霍可以， 劉 英， 向仰州， 岳雪嬌， 姚 斌

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所， 貴陽(yáng) 550006；2.貴州師范學(xué)院學(xué)生資助管理中心， 貴陽(yáng) 550018；3.貴州師范學(xué)院地理與資源學(xué)院， 貴陽(yáng) 550018；4.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所， 北京 100091)

貴州是我國(guó)礦產(chǎn)資源種類繁多、儲(chǔ)量巨大的省份之一，大量開(kāi)采各種礦產(chǎn)資源，特別是煤礦、磷礦、鋁土礦等，為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了舉足輕重的作用[1]。但由于長(zhǎng)期以來(lái)“重礦產(chǎn)資源開(kāi)采，輕礦山環(huán)境后續(xù)治理”的礦業(yè)開(kāi)發(fā)模式導(dǎo)致了環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害、水土流失等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[2-4]。鑒于此，采取有效措施治理各種礦業(yè)廢棄地及廢棄物顯得十分迫切。目前的治理措施主要包括修建尾礦庫(kù)、壩存放尾礦或利用尾礦做建筑材料的原料、路基材料[5]，但因尾礦數(shù)量巨大，利用率極低，尋求新的尾礦治理措施勢(shì)在必行。近年來(lái)，迅速發(fā)展的生態(tài)恢復(fù)方式被應(yīng)用到礦區(qū)廢棄地及尾礦治理中，取得的成效顯著[6-9]。由于礦區(qū)廢棄地及尾礦缺水干旱，植被恢復(fù)困難，抗旱植物品種的篩選是礦山生態(tài)恢復(fù)成功的關(guān)鍵因素之一。高羊茅(FestucaarundinaceaL.)是禾本科羊茅屬多年生草本植物，是一種抗旱性、抗熱性強(qiáng)，管理粗放的常見(jiàn)冷季型草坪草，被廣泛應(yīng)用于水土保持、生態(tài)恢復(fù)、植被護(hù)坡、園林綠化等[10]。PEG-6000是一種大分子滲透調(diào)節(jié)劑，改變其濃度可以有效地控制水分進(jìn)入種子的速率，是模擬土壤干旱的理想水勢(shì)調(diào)節(jié)物質(zhì)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于植物種子萌發(fā)期干旱脅迫模擬研究，已經(jīng)成為研究種子萌發(fā)性狀的重要調(diào)節(jié)劑[11-13]。

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是鄧聚龍[14]于1982年創(chuàng)立的，是一種定量化比較分析方法，根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，即灰色關(guān)聯(lián)度，分析系統(tǒng)內(nèi)部主要因素之間的相關(guān)程度，作為衡量相關(guān)程度最大因素的一種方法。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在農(nóng)作物引種、育種等方面[15]?；疑P(guān)聯(lián)度分析方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，能夠較為真實(shí)和全面地反映人們對(duì)客觀系統(tǒng)的實(shí)際認(rèn)識(shí)程度，不僅對(duì)結(jié)果可以定性分析，而且可以給出定量結(jié)果[16]。

因此，本試驗(yàn)測(cè)定千粒重、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、芽干重等11個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論評(píng)價(jià)其萌發(fā)期抗旱性，旨在為篩選適用于貴州礦山生態(tài)恢復(fù)抗旱性強(qiáng)的高羊茅品種提供科學(xué)依據(jù)及技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

聚乙二醇(PEG-6000，分析純)；光照培養(yǎng)箱(型號(hào)：GXZ-280，廠家：寧波江南儀器廠)；8個(gè)高羊茅品種分別是新秀、凌志Ⅱ、易凱、鳳凰、銳步、天霸、維加斯和探索者，購(gòu)于百綠(天津)國(guó)際草業(yè)有限公司(百綠中國(guó))。

1.2 試驗(yàn)方法

采用電子天平稱取200 g PEG-6000緩慢倒入盛有1 L去離子水的容量瓶中，搖勻后得到200 g/L的PEG-6000溶液。選取籽粒飽滿、大小均勻的高羊茅種子，用0.5%的KMnO4溶液消毒10 min，用去離子水清洗5次，然后用濾紙吸干種子表面水分。將種子放入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑15 cm)中，每個(gè)培養(yǎng)皿50粒種子，每個(gè)品種3次重復(fù)。用移液管分別準(zhǔn)確量取200 g/L的PEG-6000溶液10 mL于培養(yǎng)皿中，然后將培養(yǎng)皿移入光照培養(yǎng)箱中。光照培養(yǎng)箱參數(shù)設(shè)定：溫度(25±0.5)℃，光照強(qiáng)度14 000 lx，光周期12 h/d。每天采用稱重法及時(shí)補(bǔ)充散失的水分，以保證種子處于較為恒定的滲透勢(shì)[17]。光照培養(yǎng)箱每天打開(kāi)2次與外界進(jìn)行氣體交換10 min，觀察并記錄試驗(yàn)現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)每個(gè)處理隨機(jī)抽取20株測(cè)定苗干重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

