趙相勇， 周 雪， 馬培杰， 韓永芬， 羅天瓊， 付 薇， 李亞嬌*

(1．貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 草業(yè)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006； 2．貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006)

0 引言

【研究意義】扁穗雀麥(Bromuscatharticus)別名野麥子，屬禾本科雀麥屬一年生或多年生草本植物。我國(guó)北方地區(qū)氣候較干燥，其多為一年生；南方地區(qū)氣候溫?zé)岢睗?，可多年生。由于其生育期短，每年可刈?～4次，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適口性好，常作為優(yōu)良牧草利用[1-2]。貴州省海拔147.8～2 900.6 m，導(dǎo)致草地類型復(fù)雜，牧草種類繁多，其中扁穗雀麥在不同地勢(shì)、不同氣候、不同土壤條件下生長(zhǎng)為具有不同抗逆性的種質(zhì)資源。貴州冬春季節(jié)性干旱反復(fù)出現(xiàn)，適宜冬春兩季生長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)牧草資源短缺，開展扁穗雀麥種質(zhì)資源的抗旱性鑒定與評(píng)價(jià)，篩選出冬春兩季生長(zhǎng)優(yōu)良的種質(zhì)資源，是解決冬春兩季青飼料短缺的有效途徑?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】萌發(fā)期是作物生育期的起始階段，對(duì)水分的虧缺相當(dāng)敏感，將直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，在干旱環(huán)境下，萌發(fā)期種子容易出現(xiàn)死亡情況，因此，萌發(fā)期是衡量作物抗旱性強(qiáng)弱的關(guān)鍵時(shí)期[3-4]。陳葉等[5-6]研究表明，干旱脅迫會(huì)推遲種子的萌發(fā)或降低發(fā)芽力。對(duì)萌發(fā)期和苗期的作物進(jìn)行干旱脅迫研究，測(cè)定發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗高等指標(biāo)，可以準(zhǔn)確而快速地鑒定作物的抗旱性[7]。姜宗慶等[8]研究表明，作物根系活力和呼吸作用隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)明顯降低。作物在干旱脅迫下，葉片細(xì)胞體積變小，膜系統(tǒng)受到破壞，光合器官受到影響，角質(zhì)層變厚，光合速率和蒸騰速率出現(xiàn)不同程度的下降[9-10]。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于植物抗旱性特征的研究，從最初的水分控制法[9-10]發(fā)展到PEG-6000模擬鎖水法[3]，再到種子引發(fā)+PEG-6000模擬鎖水法[11]、褪黑素+PEG-6000模擬鎖水法[12]、C2H2型鋅指蛋白+PEG-6000模擬鎖水法[13]等，方法越來(lái)越多元化、精細(xì)化，且有不少研究已經(jīng)通過(guò)抗逆基因的調(diào)控與表達(dá)評(píng)價(jià)作物的抗旱性、抗寒性、耐熱性等抗逆性[14-15]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來(lái)，雖然關(guān)于各類作物在形態(tài)、生理生化、蛋白質(zhì)組學(xué)、分子基因等方面的抗旱性研究較多[3，5，15-16]，但貴州地區(qū)不同扁穗雀麥種質(zhì)的抗旱性研究未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用不同濃度PEG-6000溶液對(duì)41份扁穗雀麥種質(zhì)進(jìn)行干旱脅迫，對(duì)其種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和幼苗的成活率、株高、水分率、干物質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定比較分析，綜合評(píng)價(jià)扁穗雀麥種質(zhì)萌發(fā)期和苗期抗的旱性，以期為貴州尤其是喀斯特石漠化地區(qū)抗旱種質(zhì)的篩選和品種選育奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 扁穗雀麥種質(zhì) 41份扁穗雀麥種質(zhì)資源均采集于貴州省境內(nèi)，其具體信息及來(lái)源詳見表1，其中，第41份材料為貴州省草業(yè)研究所提供的國(guó)審品種——黔南扁穗雀麥。

表1 41份供試扁穗雀麥的來(lái)源

1.1.2 試劑 PEG-6000溶液、次氯酸鈉、HoagLand營(yíng)養(yǎng)液，市購(gòu)。

1.2 方法

1.2.1 材料預(yù)處理 1) 種子處理。挑選一定數(shù)量的種子用次氯酸鈉消毒10 min，用蒸餾水沖洗6次后置于紗布上攤開備用。2) 蛭石。高溫高壓消毒并冷卻后備用。3)育苗。將部分處理種子種植在1個(gè)裝有蛭石粒的塑料盆(8 cm×10 cm)中，每盆播種15粒，用HoagLand營(yíng)養(yǎng)液培育至長(zhǎng)出2葉一心時(shí)定苗，每盆保留大小一致的苗10株備用。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2019年在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)進(jìn)行。

