4 种牧草种子在不同逆境下的萌发特性

高献磊，包赛很那，周忠义，张佳慧，王传旗，龙建廷，王向涛，苗彦军

（1. 西藏农牧学院, 西藏 林芝 860000；2. 牙克石市林业和草原事业发展中心, 内蒙古 呼伦贝尔 022150；3. 青海大学畜牧兽医科学院, 青海 西宁 810016）

干旱胁迫与盐胁迫严重影响着牧草种子的萌发过程[1]。西藏位于青藏高原，平均海 拔4 000 m 以上，山体纵横，有着“世界屋脊”之称[2]。西藏是我国重要的生态安全屏障，也是我国土地沙化严重的地区之一[3]，面临西藏高寒、旱和盐碱化土壤环境问题，采用补播抗逆性强、营养价值高且改善土质的牧草极具研究价值[4]。因此，探究具有较强抗旱性、耐盐性的牧草对以上问题的解决至关重要。

沙打旺(Astragalus adsurgens)是豆科黄芪属多年生草本植物，富含蛋白质等营养成分，且具有防风固沙、改善土质、保持水土等功能，多种植生长于干旱沙区[5-6]；沙蒿(Artemisia desertorum)是菊科蒿属植物，其植株富含多种营养成分，由于其根系粗壮，耐沙埋，可防风阻沙，多应用于干旱沙区环境[7]；黄花草木樨(Melilotus officinalis)为豆科草本植物，其植株富含粗脂肪和蛋白质，且具有耐寒、耐旱性等特性，可适应生长于贫瘠土质，增加土壤肥力，为重要的饲草料、水土保持优良植物[8]；黄花苜蓿(Medicago falcata)是豆科苜蓿属多年生草本植物，由于其营养价值高，富含蛋白质、粗纤维等，且根系发达、固氮能力强，不仅为高营养的优质饲草，还是改善土质的理想牧草[9]。

本研究以沙打旺、沙蒿、黄花草木樨和黄花苜蓿4 种牧草种子为供试物种，因4 种牧草普遍适应西藏高寒、干旱环境，故对4 种供试牧草种子抗逆性规律进行探究，旨在阐明不同牧草种子的抗逆能力，初步探究干旱胁迫与盐胁迫环境下牧草种子的萌发适应性能力，以期为西藏独特的环境下引种提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 材料设计

选取4 种供试豆科材料分别为沙打旺、沙蒿、黄花草木樨和黄花苜蓿，其中沙打旺种子与黄花苜蓿种子均由宁夏德隆县青山绿水生态草业专业合作社提供，沙蒿种子采购于江苏沭阳禾之绿种业有限公司，黄花草木樨种子采购于陕西泗水范学浩苗木场。供试牧草种子均于2020 年10 月份采收。

1.2 试验方法

1.2.1种子处理

2021 年7 月，在西藏农牧学院农学实验室开始试验。试验采用纸上发芽法。试验前将沙打旺、沙蒿、黄花草木樨和黄花苜蓿种子分别置于两张砂纸之间，用砂纸对种子进行适度打磨，破除种子的硬实。用0.5%的高锰酸钾溶液浸泡消毒30 min 后取出[10]，使用超纯水冲洗干净并用滤纸吸干种子表面，备用。

1.2.2NaCl 处理

试验配制浓度为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的NaCl 溶液模拟胁迫环境。铺双层滤纸于发芽盒[19 cm (长) × 13 cm(宽) × 12 cm(高)]中，依次加入2 mL NaCl 溶液，并称其重量。4 种牧草种子于人工气候箱(RX2-300D，江苏常州)中培养，发芽盒在人工气候箱的存放方式为顺序排列。每处理3 次重复，每重复50 粒种子。种子发芽采用胚根长度达到种子一半作为标志，萌发期间定时观察并记录种子发芽情况，除去发霉种子。为防止水势变化，每隔2 d 更换1 次滤纸并加入等量的NaCl 溶液。试验周期14 d。人工气候箱工作环境为：25 ℃，湿度40%，12 h 光照/12 h 黑暗。

