zhǎng)及根苗比的增加；中度干旱條件下（-0.4～-0.6 MPa），狹葉錦雞兒和沙打旺種子的相對(duì)活力指數(shù)較高，但前者的萌發(fā)抗旱指數(shù)最差；在重度干旱條件（≤-0.8 MPa）下，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿萌發(fā)期各指標(biāo)相對(duì)值均最高。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)，4種牧草種子萌發(fā)期抗旱性強(qiáng)弱排序?yàn)椋簝?nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>沙打旺>黃花草木樨>狹葉錦雞兒。幼苗生長(zhǎng)期：黃花草木樨>內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>狹葉錦雞兒>沙打旺。總體評(píng)價(jià)為：黃花草木樨>內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>沙打旺>狹葉錦雞兒。

豆科牧草；聚乙二醇；模擬干旱；種子萌發(fā)；幼苗生長(zhǎng)；隸屬函數(shù)法；抗旱性

干旱是植物生長(zhǎng)發(fā)育、基因表達(dá)和產(chǎn)量的重要限制因子（Cellier等，1998；Shinozaki等，1997；Bray等，1993；Shinozaki等，1998），其對(duì)農(nóng)作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位（彭立新等，2002），也是導(dǎo)致草地牧草產(chǎn)量下降、畜牧業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失最主要的自然災(zāi)害之一。我國(guó)干旱或半干旱地區(qū)約占國(guó)土面積的一半（陳曉潔，2013），水分虧缺限制著農(nóng)牧業(yè)發(fā)展，特別是春季干旱少雨，嚴(yán)重影響春播牧草的萌發(fā)和生長(zhǎng)，對(duì)草地牧草不同生長(zhǎng)階段生物量積累造成嚴(yán)重影響。

鄂爾多斯高原地處我國(guó)北方西部，位于半干旱、干旱草原和干旱荒漠區(qū)，是沙漠—黃土區(qū)相接地帶，農(nóng)牧鑲嵌分布（王尚義和董靖保，2001）。降水量小，蒸發(fā)量大，水分虧缺影響草地植被建植，嚴(yán)重制約了人工、半人工草地和礦區(qū)土地復(fù)墾的建設(shè)步伐。山侖和郭禮坤（1984）對(duì)旱地農(nóng)業(yè)的研究表明，由于干旱造成的種子成苗困難及缺苗斷壟現(xiàn)象，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素之一。為此，選擇抗旱性牧草飼料作物已成為目前亟待解決的問(wèn)題（王穎等，2006）。在干旱區(qū)，植物都具有復(fù)雜的生存機(jī)制和避逆策略，以確保在特定環(huán)境中的生存。種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)狀況由其內(nèi)在遺傳因素和外界環(huán)境條件共同決定（Jevgenija和Gederts，2007），也是植物有性繁殖更新過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)（孫景寬，2006）。植物種子在萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)期對(duì)逆境的適應(yīng)能力是決定干旱區(qū)植物種群分布及延續(xù)的關(guān)鍵因素。

近年來(lái)，應(yīng)用聚乙二醇（PEG）模擬干旱，研究植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)抗旱性的成果很多，對(duì)大量的耐旱性牧草種子萌發(fā)特性和抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)已有報(bào)道（孫秀芳等，2007；曾彥軍等，2002；于卓等，1997；王剛等，1995；聶春雷和鄭元潤(rùn)，2005）。但同時(shí)把種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)階段相結(jié)合，分別進(jìn)行綜合性抗旱評(píng)價(jià)的相對(duì)較少。本研究選取生產(chǎn)中常用的 4種豆科牧草，即狹葉錦雞兒（Caragana stenophylla Pojark.）、黃花草木樨（Melilotus suavelens Ledeb.）、內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿（Medicago sativa L.cv.Neimeng Zhungeer）和沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.cv.Shadawang），在模擬干旱條件下，對(duì)其種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)特性分階段進(jìn)行對(duì)比，采用多指標(biāo)模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，旨在為干旱、半干旱地區(qū)草地補(bǔ)播、人工草地建植和礦山植被恢復(fù)進(jìn)行水分調(diào)控及苗期養(yǎng)護(hù)等提供支持。