1) 干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別采用濃度為0、5% PEG-6000、10% PEG-6000和20% PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，即在直徑10 cm的一次性培養(yǎng)皿中鋪2層高溫滅菌消毒后的濾紙，分別加入上述濃度溶液10 mL；以蒸餾水作對(duì)照(溶液量以上層濾紙濕潤(rùn)，傾斜時(shí)培養(yǎng)皿底無(wú)溶液合聚為宜)。每個(gè)培養(yǎng)皿放入處理的種子20粒，每個(gè)處理3次重復(fù)，將培養(yǎng)皿置于常溫的室內(nèi)進(jìn)行發(fā)芽。保持濾紙水分飽和狀態(tài)，每天用蒸餾水補(bǔ)充水分損失。

2) 干旱脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響。試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，分別采用濃度為10% PEG-6000和20% PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，每天分別加入10 mL 10% PEG-6000溶液和20% PEG-6000溶液，以加等量蒸餾水作對(duì)照，每個(gè)處理9盆，10 d后測(cè)定幼苗的成活數(shù)、株高、鮮重及干重。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目

1) 種子萌發(fā)。處理3 d后每天調(diào)查1次種子發(fā)芽數(shù)，至沒有新種子發(fā)芽為止。計(jì)算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)[9]。

發(fā)芽率=發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

式中，Gt為當(dāng)天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為發(fā)芽日數(shù)。

2) 幼苗生長(zhǎng)。處理10 d后測(cè)定幼苗的成活數(shù)、株高、鮮重及干重。株高，每盆選取大小均勻一致的5株苗，沖洗干凈、去除雜質(zhì)和水分后，將地上部分最高點(diǎn)拉直為準(zhǔn)測(cè)株高。鮮重，將5株苗去除雜質(zhì)和水分后稱重。干重，將鮮重所取地上部分放入烘箱中105℃殺青30 min，65℃烘干8 h，烘至恒重稱重。計(jì)算成活率、水分率、抗旱系數(shù)[3，17]、抗旱指數(shù)[18]、敏感指數(shù)[18]和隸屬函數(shù)值[3]。敏感指數(shù)為正，說(shuō)明為正效應(yīng)，反之為負(fù)效應(yīng)，且絕對(duì)值越大說(shuō)明干旱脅迫的影響越大。若指標(biāo)與抗旱性呈正相關(guān)關(guān)系，則用隸屬函數(shù)值=μ(x)表示；若指標(biāo)與抗旱性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，則用隸屬函數(shù)值=1-μ(x)表示。

成活率=成活的苗數(shù)/總供試種子數(shù)量×100%

水分率=(鮮重-干重)/鮮重×100%

抗旱系數(shù)=干旱脅迫下的測(cè)定值/對(duì)照的測(cè)定值

抗旱指數(shù)=抗旱系數(shù)×干旱脅迫下的測(cè)定值/所有材料干旱脅迫下的平均測(cè)定值

敏感指數(shù)=(1-干旱脅迫下的測(cè)定值/對(duì)照的測(cè)定值)/(1-所有材料干旱脅迫下的平均測(cè)定值/所有材料對(duì)照的平均測(cè)定值)

隸屬函數(shù)值[μ(x)]=(指標(biāo)測(cè)定值-所有參試材料某一指標(biāo)的最小值)(所有參試材料某一指標(biāo)的最大值-所有參試材料某一指標(biāo)的最小值)

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理匯總及計(jì)算；采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和聚類分析，方差分析采用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，聚類分析采用系統(tǒng)聚類、平均聯(lián)接(組間)的譜系圖表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫處理扁穗雀麥種子的發(fā)芽率

