狼尾草[Pennisetumalopecuroides（L.）Spreng]属禾本科（Gramineae）狼尾草属（Pennisetumspp.）多年生草种，因花序似狼尾而得名，起源于东亚和澳大利亚西部，中国也是其原产地之一，其野生资源在中国分布较广，自东北、华北经华东、华中及西南各省均有分布，多生长于海拔50～3200m的田岸、荒地、道旁及小山坡上[1]。
摘要：以不同渗透势的聚乙二醇-6000（PEG-6000）溶液模拟干旱胁迫条件，对6份不同来源的狼尾草[Pennisetumalopecuroides（L.）Spreng]种质资源的萌发特性和抗旱能力进行了研究。结果表明，低浓度的PEG胁迫除了对LW4的发芽有抑制作用外，对其他材料种子的萌发表现为促进作用；20%PEG浓度胁迫下所有狼尾草种子的发芽率急剧下降。在5%～15%的PEG-6000浓度下LW36和LW50的发芽率呈增加趋势。低浓度渗透溶液下，大部分狼尾草种质的发芽指数、萌发胁迫指数和萌发抗旱指数呈升高趋势，但胚根和胚芽长度受抑程度较大；随着浓度的增加，各指标均呈下降趋势。采用模糊数学隶属函数法对狼尾草的相对发芽率、相对胚根和胚芽长度、抗旱指数、相对活力指数等8项指标进行抗旱性综合评价，结果发现来自重庆的LW36和四川广安的LW50抗旱性较强，而来自湖北钟祥的LW49抗旱性相对较弱，其余材料居中。
关键词：作物生产论文,PEG胁迫,狼尾草[Pennisetumalopecuroides（L.）Spreng],抗旱性,隶属函数法
目前狼尾草主要用在园林造景和边坡防护中，作为观赏草，狼尾草叶色浓绿，整个植株呈喷泉状，株形优美，穗状圆锥花序在开花时迎风飘逸，观赏价值高，在园林应用中常在公园道路转弯处或交汇点，也可单一成片种植或与其他花卉如地被菊、蓝花鼠尾草、羽毛草等组合配置[2，3]。近年来，狼尾草因具有抗旱、耐粗放管理、维护费用低等优点而作为生态草在高速公路边坡防护和水土保持中得到利用。但目前无论是城市园林绿地建设还是生态修复后期的养护工作，水资源缺乏都是共同面临的严重问题。本研究选择华中地区不同生境下的狼尾草野生资源，采用PEG高渗溶液模拟干旱进行抗旱性研究，旨在筛选出耐旱节水的本土狼尾草资源。
1材料与方法
1.1供试材料
供试的狼尾草种质材料共6份，均为野生资源，采自河南、湖北、四川、湖南等不同的生态环境下，具体见表1。2012年春季将材料种植在湖北省农业科学院牧草资源圃，进行正常的田间养护管理，同年11月收获成熟种子。
1.2试验方法
选饱满、健康、整齐一致的狼尾草种子作为发芽材料。种子先用75%的酒精消毒10s，之后1%次氯酸钠溶液消毒3～5min，再用蒸馏水冲洗，吸干种子表面水分，置于铺有2张滤纸的培养皿（直径12cm）中，并用5mL不同浓度的PEG-6000溶液浸润，每皿100粒，3次重复。试验设5个水势梯度：0MPa（0%）、-0.100MPa（5%）、-0.200MPa（10%）、-0.388MPa（15%）和-0.587MPa（20%），根据Michel等[4]有关PEG-6000溶液浓度与其渗透势的关系计算并配制。置恒温培养箱中观察发芽情况，温度25℃，无光照，湿度80%，发芽标准为胚芽长度达种子一半，胚根长度与种子等长[5]。每天向滤纸加等量不同浓度的PEG-6000溶液2mL，以保持水势恒定。每天记录发芽数，直至连续4d不再发芽为试验结束。在第7天随机取10株正常生长的幼苗，测定胚芽和胚根长度。
1.3测定项目及方法
1.3.1种子活力的测定计算发芽率（GR）、发芽势（GE）、发芽指数（GI）及活力指数（VI），公式如下：GR=供试种子发芽数/供试种子数×100%；GE=种子发芽数达高峰时的正常发芽种子总数/供试种子总数×100%。GI=∑Gt/Dt，式中GI为发芽指数，Gt为t日的发芽数，Dt为发芽天数；VI=GI×Sx，Sx为种苗芽平均长度（cm），种苗长度在试验完后测定。
1.3.2萌发抗旱指数及胁迫指数计算萌发抗旱指数（GDRI）=渗透胁迫下萌发指数/对照萌发指数[6]。其中，萌发指数=（1.00）nd2+（0.75）nd4+（0.50）nd6+（0.25）nd8，式中nd2、nd4、nd6、nd8分别为第2、4、6、8天的发芽率，1.00、0.75、0.50、0.25分别为相应萌发天数所赋予的抗旱系数。萌发胁迫指数（GSI）=处理发芽指数/对照发芽指数。
1.3.3种子萌发特性的计算包括相对胚芽长（REBL）、相对胚根长（RERL），并按照“相对性状指标=渗透胁迫处理下各性状测定值/对照各性状测定值×100%”进行计算。
1.4数据处理
