6个紫花苜蓿品种种子萌发和生长对干旱胁迫的响应

摘要 以6个北方常用的紫花苜蓿品种为试材，在模拟旱棚中采用盆栽方式，分别设定干旱处理和定期灌溉2种方式，研究干旱胁迫对不同紫花苜蓿萌发和生长的影响，以期为抗旱新品种选育及生产经济灌溉提供参考依据。结果表明，紫花苜蓿种子的发芽率随着干旱程度的增加呈下降趋势；干旱胁迫下紫花苜蓿形态特征里的株高、分枝数、叶面积、主根长度、根体积均表现下降趋势；叶绿素短期干旱胁迫内是上升的，叶片水势下降，而脯氨酸含量上升；根系生物量和地上部分生物量下降，根冠比增加；相对含水量上升。综合评价显示，6个苜蓿品种抗旱性能力由强到弱依次为敖汉、巨人201Z、皇后、三得利、新疆大叶、费纳尔。综上所述，敖汉和巨人201Z适合在干旱地区下种植，综合考虑经济指标和干旱条件，在风沙半干旱地区选择中等抗旱品种。

关键词 紫花苜蓿；干旱胁迫；农艺性状；生理生化指标

中图分类号 S 541+.9文献标识码 A文章编号 0517-6611（2023）18-0037-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.18.009

Responses of Seed Germination and Growth of Six Alfalfa Cultivars to Drought Stress

MA Feng-jiang，YANG Shu，LI Li-na et al

（Liaoning Academy of Agricultural Sciences，Shenyang，Liaoning 110161）

Abstract Taking six commonly used alfalfa varieties in northern China as test materials，by potting in a simulated dry shed，two methods of drought treatment and regular irrigation were set to study the effects of drought stress on the germination and growth of different alfalfa，which provided references for breeding of new drought-resistant varieties and economic irrigation for production.The results showed that the germination rate of alfalfa seeds decreased with the increase of the degree of drought;the plant height，number of branches，leaf area，main root length and root volume in the morphological characteristics of alfalfa under drought stress all showed a downward trend;chlorophyll short-term drought stress increased，leaf water potential decreased，and proline content increased;root biomass and aerial biomass decreased，root-shoot ratio increased;relative water content increased.Comprehensive evaluation showed that the drought resistance of the 6 alfalfa varieties from high to low were in the order of Aohan，Giant 201Z，Queen，Suntory，Xinjiang Daye and Feiner.In general，Aohan and Giant 201Z were suitable for planting in arid areas.Considering economic indicators and drought conditions，we could choose medium drought-resistant varieties in sandy and semi-arid areas.

Key words Alfalfa;Drought stress;Agronomic traits;Physiological and biochemical indicators

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）为豆科苜蓿属多年生草本植物，其适口性好、品质高、栽培面积广且具有丰富的营养物质等优点［1-3］。据文献显示，辽西地区阜新紫花苜蓿种植面积已达6 700 hm2［4］；2019年我国苜蓿产业种植面积得到大幅度提升，增至80万hm2［5］。干旱是影响植物生长发育最严重的环境因素［6-7］。在干旱胁迫下，大部分紫花苜蓿的发芽率明显下降，尤其在极端干旱的条件下种子萌发受到抑制但种子活力还在［8］；紫花苜蓿的形态特征发生明显变化，表现为株高变矮、分枝数变少、叶面积变小等［9-11］。根系性状有利于植物获取更多的水分，在面临干旱胁迫时，根长伸长生长受到抑制，根系生物量少，根冠比增大［12-13］。在生理生化方面，有研究表明叶绿素含量随着干旱程度的增加呈先上升后下降的趋势，脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛含量等不断增加，叶片水势下降［14-17］。

由于北方地区常年气候干旱、降雨量少且蒸发量大，影响牧草紫花苜蓿的生长和发育，使其出现产量低、品质差的问题。2001—2013年，中国苜蓿种植面积显著扩大了74%，其中约70%分布在中国北方［18］。因此，研究探索紫花苜蓿品种对干旱胁迫的响应策略是非常必要的。鉴于此，笔者选取6个北方地区常用紫花苜蓿品种为研究材料，利用3种不同浓度的聚乙二醇（PEG-6000）溶液模拟不同的干旱胁迫条件，研究紫花苜蓿种子萌发期抗旱性；利用盆栽试验模拟干旱胁迫，比较干旱胁迫对紫花苜蓿的农艺性状、根系性状、生理生化特征等指标的影响，并通过隶属函数综合评估紫花苜蓿品种的抗旱性，研究了6个紫花苜蓿品种种子萌发和生长对干旱胁迫的响应，不仅分析各抗旱性状与产量的关系及抗旱性状间的相关关系，也为抗旱新品种的选育及生产经济灌溉提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验选取6种北方地区常用紫花苜蓿品种，分别为新疆大叶（Medicago sativa L.cv.‘Xinjiangdaye’）、敖汉（Medicago sativa L.cv.‘Aohan’）、巨人201Z（Medicago sativa L.cv.‘Ameristand 201Z’）、费纳尔（Medicago sativa L.cv.‘Vernal’）、皇后（Medicago sativa L.cv.‘Alfaqueen’）、三德利（Medicago sativa L.cv.‘Sanditi’），其来源见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 种子萌发试验［19］。

采用不同浓度PEG溶液模拟不同程度的干旱胁迫，共设置3种不同的干旱胁迫处理，即蒸馏水（CK）、5％PEG（轻度干旱）、15%PEG（重度干旱）胁迫下的吸水发芽能力（发芽率），每个处理3次重复。