1 材料與方法

1.1 種子材料選擇

供試牧草種子材料均采自?xún)?nèi)蒙古鄂爾多斯市境內(nèi)，采集時(shí)間為 2012年，室內(nèi)常溫條件保存。試驗(yàn)前進(jìn)行千粒重、硬實(shí)率和含水量的測(cè)定（表1）。

表1 4種豆科牧草種子生物學(xué)特性（平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤）Table 1 Biological characteristics of four legume seeds (Means±SE)

1.2 研究方法

試驗(yàn)于2013年12月─2014年1月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。不同滲透勢(shì)PEG（分子量6000）溶液，按Michel和Kaufmann（1973）介紹的方法計(jì)算并配制。模擬干旱條件的滲透勢(shì)設(shè)置為0（蒸餾水對(duì)照，CK）、-0.05、-0.1、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8、-1、-1.1、-1.2 MPa共10個(gè)處理。自保存袋上、中、下層隨機(jī)選取各牧草種子若干，剔除破損種子后，用80目砂紙打磨破除硬實(shí)。經(jīng)0.1%高錳酸鉀溶液浸種消毒10 min，蒸餾水沖洗5遍，用濾紙吸干備用。對(duì)玻璃培養(yǎng)皿進(jìn)行烘箱消毒（105 ℃，2 h），將供試材料接種于鋪有3層濾紙并用不同濃度PEG溶液侵潤(rùn)的培養(yǎng)皿上發(fā)芽。各處理4次重復(fù)，每重復(fù)40粒種子，晝/夜溫度為25 ℃/15 ℃，光照周期10 h/14 h（光照/黑暗），強(qiáng)度3000 lx。

為保持滲透勢(shì)不變，每天稱(chēng)質(zhì)量并補(bǔ)充蒸餾水以便于溶液質(zhì)量恒定。若出現(xiàn)試驗(yàn)材料輕微感染，立即用0.1%的雙氧水溶液對(duì)其及對(duì)應(yīng)培養(yǎng)皿消毒，每2 d更換1次發(fā)芽床。從種子置床之日起，以胚根突破種皮1 mm、胚芽為種子長(zhǎng)1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，逐日定時(shí)記載發(fā)芽種子數(shù)。萌發(fā)結(jié)束后（連續(xù)3 d未有新增發(fā)芽種子）測(cè)定其幼苗和幼根長(zhǎng)度，發(fā)芽期為14 d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

萌發(fā)率（GR）=n/N×100%，式中，n為試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)芽種子總數(shù)；N為供試種子數(shù)。

萌發(fā)指數(shù)（GI）=∑Gt/Dt，式中，Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)發(fā)芽時(shí)間。

活力指數(shù)（VI）=GI×S，式中，GI為發(fā)芽指數(shù)；S為幼苗長(zhǎng)度。

萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）=滲透脅迫下的萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照萌發(fā)指數(shù)；其中，萌發(fā)指數(shù)=（1.00）Rd2+（0.75）Rd4+（0.50）Rd6+（0.25）Rd8，式中Rd2、Rd4、Rd6、Rd8分別為第2、4、6、8天的種子發(fā)芽率，1.00、0.75、0.50、0.25分別為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)所賦予的抗旱系數(shù)（Bouslama和Schapaugh，1984）。

各種相對(duì)指標(biāo)都是處理和CK的比值

1.4 抗旱性綜合評(píng)價(jià)方法

用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)（王贊等，2008；孫景寬等，2006）。對(duì)抗旱隸屬值計(jì)算時(shí)，需完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理：μ(xj)=(xj－xmin)/ (xmax－xmin)，j=1，2，3…n式中，xj表示第j個(gè)指標(biāo)值，Xmin表示第 j個(gè)指標(biāo)的最小值，Xmax表示第 j個(gè)指標(biāo)的最大值。如某一個(gè)指標(biāo)與抗性為負(fù)相關(guān)，則用 μ(xj)=(xmax－xj)/(xmax－xmin)計(jì)算。先求出 4種豆科牧草在不同PEG濃度下各抗旱指標(biāo)的隸屬值，然后將同一PEG濃度下各抗旱指標(biāo)隸屬值進(jìn)行累加。通過(guò)比較各PEG濃度下綜合評(píng)價(jià)值的平均數(shù)，確定4種豆科牧草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)期抗旱性強(qiáng)弱。