试验数据处理采用Excel2007程序绘图和SPSS16.0等软件统计分析试验数据。抗旱性综合评价方法采用模糊数学中的隶属函数法[7]。分别对所测的抗旱指标用下式求出每个种质各指标的具体隶属值。X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中，X为某种质某一指标的测定值；Xmax为所有待鉴定种质某一指标测定值的最大值；Xmin为该指标中的最小值。求出每个狼尾草种质各抗旱指标在不同PEG-6000浓度下的隶属值，然后把每一指标在不同PEG-6000浓度下的隶属值累加求平均值，最后再将每一种质各抗旱指标的隶属值累加求平均值，值越大，则抗旱性越强。
2结果与分析
2.1不同PEG-6000浓度处理对6份狼尾草种子萌发特性的影响
发芽率、发芽势、发芽指数是衡量种子发芽能力的重要指标，分别反映了种子的发芽能力、发芽速度及幼苗生长情况，而活力指数则是种子活力水平的总体表现。从图1可知，狼尾草LW36和LW50在5%～15%的PEG浓度胁迫下，发芽率均较对照高，且LW36在15%PEG浓度以下随着PEG-6000浓度的升高其发芽率呈增加趋势。LW9和LW29在10%的PEG-6000浓度处理以下，种子发芽率较对照提高，但当浓度增加到15%时，发芽率降低。LW4则在低5%的PEG-6000浓度胁迫下发芽即受阻，发芽率低于对照。在20%的PEG-6000高浓度处理下，6份狼尾草种子的发芽率均急剧下降，其中LW9和LW49种子发芽率为0。
发芽指数的变化规律与发芽率略有不同，见图2。在5%的PEG-6000浓度处理下，除LW4发芽指数较对照下降外，其余5份材料均较对照升高。当PEG-6000浓度达10%时，LW36和LW50的发芽指数仍较对照明显增加；而LW49和LW29则较对照有所下降。当PEG-6000浓度增加到15%时，仅LW36发芽指数较对照升高，其他材料的发芽指数则大幅下降。在20%的PEG-6000高浓度处理下所有材料的发芽指数均急剧下降，其中LW49的发芽指数为0。
在发芽率相同时，发芽势越高的种子，其生命力越强。由图3可知，LW4和LW9的发芽势在未进行PEG-6000处理时较高，分别为65.33%和60.67%，明显高于其他材料。在5%PEG-6000胁迫下，LW9和LW36的发芽势均高于对照，其中LW36较对照增加38.9%。随着PEG-6000浓度升高到15%，6份狼尾草的发芽势均表现为降低，其中LW29的发芽势降为0，20%PEG-6000浓度下所有材料的发芽势均为0。
在不同PEG-6000浓度处理下，6份狼尾草种子的活力指数变化较大，除LW9和LW36在5%的PEG-6000浓度处理下、LW36在10%的PEG-6000浓度处理下其活力指数高于对照外，其余材料活力指数均较对照降低，且随着PEG-6000浓度的增加，各材料的活力指数呈逐渐降低的趋势。15%PEG-6000浓度处理下，LW29种子的活力下降为0；当PEG-6000浓度增加到20%时，除LW4的活力指数为37.5外，其余狼尾草种子的活力指数均为0。
2.2不同PEG-6000浓度处理对6份狼尾草种子萌发抗旱指数和萌发胁迫指数的影响
图5、图6分别是6份狼尾草种子在不同PEG-6000浓度处理下的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数，结果表明，在5%的PEG-6000低浓度处理下，狼尾草LW9、LW36和LW50三份种质的抗旱指数均大于1，其中LW50抗旱指数最高，为1.36；与之相反，另外3份材料的抗旱指数显著降低，其中LW4最低，为0.76。萌发胁迫指数方面，除LW4较对照降低外，其余材料均大于1。当PEG-6000浓度升高到10%时，LW36和LW50抗旱指数仍大于1，分别为1.02和1.20，而其他狼尾草种质的抗旱指数较对照下降，其中LW49最低，为0.21。在相同浓度的PEG-6000处理下，各材料的萌发胁迫指数变化与之相一致，除LW36和LW50高于对照外，其余材料均较对照低，且LW49最低。PEG-6000浓度为15%时，所有材料的萌发抗旱指数均较对照降低，但LW36降低幅度最小，为29%，其余在58%～93%之间。萌发胁迫指数LW36仍大于1，为1.14，其他材料均较对照降低，LW29最低，为0.18。在20%的PEG-6000浓度处理下，所有材料的萌发抗旱指数和萌发胁迫指数几乎为0。
2.3不同PEG-6000浓度处理对6份狼尾草种子的相对胚根长和相对胚芽长影响
