西藏青稞種子萌發與幼苗生長特性對增溫的響應

李 通， 溫佳雪， 王慧娟， 程天文， 次仁央金

(西藏農牧學院 植物科學學院， 西藏 林芝 860000)

青稞(HordeumvulgareL. var.nudumHook.f.)屬禾本科大麥屬大麥的變種，是大麥的一種特殊類型，因其內外穎與穎果分離，籽粒裸露，故又稱裸大麥[1]。青稞主要分布在西藏、青海、四川省甘孜和阿壩藏族自治州、甘肅省甘南藏族自治州以及云南、貴州的部分地區[2]。以青稞為原料的糌粑是藏民族飲食中最具代表性的食品，也是藏民族的飲食精華之一[3]。研究表明，青稞營養豐富全面，符合“三高兩低”的飲食結構[4]，同時富含大量對人體有益的微量元素[5]，被視為谷物中的佳品。

21世紀全球的平均氣溫將會升高1.5～4.8 ℃，氣候變暖將會對全球農業, 特別是對適應性低、恢復能力差、生態環境脆弱地區的農業產生重大影響[6]。青藏高原被稱為世界的第三極，生態環境脆弱且受氣候變化影響較大，近20年來西藏增溫顯著，每10年升溫率達0.79 ℃[7-9]，是全國升溫率的2.0倍，是東北升溫率的6.6倍[10]，升溫幅度在全國農業區位居第一位[11]。青稞作為西藏農區最主要的農作物，在西藏有著不可代替的作用[3]，同時，其對氣溫、降水等因素較為敏感，生長受氣候波動影響較大[12-13]。近些年，有關增溫對青稞影響的研究有報道，但研究內容局限在生長和生物量方面[14-15]，有關增溫對青稞種子萌發和幼苗生長的影響還未曾涉及。而研究表明，增溫會直接影響著植物種子萌發、生長和繁殖[16-18]，增溫2 ℃能夠顯著提高C 4作物的發芽率和幼苗地上部分生物量的積累[19]，同時，增溫能夠促進西藏地區農作物的生長[20]，通過調整播種日期和品種特性，增溫也能夠促進農作物增產[21]。因此，模擬增溫對青稞種子萌發和幼苗生長特性的影響，不僅可以衡量種子在不同環境下的適應能力[22]，也能為氣候變化下青稞的種植范圍以及后期更深入的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗共選用6個青稞品種，分別為冬青18、藏青2000、隆子黑青稞(四棱)、F 199、1515-4和1210，其中4份供試材料為有色青稞，2份材料為普通黃色青稞。冬青18與藏青2000來自西藏農牧學院農學教研室，隆子黑青稞(四棱)(以下用L-4表示)來自西藏隆子縣，其余3份材料來自西藏各地(表1)。種子選取大小一致、飽滿的當年收獲的青稞種子。

表1 供試青稞種質材料

1.2 試驗設計

試驗設計為品種(品系)和溫度兩因素隨機處理試驗，共24個處理，每個處理3次重復，每個重復30粒種子。設計溫度為4種變溫條件，即14 ℃/5 ℃、16 ℃/5 ℃、18 ℃/5 ℃、20 ℃/5 ℃，其中以西藏春秋播種時的地溫14 ℃/5 ℃作為對照。光照條件為光照12 h(對應高溫環境)，黑暗12 h(對應低溫環境)；光照強度為2 000 lx，濕度為65%。種子置床前先進行消毒處理，消毒方法為先用2%的NaClO溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗5次，再用75%乙醇消毒1 min，最后用蒸餾水沖洗5次；發芽盒(21 cm×11 cm×6.5 cm)用75%乙醇消毒。然后將消毒后的種子均勻放入鋪有2層濾紙的發芽盒內，置于APL-420-DZ智能光照培養箱中進行種子萌發試驗。種子自培養后，每天定時觀察并補充10 mL蒸餾水。