1.2.3聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG-6000 处理

采用PEG-6000 溶液进行干旱胁迫试验，每种牧草设5 个浓度处理，分别为0、5%、10%、15%和20%，处理间进行3 次重复，各重复选取50 粒种子观察，试验周期为14 d。在消毒后的发芽盒[19cm(长)×13cm(宽)×12cm(高)]中放入双层大小与发芽盒内大小一致的滤纸，依次有序加入5 个不同浓度(0、5%、10%、15%、20%) PEG 溶液2 mL，浸湿滤纸并称其重量。消毒后挑选籽粒大小适中、均匀一致且无病虫害的供试种子50 粒，等间距摆放于发芽盒内滤纸上。将发芽盒放入人工气候箱(RX2-300D，江苏常州)中培养萌发，发芽盒在人工气候箱的存放方式为顺序排列。定时观察并记录种子萌发，每隔2 d 更换1 次滤纸，并用电子天平称量发芽盒的重量，控制水势变动。人工气候箱工作环境为：25 ℃，湿度40%，12 h 光照/12 h 黑暗。

1.3 测定指标与方法

1.4 牧草抗逆性评价

采用隶属函数法综合分析4 种牧草种子抗逆性。如果某一指标与抗性指标呈正相关关系，则F= (Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)；如果某一指标与抗性指标呈负相关关系，则F= 1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中：Xj为4 种牧草某一指标中标准测定值的平均值，Xmax、Xmin为该指标最大值和最小值，并将所求得隶属函数值累加求其平均值，即为该指标的隶属函数度。隶属度越大，抗逆性越强。

1.5 数据分析

采用SPSS 25.0 软件对所测数据进行数据统计分析，用平均值±标准误差表示测定结果，分别对同一供试物种不同胁迫浓度处理、同一胁迫浓度处理不同供试物种进行单因素方差分析，并用Duncan法对各测定数据进行多重比较；采用Oingin 2018 制图。

2 结果与分析

2.1 NaCl 胁迫对种子相对发芽率的影响

随NaCl 浓度升高，4 种牧草种子的相对发芽率均表现为先升高后下降(图1)。在0.6% NaCl 下黄花苜蓿相对发芽率最高，为74.34%，黄花草木樨的为44.34%，与沙打旺差异不显著(P＞ 0.05)；在0.8%NaCl 下，黄花草木樨的相对发芽率为10.27%，显著低于其他供试物种(P＜ 0.05)。与0 浓度组相比，0.2% NaCl 下，供试物种相对发芽率与0 浓度组差异性不显著(P＞ 0.05)，0.4%～0.8% NaCl 下，供试物种相对发芽率均显著低于0 浓度组(P＜ 0.05)。

图1 不同浓度NaCl 胁迫下供试物种的相对发芽率Figure 1 Relative germination rate of tested species under stress at different NaCl concentrations

2.2 NaCl 胁迫对种子相对发芽势的影响

随NaCl 浓度升高下，供试物种的相对发芽势均表现为先升高后下降(图2)。在0.4% NaCl 下，沙打旺相对发芽势与黄花草木樨和黄花苜蓿差异不显著(P＞ 0.05)，沙蒿、黄花草木樨和黄花苜蓿之间差异不显著；在0.6% NaCl 处理下，沙蒿和黄花苜蓿相对发芽势显著高于黄花草木樨(P＜ 0.05)；0.8%NaCl 处理下，黄花草木樨相对发芽势显著低于其他供试物种，此时黄花草木樨的相对发芽势为10.27%。与0 浓度组相比，0.2% NaCl 下，沙蒿和沙打旺与0 浓度组差异显著，0.6%和0.8% NaCl 下，供试物种相对发芽势均显著低于0 浓度组。