從表2看出，經(jīng)0、5% PEG-6000、10% PEG-6000和20% PEG-6000溶液處理7～13 d，41份扁穗雀麥材料種子發(fā)芽率的變幅分別為53.33%～98.33%、11.67%～98.33%、3%～95%和0～81.67%。4個(gè)處理濃度從低到高，7 d時(shí)種子發(fā)芽率達(dá)80%以上的材料分別有27份、17份、3份和0份，13 d時(shí)種子發(fā)芽率達(dá)80%以上的分別有36份、25份、17份和1份；同一處理濃度下，隨著發(fā)芽天數(shù)增加分別有1份、7份、20份和12份材料發(fā)芽率顯著增加。其中，有8份材料20% PEG-6000溶液處理下13 d時(shí)發(fā)芽率為0，而No.10、No.12、No.16和No.23在20% PEG-6000溶液處理下13 d時(shí)發(fā)芽率達(dá)43.33%～81.67%。20% PEG-6000溶液處理下，No.16扁穗雀麥7 d時(shí)發(fā)芽率最高，達(dá)56.00%，顯著高于其余品種；No.23、No.12和No.10次之，分別為46.67%、38.33%和33.33%；其他37份材料7 d時(shí)發(fā)芽率均低于11.67%，且差異不顯著。其他濃度不同天數(shù)的發(fā)芽率在各材料之間差異顯著。

2.2 干旱脅迫處理扁穗雀麥幼苗的植株性狀

從表3看出，經(jīng)不同濃度PEG-6000溶液處理后，41份扁穗雀麥幼苗的成活率、株高和水分率均存在一定的差異。

表3 干旱脅迫處理41種扁穗雀麥幼苗的植株性狀

2.2.1 成活率 41份扁穗雀麥幼苗的成活率為80%～100%。隨著處理濃度增加，大部分材料的成活率與CK相比無(wú)變化，均為100%；No.2、No.19、No.25、No.34和No.39的成活率較對(duì)照有所下降但無(wú)顯著差異。其中，No.19和No.34在20% PEG-6000溶液脅迫下的成活率高于10% PEG-6000溶液脅迫，且No.19的差異顯著。在10% PEG-6000溶液脅迫下，No.19、No.34的成活率顯著低于其他材料。在20% PEG-6000溶液脅迫下，No.2、No.25、No.34和No.39的成活率顯著低于其他材料。

2.2.2 株高 41份扁穗雀麥幼苗的株高為14.97～32.59 cm。對(duì)照處理下大部分材料的株高無(wú)顯著差異，No.3、No.5、No.25、No.32、No.38等9份材料株高顯著高于其他材料，而No.19的株高顯著低于其他材料。在高濃度下，41份材料的株高差異顯著。隨著

處理濃度的增加，有17份材料的株高呈下降趨勢(shì)，其中No.7、No.19、No.26、No.27、No.28等5份材料的株高顯著降低，有24份材料的株高呈先上升再下降趨勢(shì)，其株高在10% PEG-6000溶液脅迫下達(dá)最高，但與對(duì)照相比較其差異不顯著，No.33和No.39的株高以對(duì)照最小，但與其他濃度相比差異不顯著。全部處理中No.39在10%溶液脅迫下的株高最高，但與其他濃度相比差異不顯著；No.19材料在20% PEG-6000溶液脅迫下株高最矮，與其他濃度相比差異顯著。

2.2.3 水分率 41份扁穗雀麥幼苗的水分率為51.35%～86.33%。在10% PEG-6000溶液脅迫下，大部分材料的水分率差異不顯著，No.28、No.27和No.19的水分率顯著高于其他材料，No.15和No.20的水分率顯著低于其他材料。在其他處理下，41份材料的水分率差異顯著。隨著處理濃度的增加，33份材料的水分率呈下降趨勢(shì)，其中28份顯著降低。8份材料的水分率在10% PEG-6000溶液脅迫下達(dá)最大。所有材料中No.4對(duì)照的水分率最高，且與其他處理差異顯著。

2.3 20% PEG-6000溶液干旱脅迫下扁穗雀麥的抗旱相關(guān)性狀

從表4看出，經(jīng)20% PEG-6000溶液處理后，9項(xiàng)抗旱指標(biāo)在41份扁穗雀麥材料之間差異顯著。

表4 20% PEG- 6000溶液干旱脅迫下的扁穗雀麥的抗旱相關(guān)性狀

2.3.1 13 d發(fā)芽率 41份扁穗雀麥材料13 d發(fā)芽率的抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)和敏感指數(shù)依次為0.00～0.87、0.00～3.51和0.17～1.31，三者的變異系數(shù)依次為88.88%、152.53%和27.19%，各材料間3項(xiàng)抗旱指標(biāo)均存在不同程度的差異。3項(xiàng)抗旱指標(biāo)中除敏感指數(shù)指標(biāo)外，其余2項(xiàng)指標(biāo)排序1～6的材料分別是No.23、No.16、No.12、No.32、No.10和No.30，排序36～41的材料分別是No.38、No.37、No.36、No.34、No.27和No.22；敏感指數(shù)的大小正好相反。