1.3 測定方法

每天觀察種子萌發情況，并統計種子萌發數，7 d計算種子的發芽勢[23]，15 d計算種子的發芽率并結束培養。以胚根長達到種子長度的1/2時為發芽標準[23]。發芽試驗結束后，從每培養皿中隨機選取5株發芽的幼苗，測量根數、幼苗長、根長、地上部分鮮重、地下部分鮮重和葉綠素(CHLOROPHYLL METER SPAD-502 Plus 葉綠素儀測量)含量；取部分幼葉測量丙二醛(MDA)含量，測量選用南京建成A003-1-2丙二醛試劑盒，過程中使用的部分儀器有723型分光光度計、TG 16-WS臺式高速離心機等。計算發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、MDA含量，公式如下：

發芽率(%)=(15 d中正常發芽的種子數/供試種子數)×100%；

發芽勢(%)=(7 d內供試種子的發芽數/供試種子數)×100%；

發芽指數=∑(Gt/t)，其中Gt為第t天的發芽數，t為發芽天數；

活力指數=GI×S，其中S為一定時期內幼苗長度(cm)；

丙二醛=[(測定OD值-對照OD值)/(標準OD值-空白OD值)]×標準品濃度×樣本測試前稀釋倍數。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對數據進行統計，用 SPSS 24軟件進行方差分析和多重比較，多重比較方法為LSD法。

2 結果與分析

2.1 增溫對青稞種子萌發的影響

方差分析和多重比較表明(見表2)，增溫對青稞種子萌發影響顯著，在三種增溫處理下，各品種表現出對增溫2 ℃與4 ℃的顯著適應，當增溫6 ℃時，又表現出喜涼作物對高溫的敏感與不適。在14 ℃的基準上白晝溫度增加2 ℃后，六份青稞材料萌發情況差異顯著，所測指標與對照相比均有不同程度的升高，對增溫2 ℃后表現為顯著適應；其中，冬青18、藏青2000、L-4、F199與1515-4的發芽率、發芽勢、發芽指數均極顯著升高，1210的發芽率升高21.43%，但差異不顯著，而發芽勢和發芽指數極顯著升高。當溫度增加4 ℃后，相比對照，6份材料的發芽勢與發芽指數均極顯著提高，L-4、F 199與1515-4的發芽率也表現為極顯著提高，冬青18與1210分別比對照提高34.28%和11.89%，藏青2000發芽率相比對照開始有所降低，降低了12.49%。當溫度增加6℃后，相比對照，冬青18三項萌發指標均有所升高，且發芽勢與發芽指數升高極顯著，藏青2000三項萌發指標僅與對照有小幅度差異，L-4、F 199與1515-4三項萌發指標均極顯著升高，1210發芽率顯著降低、發芽勢與對照相同為0，發芽指數有所降低；雖然部分品種(系)在增溫6 ℃后指標相比對照有所升高，但最大值仍然處在增溫2 ℃與4 ℃范圍內，如L-4、F 199表現為對增溫2 ℃的最大適應，1515-4變現為對增溫4 ℃的最大適應。

表2 不同溫度對青稞種子萌發的影響

2.2 增溫對青稞幼苗生長特性的影響

2.2.1青稞種子根對增溫的響應

增溫對根的影響與種子萌發不同，3種增溫條件下青稞種子根數、根長和種子根鮮重均有不同程度的升高，其中表現最為明顯的為增溫2 ℃與4 ℃(見表3)。當增溫2 ℃時，與對照相比，L-4根數升高了44.33%，但差異不顯著，1210根數顯著增加，其余四份材料的根數極顯著增加；冬青18、藏青2000、L-4、1515-4的根長極顯著升高，F 199與1210的根長顯著增加；L-4、 F 199、1515-4、1210的種子根鮮重極顯著增加，藏青2000、冬青18的根鮮重顯著增加。當增溫4 ℃時，與對照相比，F 199根數極顯著增加，冬青18與藏青2000顯著增加，1515-4與1210根數增幅分別為5.19%、23.12%，但表現均不顯著，而五份材料的根長與種子根鮮重均表現為極顯著升高。當增溫6 ℃后，1210品系表現為最差，雖然有小部分種子萌發，但高溫可能抑制了根與芽的生長；其余5份材料與對照相比，L-4、F 199、1515-4的根數、根長、種子根鮮重均極顯著升高，但F 199與1515-4均不如增溫2 ℃與4 ℃下的表現，冬青18與藏青2000與對照相差不大。

