張瑜 嚴(yán)琳玲 虞道耿 王文強 劉國道

摘 ?要：為探究不同柱花草的抗旱性強弱，構(gòu)建柱花草資源抗旱評價體系，以85份引進(jìn)柱花草為試驗材料，分別測定0（CK）、10%和20%質(zhì)量濃度的PEG-6000滲透液脅迫下萌發(fā)期的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚根長、相對胚軸長、萌發(fā)抗旱指數(shù)共5項指標(biāo)，分析不同干旱脅迫對柱花草種子萌發(fā)的影響，并結(jié)合隸屬函數(shù)法綜合評價柱花草抗旱性能。結(jié)果表明：低濃度的PEG對柱花草種子的萌發(fā)有一定促進(jìn)作用，高濃度PEG降低了柱花草種子的相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率，阻礙了胚芽和胚根的生長，種間表現(xiàn)出較大差異。其中抗旱型材料為頭狀柱花草CIAT 2250、大頭柱花草CIAT 2113和CIAT 1942、蔓性柱花草CIAT 10182，不耐旱材料有墨西哥柱花草CIAT 1590、卡爾奇柱花草CIAT 1616和CIAT 1624。本研究結(jié)果為引進(jìn)柱花草資源抗旱性評價、抗旱品種選育及其機理研究提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：柱花草;引進(jìn);PEG脅迫;萌發(fā)特性

中圖分類號：S541.9 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： In order to investigate the drought resistance of different Stylosanthes， an evaluation system for the drought resistance of Stylosanthes resources was constructed. Using 85 imported Stylosanthes as the test material， the seed relative germination rate， relative germination energy， relative radiele length， relative plumule length， germination drought resistance index were measured under distilled water （CK）， 0.2 and 0.6 MPa PEG-6000 stress. The drought resistance ability of the germplasms was evaluated comprehensively by the subordinate function method by analyzing the effects of different drought stress on the seed germination of Stylosanthes. Low concentration of PEG had a certain promotion on the germination of seeds. High concentration of PEG reduced the relative germination potential and relative germination rate of Stylosanthes seeds， hindered the growth of embryo and radicle， and showed great differences among species. Among them， drought resistant materials were S. capitata CIAT 2250， S. macrocephala M.B. CIAT 2113 and S. macrocephala M.B. CIAT 1942， S. montevidensis Vogel CIAT 10182， and non-drought resistance materials were S. mexicana Taub. CIAT 1590， S. calcicola Small CIAT 1616 and S. calcicola Small CIAT 1624. The result of the study would provide a theoretical basis for the drought resistance evaluation of introduced resources， breeding of drought resistant varieties and drought resistance mechanism research of Stylosanthes.

Keywords： Stylosanthes; introduction; PEG stress; germination characteristics

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.04.007

柱花草屬植物（Stylosanthes SW.）是熱帶、亞熱帶地區(qū)重要的豆科牧草和飼料植物資源，主要用于飼喂牲畜、草地良種化改造和林、果草生態(tài)工程建設(shè)，在水土流失治理和退耕還草中也發(fā)揮重要作用[1-5]。但柱花草抗旱性、耐寒性和抗炭疽病性較低等問題，嚴(yán)重威脅柱花草的生產(chǎn)和推廣種植[6-8]。因此，開展柱花草種質(zhì)資源抗旱鑒定與抗旱品種篩選，一方面可以促進(jìn)高產(chǎn)抗旱品種的推廣應(yīng)用，另一方面可以為柱花草抗旱育種提供親本材料。

萌發(fā)期是飼草生長的關(guān)鍵時期，直接決定飼草的出苗期與出苗率、實際密度與產(chǎn)量等[9]。采用聚乙二醇滲透液人工模擬干旱脅迫，研究飼草種子萌發(fā)期抗旱性的報道已有許多，包括檸條錦雞兒[10]、大豆[11]、狗牙根[12]、野豌豆屬[13]等。目前對柱花草種質(zhì)或品種抗旱性研究也有通過探尋人工模擬干旱條件評價抗旱性的，多數(shù)只研究單個種或是少份材料[14-16]。針對柱花草種間抗旱性的研究較少，難以對柱花草資源抗旱性做出系統(tǒng)評價，更未見對大頭柱花草、蔓性柱花草、狹葉柱花草等萌發(fā)期抗旱性的研究報道。本研究采用PEG-6000滲透液室內(nèi)模擬干旱脅迫，對23種不同柱花草資源的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚芽長、相對胚根長、種子萌發(fā)抗旱指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，旨在分析引進(jìn)柱花草種子萌發(fā)對干旱脅迫的響應(yīng)，篩選抗旱優(yōu)異柱花草材料，為柱花草萌發(fā)期抗旱性鑒定評價提供理論依據(jù)，為抗旱柱花草品種的選育提供基礎(chǔ)材料。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

