增強小麥種子萌發期抗旱性的植物生長調節物質的篩選與評價

胡雯媚，李國瑞，樊高瓊，李金剛，榮曉椒

(1.四川農業大學農學院/農業部西南作物生理生態與耕作重點實驗室，四川成都 611130；2.彭州市農村發展局，四川成都 611930 )

?

增強小麥種子萌發期抗旱性的植物生長調節物質的篩選與評價

胡雯媚1，李國瑞2，樊高瓊1，李金剛2，榮曉椒1

(1.四川農業大學農學院/農業部西南作物生理生態與耕作重點實驗室，四川成都 611130；2.彭州市農村發展局，四川成都 611930 )

為篩選能增強小麥萌發期抗旱性的植物生長調節物質，以綿麥228為材料，選用21種植物生長調節物質浸種24 h，以清水浸種為對照，在20%PEG6000模擬干旱脅迫條件下，測定各處理的小麥種子發芽勢、發芽率、發芽指數及苗高、胚芽鞘長度、根長、根數、根冠比、種子貯藏物質轉運率等性狀，并通過加權隸屬函數法評價21種生長調節物質增強小麥萌發期抗旱性的綜合效果。結果表明，在PEG6000脅迫下，供試的大部分植物生長調節物質均能在一定程度上增強小麥種子萌發期的抗旱能力，表現為種子發芽率、發芽勢、發芽指數提高，苗高、胚芽鞘長度、根長和根數增加，根冠比、貯藏物質轉運速率增大；不同植物生長調節物質對小麥萌發期抗旱能力的調控程度存在一定差異。通過加權隸屬函數法分析，綜合評價值(D值)排在前5位的植物生長調節物質分別為乙烯利、黃腐酸、氯化膽堿、赤霉素、吲哚丁酸·萘乙酸。除根長、根冠比外，其他鑒定指標與D值均呈顯著或極顯著正相關，其中苗高的相關系數最大(0.80)，因此種子發芽勢、發芽率、發芽指數、苗高、胚芽鞘長度、根數、種子貯藏物質轉運率等指標可作為植物生長調節物質浸種調控小麥萌發期抗旱性的評價指標。

PEG6000脅迫；植物生長調節物質；小麥；萌發期；隸屬函數法

四川是我國重要的小麥產地之一[1-4]，但四川小麥主要種植在土層瘠薄、保水力差、蓄引水困難的丘陵區坡臺旱地[5]，這些農田抗旱設施差、抗旱成本高，當旱情發生時，可供選擇的抗旱措施少，因而干旱對小麥生產的影響大[6]。在規模化生產、機械化播種的新形勢下，播種時間高度集中，播后無適宜降水，常導致大面積缺苗斷壟，極大地影響小麥生產。除選擇耐旱品種外，施用外源植物生長調節物質是一種有效提高作物抗旱性的技術措施。植物生長調節物質能增強花生、巴西陸稻、玉米、大豆、馬鈴薯、羽扇豆、高羊茅草坪草、苗木等的抗旱能力[7-11]，涉及到的生長調節物質有多效唑、矮壯素、茉莉酸甲酯、黃腐酸、脫落酸、冠菌素等，施用方法上有噴施、浸種、拌種等。不同植物調節劑增強植物抗旱性的機理亦不相同。乙烯利、水楊酸能提高干旱脅迫下植物保護酶活性，避免膜脂過氧化[12-13]；黃腐酸能提高滲透調節物質含量、根系活力，促進植株水分吸收以維持細胞滲透平衡[14]；脫落酸通過促進保衛細胞的氣孔關閉來減少植株水分散失[15]。雖然目前有關植物生長調節物質作用及其機理的研究很多，但多是分析單一植物生長調節物質的效應，鮮見系統比較多種此類物質應用效果的報道。鑒于此，本實驗選用21種植物生長調節物質浸種小麥，研究其在PEG6000脅迫下對小麥種子萌發及幼苗生長的影響，以期篩選出效果較優的植物生長調節物質。

1　材料與方法

1.1供試材料

以小麥品種綿麥228(前期實驗表明綿麥228為抗旱小麥品種[16])為材料。供試的21種植物生長調節物質名稱及濃度見表1。

1.2試驗設計

按李國瑞等[16]的方法培養處理材料,挑選大小均勻、籽粒飽滿、無病蟲害的種子，用5%的NaClO水溶液浸泡15 min進行消毒處理，然后用蒸餾水反復沖洗，分別用推薦濃度的植物生長調節物質(表1)浸泡24 h(對照用蒸餾水浸泡)，然后用蒸餾水沖洗3次，置于濾紙上攤開自然晾干備用。用鑷子(70%酒精消毒)取晾干的50粒種子均勻擺放在培養皿(Φ=9 cm)中，鋪2層濾紙，用移液槍加入10 mL 20% PEG6000水溶液，培養皿加蓋，最后將培養皿一起放入人工氣候培養箱，培養條件為20 ℃恒溫，相對濕度(60±5)%，每天12 h光照，光照強度1 000 lx。保持濾紙水分飽和狀態，用蒸餾水補充損失的水分。 試驗共設置3個重復。