1.5 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0軟件，不同干旱處理下牧草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)間的差異性用單因素方差分析，用Tukey’s進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)，顯著性水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬干旱對(duì)4種豆科牧草種子萌發(fā)的影響

2.1.1 種子萌發(fā)率和相對(duì)萌發(fā)率

模擬干旱條件下，4種牧草種子萌發(fā)率自-0.6 MPa處理起均顯著低于CK，并隨干旱程度的加劇而下降（圖1A）。在-0.05～-0.2 MPa下，狹葉錦雞兒和沙打旺均顯著高于CK；黃花草木樨在-0.2 MPa處理下，顯著高于CK；內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿在-0.05～-0.4 MPa下，與CK無(wú)顯著差異。狹葉錦雞兒和沙打旺種子萌發(fā)的最低滲透勢(shì)閾值均為-0.8 MPa；黃花草木樨為-1.0 MPa；內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿最?。ㄐ∮?1.2 MPa）。種子的絕對(duì)萌發(fā)率受其本身特性的影響，而相對(duì)萌發(fā)率可以從側(cè)面客觀(guān)地反映其種子萌發(fā)期相對(duì)耐旱性，即種子相對(duì)萌發(fā)率越大的牧草，抗旱性越強(qiáng)（薛慧勤等，1997）。從各供試種子的相對(duì)萌發(fā)率看，在-0.05～-0.2 MPa下，狹葉錦雞兒顯著高于內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿；在-0.6 MPa下，狹葉錦雞兒顯著低于其他3種牧草；≤-0.8 MPa時(shí)，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿顯著高于其他3種牧草（圖1B）。由此可見(jiàn)，在輕微干旱下，沙打旺和狹葉錦雞兒抗旱性顯著強(qiáng)于其他2種；在重度干旱下，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿最強(qiáng)。

2.1.2 種子相對(duì)萌發(fā)指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)

圖1 模擬干旱對(duì)4種豆科牧草種子萌發(fā)率（A）和相對(duì)萌發(fā)率（B）的影響Fig. 1 Effects of simulated drought on the seed germination rates (A) and relative germination rates (B) of the four legumes

隨干旱程度的加劇，4種牧草種子的萌發(fā)指數(shù)產(chǎn)生了不同響應(yīng)。與CK相比，均表現(xiàn)為先增大后減小。以相對(duì)值進(jìn)行種間比較，在-0.1～-0.4 MPa下，沙打旺顯著高于內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿（P<0.05）；在-0.6 MPa下，狹葉錦雞兒最低；自-1.0 MPa處理后，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿最高（圖2A）。

圖2 模擬干旱對(duì)4種豆科牧草種子相對(duì)萌發(fā)指數(shù)（A）和相對(duì)活力指數(shù)（B）的影響Fig. 2 Effects of simulated drought on the relative seed germination index (A) and relative vitality index (B) of the four legumes

活力指數(shù)代表種子迅速整齊萌發(fā)的發(fā)芽潛勢(shì)、生長(zhǎng)和生產(chǎn)潛力。在干旱條件下，活力指數(shù)越大，則表示抗旱性越強(qiáng)（吳彥等，2004）。隨滲透勢(shì)的減小，4種牧草種子相對(duì)活力指數(shù)均先增大后減小，但各自變化的趨勢(shì)不同。在-0.05～-0.6 MPa下，黃花草木樨和沙打旺始終保持較高值，狹葉錦雞兒下降最快；≤-0.8 MPa時(shí)，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿保持最高值（圖2B）。各種源抗旱性在活力指數(shù)方面表現(xiàn)為：在輕、中度干旱下，黃花草木樨和沙打旺要請(qǐng)于其他2種；在重度干旱下，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿最強(qiáng)。

2.1.3 種子萌發(fā)抗旱指數(shù)