參試材料來自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所“國家熱帶牧草中期備份庫（海南儋州）”，柱花草均引自哥倫比亞國際熱帶農(nóng)業(yè)中心（表1）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?種子預(yù)處理 ?選取大小均勻一致的種子，用0.1 %的氯化汞溶液消毒2～3 min，然后用蒸餾水沖洗3次，將消毒后的種子置于80 ℃熱水中浸泡30 min，去除種子的硬實。

1.2.2 ?試驗設(shè)計 ?供試滲透物質(zhì)為分析純聚乙二醇（ polyethylene glycol， PEG-6000），PEG溶液設(shè)0（CK）、10%和20%共3個不同質(zhì)量濃度，對應(yīng)水勢分別為0（CK）、?0.2、?0.6 MPa。隨機選取50粒種子均勻置有2層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，分別加入6 mL的蒸餾水或脅迫液，并用parafilm膜封口，培養(yǎng)箱條件為光照12 h/d，溫度25 ℃。每處理設(shè)3個重復(fù)。每天觀察種子發(fā)芽數(shù)，觀察時以胚根長度等于種子長度最為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。從第3天開始每天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)，連續(xù)統(tǒng)計5 d。同時第7天測量胚根長、胚軸長。發(fā)芽期間每2 d更換1次脅迫液，使培養(yǎng)皿內(nèi)的滲透勢保持穩(wěn)定，對照同時更換蒸餾水[17]。

1.3 ?測定項目及方法[18]

1.3.1 ?種子相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢 ?相對發(fā)芽率（relative germination rate， RGR）=發(fā)芽第7天正常發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù)×100%

相對發(fā)芽勢（relative germination energy， RGE）=發(fā)芽第3天正常發(fā)芽粒數(shù)/供試種子數(shù)× 100%

相對指標(biāo)值=處理指標(biāo)/對照指標(biāo)×100%

1.3.2 ?胚芽及胚根長 ?隨機選取10株幼苗，測量胚芽長和胚根長，重復(fù)3次。

相對胚芽長（relative embryonic radicle length， RERL）=處理胚芽長/對照胚芽長

相對胚根長（relative plumule length， RPL）=處理胚根長/對照胚根長

1.3.3 ?種子萌發(fā)抗旱指數(shù)[19] ?抗旱指數(shù)=滲透脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對照種子萌發(fā)指數(shù)

種子萌發(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天的種子萌發(fā)率。

1.4 ?抗旱性綜合評價方法

采用隸屬函數(shù)法[20]對參試材料進(jìn)行萌發(fā)期抗旱性綜合評價，公式如下：

式中，Xij為某一材料某指標(biāo)的測定值，Xj， max為該指標(biāo)的最大值，Xj， min為該指標(biāo)的最小值，U（Xij）為i材料j性狀的隸屬值。Xi為i材料的平均隸屬函數(shù)值，n為測定指標(biāo)數(shù)。Xi值越大，表明該材料抗旱性越強。

根據(jù)各材料綜合值分為3級進(jìn)行評價：1級的綜合評價值在0.7以上，為抗旱型;2級的綜合評價值在0.3～0.7，為中間型;3級的綜合評價值在0.3以下，為不耐旱型。

1.5 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與制圖。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?PEG脅迫對柱花草種子相對發(fā)芽率的影響

相對發(fā)芽率可以比較客觀地反映種子萌發(fā)期的抗旱性，相對發(fā)芽率越大表明其抗旱性越強[21]。如圖1所示，干旱脅迫對柱花草種質(zhì)的萌發(fā)產(chǎn)生了明顯的影響，10%的PEG脅迫下，參試材料的相對發(fā)芽率明顯高于20%的PEG處理。隨著PEG濃度的增大，發(fā)芽受到顯著的抑制，種間表現(xiàn)并不完全一致。

與CK相比，10%的PEG脅迫對柱花草種子的發(fā)芽率影響較小，甚至有升高的現(xiàn)象。如4號發(fā)芽率呈現(xiàn)升高，說明輕度干旱脅迫對4號種子的發(fā)芽率有一定的促進(jìn)作用。20號發(fā)芽率保持不變，其余83份材料和CK相比都有下降。下降率低于10%的有9份，在10%～40%之間有70份;高于40%有4份。參試材料1號、4號、5號和39號在10%PEG脅迫后的相對發(fā)芽率均大于70%，為抗旱性較好的材料。82號相對發(fā)芽率最低，抗旱性弱。當(dāng)PEG濃度為20%時，與CK相比，各材料相對發(fā)芽率都有降低，并且種間差異明顯。特別是81號相對發(fā)芽率降至5.6%，說明81號對干旱較敏感。而39號相對發(fā)芽率高于50%，初步認(rèn)為抗旱性較強。