表3 不同溫度對青稞幼苗生長的影響

2.2.2青稞幼芽對增溫的響應

幼芽對增溫的響應情況與根部類似，表現在對增溫2 ℃與4 ℃時的適應，除L-4在增溫6 ℃時達到最大值外，其余5個品種(系)在增溫6 ℃時有所下降，同時增溫2 ℃與4 ℃無較大差異(見表3)。當增溫2 ℃時，與對照相比，冬青18、L-4與F 199芽長極顯著升高，藏青2000、1515-4、1210的芽長顯著增加；幼苗鮮重為藏青2000、L-4、F 199、1210極顯著升高，冬青18幼苗鮮重顯著升高，但1515-4幼苗鮮重下降了0.004 g，降幅為7.97%，這可能與幼苗適溫區間有關。當增溫4 ℃時，與對照相比，冬青18、藏青2000、L-4、F 199、1515-4芽長極顯著升高，1210芽長顯著升高，幼苗鮮重除1515-4下降0.003 g外，其余5份材料的幼苗鮮重均表現為極顯著升高。當增溫6 ℃時，與對照相比，除1210外其余五份材料的幼芽指標均表現出顯著升高，同時，冬青18、藏青2000、F 199、1515-4與增溫2 ℃和4 ℃相比又表現出較大降幅。

2.2.3增溫對青稞種子活力的影響

不同程度的增溫后，種子活力指數均有不同幅度的升高，對增溫2 ℃、4 ℃、6 ℃后表現為均能適應，但冬青18、藏青2000、F 199在增溫2 ℃時活力指數最大，L-4、1515-4、1210在增溫4 ℃時活力指數最大(見表2)。當增溫2 ℃時，與對照相比，冬青18、藏青2000、L-4、F 199、1210活力指數極顯著升高，1515-4顯著升高。當增溫4 ℃時，與對照相比，6份材料活力指數均表現出極顯著升高，其中，增加最大的為L-4品種，相比對照增加了4.8。當增溫6 ℃時，與對照相比，除1210品系外，L-4顯著升高，其他4份材料活力指數均有所升高，且升幅較大，變化分別為2.31倍(冬青18)、1.05倍(藏青2000)、35.33倍(F 199)、2.88倍(1515-4)；同時，與增溫2 ℃和4 ℃相比較，活力指數又下降較大。

2.3 增溫對青稞幼苗葉綠素含量的影響

在3種增溫處理下，幼苗葉綠素含量均與對照差異較大，但3種增溫處理間并無較大差異，同時表現最好的為增溫4 ℃(見圖1；對照溫度下冬青18、藏青2000、L-4、F 199、1515-4未發育出葉片，增溫6 ℃下1210品系未發育出葉片，分析時不予比較)。增溫2 ℃時，1210品系葉綠素含量比對照增加了38.3%，而其他5份材料在對照情況下未長出葉片。當增溫4 ℃時，與對照相比，1210葉綠素含量升幅較大，升高了67.53%；與增溫2 ℃相比，5份材料幼苗葉綠素含量均有所升高，增幅分別為17.23%(冬青18)、14.84%(藏青2000)、22.19%(L-4)、23.72%(F 199)、17.14%(1515-4)、21.12%(1210)。當增溫6 ℃時，1210品系幼芽生長受到溫度的限制，表明此品系對高溫較為敏感，而與增溫2 ℃相比，冬青18 葉綠素含量下降1.94%，藏青2000、L-4、F 199、1515-4葉綠素含量分別升高了14.83%、16.76%、11.41%、4.39%，而與增溫4 ℃相比，均有所下降，降幅最小的為藏青2000，降低了0.01%，冬青18、L-4、F 199、1515-4分別下降了16.35%、4.45%、9.95%、10.88%。