干旱對(duì)4種牧草種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)有顯著影響。在輕微干旱下，狹葉錦雞兒和內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿與CK差異不顯著，經(jīng)過(guò)一個(gè)“平穩(wěn)期”后，隨干旱加劇而顯著下降。黃花草木樨和沙打旺則先增大后減小。從同濃度PEG及不同牧草種子萌發(fā)抗旱指數(shù)看，在-0.05和-0.2 MPa處理下，沙打旺最高；在-0.1 MPa下，狹葉錦雞兒和沙打旺最高；在-0.4 MPa處理下，狹葉錦雞兒則最低；自-0.6 MPa處理后，各物牧草種子間均無(wú)顯著差異（圖3）。由此可見(jiàn)，在輕度干旱下沙打旺種子的抗旱性最強(qiáng)；中度干旱下，狹葉錦雞兒抗旱性最差；重度干旱4種牧草種子抗旱性無(wú)差異。

圖3 模擬干旱對(duì)4種豆科牧草抗旱指數(shù)的影響Fig. 3 Effect s of simulated drought on drought resistance index of the four legumes

2.2 模擬干旱對(duì)4種豆科牧草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 幼根長(zhǎng)度

干旱環(huán)境下，植物根長(zhǎng)的變幅在一定程度上能反映其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力及對(duì)周?chē)治盏恼{(diào)控力。根系增長(zhǎng)力越強(qiáng)，其吸水區(qū)域越廣，機(jī)體對(duì)干旱環(huán)境適應(yīng)性越強(qiáng)。隨干旱程度的加劇，4種牧草的幼根長(zhǎng)呈現(xiàn)不同響應(yīng)曲線(xiàn)。狹葉錦雞兒在-0.05～-0.4 MPa下，顯著長(zhǎng)于 CK。黃花草木樨在-0.1～-0.8 MPa下，顯著長(zhǎng)于CK。內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿在-0.05～-0.6 MPa下，與CK無(wú)顯著差異，但≤-0.8 MPa時(shí)，與CK相比，顯著變短。沙打旺在-0.1～-0.6 MPa下，顯著長(zhǎng)于CK。除內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿的幼根隨著干旱加劇逐漸變短外，其他3種牧草幼根長(zhǎng)度在能測(cè)量范圍內(nèi)（因幼根長(zhǎng)度在重度干旱下極短或種子未萌發(fā)）均出現(xiàn)先增長(zhǎng)后變短趨勢(shì)，并始終長(zhǎng)于CK（圖4A）。從幼根正常生長(zhǎng)狀況與滲透勢(shì)關(guān)系來(lái)看，黃花草木樨的抗旱性最強(qiáng)，沙打旺次之。

圖4 模擬干旱對(duì)4種牧草幼根（A）及幼苗（B）生長(zhǎng)長(zhǎng)度的影響Fig. 4 Effects of simulated droughty on the length of radical (A) and seedling (B) of the four legumes

2.2.2 幼苗長(zhǎng)度

模擬干旱條件下，4種牧草的幼苗長(zhǎng)度也呈現(xiàn)了不同的動(dòng)態(tài)變化。狹葉錦雞兒在-0.1 MPa處理時(shí)，幼苗顯著長(zhǎng)于CK，自-0.4 MPa后，又顯著短于CK。黃花草木樨在-0.05～-0.6 MPa，幼苗逐漸增長(zhǎng)，但自-0.8 MPa后，又顯著變短。內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿自-0.6 MPa后幼苗顯著變短。沙打旺幼苗在-0.1 MPa時(shí)顯著長(zhǎng)于CK。此結(jié)果表明，輕微干旱對(duì)狹葉錦雞兒、黃花草木樨和沙打旺萌發(fā)期幼苗的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，干旱程度的加劇則抑制了幼苗生長(zhǎng)。而內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿的幼苗基本上與滲透勢(shì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。4種牧草幼苗能正常生長(zhǎng)的最低滲透閾值存在差異：狹葉錦雞兒為-0.2 MPa、黃花草木樨為-0.8 MPa、內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿為-0.4 MPa和沙打旺為-0.6 MPa（圖4B）。

