罗颖洁;武建新;文昭竹;张鹤山;张志飞
【摘 要】利用6个不同浓度梯度的聚乙二醇(PEG6000)溶液对6个白三叶(Trifolium repens)种质资源进行渗透胁迫萌发试验,研究PEG6000渗透胁迫对白三叶萌发指标和根系指标的影响.结果表明:种质资源与浓度两者交互作用对白三叶的发芽势、发芽指数及根长有极显著影响(P<0.01);PEG6000渗透胁迫极显著抑制白三叶萌发和根系生长(P<0.01),随着PEG6000浓度的增加,各萌发指数和根系生长情况均呈下降趋势,PEG6000浓度≥10％时,各萌发参数、根长极显著下降(P<0.01);白三叶的PEG6000半致死胁迫浓度为10％～15％,致死浓度为20％～25％.建议大批量萌发期白三叶PEG6000轻度渗透胁迫耐旱性鉴定浓度为10％,中度耐旱性鉴定浓度为15％.
【期刊名称】《湖南环境生物职业技术学院学报》 【年(卷),期】2018(005)004 【总页数】6页(P6-11)
【关键词】白三叶;PEG6000;渗透胁迫;萌发;根系生长;浓度筛选 【作 者】罗颖洁;武建新;文昭竹;张鹤山;张志飞
【作者单位】湖南农业大学 农学院,湖南 长沙410128;湖南农业大学 农学院,湖南 长沙410128;湖南农业大学 农学院,湖南 长沙410128;湖北省农业科学院 畜牧兽医研究所,湖北 武汉430064;湖南农业大学 农学院,湖南 长沙410128 【正文语种】中 文
【中图分类】Q945.78
白三叶(Trifolium repens)又称白车轴草,是目前世界上分布最广的豆科牧草之一[1].白三叶生长速度快,适应性和再生能力强,对土壤要求不严,营养丰富,饲用价值高[2].白三叶为浅根系作物,耐旱性较差,在种子萌发过程及生长发育阶段极易受到干旱胁迫的影响[3]，干旱是限制白三叶生长的重要环境因子[4].
种子在萌发期间耐旱性强弱可以在一定程度上反映该植物的耐旱性[5].野生狼尾草(Pennisetum alopecuroides)[6]、多年生黑麦草(Lolium perenne)[7]、高羊茅(Festuca arundinacea)[8]等研究发现,干旱会导致种子发芽率、发芽势等萌发指标下降,并抑制根系生长,从而影响种子的正常发育.近年来,PEG6000渗透胁迫模拟干旱已成为筛选耐旱性植物资源的重要方法[9-11].PEG6000溶液浓度选择至关重要,不同植物对PEG6000的耐受能力差异较大.因此,研究不同白三叶种质资源和不同PEG6000 浓度互作对白三叶种子萌发和根系生长的影响,筛选适宜PEG6000浓度对于大量白三叶种质资源耐旱性评价极为重要.本试验用PEG6000作为渗透胁迫剂,对6个白三叶种质资源进行不同浓度PEG6000渗透胁迫萌发试验,研究萌发期多个发芽指标和根系指标的变化趋势,结合白三叶种质资源的致死和半致死PEG6000浓度,筛选适宜进行耐旱品种筛选的PEG6000浓度,为白三叶抗旱育种及资源鉴定与筛选提供依据. 1 材料与方法 1.1 试验材料
白三叶种子由湖北省农业科学院畜牧兽医研究所提供.其中CF022479、
CF022511,CF022528,CF022541等4个种质资源来源于俄罗斯，鄂牧1号(Emu No.1)为国审176号品种，海发(Haifa)来源于澳大利亚(分别用A、B、C、D、E和F表示);PEG6000购自日本三洋化成工业株式会社,国内分装;50%的多菌灵可湿
性粉剂为山东华阳农药化工集团有限公司生产. 1.2 试验方法
1)种子处理.白三叶种子用50%的多菌灵可湿性粉剂500倍液浸泡种子20 min,再用纯化水冲洗5次～6次,用滤纸吸干表面水分备用.
2)试验设计.试验设5个PEG6000胁迫处理浓度,分别为5%、10%、15%、20%、25%(m/v),其相对应的溶液水势约为-0.054 MPa、-0.177 MPa、-0.393 MPa、-0.735 MPa、-1.25 MPa[10],对照组(CK)用纯水处理.采用滤纸法发芽,选取50粒大小均匀一致、饱满、无病虫害的种子置于发芽盒内,每发芽盒分别施加15 mL相应浓度处理溶液,试验过程中不再加入任何溶液,置于人工气候箱培养(20℃;8 h光照/16 h黑暗).每处理4次重复,第10 d结束试验.