图2 不同浓度NaCl 胁迫下供试物种的相对发芽势Figure 2 Relative germination potential of tested species under stress at different concentrations of NaCl

2.3 NaCl 胁迫对种子相对发芽指数的影响

随着NaCl 浓度的升高，黄花苜蓿相对发芽指数降低，其他供试物种均表现为先升高后降低(图3)。在0.2% NaCl 处理下，黄花苜蓿相对发芽指数显著低于其他供试物种(P＜ 0.05)；在0.4%和0.6% NaCl下，沙蒿相对发芽指数显著高于其他供试物种(P＜0.05)；在0.8% NaCl 下，沙蒿相对发芽指数最高，为31.99%，黄花草木樨相对发芽指数最低，为8.11%。与0 浓度组相比，在0.4% NaCl 下，沙蒿相对发芽指数与0 浓度组差异不显著(P＞ 0.05)，其他供试物种相对发芽指数均显著低于0 浓度组(P＜ 0.05)。

图3 不同浓度NaCl 胁迫下供试物种的相对发芽指数Figure 3 Relative germination index of tested species under stress at different concentrations of NaCl

2.4 NaCl 胁迫对种子相对活力指数的影响

随着NaCl 浓度的升高，黄花苜蓿相对活力指数降低，其他供试物种均表现为先升高后降低(图4)。在0.2% NaCl 下，黄花苜蓿相对活力指数显著低于其他供试物种(P＜ 0.05)。在0.4% NaCl 处理下，沙蒿相对活力指数显著高于其他供试物种；在0.6%NaCl 浓度处理下沙蒿和黄花苜蓿的相对活力指数显著高于沙打旺和黄花草木樨。在0.8% NaCl 浓度处理下，沙蒿相对活力指数显著高于沙打旺和黄花草木樨，此时供试物种相对活力指数均下降至10%以下，其中沙蒿相对活力指数最高，为9.19%，黄花草木樨最低，为1.90%。与0 浓度组相比，在0.2% NaCl 下，沙蒿和沙打旺显著高于0 浓度组，黄花苜蓿显著低于0 浓度组；在0.4%～0.8% NaCl 下，供试物种相对活力指数显著低于0 浓度组。

图4 不同浓度NaCl 胁迫下供试物种的相对活力指数Figure 4 Relative activity index of tested species under stress at different concentrations of NaCl

2.5 PEG 胁迫对种子相对发芽率的影响

随着PEG 浓度的升高，黄花苜蓿相对发芽率下降，其他供试物种先升高后降低(图5)。在5% PEG浓度下，黄花苜蓿相对发芽率与沙打旺、黄花草木樨差异不显著(P＞ 0.05)；在10% PEG 浓度下，黄花草木樨相对发芽率最高，与沙蒿、沙打旺差异不显著；在15% PEG 浓度下，黄花苜蓿相对发芽率显著低于其他供试物种(P＜ 0.05)，其中沙蒿相对发芽率为最高；在20% PEG 处理下，沙打旺相对发芽率为19.70%，显著高于其他供试物种，此时黄花苜蓿相对发芽率为0。与0 浓度组相比，在5% PEG 下，黄花苜蓿相对发芽率显著低于0 浓度组，其他供试物种与0 浓度组差异不显著；在10% PEG 下，沙蒿、黄花草木樨相对发芽率与0 浓度组差异不显著；在15%和20% PEG 下，供试物种的相对发芽率均显著低于0 浓度组。

图5 不同浓度PEG 胁迫下供试物种的相对发芽率Figure 5 Relative germination rate of tested species under stress at different concentrations of PEG

