趙陽(yáng)佳，呂鵬輝，徐小萌, 南張杰，周吉紅，宋振偉，李潤(rùn)枝*

(1.農(nóng)業(yè)應(yīng)用新技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京農(nóng)學(xué)院，北京102206；2.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京100029；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村工作部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

由于農(nóng)業(yè)水資源短缺形勢(shì)日益嚴(yán)峻，合理利用水資源及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展已成為中國(guó)農(nóng)業(yè)的重要戰(zhàn)略方向[1]。近年來(lái)，北京冬季氣溫呈顯著增暖而降水呈顯著減少趨勢(shì)，這種暖干氣候加劇了北京水資源危機(jī)[2]。冬小麥?zhǔn)且环N高耗水作物，根據(jù)《北京市“十三五”都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)劃》，到2020年，京郊糧田占地規(guī)模減少到5.3萬(wàn)公頃，主要退出商品糧與生產(chǎn)性小麥等高耗水糧食作物的種植。但是小麥等高耗水糧食作物面積的調(diào)減，勢(shì)必會(huì)加劇京郊休閑農(nóng)田生態(tài)功能的惡化。因此，在糧食退出區(qū)域重點(diǎn)發(fā)展“生態(tài)作物+雨養(yǎng)旱作作物”，以及推行種養(yǎng)結(jié)合、“三生結(jié)合”型的綠肥種植技術(shù)模式對(duì)建立生態(tài)型的京郊農(nóng)業(yè)具有十分重要的意義。

綠肥是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，是生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要組成部分[3]。綠肥又是重要的有機(jī)肥源，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、提高土地肥力、有效改善土壤質(zhì)地等方面都具有重要作用[4]。在北京地區(qū)實(shí)行綠肥與農(nóng)作物輪作的種植方式，不僅可以有效的利用冬季土地資源，同時(shí)還可以達(dá)到為后茬作物提供養(yǎng)分的作用。北京早春氣候干旱，降雨量較少，作物自身的抗旱能力便成為一種重要的、經(jīng)濟(jì)的、有效的抗旱措施，因此，篩選抗旱性強(qiáng)的綠肥作物來(lái)替代高耗水作物冬小麥的種植對(duì)北京地區(qū)耕地質(zhì)量、水資源利用等方面都有著至關(guān)重要的作用。

因此對(duì)不同綠肥作物在干旱條件下的萌發(fā)情況進(jìn)行研究，比較不同綠肥作物種子的萌發(fā)期抗旱能力，為篩選適宜北京地區(qū)種植的綠肥品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

選用7種綠肥作物種子為材料，包括紅三葉(Trifoliumpretense)、田菁(SesbaniaCannabina)、黑麥草(LoliumperenneL.)、紫云英(AstragalussinicusL.)、毛葉苕子(ViciavillosaRoth)、油菜(BrassicacampestrisL.)和白三葉(TrifoliumpretenseL.)。另外選用小麥(TriticumaestivumL.)作為對(duì)照。其中，紫云英、毛葉苕子、小麥、油菜和白三葉種子為北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站提供，紅三葉、田菁和黑麥草種子在種子市場(chǎng)購(gòu)買。

1.2 試驗(yàn)方法

從供試種子中選取成熟、飽滿且大小適中、均勻一致、無(wú)病蟲害的健康種子，用1%的次氯酸鈉溶液浸種消毒10 min，無(wú)菌水沖洗3次，待用。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)(CK)：在發(fā)芽盒(12 cm×12 cm×6 cm)中置2層濾紙，加入無(wú)菌水至濾紙飽和，隨機(jī)選取消毒后的種子100粒均勻擺放在發(fā)芽盒中的濾紙上，3次重復(fù)。然后，置于20 ℃人工智能植物培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10 d，種子發(fā)芽期間，每天觀察種子萌發(fā)情況并記錄發(fā)芽粒數(shù)，直到第10 d發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束。種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)：胚根突破種皮2 mm為發(fā)芽種子。

干旱發(fā)芽試驗(yàn)(CT)：采用15%的PEG-6000(以下簡(jiǎn)稱PEG)溶液作為培養(yǎng)試劑，其他處理同標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