3)指标测定.萌发指标:种子发芽期间每24 h观测记录1次发芽种子数,以胚根或胚芽突破种皮长于种子长度为发芽标准.
发芽势(%)=试验第4 d的发芽种子数/总种子数×100% 发芽率(%)=试验第10 d的发芽种子数/总种子数×100% 相对发芽率(%)=处理组发芽率/对照组发芽率×100%
发芽指数=Σ(Gt/Dt),其中Gt为第t天种子的的发芽量,Dt为相应的发芽试验天数 活力指数=发芽指数×根长
根系指标:每处理随机抽选10份标本,用清水洗净,然后利用LA-S系列植物根系分析系统(杭州万深检测科技有限公司)测定根系指标,包括根长(cm)、根系表面积(cm2)及根系耐性指数(%).
根系耐性指数(%)=处理组根的平均长度/对照组根的平均长度×100% 1.3 数据统计
试验数据采用Excel 2007进行处理,用DPSv7.05专业版软件对数据进行方差分析,多重比较采用LSD法.
2 结果与分析
2.1 PEG6000浓度对白三叶萌发指标和根系指标的双因素方差分析
从表1数据可以看出,不同白三叶种质资源间发芽势、发芽指数、根长和根系表面积均有极显著差异(P<0.01);不同的PEG6000浓度对6个白三叶种质资源的萌发参数和根系生长均有极显著影响(P<0.01).品种和PEG6000胁迫的交互作用除对白三叶的发芽率没有显著影响外,对其他指标均有极显著(P<0.01)或显著影响(P<0.05).
表1 种质资源和PEG6000胁迫浓度对白三叶种子萌发和根系生长影响的双因素方差分析结果Tab.1 Result of two way ANOVA analysis of effects of types and simulated drought stress of PEG6000 on the seed germination of T.repens项目种质资源dfFPPEG6000浓度dfFP种质资源×PEG6000 dfFP发芽率50.9300.464 85281.8420.000 1**251.1910.264 5发芽势56.1460.000 1**5696.5920.000 1**254.6440.000 1**发芽指数 510.3270.000 1**5843.5730.000 1**254.2160.000 1**活力指数522.9590.011
0*3635.4100.000 1**154.8530.000 1**根长519.4140.000 1**3327.8020.000 1**156.6570.000 1**根系表面积54.1370.001 3**319.5440.000 1**152.0480.013 6*
**和*分别表示具有极显著相关性(P<0.01)和显著相关性(P<0.05) 2.2 不同PEG6000处理浓度对6个白三叶种质资源种子萌发的影响
由表2中数据可知,6个白三叶种质资源在种子萌发过程中,发芽率、发芽势、发芽指数等指标随着PEG6000浓度的升高而逐渐降低.PEG6000浓度为5%时,发芽率、发芽势与CK无显著差异.当PEG6000浓度≥10%,各萌发参数极显著下降(P<0.01);当PEG6000浓度为15%时,平均相对发芽率达51.68%;PEG6000浓度为20%时,种子发芽率极低,发芽种子仅长胚芽,无胚根无法计算活力指数.
表2 不同浓度的PEG6000下6个白三叶种质资源种子萌发情况Tab.2 Effects of concentrations of PEG6000 on germination of 6 germplasms of
T.repensPEG6000浓度% 发芽率/%相对发芽率/%发芽势/%发芽指数活力指数 087.58±0.02Aa100.00
±0.00Aa84.58±0.02Aa113.50±2.02Aa508.45±7.78Aa586.67±0.03Aa99.04±5.44Aa82.75±0.02Aa102.2±3.31Bb438.20±14.81Bb1075.17±0.03Bb85.86±4.20Bb67.33±0.01Bb71.43±3.56Cc242.82±11.87Cc1545.25±0.01Cc51.68±1.69Cc36.00±0.02Cc34.85±2.29Dd84.14±4.71Dd202.50±0.02Dd2.58±1.82Dd0.58±0.00Dd0.87±0.65Ee—250.00±0.00Dd0.00 ±0.00Dd0.00±0.00Dd0.00±0.00Ee—
同列数据不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著,不同大写字母表示在P<0.01水平上差异极显著,下同
2.3 不同PEG6000处理浓度对6个白三叶种质资源根系生长的影响
PEG6000浓度高达20%时,6个白三叶种质资源发芽率均极低,且胚根几乎无生长,根系表现出严重的抑制现象,因此分别选取PEG6000浓度0%、5%、10%、15%胁迫条件下白三叶幼苗进行根系扫描分析.由表3数据可知,随着PEG6000浓度增加,6个白三叶种质资源根长极显著降低(P<0.01),根系表面积呈降低趋势:PEG6000浓度为5%时,幼苗根系表面积与对照组无显著差异(P>0.05);PEG6000浓度为10%时,6个白三叶种质资源幼苗的根系表面积显著降低(P<0.05).随着PEG6000胁迫浓度的增长,根系耐性指数降低,15% PEG6000胁迫浓度处理时,根系耐性指数下降到53.69%.