2.6 PEG 胁迫对种子相对发芽势的影响

随着PEG 浓度的升高，黄花苜蓿相对发芽势下降，其他供试物种相对发芽势先上升后下降(图6)。在5%～15% PEG 下，黄花苜蓿相对发芽势显著低于其他3 种物种(P＜ 0.05)；在20% PEG 下，沙打旺相对发芽势显著高于其他供试物种，为15.30%，此时黄花苜蓿相对发芽势为0。与0 浓度组相比，在5% PEG 下，黄花苜蓿相对发芽势显著低于0 浓度组，其他供试物种差异不显著(P＞ 0.05)；在10%PEG 下，黄花草木樨相对发芽势与0 浓度组差异不显著，其他供试物种显著低于0 浓度组；在15%和20% PEG 下，供试物种相对发芽势均显著低于0 浓度组。

图6 不同浓度PEG 胁迫下供试物种的相对发芽势Figure 6 Relative germination potential of tested species under stress at different concentrations of PEG

2.7 PEG 胁迫对种子相对发芽指数的影响

随着PEG 浓度的升高，沙打旺和黄花苜蓿相对发芽指数下降，其他供试物种相对发芽指数先上升后下降(图7)。在5%～15% PEG 下，黄花苜蓿相对发芽指数显著低于其他供试物种(P＜ 0.05)；在20%PEG 下，沙打旺相对发芽指数显著高于其他供试物种，为9.26%，黄花苜蓿相对发芽指数最低，为0.33%。与0 浓度组相比，在5% PEG 下，黄花苜蓿相对发芽势显著低于0 浓度组，其他供试物种相对发芽指数与0 浓度组差异不显著(P＞ 0.05)；在15%和20%PEG 下，供试物种相对发芽势均显著低于0 浓度组。

图7 不同浓度PEG 胁迫下供试物种的相对发芽指数Figure 7 Relative germination index of tested species under stress at different concentrations of PEG

2.8 PEG 胁迫对种子相对活力指数的影响

随着PEG 浓度的升高，沙蒿相对活力指数先上升后下降，其他供试物种相对活力指数均下降(图8)。在5% PEG 下，黄花苜蓿相对活力指数显著低于沙蒿和沙打旺(P＜ 0.05)；在20% PEG 下，沙打旺相对活力指数显著高于其他供试物种，为4.99%，黄花苜蓿相对活力指数最低。与0 浓度组相比，在5% PEG下，黄花苜蓿相对发芽势显著低于0 浓度组；在10%～20% PEG 下，供试物种相对发芽势均显著低于0 浓度组。

图8 不同浓度PEG 胁迫下供试物种的相对活力指数Figure 8 Relative activity index of tested species under stress at different concentrations of PEG

2.9 4 种牧草隶属函数综合分析

2.9.14 种牧草耐盐性综合分析

运用隶属函数对供试物种的发芽指标进行综合评价(表1)。根据隶属函数的平均值进行排序，得出供试物种的耐盐性强弱依次表现为黄花苜蓿 ＞ 沙蒿 ＞ 黄花草木樨 ＞ 沙打旺。

表1 耐盐指标隶属函数值及耐盐性综合评价Table 1 Membership function value of salt tolerance index and comprehensive evaluation of salt tolerance

2.9.24 种牧草抗旱性综合分析

利用隶属函数对供试物种的发芽指标进行综合评价(表2)。从隶属函数的平均值排序中，得出供试物种的抗旱性强弱依次表现为黄花苜蓿 ＞ 黄花草木樨 ＞ 沙蒿 ＞ 沙打旺。

表2 耐旱指标隶属函数值及耐旱性综合评价Table 2 Membership function value of drought tolerance index and comprehensive evaluation of drought tolerance