千粒重、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、芽干重等4個(gè)指標(biāo)采用常規(guī)法。

發(fā)芽勢(shì)(%)=(第5天內(nèi)正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率(%)=(第11天內(nèi)正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，式中，Gt為總的發(fā)芽粒數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；

活力指數(shù)=GI×S，式中，GI為發(fā)芽指數(shù)，S為第11天平均苗長(zhǎng)；

萌發(fā)指數(shù)=1.00x2+0.75x4+ 0.50x6+0.25x8，式中:x2、x4、x6、x8依次為2、4、6、8 d的種子發(fā)芽率[11]；

貯藏物質(zhì)消耗率(%)=[(發(fā)芽前種子重量-發(fā)芽種子各部分干重和)/發(fā)芽前種子重量]×100%；

貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)效率(%)=[苗干重(芽+根)/苗各部分干重(芽+根+籽粒)]×100%[18]。

根據(jù)王士強(qiáng)等[19]和尹利等[20]的方法，分別按照公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)計(jì)算抗旱系數(shù)(DC)、抗旱指數(shù)(DI)、灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)(ξi(k))、關(guān)聯(lián)度(γi)。

DC=xd/xw

(1)

表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)平均值Table 1 The average value of test indexes

表2 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果Table 2 The results of standardization of initial data

(2)

(3)

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 構(gòu)建灰色系統(tǒng)

設(shè)每個(gè)高羊茅品種各指標(biāo)的平均抗旱指數(shù)為參考數(shù)列X0，各品種各指標(biāo)的測(cè)定值為比較數(shù)列Xi，發(fā)芽勢(shì)(X5)、胚芽長(zhǎng)(X2)、活力指數(shù)(X8)、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率(X11)、發(fā)芽指數(shù)(X7)、胚根長(zhǎng)(X3)、千粒重(X1)、芽干重(X4)、萌發(fā)指數(shù)(X9)、發(fā)芽率(X6)、貯藏物質(zhì)消耗率(X10)。見(jiàn)表1。

2.2 原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱處理

2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

表3 各品種抗旱指數(shù)平均值與測(cè)定指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度Table 3 The correlation coefficient and correlation degree between the average value of drought resistance index and test index of different varieties

不同品種高羊茅的抗旱性與測(cè)定指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度大小順序是：ξ5>ξ2>ξ8>ξ11>ξ7>ξ3>ξ1>ξ4>ξ9>ξ6>ξ10。

2.4 不同品種高羊茅抗旱性灰色綜合評(píng)價(jià)

對(duì)各品種的關(guān)聯(lián)度作歸一化處理，計(jì)算權(quán)重。然后用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)乘以權(quán)重，再次作歸一化處理得到灰色綜合評(píng)價(jià)值G[20]，采用G值大小作為劃分抗旱性等級(jí)，設(shè)當(dāng)G≥0.2時(shí)，為高抗，用A表示；當(dāng)0.2>G≥0.08時(shí)，為抗，用B表示；當(dāng)G<0.08時(shí)，為中抗，用C表示。

采用灰色綜合評(píng)價(jià)值作8個(gè)高羊茅品種種子萌發(fā)期抗旱性劃分標(biāo)準(zhǔn)，抗旱能力的強(qiáng)弱順序是鳳凰>維加斯>易凱>銳步>天霸>新秀>凌志Ⅱ>探索者(表4)。鳳凰作為一級(jí)抗旱品種，實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，該品種于200 g/L的PEG-6000溶液滲透處理后第2天開(kāi)始萌發(fā)，芽生長(zhǎng)快速、粗壯、鮮綠。

表4 不同品種高羊茅抗旱性灰色綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Grey comprehensive evaluation of drought resistance of different Festuca arundinacea