1.2.2 盆栽试验。

在模拟旱棚中，采用盆栽处理。设干旱处理和充分灌溉2种方式，各3次重复，共计36盆。将苜蓿种子精选盆栽，盆高30 cm ，底径15 cm ，每盆装过筛干土3 kg，所用土壤为大田表土。待苗出齐后间苗、定苗（每盆保留10株大小均匀一致的苜蓿幼苗）。出苗20 d开始干旱处理，每次干旱10 d，然后浇足水，再干旱，连续3次。对照为充分灌溉，设3次重复，定期浇水保证植株旺盛生长。

1.3 指标测定

1.3.1 发芽率。发芽率=总发芽种子数/总供试种子数×100%。

1.3.2 农艺性状及根系性状的测定。试验播种60 d后，盆栽试验结束。对所有的处理进行取样，对植株测量株高（茎的基部至顶端）、分枝数（以茎的基部开始计数）、叶面积（利用叶面积仪测量）、主根长度及根体积（排水法测量，排出水的体积即为根系体积）。

1.3.3 生理生化指标的测定。采用酸性茚三酮法进行脯氨酸测定［20］；采用乙醇丙酮浸泡提取法进行叶绿素测定［21］；采用露点法进行叶片水势测定，叶片的实际水势=实测水势/（0.325+0.027T）［22］；以上指标测定均进行3次重复。

1.3.4 生物量及相对含水量的测定。地上生物量：收集每盆植株的地上部分风干后测定其干重。地下生物量：地上部分收集完后将花盆内的土一次倒出用网袋收集植株的地下部分，然后用清水洗净风干后测定其干重。根冠比：根冠比=干旱胁迫植株的地下生物量/地上生物量。相对含水量：采用饱和称重法，相对含水量（%）=（鲜重-干重）/（饱和重-干重）×100%。

1.4 抗旱性综合评价

采用隶属函数（模糊元函数）的方法对6个紫花苜蓿品种的抗旱性进行评价。为了消除各苜蓿品种的性状差异，将要处理的数据分别转换为相对值（干旱胁迫值与对照值的比值），然后通过隶属函数法对各品种的每个指标的相对值进行标准化［23-24］。

与抗旱性呈正相关的指标方程为：

式中：Xij为品种j的指标值；Xjmin为品种j的最小值；Xjmax为品种j的最大值。

最后，将各指标的标准化值平均得出相对抗旱性进行评分。

相对抗旱性=［I（1）+I（2）+I（3）+I（4）+I（5）+I（6）］/6

式中，I（1～6）分别指农艺性状（株高、分枝数、叶面积）、根系性状（主根长度、根体积）、生理生化指标（脯氨酸、叶绿素、叶片水势）、总生物量、根冠比、相对含水量的标准值。

1.5 数据分析

采用Excel 进行数据整理及作图；采用SPSS 22.0进行单因素方差分析（ANOVA）；采用Duncan’s的多范围检验检测均值之间的显著差异（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同紫花苜蓿品种发芽率的影响

不同程度干旱胁迫下6种紫花苜蓿品种的发芽率见图1。由图1可知，随着干旱程度的增加，6个紫花苜蓿品种的发芽率均呈下降的趋势。在5%PEG溶液胁迫（轻度干旱）下，巨人201Z与皇后差异显著（P＜0.05）。在15%PEG溶液胁迫（重度干旱）下，巨人201Z与皇后、巨人201Z与三得利间差异显著（P＜0.05）。新疆大叶、巨人201Z、费纳尔、皇后、三得利在15%PEG溶液胁迫下均与5%PEG溶液胁迫、蒸馏水（CK）处理间差异显著（P＜0.05），而各品种在5%PEG溶液胁迫与蒸馏水处理间均差异不显著（P＞0.05）。敖汉在15%PEG溶液胁迫与蒸馏水处理间差异显著（P＜0.05）。以上结果说明，巨人201Z在抗旱条件下发芽率较高，适合在干旱条件下种植。

2.2 干旱胁迫对不同品种紫花苜蓿农艺及根系性状的影响

在干旱处理下，6个紫花苜蓿品种间的株高表现有差异但不显著（P＞0.05）；新疆大叶、巨人201Z、费纳尔以及三得利在干旱和灌溉处理间的株高存在显著差异（P＜005），而敖汉、皇后在干旱和灌溉处理间株高差异不显著（P＞0.05）（图2A）。在干旱处理下，6个紫花苜蓿品种的分枝数和各品种在干旱和灌溉处理之间的分枝数均表现为差异不显著（P＞0.05）（图2B）。在干旱处理下，巨人201Z与新疆大叶、敖汉以及三得利间的叶面积差异显著（P＜005），费纳尔与三得利间的叶面积差异显著（P＜0.05）；三得利在干旱和灌溉处理间的叶面积差异显著（P＜0.05），而新疆大叶、敖汉、巨人201Z、费纳尔和皇后在干旱和灌溉处理间的叶面积差异不显著（P＞0.05）（图2C）。在干旱处理下，6个紫花苜蓿品种间的主根长度表现差异不显著（P＞0.05），敖汉在干旱和灌溉处理间的主根长度差异不显著（P＞005）（图2D）。在干旱处理下，6个紫花苜蓿品种间的根体积和各品种在干旱和灌溉处理之间的根体积均表现差异不显著（P＞0.05）（图2E）。以上结果说明，巨人201Z在干旱条件下表现的形态特征最好，熬汉在干旱条件下主根长最长，利于吸收土壤中的水分。