赖草种子于2014年采自那曲至班戈县级公路74 km阳坡、沙土处(31° 44'31″ N, 91° 18'08″ E, 海拔4 617 m)。采收后风干封装并于4 ℃条件下保存, 所有试验于2017年4月进行。

选择籽粒饱满、大小均一、成熟的赖草种子^[10], 用1%的次氯酸钠溶液消毒10 min后, 用蒸馏水冲洗干净, 自然晾干备用^[11]。采用纸上发芽法, 将种子置于铺有双层滤纸的塑料发芽盒中。系列发芽试验均在RXZ智能人工气候箱内、黑暗条件下进行。

1.2.1 温度处理 培养温度设置为10、15、20、25、30 ℃ 5个恒温处理和10/20、15/25和20/30 ℃3个变温处理。每个处理3个重复, 每个重复50粒种子。在黑暗条件下培养15 d, 以芽长超过种子本身长度的1/2作为种子发芽的标志, 每天统计发芽数。

1.2.2 干旱处理 配制0(CK)、5%、10%、15%、20%和25%不同质量浓度的聚乙二醇(PEG-6000)溶液, 用以形成不同的干旱条件。依据文献[12]的计算公式, 与之相对应的溶液水势梯度大约为0、-0.10、-0.20、-0.40、-0.80、-1.60 MPa。在最适宜恒温25 ℃、无光照培养条件下进行萌发。每个处理3个重复, 每个重复50粒种子。试验期间, 每隔2 d使用万分之一的天平称重加水使滤纸保持湿润, 浓度不变^[3]。以胚根与种子等长作为种子发芽的标志。试验周期为15 d。

发芽率=发芽种子数/供试种子数× 100%^[13];

发芽指数(G_i)=∑ (G_t/D_t)。

式中:G_t指第t日的发芽数, D_t指相对应的发芽天数。

活力指数=G_i× S_x。

式中:S_x为根平均长度^[14]。

胚根和胚芽长的测定:从每个处理的塑料发芽盒内随机取20个正常生长的幼苗用直尺进行胚根和胚芽长的测量, 不够20株的全部测量, 取平均值^[15]。

采用DPS 6.0统计分析软件进行方差分析, 样本间的差异显著性用Tukey检验, 图表用WPS软件制作, 图表中萌发指标的数据均以平均值± 标准误表示。

温度对赖草种子萌发有极显著影响(P< 0.01)(表1)。赖草种子在8种温度处理下均能萌发。恒温处理下, 20和25 ℃培养条件下的种子最终发芽率无显著差异(P> 0.05), 但显著高于其他恒温处理(P< 0.05)。变温处理中, 10/20和15/25 ℃处理下的种子发芽率无显著差异(P> 0.05), 但显著高于20/30 ℃处理(P< 0.05)。恒温25 ℃和变温15/25 ℃处理下, 赖草种子发芽率、发芽指数和活力指数均达到了较高水平。

随着温度的升高种子胚芽和胚根长呈先升后降的变化趋势(图1)。恒温25 ℃和变温15/25 ℃处理下, 种子胚根和胚芽长均达到最大值。其中, 恒温25 ℃处理下种子胚根和胚芽长大于变温15/25 ℃处理下, 但差异不显著(P> 0.05)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 温度对赖草种子萌发的影响 Table 1 Effect of temperature on seed germination of Leymus secalinus 温度 Temprature/℃ 发芽率 Germination percentage/% 发芽指数 Germination index 活力指数 Vigor index 10 36.40± 2.91cC 4.42± 0.21cC 6.85± 1.04cC 15 57.30± 3.12bA 9.59± 0.28cC 25.32± 2.51bB 20 75.10± 3.11aA 14.32± 0.33cC 55.70± 2.09bA 25 84.10± 4.07aA 17.10± 0.53cC 88.24± 2.71aA 30 12.40± 1.09cC 3.76± 0.36cC 5.11± 0.05cC 10/20 69.00± 3.23aA 9.26± 0.41cC 45.84± 3.77bA 15/25 78.00± 3.57aA 15.91± 0.53cC 74.78± 4.63aA 20/30 57.00± 4.02bA 5.24± 0.19cC 25.15± 1.87bA 同列不同大小写字母分别表示不同温度间极显著(P< 0.01)和差异显著(P< 0.05)。表2同。 Different capital and lowercase letters in the same column indicate singnificant difference at 0.01 and 0.05 level, respectively. similarly for Table 2.