2.2 ?PEG脅迫對柱花草種子相對發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢反映了種子的發(fā)芽速度，相對發(fā)芽勢越高，受干旱脅迫抑制的程度越低[22]。如圖2所示，在不同PEG脅迫下，大部分參試柱花草的萌發(fā)勢均受到抑制。當(dāng)PEG濃度為10%時，與CK相比，柱花草種子的發(fā)芽勢變化較小，有16份材料的相對發(fā)芽勢都出現(xiàn)升高，59號、84號相對發(fā)芽勢保持不變。隨著PEG脅迫增強，柱花草種質(zhì)相對發(fā)芽勢總體呈降低趨勢。

在10%的PEG脅迫下4號的相對發(fā)芽勢最高，為75.60%，相比CK有略微的升高，說明輕度干旱脅迫對4號種子的相對發(fā)芽勢有一定的促進(jìn)作用;5號、39號和1號的相對發(fā)芽勢也相對較高，說明其抗旱性較強。82號、33號、22號和81號的相對發(fā)芽勢最低，初步認(rèn)定為抗旱性較弱的材料。在20%的PEG脅迫下，82號和81號的相對發(fā)芽勢為0，說明兩者對干旱較敏感，脅迫對其影響也比較大。4號相對發(fā)芽勢最高，其抗旱性較強。

2.3 ?PEG脅迫對柱花草種子萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是評價種子在萌發(fā)期抗旱性強弱的一個重要指標(biāo)，值越大抗旱性越強[11]。由圖3可看出，在不同PEG脅迫下，參試材料種子萌發(fā)抗旱指數(shù)差異明顯。在10%的PEG脅迫下種子萌發(fā)抗旱指數(shù)差異不大，4號、39號種子萌發(fā)抗旱指數(shù)最高為0.53和0.49，說明這2份材料抗旱性較強。82號萌發(fā)抗旱指數(shù)最小為0.15。隨著干旱脅迫增強，各材料種子萌發(fā)抗旱指數(shù)呈降低趨勢，4號、39號的萌發(fā)抗旱指數(shù)最大，33、81、82萌發(fā)抗旱指數(shù)最小，說明這3份材料對干旱較敏感。其余材料均處于中間水平。

2.4 ?PEG脅迫下柱花草種子萌發(fā)期抗旱性的綜合評價

采用相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對胚根長、相對胚軸長等的隸屬函數(shù)值對85份引進(jìn)柱花草資源進(jìn)行綜合耐旱評價分析，結(jié)果見表2，39號綜合評價值最高，為0.76，說明在85份參試材料中較抗旱，其次為4號、1號和5號，33號、81號和82號的綜合評價值最低，僅為0.26，說明其抗旱能力最差。其余材料的抗旱性居中。

3 ?討論

種子萌發(fā)是植物生長的關(guān)鍵階段，也是進(jìn)行植物抗旱性研究的重要時期[23]。一般采用PEG溶液模擬干旱脅迫來測定植物種子萌發(fā)期的抗旱性[24]。萌發(fā)期抗旱性的強弱是受多因素綜合作用的結(jié)果，需要多項指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，以提高評價的準(zhǔn)確性和可靠性[25]。采用相對比值進(jìn)行分析，以排除不同種子自身因素的干擾，使結(jié)果更具代表性。符開欣等[26]、王宗勝等[27]、張宇君等[28]、郭郁頻等[29]、高雪芹等[30]采用相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對胚芽長、相對胚根長、相對抗旱指數(shù)等指標(biāo)的隸屬函數(shù)法值綜合評價短芒披堿草、胡麻、燕麥、白三葉、沙蘆草等種質(zhì)材料萌發(fā)期的抗旱性差異。本研究通過參考和借鑒不同草類植物的抗旱研究結(jié)果，使用逆境脅迫下的相對指標(biāo)，可有效地消除不同背景差異。其抗旱能力評價結(jié)論均與隸屬函數(shù)法綜合評價的抗旱性結(jié)果一致，能全面、準(zhǔn)確地反應(yīng)柱花草種子萌發(fā)期的抗旱性強弱。