2.2.3 根苗比

獲得壯苗是種子萌發(fā)及補(bǔ)播的首要任務(wù)，而根苗比是壯苗的重要標(biāo)志，根苗比越大幼苗越壯，反之越弱（武沖等，2012）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，隨著滲透勢(shì)的降低，4種牧草根苗比均顯著增長(zhǎng)。但達(dá)到最大值的滲透勢(shì)存在差異，狹葉錦雞兒為-0.8 MPa，黃花草木樨為-1.0 MPa，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿為-1.2 MPa，沙打旺為-0.6 MPa。狹葉錦雞兒和黃花草木樨的增幅值最大；而內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿變化最?。ū?）。但在比較各滲透勢(shì)處理的壯苗情況時(shí)，首先考慮到該滲透勢(shì)處理是否已經(jīng)限制了幼苗的生長(zhǎng)。由圖4B分析，輕微干旱較適宜黃花草木樨壯苗的形成，狹葉錦雞兒次之；中度干旱也較適宜黃花草木樨壯苗的形成，沙打旺和內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿次之。

表2 不同滲透勢(shì)下4種豆科牧草萌發(fā)期根苗比Table 2 The ratio of root to shoot of seedling of 4 forage legumes under different osmotic potential on germination stage

圖5 不同滲透勢(shì)下4種豆科牧草耐旱性隸屬函數(shù)值Fig. 5 Subordinate function values of drought resistances under different osmotic potential on four legumes

2.2.4 4種牧草抗旱性綜合評(píng)價(jià)

用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，在不同滲透勢(shì)下以萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱指數(shù)、幼根長(zhǎng)、幼苗長(zhǎng)和根苗比的相對(duì)值為依據(jù)，分別獲得 4種牧草種子萌發(fā)期和幼苗期在不同滲透勢(shì)下抗旱隸屬函數(shù)值，形成不同的響應(yīng)曲線(xiàn)（圖5）。在萌發(fā)期，狹葉錦雞兒呈“雙峰”型；黃花草木樨呈“拋物線(xiàn)”型；內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿呈“S”型，且自-0.6 MPa處理后始終保持最高值；沙打旺在輕微干旱下，綜合抗旱能力最強(qiáng)，之后逐漸降低（圖5A）。在幼苗生長(zhǎng)期，狹葉錦雞兒和沙打旺呈“雙峰”型；黃花草木樨在-1.0 MPa處理前保持最高值，之后驟降；內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿呈“指數(shù)型”增加，接近-1.2 MPa時(shí)下降（圖5B）。

結(jié)合不同滲透勢(shì)，對(duì)4種豆科牧草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng) 2階段各耐旱指標(biāo)的隸屬函數(shù)值綜合評(píng)價(jià)，得到各自隸屬函數(shù)總平均值。分別為：狹葉錦雞兒 0.222、黃花草木樨 0.604、內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿0.468、沙打旺0.236（表3）。4種豆科牧草抗旱性強(qiáng)弱次序?yàn)椋狐S花草木樨>內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>沙打旺>狹葉錦雞兒。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

研究干旱對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)、生存的影響具有重要意義（曾彥軍等，2002），而在牧草生長(zhǎng)各階段中，種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是適應(yīng)環(huán)境最脆弱時(shí)期。通過(guò)對(duì)模擬干旱條件下4種豆科牧草的萌發(fā)率及幼苗生長(zhǎng)狀況進(jìn)行的分析，可以對(duì)其整體抗旱性做出初步判斷。輕微干旱促進(jìn)了狹葉錦雞兒、黃花草木樨和沙打旺的種子萌發(fā)，這表明低濃度PEG對(duì)上述3種供試材料具有較好的引發(fā)作用（鄭光華等，1985）。從幼苗生長(zhǎng)來(lái)看，隨滲透勢(shì)的減小，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿的幼根及幼苗長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)一“平穩(wěn)期”后，受到抑制。其他3種牧草的幼根均顯著增長(zhǎng)后變短，這可能是幼根經(jīng)過(guò)一個(gè)顯著增長(zhǎng)階段后為保存其生命力的應(yīng)激反應(yīng)。植物幼苗生長(zhǎng)階段出現(xiàn)以“犧牲”幼苗或莖葉來(lái)維持其存活的“蹲苗”現(xiàn)象，說(shuō)明干旱區(qū)植物種子萌發(fā)后幼苗生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境可能采取了獨(dú)特的響應(yīng)機(jī)制。