發(fā)芽試驗(yàn)期間和結(jié)束時(shí)測(cè)定發(fā)芽數(shù)，按照以下公式計(jì)算種子萌發(fā)指標(biāo)：發(fā)芽勢(shì)GE=初次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽試驗(yàn)樣品粒數(shù)×100%；發(fā)芽率GP=末次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/發(fā)芽試驗(yàn)樣品粒數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)GI=Σ(Gt/Dt)；平均發(fā)芽時(shí)間MGT=Σ(Gt×Dt) /ΣGt。式中：Dt—發(fā)芽時(shí)間，Gt—與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)。

萌發(fā)指標(biāo)的相對(duì)值：相對(duì)發(fā)芽勢(shì)GGE=處理發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照發(fā)芽勢(shì)×100%；相對(duì)發(fā)芽率GGP=處理發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率×100%；相對(duì)發(fā)芽指數(shù)GGI=處理發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照發(fā)芽指數(shù)×100%；相對(duì)平均發(fā)芽時(shí)間GMGT(倍)=處理發(fā)芽時(shí)間/對(duì)照發(fā)芽時(shí)間。

1.4 抗旱能力評(píng)價(jià)方法

采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)不同作物抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，測(cè)定的數(shù)據(jù)采用Microsoft office 2010軟件整理，然后利用SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)的多重比較采用LSD最小顯著差異法。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)7種綠肥作物種子活力的影響

由表1可知，在PEG模擬干旱的條件下，8種作物種子的萌發(fā)均受到不同程度的影響，種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)降低，平均發(fā)芽時(shí)間增加。其中，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)中，小麥種子的發(fā)芽勢(shì)最高，為98%；毛葉苕子油菜種子的發(fā)芽勢(shì)分別為92%和88%，與小麥種子無(wú)顯著(P<0.05)差異；田菁種子的發(fā)芽勢(shì)最低，為57%，顯著低于其他幾種作物種子。在干旱條件下，油菜種子的發(fā)芽勢(shì)最高，為63%；其他幾種作物種子的發(fā)芽勢(shì)均顯著低于油菜種子，特別是白三葉、田菁、紫云英種子，在干旱下的發(fā)芽勢(shì)均降至10%以下。

在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)中，小麥種子的發(fā)芽率最高，為99%；毛葉苕子、黑麥草、油菜種子的發(fā)芽率與小麥種子無(wú)顯著(P<0.05)差異；田菁種子的發(fā)芽率最低，為68%，顯著低于其他幾種作物種子。干旱條件下，黑麥草種子仍保持較高的種子活力，其發(fā)芽率為83%，顯著高于其他幾種作物種子，田菁、白三葉、紅三葉種子發(fā)芽率最低，分別為6%、15%、17%，顯著低于其他幾種作物種子。

在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)中，油菜、小麥、紫云英種子發(fā)芽指數(shù)最高，分別為32.4、32.4、30.3，顯著(P<0.05)高于其他幾種作物種子，紅三葉、黑麥草、田菁種子的發(fā)芽指數(shù)分別為23.9、22.1、20.2，顯著低于其他幾種作物種子；干旱條件下，油菜、黑麥草種子發(fā)芽指數(shù)分別為16.7、15.5，顯著高于其他幾種作物種子，田菁種子的發(fā)芽指數(shù)僅為1.0，顯著低于其他作物種子。

在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)中，黑麥草種子的平均發(fā)芽時(shí)間最長(zhǎng)，為4.3 d，顯著(P<0.05)高于其他幾種作物種子；油菜種子的平均發(fā)芽時(shí)間最短，為3.0 d，與小麥、紫云英種子無(wú)顯著差異，但顯著低于其他5種作物種子。干旱條件下，田菁、紫云英、白三葉種子的平均發(fā)芽時(shí)間分別為7.0、6.9 、6.1 d，顯著高于其他幾種作物種子；油菜種子的平均發(fā)芽時(shí)間最短，為4.2 d，與紅三葉、小麥、毛葉苕子無(wú)顯著差異，但顯著低于其他4種作物種子。

表1 小麥和7種綠肥作物種子在標(biāo)準(zhǔn)和干旱發(fā)芽試驗(yàn)中的萌發(fā)指標(biāo)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水平上有顯著性差異