以PEG-6000溶液模擬不同的干旱脅迫強度，對寬葉雀稗[31]、苜蓿[32]、少花蒺藜草[33]、狗牙根[12]、藜麥[34]等種子萌發(fā)期的抗旱性研究，發(fā)現(xiàn)低濃度的PEG對種子的萌發(fā)有一定促進(jìn)作用，隨著脅迫強度的增加，種子的相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)等指標(biāo)值總體呈下降趨勢。這與本研究結(jié)果基本一致。綜合前人研究報道，本研究選擇了10%和20%的PEG濃度作為脅迫濃度，進(jìn)行前期抗旱篩選，因同一植物的不同種間適應(yīng)的干旱脅迫濃度范圍存在差異，若要確定柱花草不同種的種子萌發(fā)的最佳PEG濃度，還需做進(jìn)一步探討。

由于抗旱性是一個受多種因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，萌發(fā)期抗旱性評價僅僅是柱花草抗旱研究的一個方面，只能說明種子萌發(fā)時的抗旱情況，不能夠完全代表柱花草苗期乃至全生育期的抗旱性。本研究僅研究了萌發(fā)期的生長形態(tài)方面的指標(biāo)，今后還應(yīng)增加生理生化特性研究，以期鑒定結(jié)果更加合理可靠。并且將萌發(fā)期抗旱鑒定結(jié)果與大田等全生育期鑒定結(jié)果結(jié)合起來分析，才能科學(xué)、準(zhǔn)確地鑒定柱花草的抗旱性，并在生產(chǎn)實踐中推廣應(yīng)用。

4 ?結(jié)論

本研究設(shè)置10%和20%兩個PEG濃度對85份引進(jìn)柱花草材料進(jìn)行萌發(fā)期的抗旱性試驗，通過相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對胚根長、相對胚軸長、抗旱萌發(fā)指數(shù)等分析，結(jié)合其隸屬函數(shù)值進(jìn)行綜合耐旱評價。結(jié)果表明，頭狀柱花草CIAT 2250綜合抗旱能力較強，可以作為柱花草抗旱選育的優(yōu)良材料。其次為大頭柱花草CIAT 2113和CIAT 1942、蔓性柱花草CIAT 10182、墨西哥柱花草CIAT 1590、卡爾奇柱花草CIAT 1616和CIAT 1624對干旱極為敏感，抗旱性差。柱花草抗旱種質(zhì)資源的篩選對于華南熱帶地區(qū)干旱、半干旱區(qū)栽培草地的建設(shè)意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] Guodao L， Phaikaew C， Stur W W. Status of Stylosanthes development in other countries. II. Stylosanthes development and utilization in China and southe-east Asia[J].Tropical Grasslands， 1997， 31（5）： 460-466.

[2] 謝金玉， 陳興乾， 唐積超， 等. 不同品種的柱花草在廣西的生產(chǎn)表現(xiàn)[J]. 廣西畜牧獸醫(yī)， 2018， 34（2）： 62-64.

[3] 莊道源， 黎學(xué)培， 黎金瓦. 膠園套種山毛豆和柱花草技術(shù)推廣[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 31（10）： 1-3， 6.

[4] 唐燕瓊， 吳紫云， 劉國道， 等. 柱花草種質(zhì)資源研究進(jìn)展[J]. 植物學(xué)報， 2009， 44（6）： 752-762.

[5] 劉旃麟， 段瑞軍， 劉國道， 等. 不同柱花草品種沙地種植適應(yīng)性的比較[J]. 熱帶生物學(xué)報， 2010， 1（2）： 138-143.

[6] 張 ?瑜， 嚴(yán)琳玲， 虞道耿， 等. 5個柱花草品種苗期對干旱脅迫的響應(yīng)[J]. 種子， 2019， 38（2）： 100-104.

[7] 易克賢， 鄭金龍， 賀春萍， 等. 柱花草膠孢炭疽菌致病力鑒定和致病類型分析[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 34（5）： 62-68.

[8] 張 ?瑜， 嚴(yán)琳玲， 虞道耿， 等. 柱花草種質(zhì)抗寒性評價與篩選[J]. 熱帶作物學(xué)報， 2018， 39（10）： 1887-1892.

[9] 鄭 ?鋮， 肖 ?亮， 陳智勇， 等. 4種環(huán)境因子對芒種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J]. 草業(yè)科學(xué)， 2016， 33（11）： 2254-2258.

[10] 閆興富， 周立彪， 思彬彬， 等. 不同溫度下PEG-6000模擬干旱對檸條錦雞兒種子萌發(fā)的脅迫效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2016， 36（7）： 1989-1996.

[11] 譚春燕， 陳佳琴， 朱星陶， 等. 干旱脅迫下20份春大豆材料的種子活力及抗旱性評價[J]. 種子， 2018， 37（7）： 74-78.