表3 不同滲透勢(shì)下耐旱性隸屬值及綜合評(píng)價(jià)Table 3 Subordinate function values of drought resistances and comprehensive evaluation under Different osmotic potential

種子的相對(duì)萌發(fā)率（王贊等，2008）、相對(duì)活力指數(shù)（王穎等，2006）、萌發(fā)抗旱指數(shù)（孫景寬等，2006）在鑒定不同物種種子抗旱性方面得到了廣泛應(yīng)用；相對(duì)幼根長(zhǎng)（王贊等，2008）、相對(duì)幼苗長(zhǎng)（何芳蘭等，2011）、相對(duì)根苗比（武沖等，2012）在一定程度上也反映了植物的抗旱性強(qiáng)弱。但抗旱性是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，不同物種對(duì)某一具體指標(biāo)的抗旱性反應(yīng)不一定相同。因此，單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映抗旱性強(qiáng)弱。采用隸屬函數(shù)平均法，既消除了個(gè)別指標(biāo)帶來(lái)的片面性，又由于平均值是個(gè)[0，1]區(qū)間上的純數(shù)，使各物種抗旱性差異具有可比性，所以此方法更具有可行性和可靠性。從本研究來(lái)看，單一指標(biāo)評(píng)價(jià)4種牧草種子的抗旱性和各指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)得出的抗旱性順序不一致。蘇秀紅等（2005）采用隸屬函數(shù)平均法，對(duì) 14個(gè)不同地理種群紫莖澤蘭進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)時(shí)，用相對(duì)萌發(fā)率、萌發(fā)抗旱指數(shù)、活力指數(shù)3個(gè)指標(biāo)單獨(dú)評(píng)價(jià)和3個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)得出的結(jié)果也不完全一致。陳志剛等（2003）用單個(gè)指標(biāo)評(píng)判和多個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)判得出的結(jié)果亦如此。

研究發(fā)現(xiàn)，在不同的PEG濃度下，各牧草的抗旱性強(qiáng)弱可能不會(huì)保持“永久性”。在抗旱隸屬函數(shù)曲線(xiàn)中，內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿在較高滲透勢(shì)下的抗旱性不強(qiáng)，可隨著滲透勢(shì)的減小卻表現(xiàn)出抗旱能力的提高；狹葉錦雞兒的“雙峰”型曲線(xiàn)表明其在兩階段的“間歇性”耐旱策略。本試驗(yàn)對(duì)這些現(xiàn)象的機(jī)理研究尚不足，需要今后繼續(xù)探索。

在進(jìn)行各滲透勢(shì)多指標(biāo)隸屬函數(shù)值加權(quán)平均比較時(shí)，通過(guò)響應(yīng)曲線(xiàn)能清晰得出各牧草種子在不同滲透勢(shì)下抗旱性隸屬函數(shù)值的變化，這比同一指標(biāo)在各滲透勢(shì)梯度下隸屬函數(shù)值平均后，再取各指標(biāo)平均值更具合理性和信息的保全性。因牧草各生長(zhǎng)階段的抗旱性比較存在差異，如把種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)階段各指標(biāo)混合并綜合評(píng)價(jià)可能存在信息的丟失，而對(duì)各生長(zhǎng)階段分別進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)后再進(jìn)行總評(píng)價(jià)，更具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