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

2.2 7種綠肥作物種子萌發(fā)期抗旱能力的差異

從表2可以看出，黑麥草種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)最大，為61%，顯著高于其他幾種作物種子；紫云英、田菁、白三葉種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均小于10%，顯著低于其他5種作物種子。黑麥草種子的相對(duì)發(fā)芽率最大，為89%，顯著高于其他幾種作物種子；田菁種子的相對(duì)發(fā)芽率最低，為9%，顯著低于其他幾種作物種子。黑麥草種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)最高，為70.3%，顯著高于其他幾種作物種子；田菁、白三葉、紫云英、紅三葉種子的相對(duì)發(fā)芽指數(shù)分別為4.8%、10.1%、12.0%、15.0%，顯著低于其他4種作物種子。紫云英、田菁種子的相對(duì)平均發(fā)芽時(shí)間分別為2.2、2.0 d，顯著慢于其他6種作物種子；黑麥草和紅三葉種子的相對(duì)平均發(fā)芽時(shí)間最短，均為1.3 d，與小麥、油菜種子無(wú)顯著差異，但顯著快于其他5種作物種子。

表2 小麥和7種綠肥作物種子在干旱脅迫下的相對(duì)萌發(fā)指標(biāo)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水平上有顯著性差異。

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

2.3 模糊隸屬函數(shù)法對(duì)8種作物抗旱性的綜合評(píng)價(jià)

采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)上述各作物的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合抗旱指數(shù)D值越大表示作物的抗旱性越強(qiáng)。從表3可以看出，8種作物的抗旱性強(qiáng)弱依次為：黑麥草、油菜、小麥、毛葉苕子、紅三葉、白三葉、紫云英、田菁，說(shuō)明黑麥草和油菜的抗旱性比小麥強(qiáng)，而其他作物的抗旱性均弱于小麥。

表3 8種作物在干旱脅迫下相對(duì)萌發(fā)指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值Tab.3 Relative germination index membership function value and comprehensive evaluation value of eight crops under drought stress

3 討論和結(jié)論

種子是最重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料之一，種子萌發(fā)期的發(fā)芽狀況是判斷種子質(zhì)量、確定播期的一項(xiàng)重要指標(biāo)，這個(gè)時(shí)期也是對(duì)植物抗旱性研究的重要時(shí)期[5-7]。聚乙二醇(PEG-6000)無(wú)毒，并且容易被植物體所吸收，是模擬土壤干旱環(huán)境來(lái)鑒定作物種子萌發(fā)以及幼苗階段抗旱性的理想滲透劑。目前，在水稻、玉米、牧草等作物上有很多報(bào)道[8-11]。本試驗(yàn)采用15%PEG-6000模擬干旱條件對(duì)不用作物的抗旱性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，15%PEG-6000能顯著抑制種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)，種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)均顯著下降，本研究結(jié)果與其他作物中的報(bào)道基本一致[12-13]。

北京生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展迫切需求能夠替代高耗水小麥的綠肥品種，因此適應(yīng)北京生態(tài)條件的綠肥品種的篩選和鑒定是基礎(chǔ)性工作。而抗旱性是綠肥作物篩選的關(guān)鍵指標(biāo)?？购敌允鞘芏喾N因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，在萌發(fā)期鑒定出的具有較強(qiáng)抗性的種質(zhì)是否在苗期乃至整個(gè)生育期也具有較強(qiáng)的抗性，其相關(guān)程度還有待進(jìn)行苗期和全生育期的進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)對(duì)供試的7種綠肥作物種子萌發(fā)期發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、平均發(fā)芽時(shí)間進(jìn)行分析，結(jié)果表明，7種綠肥作物抗旱性強(qiáng)弱為：黑麥草、油菜、毛葉苕子、紅三葉、白三葉、紫云英、田菁。其中黑麥草和油菜的抗旱性比小麥要強(qiáng)，而其他作物的抗旱性均弱于小麥。本試驗(yàn)初步篩選出黑麥草和油菜兩種萌發(fā)期抗旱性較強(qiáng)的綠肥作物，為北京地區(qū)種植的耐抗旱萌發(fā)的綠肥品種提供參考。