3 討論與結(jié)論

植物種子抗旱性的研究報(bào)道很多，但針對(duì)不同植物種子所選取的抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)有所區(qū)別。王曉榮和周禾[22]在比較不同高羊茅品種生長(zhǎng)初期的抗旱性時(shí)選取的衡量指標(biāo)是根重、根長(zhǎng)/芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)和電導(dǎo)率。嚴(yán)青等[23]應(yīng)用發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽率、苗長(zhǎng)等4個(gè)指標(biāo)判定梭羅草、青海草地早熟禾、垂穗披堿草等3種草種的抗旱性。段碧華等[24]從植物形態(tài)觀測(cè)和生理生化的角度評(píng)價(jià)3種冷季型草坪草的6個(gè)品種的抗旱性。趙利清等[25]采用發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚根和胚芽長(zhǎng)及三葉期幼苗相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛和游離脯氨酸含量評(píng)價(jià)西伯利亞冰草種子的抗旱性。由于評(píng)價(jià)指標(biāo)不同，得出不同植物種子抗旱性能不同。從植物形態(tài)觀測(cè)角度評(píng)價(jià)種子抗旱性具有快速簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，采用生理生化指標(biāo)判斷種子抗旱性比較復(fù)雜，二者單獨(dú)或者聯(lián)合使用來(lái)評(píng)價(jià)種子抗旱性的準(zhǔn)確度有待驗(yàn)證。

抗旱性評(píng)價(jià)是抗旱栽培的重要環(huán)節(jié)，不同作物的不同性狀對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度表現(xiàn)不同，難于通過(guò)單一性狀來(lái)評(píng)價(jià)抗旱性的強(qiáng)弱，利用灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)合其他方法來(lái)定性和定量的描述和分析，大大提高了抗旱性鑒定的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，可為生產(chǎn)應(yīng)用中抗旱性品種的選擇提供理論依據(jù)。孫豐磊等[26]以30份棉花資源為材料，同時(shí)采用抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)、灰色關(guān)聯(lián)度分析等方法相結(jié)合，對(duì)棉花的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將30份材料分為4類，結(jié)果表明，灰色關(guān)聯(lián)分析和抗旱性度量值分析結(jié)果基本一致。吳曉麗等[27]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)5個(gè)紫花苜蓿品種的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，灰色關(guān)聯(lián)度是對(duì)一個(gè)發(fā)展變化的系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展動(dòng)態(tài)量化的分析方法，不同因素(品種、環(huán)境等)的變化都會(huì)出現(xiàn)不同結(jié)果的變化。蔡斌等[28]基于灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)6個(gè)不同小麥品種的7個(gè)性狀(根系干重、根系長(zhǎng)度、地上部莖葉干重、總生物量、葉面積和SPAD值)的綜合描述和量化評(píng)估，結(jié)果表明，干旱脅迫9 d后，綜合性狀表現(xiàn)好的品種順序?yàn)椋簼?jì)麥22>煙農(nóng)19>魯原502；而復(fù)水18 d后，順序變?yōu)椋簼?jì)麥22>魯原502>煙農(nóng)19。因此，在生產(chǎn)中選擇抗旱性品種時(shí)應(yīng)選擇抗旱性強(qiáng)和恢復(fù)能力強(qiáng)的品種。張文英等[29]采用灰色關(guān)聯(lián)度分析和聚類分析方法，在玉米的萌發(fā)期、苗期、開(kāi)花期、灌漿期，比較玉米抗旱性與各指標(biāo)之間的相關(guān)性，綜合評(píng)價(jià)不同玉米品種之間的抗旱性差異，為玉米農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了一定的科學(xué)依據(jù)。本試驗(yàn)通過(guò)采用200 g/L PEG-6000溶液模擬干旱脅迫環(huán)境研究8個(gè)高羊茅品種的抗旱性，其抗旱性從大到小依次為鳳凰、維加斯、易凱、銳步、天霸、新秀、凌志Ⅱ、探索者，與實(shí)際觀察到的各品種形態(tài)特征的表現(xiàn)一致。根據(jù)本研究結(jié)果，在貴州礦業(yè)廢棄地植被恢復(fù)過(guò)程中優(yōu)先推薦種植的高羊茅品種為鳳凰，其次為維加斯。

王曉榮等[22]對(duì)不同高羊茅種子也進(jìn)行過(guò)抗旱性研究，但其實(shí)驗(yàn)選用的高羊茅品種在市場(chǎng)上逐漸減少。因育種技術(shù)和生物技術(shù)加快了高羊茅新品種出現(xiàn)，其適應(yīng)性也得到極大提高，對(duì)新品種提前進(jìn)行抗旱性研究有助于在干旱逆境種植獲得成功。但由于抗旱性是由多種因素相互作用而構(gòu)成的一個(gè)較為復(fù)雜的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)僅是應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論對(duì)不同品種高羊茅種子萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差別。若要對(duì)其抗旱性強(qiáng)弱進(jìn)行深入研究，還要繼續(xù)對(duì)高羊茅品種各個(gè)不同的生長(zhǎng)發(fā)育期進(jìn)行全面綜合的鑒定、評(píng)價(jià)和分析，并結(jié)合田間實(shí)驗(yàn)來(lái)輔佐驗(yàn)證。