3.2 結(jié)論

利用不同濃度PEG溶液模擬干旱條件下，4種豆科牧草在種子萌發(fā)期和幼苗生長(zhǎng)期都表現(xiàn)出一定的抗旱性，但抗旱程度不同。對(duì)于同一牧草，在測(cè)試的2個(gè)階段，抗旱性也有差異。綜合各測(cè)定指標(biāo)抗旱隸屬函數(shù)值，4種牧草的抗旱性排序在種子萌發(fā)期為內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>沙打旺>黃花草木樨>狹葉錦雞兒；幼苗生長(zhǎng)期為黃花草木樨>內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>狹葉錦雞兒>沙打旺；總體情況為：黃花草木樨>內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾苜蓿>沙打旺>狹葉錦雞兒。這幾種牧草都可以在建設(shè)人工草地、草地補(bǔ)播和礦山植被恢復(fù)中選擇使用。

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Four Legumes Response to Simulated Drought in the Stages of Seed Germination and Seedling Growth and Drought Resistance Assessment

LUO Dong1, WANG Mingjiu1*, LI Yuanheng2, CHEN Haijun3, YANG Yong1
1. College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China; 2. Institute of Grassland Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hohhot 010010, China; 3. Biotechnology Research Institute, Inner Mongolia Autonomous Region, Hohhot 010070, China

The adaption ability of forage seed to meet adversity between germination and seedling stage is key factor to determine the distribution of grassland population and continuation in arid areas. The objective of on comprehensive evaluation of forage seeds drought resistance was to provide support for water regulation and seedling maintenance at natural grassland reseeding, artificial rangeland establishing and mine vegetation restoration in arid and semiarid regions. The study adopted different osmotic potential using Polyethylene glycol (PEG-6000) solution simulated drought conditions in Erdos drought-area steppe, The seed germination, seedling growth and drought resistance assessment of four common legumes that usually used as reseeding or seeding establishment forage, Caragana stenophylla Pojark., Melilotus suavelens Ledeb., Medicago sativa L.cv. Neimeng Zhungeer and Astragalus adsurgens Pall.cv Shadawang were studied. The results showed that slight drought (-0.05 MPa～-0.2 MPa) had a promoting effect on the seed germination of 4 legumes. Except for M. sativa L.cv. Neimeng Zhungeer the simulated drought promoted the seedling root growth and increased the ratio of seedling root:shoot. The relative vitality index was higher for C. stenophylla Pojark and A adsurgens Pall. cv .Shadawang than other forage, but the germination of drought resistance was the lowest for C. stenophylla Pojark in moderate drought condition (-0.4 Mpa～-0.6 MPa). M. sativa L.cv.Neimeng Zhungeer had the highest relative germination indexes in the heavy drought condition (≤ -0.8 MPa). Using the comprehensive evaluation of fuzzy membership function method, the drought resistances of the four legumes under seed germination stage ranked M. sativa L.cv. Neimeng Zhungeer > A. adsurgens Pall. cv .Shadawang > M. suavelens Ledeb. > C.stenophylla Pojark, in the seedling growth stage ranked M. suavelens Ledeb. > M. sativa L.cv. Neimeng Zhungeer > C. stenophylla Pojark > A.adsurgens Pall. cv .Shadawang. and the comprehensive assessment rank was M. suavelens Ledeb. > M. sativa L.cv. Neimeng Zhungeer > A.adsurgens Pall. cv .Shadawang > C. stenophylla Pojark

Legumes; Polyethylene glycol; simulated drought; seed germination; seedling growth; membership function; drought resistance

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.02.007

Q948

A

1674-5906（2015）01-0224-07

羅冬，王明玖，李元恒，陳海軍，楊勇. 四種豆科牧草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)對(duì)干旱的響應(yīng)及抗旱性評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(1): 224-230.

LUO Dong, WANG Mingjiu, LI Yuanheng, CHEN Haijun, YANG Yong. Four Legumes Response to Simulated Drought in the Stages of Seed Germination and Seedling Growth and Drought Resistance Assessment [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 224-230.

內(nèi)蒙古科技創(chuàng)計(jì)劃項(xiàng)目（20140701）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（201003061）

羅冬（1986年生），男，博士研究生。主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)、牧區(qū)-牧戶(hù)-牧民可持續(xù)發(fā)展方面的研究。E-mail: luodong8611@163.com *通信作者：王明玖（1961年生），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師。主要從事草地管理和草地生態(tài)方面教學(xué)與科研工作。E-mail: wangmj_0540@163.com

2015-02-02