利用PEG-6000模拟干旱胁迫一般会对种子萌发过程中的胚根和胚芽产生影响。从图7、图8可以看出，随着PEG-6000胁迫的加剧，6份狼尾草种子的相对胚根长均呈现出逐渐下降趋势。5%PEG-6000胁迫下，相对胚根长度在80%～94%之间；相对胚芽长却存在明显差异，其中LW4最大，为115%；LW49最小，为73%。10%PEG-6000胁迫下，相对胚根长度受阻程度加剧，其中LW49下降最多，为63%；相对胚芽长度变化趋势与之相一致。15%PEG-6000处理下，LW4相对胚根长最大，为46%，LW29相对胚根长则降为0；相对胚芽长也出现了类似情况。20%PEG-6000胁迫下，只有LW4和LW36保持较高的相对胚根长（均为22%）和相对胚芽长（分别为25%和13%）。
2.46份狼尾草种质材料抗旱性综合评价
种子萌发期的抗旱性是多因素互作的复杂综合性状，用单一指标进行抗旱性能评价难以全面反映植物的真实抗旱能力，因此本研究采用模糊数学隶属函数法，对6份狼尾草材料的相对发芽率、相对发芽指数、相对胚根长和相对胚芽长等8项指标进行隶属函数值计算，得出不同狼尾草种质的抗旱隶属函数总平均值（表2）。结果表明，狼尾草LW36的抗旱性最强，其总平均值为0.567；其次是LW50，总平均值为0.558；在6份狼尾草材料中，LW49的抗旱性最弱，其总平均值为0.355。
3小结与讨论
用不同浓度的PEG-6000溶液模拟干旱处理种子，使之产生渗透胁迫来研究水分胁迫下种子的萌发特性目前已有较多报道。研究表明种子在高渗溶液中的吸水能力与植物的抗旱性呈正相关，吸水力强则种子在胁迫下的发芽率、发芽势、活力指数相对较高，而吸水力弱的种子与之相反[8]。本试验采用PEG-6000溶液模拟不同强度的干旱胁迫，对6份来自不同生态区域的狼尾草种质资源的萌发特性和耐旱能力进行了研究。结果表明，5%的PEG-6000胁迫下80%以上的狼尾草种子发芽率和发芽指数较对照增加，这与焦树英等[9]对来自山东本地和引自美国的3种狼尾草在不同PEG浓度处理下的结果相一致，也与其他学者在胡枝子属、羊茅属、裸燕麦品种等有关低浓度PEG溶液促进种子萌发的研究结果相一致[10-13]。关于适宜浓度的PEG可促进种子萌发机理，有研究认为其降低了种子吸水速率，使种子膜系统得到了较好修复，并提前启动了与萌发相关的各种代谢[14]，其促进种子萌发的程度根据植物种类、品种和种子最初质量不同而异[15]。本试验中，同年收获的狼尾草种子，LW50和LW36在对照处理下发芽率仅为16.0%和26.7%，明显低于其他4份材料的发芽率，其中LW4的发芽率分别是其的4.58倍和2.75倍，分析其原因，可能与这两份材料从野外采集的时间有关，该材料是2011年11月份分别从重庆和四川野外采集，第二年直播大田，成熟后收集用于试验用种，而其余材料均为2010年自野外采集，第二年种植试验地，人为栽培驯化1年，在试验用种时种子成熟好，发芽率也高，这与野生种在经过栽培驯化后种子萌发特性较原始状态下提高的相关研究结果相一致。在利用PEG-6000模拟干旱条件对6份狼尾草的胁迫处理中，发芽率低的LW50和LW36在5%～15%的PEG-6000浓度处理下均高于对照，而LW4在5%的低浓度处理下表现为发芽受阻，这种现象与Aschermann等[16]的研究结果相一致。随PEG-6000浓度的增加，狼尾草种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均呈降低趋势，15%PEG-6000处理时，各指数均低于对照，发芽受到抑制，到20%PEG-6000处理下萌发能力显著下降。说明一定浓度的PEG-6000胁迫能提高狼尾草种子的活性，但当干旱胁迫超过种子的承受限度时，其发芽率将会下降。
从野生植物资源中发掘抗旱性强的优良材料进而选育新的品系或品种是充实中国国产草种资源库的手段之一，也是发掘优良抗旱基因的重要途径。从本试验结果可以看出，各种狼尾草种子抗旱性存在差异，初步分析可能与来源地的自然环境、气候条件不同从而造成的生态适应性不同有关。而种质材料的抗旱性通常也是由多种因素相互作用形成的一个复杂的综合体，因此仅用单个指标评价存在一定的片面性[17，18]，多指标综合评价更加客观和全面。关于种子萌发期相对发芽率、相对活力指数、相对发芽指数、抗旱指数等多指标在抗性材料鉴定中应用广泛，评价结果可靠[19，20]。本研究采用模糊数学隶属函数法通过8个指标对6份不同来源的狼尾草种质材料萌发期的抗旱性进行综合评价，发现其具体的抗旱性强弱顺序为：LW36>LW50>LW9>LW4>LW29>LW49。
本试验只是初步探讨了PEG模拟干旱胁迫对6份狼尾草种质材料的种子萌发和幼苗初生生长的影响，而干旱对植物不同生长发育阶段的影响是否与萌发期表现一致，还有待进一步验证。
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