[12] 段敏敏， 孫宗玖， 李培英. PEG脅迫下新疆地區(qū)狗牙根種子的萌發(fā)特性[J]. 草業(yè)科學(xué)， 2016， 33（7）： 1275-1284.

[13] 任永霞， 郭郁頻， 劉貴河， 等. 三種野豌豆屬牧草種子萌發(fā)期抗旱性的研究[J]. 作物雜志， 2016（3）： 158-162.

[14] 陳志堅， 羅佳佳， 彭璽如， 等. 不同柱花草種質(zhì)的抗旱性分析[J]. 熱帶作物學(xué)報， 2017， 38（10）： 1790-1795.

[15] 姚 ?娜， 賴志強， 韋錦益， 等. 不同強度干旱脅迫下6種柱花草種子的萌發(fā)特性及抗旱性評價[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2012， 39（24）： 9-11， 20.

[16] 尹劍紅， 張燕琴， 曹 ?堃， 等. 干旱脅迫對熱研二號柱花草種子萌發(fā)的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2015， 43（29）： 70-72.

[17] 顏啟傳. 種子學(xué)[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2001： 112.

[18] 鄒 ?琦. 植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社， 2000： 72-75， 159-174.

[19] Harker K N， ODonovan J T， Blackshaw R E， et al. Seeding depth and seeding speed effects on no-till canola emergence， maturity， yield and seed quality[J]. Canadian Journal of Plant Science， 2012， 92（4）： 795-802.

[20] Larsen S U， Povlsen F V， Eriksen E N， et al. The influence of seed vigour on field performance and the evaluation of the applicability of the controlled deterioration vigour test in oil seed rape （Brassica napus） and pea （Pisum sativum） [J]. Seed Science and Technology， 1998， 26（3）： 627-641.

[21] 孫艷茹， 石 ?屹， 陳國軍， 等. PEG模擬干旱脅迫下8種綠肥作物萌發(fā)特性與抗旱性評價[J]. 草業(yè)學(xué)報， 2015， 24（3）： 89-98.

[22] Baskin C C， Baskin J M. Seeds： ecology， biogeography， and evolution of dormancy and germination[M]. San Diego： Academic Press， 1998： 689.

[23] 張緒元. 熱帶牧草抗旱性[D]. 海南： 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2005.

[24] Fennner M， Thompson K. The ecology of seeds[M]. Cambridge， UK： Cambridge University Press， 2005.

[25] 王 ?瑩. 五種禾本科牧草抗旱性綜合評價[D]. 銀川： 寧夏大學(xué)， 2015.

[26] 符開欣， 劉 ?新， 張新全， 等. 六份川西北短芒披堿草種質(zhì)萌發(fā)期抗旱性評價[J]. 中國草地學(xué)報， 2017， 39（2）： 41-47.

[27] 王宗勝， 張建平， 米 ?君， 等. PEG脅迫下不同胡麻品種種子萌發(fā)期抗旱性鑒定[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2016， 34（4）： 118-124.

[28] 張宇君， 趙麗麗， 王普昶， 等. 燕麥萌發(fā)期抗旱指標(biāo)體系構(gòu)建及綜合評價[J]. 核農(nóng)學(xué)報， 2017， 31（11）： 2236-2242.

[29] 郭郁頻， 張吉民， 劉貴河， 等. 3種白三葉品種萌發(fā)期對干旱脅迫的響應(yīng)及抗旱性評價[J]. 種子， 2015， 34（7）： 80-84.

[30] 高雪芹， 伏兵哲， 穆懷彬， 等. PEG-6000干旱脅迫對沙蘆草種子萌發(fā)特性的影響及其抗旱性評價[J]. 種子， 2013， 32（8）： 11-16.

[31] 屈興紅， 趙麗麗， 王普昶， 等. 6個寬葉雀稗材料種子萌發(fā)期抗旱性研究[J]. 種子， 2017， 36（4）： 24-27.

[32] 王 ?焱， 蔡 ?偉， 蘭 ?劍， 等. 12個苜蓿品種抗旱性綜合評價[J]. 草原與草坪， 2018， 38（2）： 80-88.

[33] 雷 ?強， 鄭根昌， 石立媛， 等. NaCl和PEG脅迫對少花蒺藜草種子萌發(fā)的影響[J]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2016， 31（6）： 492-496.

[34] 張 ?斌， 馬德源， 范仲學(xué)， 等. PEG脅迫下藜麥品種萌發(fā)期抗旱性鑒定[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2018， 50（12）： 30-34.