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        新疆野生沙蘆草萌發(fā)期抗旱生理機制研究

        2022-07-06 08:36:40辛慧慧新疆維吾爾自治區(qū)草原總站
        中國畜牧業(yè) 2022年11期

        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。抗旱能力越弱的植物在干旱脅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。

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