1.3測定項目與方法

種子置于培養皿后，每天定時調查種子的發芽數(以胚根長等于種子長、胚芽長等于1/2種子長作為發芽為準)，第3天計算種子發芽勢(Germination potential，GP)，第7 天計算種子發芽率(Germination rate，GR)，最后計算發芽指數(Germination index，GI)。發芽結束后，每處理隨機挑選10株幼苗，測量苗高(Shoot height，SH)、胚芽鞘長度(Coleoptile length，CL)、根長(Root length，RL)、根數(Root number，RN)。將根、種子、芽分離，在105 ℃下殺青10 min，再置于70 ℃烘箱中烘干至恒重后，稱干重，計算根冠比(Root-shoot ratio，R/S)和種子貯藏物質轉運率(Storage transport rate，STR)。

表1　供試植物生長調節物質的編號、名稱及濃度

發芽勢=3 d后正常發芽的種子數/供試種子數×100%

發芽率=7 d后正常發芽的種子數/供試種子數×100%

發芽指數=1.0n1+6/7n2+5/7n3+4/7n4+3/7n5+2/7n6+1/7n7

其中，n1～n7分別為第1天至第7天的發芽率；

貯藏物質轉運率=(芽干重+根干重)/(芽干重+根干重+籽粒干重)×100%

根冠比=根干重/芽干重

抗旱系數=干旱脅迫測定值/對照測定值

綜合抗旱系數為所有指標抗旱系數的算術平均值。

1.4抗旱性綜合評價

以供試材料的測定指標為依據，利用加權隸屬函數法對21種調節劑的抗旱性進行綜合評價，加權隸屬函數法計算公式如下：

U(Xj)=[Xij-Xjmin]/[Xjmax-Xjmin]，j=1、2、3……

1.5數據處理與分析

收集到的數據經Excel2007整理后，帶入DPSv7.05軟件進行統計分析。

2　結果與分析

2.1植物生長調節物質浸種對PEG6000脅迫下小麥種子萌發特性的影響

植物生長調節物質浸種對PEG6000脅迫下小麥種子發芽勢、發芽率、發芽指數影響顯著，大部分植物生長調節物質浸種均能顯著提高這些指標(表2)。其中，Y18、Y21浸種后發芽勢最高，增幅達21.0%；Y12浸種后發芽率最高，其次是Y18和Y21，其增幅分別為12.4%、11.2%和11.2%；Y21浸種后發芽指數最大，增幅達20.4%。Y9處理的效果最差，Y9浸種后PEG6000脅迫下小麥種子發芽勢、發芽率、發芽指數分別降低了13.6%、12.4%和17.2%。

2.2植物生長調節物質浸種對PEG6000脅迫下小麥幼苗形態指標的影響

植物生長調節物質浸種處理對PEG6000脅迫下小麥幼苗形態有顯著影響，但不同植物生長調節物質對不同指標的調節效果不一(表3)。Y17、Y14、Y16等17種物質增加了苗高，其中以Y17的增幅最大，達121.7%；Y20、Y13、Y12、Y11降低了苗高，以Y20的降幅最大，達38.0%。Y7、Y14、Y15等16種物質增加了胚芽鞘長度，以

表2　植物生長調節物質浸種對PEG6000脅迫下小麥種子萌發特性的影響

表中同列數據后小寫字母表示處理間差異達顯著水平(P<0.05)。下同。

Values with different letters within the same column show significant difference among the treatments at 5% level.GP:Germination potential; GR:Germination rate;GI:Germination index；IR：Increase rate.The same as below.