圖1 不同溫度處理下葉綠素含量

2.4 增溫對青稞幼苗MDA含量的影響

幼苗中MDA的含量反應了幼苗受損傷的程度，通過對幼苗MDA的測定，能間接的反應出增溫對幼苗的脅迫程度。分析表明(見圖2；對照溫度下冬青18、藏青2000、L-4、F199、1515-4未發育出葉片，增溫6 ℃下1210品系未發育出葉片，分析時不與比較)，不同程度的增溫后對幼苗MDA的含量影響顯著，而表現較好的處理為增溫6 ℃，在5份材料中MDA含量均較低。當增溫2 ℃與4 ℃時，6份材料間MDA含量變動幅度均較大，最大值與最小值間分別相差44.29%與118.43%；而同一品種(系)下，冬青18、F 199、1210在增溫2 ℃與4 ℃下無明顯差異，藏青2000與L-4在兩溫度下差異明顯，變幅分別為1.14倍與48.03%，1515-4有小幅度差異，變幅為19.08%。當增溫6 ℃時，與增溫2 ℃相比，冬青18 MDA含量有小幅度增加，增幅為11.53%，藏青2000、L-4、F 199、1515-4均有大幅度下降，降幅分別為25.06%、18.95、30.1%、45.48%；與增溫4 ℃相比，冬青18 MDA含量同樣有小幅度增加，增幅為19.83%，藏青2000、L-4、F 199、1515-4同樣均有大幅度下降，降幅分別為64.92%、45.25%、29.41%、33.8%。

圖2 不同溫度處理下MDA的含量

3 討 論

氣候變化影響著植被的分布[24]。青稞作為青藏高原最具代表性的作物之一，對我國藏民族有著舉足輕重的影響。而種子萌發和幼苗生長期作為青稞生活史中的起始階段，對于后期產量的形成有著至關重要的作用，而其萌發特性與溫度、水分、種子自身的生物學性質等密切相關。溫度作為影響種子萌發和幼苗生長的最主要因素之一，過高或過低都將對其產生重要影響。Ooi等[25]在研究溫度升高對澳大利亞干旱區植被的影響中發現，升高溫度后萌發數量顯著增大的物種有3個，顯著下降的有1個，剩余物種不受影響；而趙從志等[26]、Middleton等[27]與李勝平[28]研究表明，不同物種種子的萌發對增溫的響應并不一致, 一些物種會更好地適應溫度變化；鄭成巖等[29]研究表明，升溫1.1 ℃將促進高海拔地區冬小麥干物質向籽粒分配和轉運，有利于提高冬小麥的產量；曹素珍[30]在對青藏高原高原草甸的研究中發現，增溫能顯著提高大種子的發芽率，以及顯著增加物種的平均植株高度和生物量。本研究結果表明，在經過2 ℃與4 ℃的增溫后，5份青稞材料的生長特性與對照差異顯著，種子萌發指標與幼苗生長指標顯著增加，整體表現出對增溫2 ℃與4 ℃的極大適應，原因可能是增溫后促進了幼苗體內生物量的積累[31]，從而使青稞幼苗的農藝性狀有所提高[32],而具體原因還需進一步的探究；當增溫6 ℃后，不同品種(系)間對增溫的響應出現差異，1515-4品系表現出對增溫6 ℃的適應，而其他4份材料與增溫2 ℃和4 ℃相比出現較大下降，這可能與品種的冬春性或抗寒能力有關，具體原因還需進一步的探究。增溫對幼苗生理指標的影響與生長特性有所不同，不同的生理指標對增溫的響應有所差異，在三種增溫處理下，幼苗葉綠素含量差異并不顯著，但均有所增加，并表現為在增溫4 ℃時達到最大，而MDA含量表現為在增溫6 ℃時最低，出現這種情況的原因可能是有關葉綠素合成酶的最適溫度與細胞活性氧代謝的最適溫度有所差異造成的，而具體原因還需做進一步的研究。

4 結 論

1) 經過增溫處理后，6份青稞材料間對增溫的響應雖有微小不同，但在3種增溫處理下生長特性差異顯著，種子萌發與幼苗生長指標均表現為對增溫2 ℃與4 ℃的極大適應，在增溫6 ℃后又開始表現出高溫對其生長特性的抑制；

2) 增溫對幼苗生理特性的影響根據指標的不同有所差異，但變幅不大，3種增溫處理間并無明顯差異，其中6份材料的葉綠素含量表現為均在增溫4 ℃時達到最大值，而后有所降低，MDA表現為在增溫6 ℃時含量最低；而不同品種(系)間丙二醛含量有較大差異，在3種增溫處理下，冬青18變幅較小，藏青2000差異較大。