3 讨论

3.1 NaCl 盐胁迫对供试物种耐盐性的影响

在NaCl 盐胁迫作用下，一定范围内随着NaCl浓度的增加，牧草种子萌发会受到抑制[12]。在牧草种子萌发过程中，NaCl 盐胁迫主要包括离子的毒害作用和膜渗透作用[13]，Munns[14]研究表明，离子在细胞质中迅速积聚并抑制酶活性，最后引起离子毒害发生。一方面，低浓度的盐溶液中离子可渗入种子细胞内，降低种子的渗透势，促进种子吸水发芽[15-17]；另一方面，NaCl 盐溶液中的离子在种子内部不断积累并形成离子毒害，降低溶液渗透势使种子吸收水分受到阻碍，抑制种子萌发。供试物种在不同的指标下耐盐性不同，本研究中供试物种发芽期随NaCl 浓度的升高，发芽指标均呈下降趋势，说明盐胁迫对供试物种的发芽起到了较大的抑制作用，这与盐胁迫导致种子受到离子毒害，降低溶液渗透阻碍种子吸水萌发有密切关系。由于牧草种子萌发受多因素共同作用，难以用单一指标准确反映其耐盐性强弱，因此运用隶属函数法对多指标进行综合评价[18]。4 种牧草种子的耐盐性比较结果为黄花苜蓿的耐盐性最强，其次是沙蒿和黄花草木樨，而沙打旺的耐盐性最差。火旭堂等[19]研究表明，草木樨的耐盐性强于沙打旺；秦峰梅等[20]研究认为黄花苜蓿耐盐性要强于紫花苜蓿(Medicago sativa) ‘CW400’和紫花苜蓿‘工农2 号’，张苏江等[21]研究也发现了苜蓿的耐盐性强于草木樨。

3.2 PEG 干旱胁迫对供试物种抗旱性的影响

聚乙二醇(PEG-6000)是一种具有很强亲水性的非离子型高分子渗透剂，由于本身受细胞壁阻碍不能进入细胞质，溶于水后溶液中的渗透势低于种子，引起种子失水不能正常萌发，因此PEG 常被应用在干旱胁迫研究中[22-23]。相关研究表明，低浓度PEG 浓度能够促进种子萌发，伴随着干旱胁迫程度增加，种子的发芽率、发芽势等均呈现下降趋势[24-25]；Zeid 和Shedeed[26]研究表明，苜蓿种子在经过PEG处理后胚根的生长速度要高于对照组。孙清洋等[27]研究表明，随着干旱胁迫程度的增加，老芒麦(Elymus sibiricus)种子的发芽率、发芽势等发芽指标均呈现下降趋势。本研究中供试物种随着PEG 浓度增加，相对发芽率等相关指标呈现先上升后下降趋势，与上述观点相似，运用隶属函数法对多指标进行综合评价分析[18]，4 种牧草种子的抗旱性比较结果为黄花苜蓿的抗旱性最强，其次是黄花草木樨和沙蒿，而沙打旺的抗旱性最差。刘贵河等[28]研究表明，紫花苜蓿的抗旱性要强于草木樨；王亚楠等[29]研究也发现草木樨抗旱性强于沙蒿和沙打旺。

4 结论

供试物种的相对发芽指数等相关指标在低浓度下有促进萌发作用。0.2% NaCl 下4 种牧草种子相对发芽率、相对发芽势指标均达到最大值，在0.4%～0.8% NaCl 下4 种牧草种子萌发受到显著抑制(P＜0.05)；5% PEG 下黄花草木樨、沙蒿和沙打旺发芽率均有上升，在10%～20% PEG 下供试物种发芽率均下降。4 种牧草种子萌发期耐盐性表现为黄花苜蓿 ＞沙蒿 ＞ 黄花草木樨 ＞ 沙打旺，黄花苜蓿和沙蒿种子萌发期耐盐性较强；4 种牧草种子萌发期抗旱性表现为黄花苜蓿 ＞ 黄花草木樨 ＞ 沙蒿 ＞ 沙打旺，黄花苜蓿和黄花草木樨种子萌发期抗旱性较强。因生产实践中干旱荒漠区多种植沙打旺和沙蒿，故种子萌发时期抗旱性结果并不足以证明供试物种苗期抗旱性指标，仍需对供试物种苗期进一步探究。