表1 温度对赖草种子萌发的影响 Table 1 Effect of temperature on seed germination of Leymus secalinus

图1

Fig. 1

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	图1 温度对赖草种子胚芽和胚根的影响Fig. 1 Effect of temperature on Leymus secalinus seedling plumule and radicle length

随着PEG渗透势的增大, 赖草种子发芽率、发芽指数和活力指数均呈下降趋势(表2)。-0.10 MPa渗透势处理下, 种子发芽率、发芽指数和活力指数较对照下降不显著(P> 0.05); 当PEG渗透势为-0.40 MPa时, 与对照相比, 种子发芽率、发芽指数显著下降(P< 0.05), 活力指数极显著(P< 0.01)。通过线性回归分析得出, PEG渗透势与赖草种子发芽率、发芽指数和活力指数的关系依次为y=-13.03x+96.93(R²=0.98)、y=-5.75x+33.49(R²=0.97)和y=-26.30x+137.75(R²=0.85)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 温度对赖草种子萌发的影响 Table 2 Effect of temperature on seed germination of Leymus secalinus PEG渗透势 Osmotic potential/MPa 发芽率 Germination percentage/% 发芽指数 Germination index 活力指数 Vigor index 0(对照Control) 84.00± 4.63aA 27.10± 3.71aA 112.74± 6.54aA -0.10 76.00± 5.13aA 24.67± 3.67aA 112.24± 6.83aA -0.20 53.00± 4.45aA 15.70± 1.01aA 38.15± 5.44Bb -0.40 41.00± 4.30bA 8.31± 1.16bA 8.06± 2.61cC -0.80 33.00± 2.39bA 3.16± 0.99bA 2.43± 1.09cC -1.60 21.00± 1.28bA 1.24± 0.63bA 0.52± 0.22cC

表2 温度对赖草种子萌发的影响 Table 2 Effect of temperature on seed germination of Leymus secalinus

PEG渗透胁迫对赖草种子胚芽和胚根长具有显著影响(P< 0.05)(图2)。赖草种子胚芽长随着PEG渗透势的升高而呈递减趋势, 且在-1.60 MPa达到最小值。种子胚根长随着PEG渗透势增加呈先升后降的趋势, 在-0.10 MPa为最大值。

图2

Fig. 2

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	图2 PEG干旱胁迫对野生赖草种子胚根和胚芽长的影响Fig. 2 Leymus secalinus seedling radicle and plumule lengths under different PEG osmotic stress levels

温度是影响种子发芽最关键的生态因子, 过高和过低的温度对种子发芽均有不同程度的影响^{[16, 17]}, 本研究也证实了这一点。恒温10和30 ℃处理下, 赖草种子发芽率仅为36%和12%。可能是低温导致种子的吸水能力和酶活性等生理生化进程受到影响或抑制, 进而影响种子的萌发^[18]。而过高的温度会使酶变性从而影响种子萌发^[19]。在恒温25 ℃下, 种子发芽率为84%, 胚根和胚芽长也达到了最大值, 分别为5.16和7.57 cm。这可能是由于适宜的温度使酶促过程中呼吸作用加强, 种子体内贮藏的养分快速变成胚能够利用的可溶性状态, 从而提高了赖草种子萌发速度。综合野生赖草种子发芽率和幼苗生长状况, 恒温25 ℃处理下赖草种子萌发效果最佳; 其次是变温15/25 ℃处理, 赖草种子发芽率可高达78%以上。这与温涛等^[20]研究结果一致。

在干旱和半干旱地区, 水分是调控植物生长的关键因子, 植物可通过调整不同器官的生长来适应外界土壤水分的变化^{[20, 21]}。而发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数及种子胚根、胚芽等指标是评价和判断种子抗旱能力的主要依据^[22]。因此, 本研究采用PEG-6000模拟不同干旱胁迫条件, 对西藏班戈县野生赖草种子萌发期的抗旱性进行综合分析。研究表明, 随PEG-6000渗透势的升高, 赖草种子发芽率、发芽指数和活力指数均表现为下降现象。PEG-6000渗透胁迫抑制了种子萌发。当PEG-6000渗透势为-0.40 MPa时, 与对照相比, 赖草种子发芽率和发芽指数均显著下降(P< 0.05)。PEG-6000渗透势为-0.10 MPa时, 赖草种子胚根较对照略长。这与刘贵河等^[23]对PEG胁迫下5种牧草饲料作物种子萌发期的抗旱性研究和鱼小军等^[24]所观察到的温度和水分对醉马草种子萌发的影响研究结果相类似。说明在轻度干旱条件下赖草种子更多的生物量用于根部生长, 即将有限的养分资源优先分配到胚根以求得生存, 这对赖草在西藏班戈地区种族延续具有重要意义。由于对植物抗旱性的评价受到多种因素的影响(如遗传、生理生化指标和形态指标等)^[25], 而本研究仅在赖草种子萌发阶段反映了其与干旱胁迫的关系, 因此对于赖草幼苗及成株期的抗旱性生理机制还有待进一步研究。