2.3.2 株高 41份扁穗雀麥材料苗期株高的抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)和敏感指數(shù)依次為0.69～1.05、0.45～1.17和0.26～2.42，三者的變異系數(shù)依次為8.85%、15.68%和60.85%，各材料間3項(xiàng)抗旱指標(biāo)均存在不同程度的差異。其中，除敏感指數(shù)指標(biāo)外，其他2項(xiàng)指標(biāo)排序1～6的材料分別是No.33、No.39、No.9、No.13、No.2和No.35，排序36～41的材料分別是No.37、No.27、No.28、No.41、No.23和No.19，而敏感指數(shù)的大小正好相反。

2.3.3 地上干物質(zhì)量 41份扁穗雀麥材料苗期地上干物質(zhì)量的抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)和敏感指數(shù)依次為0.81～2.12、0.45～3.01和0.02～2.31，三者的變異系數(shù)依次為22.19%、39.92%和64.92%，各材料間3項(xiàng)抗旱指標(biāo)表現(xiàn)均趨于一致，3項(xiàng)指標(biāo)排序1～6的材料分別是No.29、No.24、No.18、No.26、No.14和No.10，排序36～41的材料分別是No.5、No.37、No.16、No.36、No.7和No.13。

2.4 20% PEG-6000 溶液干旱脅迫下各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及其聚類

從表5看出，20% PEG-6000溶液干旱脅迫下，41份扁穗雀麥材料的隸屬函數(shù)值為0.169～0.620，其中，隸屬函數(shù)值排序1～6的材料分別是No.10、No.16、No.12、No.33、No.24和No.2；排序36～41的材料分別是No.22、No.38、No.27、No.36、No.7和No.37。從圖1看出，41個(gè)品種聚成4類，其中，第Ⅰ類為高度抗旱型材料，共16份，占總數(shù)的39.02%；第Ⅱ類為抗旱型材料，共10份，占總數(shù)的24.39%；第Ⅲ類為敏感型材料共6份，占總數(shù)的14.63%；第Ⅳ類為高度敏感型材料，共9份，占總數(shù)的21.95%。

表5 20% PEG-6000 溶液干旱脅迫扁穗雀麥各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

圖1 20% PEG- 6000溶液干旱脅迫扁穗雀麥隸屬函數(shù)值的聚類

3 討論

3.1 干旱脅迫對(duì)扁穗雀麥種子發(fā)芽率及植株性狀的影響

魯守平等[19]研究表明，隨著PEG-6000濃度的增加，甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)呈先增后減趨勢(shì)，各處理間的差異達(dá)顯著或極顯著水平。杜光輝等[20]用PEG-6000模擬干旱脅迫研究表明，10個(gè)大麻(Cannabissativa)品種的發(fā)芽率在5% PEG-6000、10% PEG-6000和15% PEG-6000時(shí)無(wú)顯著差異，而20% PEG-6000時(shí)有顯著差異，其中，5個(gè)大麻品種的發(fā)芽率隨脅迫程度增加呈先增后減趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，隨著PEG-6000處理濃度的增加，41份扁穗雀麥種子發(fā)芽率呈降低趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果有差異，可能是不同作物發(fā)芽率對(duì)干旱的反應(yīng)不同，扁穗雀麥相較于甘草、大麻種子是需水性更強(qiáng)的作物。在不同濃度下，扁穗雀麥隨著發(fā)芽時(shí)間的增加發(fā)芽率呈增加趨勢(shì)，部分材料增加顯著。在20% PEG-6000處理下，No.16材料7 d時(shí)的發(fā)芽率最高，為56.00%。