表3 不同浓度PEG6000下6个白三叶种质资源根系生长情况Tab.3 Root growth condition of 6 germplasms of T.repens under different
concentrations of PEG6000PEG6000浓度/% 根长/cm根系表面积/cm2根系耐
性指数
/%04.50±0.30Aa0.48±0.06Aa100.00±0.00Aa54.28±0.08Bb0.47±0.13Aa95.41±7.20Ab103.39±0.15Cc0.39±0.08Ab75.45±5.05Bc152.39±0.15Dd0.26±0.05Bc53.69±3.54Cd
2.4 白三叶种质资源相对发芽率的回归分析
由图1可知,根据不同PEG6000溶液处理浓度的相对发芽率,对白三叶相对发芽率进行回归分析,结果显示,相对发芽率与PEG6000胁迫浓度间的回归模型主要表现为多项回归方程,且达到极显著性水平(P<0.01).
图1 不同PEG6000浓度下6个白三叶种质资源的相对发芽率Fig.1 Relative germination rate of 6 germplasms of T.repens seeds at different concentration of PEG6000
根据相对发芽率的回归曲线方程计算得知,6个白三叶种质资源相对发芽率为50%时,PEG6000浓度(半致死浓度)分别为16.36%、15.08%、14.59%、13.39%、14.02%、12.99%,介于12%～17%;相对发芽率为10%时,PEG6000浓度(致死浓度)分别为23.88%、22.96%、22.88%、23.23%、21.77%、20.04%,介于20%～24%. 3 讨 论
植物生长受环境因子限制,当某种环境因子超出植物所能承受范围时,就会对植物产生胁迫作用[12],干旱是植物生长的重要限制环境因子,一般来说,随着干旱胁迫程度的增加,植物受胁迫程度加剧.在对白三叶[9,13-14]、短芒披碱草(Elymus
breviaristatus)[15]、黄顶菊(Flaveria bidentis)[16]的干旱胁迫种子萌发研究中发现,低浓度的PEG6000对种子萌发有一定的促进作用,当超过一定浓度后,PEG6000明显抑制种子发芽率、发芽势等萌发指标.这与本试验白三叶的研究结果一致.在水稻(Oryza sativa)[17]、紫穗槐(Amorpha fruticosa)[18]的PEG6000干旱胁迫试
验中发现,在干旱胁迫条件下,根系受影响严重,均表现出根长变短,根系活力下降的趋势,这与本试验中白三叶受干旱胁迫后根系的变化趋势一致.
耐旱半致死浓度是相对发芽率为50%时的浓度，耐旱致死浓度是相对发芽率为10%时的浓度，通过研究萌发期种质的耐旱半致死浓度和致死浓度有利于后期对耐旱品种的筛选。郭郁频等人[13]在评价3个不同品种的白三叶在萌发期的抗旱性时发现，vns的半致死浓度为20% PEG6000,致死浓度>20% PEG6000；荷兰白、瑞文德的半致死浓度为15%～20% PEG6000，致死浓度为25%PEG6000,并且在PEG6000浓度为15%时开始较强的抑制白三叶的萌发。舒英杰等[19]利用不同浓度PEG6000胁迫大豆进行萌发试验,通过分析发芽情况、子叶苗膜脂过氧化及渗透调节物质含量,确定大豆种子模拟干旱胁迫筛选试验的PEG6000浓度为20%～25%.陈致富等[20]在进行白菜型油菜耐旱性评价时,首先对5份种质资源进行模拟干旱胁迫处理,最后确定PEG6000白菜型油菜资源抗旱性筛选浓度为200 g/L(20%).半致死浓度常被作为耐性评价的标准,如张余洋等[21]利用番茄的PEG6000半致死浓度(11.4%)进行番茄耐旱性评价. 4 结 论
6个白三叶种质资源的PEG6000半致死浓度介于12%～17%.PEG6000浓度为10%或15%时,各萌发指标和根系指标都受到显著影响,但10% PEG6000浓度对白三叶的影响相对较轻,平均相对发芽率为85.86%,平均根系耐性指数75.45%;而15% PEG6000胁迫下平均相对发芽率(51.68%)和平均根系耐性指数(53.69%)均接近50%.因此,推荐大批量萌发期白三叶PEG6000轻度渗透胁迫耐旱性鉴定浓度为10% PEG6000;中度耐旱性鉴定浓度为15% PEG6000;20%PEG6000严重抑制白三叶根系生长,白三叶萌发期PEG6000渗透胁迫耐旱性鉴定不建议使用20% PEG6000及以上浓度. 参考文献：
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