王彩等[21]研究表明，花生(Arachishypogaea)在15% PEG-6000脅迫下的抗旱相關(guān)性狀，除根冠比增加外，株高、地上生物量、根系生物量性狀均降低，不同材料在同一處理下表現(xiàn)顯著性差異。酒用糯高粱(Sorghumbicolor)對(duì)干旱脅迫反應(yīng)的敏感程度依次為產(chǎn)量、穗粒數(shù)、分蘗數(shù)、單株粒重、千粒重、莖粗、穗長(zhǎng)和株高[22]?？厮珊得{迫下，夏玉米(Zeamays)株高降低[23]。研究結(jié)果表明，隨著處理濃度增加，大部分材料的成活率與對(duì)照相比無(wú)變化，均為100%，5份材料成活率呈降低趨勢(shì)，4份材料差異顯著，可見大多數(shù)扁穗雀麥成活的干旱脅迫濃度還能進(jìn)一步提升。隨著處理濃度的增加，株高和水分率有部分材料呈下降趨勢(shì)，但部分材料呈先升高后降低趨勢(shì)，且其中部分材料差異顯著。由此可見，不同品種(系)的扁穗雀麥株高和水分率對(duì)干旱脅迫下的表達(dá)也存在差異。

3.2 干旱脅迫下扁穗雀麥抗旱相關(guān)性狀、隸屬函數(shù)值及其聚類分析

抗旱系數(shù)雖反映不同作物對(duì)干旱的敏感程度，抗旱系數(shù)越高則抗旱性越強(qiáng)，作物穩(wěn)產(chǎn)性好，但其不能反映產(chǎn)量水平[24]，對(duì)干旱敏感最初的定義理解敏感指數(shù)越小抗旱性越好[25]，抗旱系數(shù)與敏感指數(shù)二者相關(guān)系數(shù)r=-1，且2種指標(biāo)的判別能力有時(shí)稍顯不足，抗旱指數(shù)則能更好地使抗旱系數(shù)與農(nóng)藝指標(biāo)作物旱地產(chǎn)量得到較好的結(jié)合[18]。初旭升等[26]研究表明，株高、千粒重對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)遲鈍，單株粒數(shù)、單株粒重反應(yīng)敏感，其余性狀屬中間類型，不同性狀對(duì)干旱脅迫的敏感程度各異，同一種質(zhì)不同指標(biāo)的抗旱系數(shù)并不完全一致，甚至有較大差距。該研究為使扁穗雀麥抗旱性分析更全面，對(duì)各性狀指標(biāo)的抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)、敏感指數(shù)分別進(jìn)行分析，結(jié)果表明，20% PEG-6000溶液處理后，13 d發(fā)芽率、株高的抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)各材料的大小排序趨勢(shì)相同，而敏感指數(shù)則相反，說(shuō)明抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)越大，抗旱性越強(qiáng)而敏感指數(shù)越??；而地上干物質(zhì)量的3項(xiàng)抗旱指標(biāo)的大小排序趨勢(shì)均相同，說(shuō)明地上干物質(zhì)量越大，作物的抗旱性越弱。且株高、地上干物質(zhì)量的敏感指數(shù)均有負(fù)效應(yīng)的材料出現(xiàn)，說(shuō)明部分材料隨干旱脅迫濃度增強(qiáng)，株高增大、地上干物質(zhì)量減小。今后還需要對(duì)該類材料做進(jìn)一步的抗旱研究。扁穗雀麥的13 d發(fā)芽率、株高、地上干物質(zhì)量的抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)、敏感指數(shù)在20% PEG-6000溶液處理下變異均較大。

對(duì)作物的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以消除采用單個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)得出不夠一致的結(jié)果，而隸屬函數(shù)值和系統(tǒng)聚類是現(xiàn)在普遍被采用的對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行抗旱綜合分析可以得出比較準(zhǔn)確結(jié)果的方法[19，22]。該研究中，20% PEG-6000溶液干旱脅迫下，41份材料被聚類譜系圖分成4個(gè)等級(jí)，其中，第Ⅰ類為高度抗旱型材料，共16份；第Ⅱ類為抗旱型材料，共10份；第Ⅲ類為敏感型材料，共6份；第Ⅳ類為高度敏感型材料，共9份。

4 結(jié)論

供試的41份扁穗雀麥種質(zhì)資源經(jīng)萌發(fā)期、苗期模擬不同濃度干旱脅迫后，各項(xiàng)表型性狀均存在明顯差異。根據(jù)各指標(biāo)隸屬函數(shù)值將41份材料分為4類不同的抗旱型，其抗旱性強(qiáng)弱順序?yàn)棰耦?Ⅱ類>Ⅲ類>Ⅳ類。No.10的萌發(fā)期和苗期綜合抗旱性最強(qiáng)，No.37的綜合抗旱性最弱。該研究可為今后貴州地區(qū)扁穗雀麥抗旱性品種選育及抗旱性分子機(jī)理研究提供重要供試材料及理論參考。