Y7的增幅最大，達25.3%；Y20、Y11、Y1等5種物質降低了胚芽鞘長度，以Y20的降幅最大，達51.6%。Y11、Y20、Y1等16種物質增加了根長，以Y11的增幅最大，達83.9%；Y12、Y4、Y8等5種物質降低了根長，以Y12的降幅最大，達38.0%。21種物質均增加了根數，以Y17的增幅最大，達5.6%。除Y17外，其他物質均提高了根冠比，以Y20的增幅最大，達143.6%；Y17、Y14、Y3等14種物質提高了種子貯藏物質轉運率，以Y17的增幅最大，達46.0%，Y20、Y13、Y18等7種物質降低了種子貯藏物質轉運率，以Y20的降幅最大，達30.9%。

2.3植物生長調節物質浸種后對小麥種子萌發期抗旱性的綜合評價

根據抗旱能力綜合評價值(D值)大小，不同植物生長調節物質增強小麥萌發期抗旱性的效果：Y17>Y16>Y14>Y21>Y10>Y15>Y7>Y2>Y18>Y8>Y19>Y3>Y12>Y5>Y4>Y1>Y11>Y6>Y13>Y20>CK>Y9(表4)。相關分析(表5)表明，除根冠比、根長外，種子發芽率與D值顯著呈正相關，種子發芽勢、發芽指數、苗高、胚芽鞘長度、根數、種子貯藏物質轉運率與D值呈極顯著正相關。可見，在評價植物生長調節物質調控小麥萌發期的抗旱效果時，種子發芽勢、發芽指數、苗高、胚芽鞘長度、根數、種子貯藏物質轉運率、發芽率等指標較根長、根冠比更為可靠，可作為植物生長調節物質調控抗旱性效果的鑒定指標。

表3　植物生長調節物質浸種對PEG6000脅迫下小麥幼苗形態指標的影響

SH:Seedling height; CL:Coleoptile length;RL:Root length; RN:Root number; R/S:Root-shoot ratio; STR:Storage transport rate. The same as below.

3　討 論

作物對逆境的適應是受遺傳特性和生理狀況兩種因素的制約，后者又與作物體內激素的調控有密切關系。利用植物生長調節物質來增強作物對逆境的抵抗能力，已成為目前作物抗逆栽培的途徑之一。縱觀前人研究，能夠增強作物抗旱性的植物生長調節物質很多。如閆秋潔等[17]用乙烯利浸種提高了PEG6000脅迫下玉米的種子發芽率和苗高；回振龍等[18]用黃腐酸浸種提高了干旱脅迫下紫花苜蓿的種子發芽率、發芽勢、發芽指數、苗高和生物量；代 勛等[19]用赤霉素浸種提高了小桐種子在干旱脅迫下的發芽率；閆艷紅等[20]用烯效唑浸種增強大豆苗期抗旱能力。在改善小麥抗旱性方面，采用氯化膽堿[21]和氯化鈣[22]浸種、ABA噴施[23]等均有效果；同時，唐曉川等[24]用水楊酸和α-萘乙酸復配增強小麥幼苗抗旱性上的效果優于單獨施用。由上述可見，在眾多植物生長調節物質中，既有植物生長促進劑，也有植物生長延緩劑，既有單劑也有復配制劑，究竟哪些植物生長調節劑用于改善小麥萌發期抗旱性效果較好？在查閱相關文獻的基礎上，本試驗選用了21種植物生長調節物質進行研究，結果表明，在PEG6000脅迫下，大部分植物生長調節物質浸種后，均能使小麥萌發特性和形態指標轉好，種子發芽勢、發芽率、發芽指數增加，苗高、胚芽鞘長度、根長、根數、根冠比及種子貯藏物質轉運率增加，即大部分植物生長調節物質在一定程度上能增強小麥抗旱能力。進一步采用加權隸屬函數法對多個性狀指標進行綜合評價，供試的21種植物生長調節物質中，D值前5位的分別為乙烯利、黃腐酸、氯化膽堿、赤霉素和吲哚丁酸·萘乙酸。除根長、根冠比外，其他指標與D值均呈現顯著或極顯著正相關。種子發芽率的相關系數相對較小，估計與其極差小有較大關系，本試驗中發芽勢的變化范圍為59.5%～83.3%，發芽率的變化范圍為70.2%～90.0%。同時苗高變化范圍為1.9～6.9 cm，根長變化范圍為3.1～11.2 cm，可見根長變異大，苗高變異小。大部分植物生長調節物質既促進根系生長，又促進苗高增加，部分植物生長調節物質對苗高抑制過于強烈，導致畸形，這可能是根冠比與D值呈負相關的原因。因而在增強小麥抗旱性方面，根冠比只是一個相對指標，還應結合根系和地上部的生長量綜合考慮。

表4　PEG6000脅迫下植物生長調節物質浸種對小麥萌發期各指標的隸屬函數值

表5　 相關性分析

*：P<0.05; **：P<0.01.

本試驗從21種常用植物生長調節物質中篩選出5種調節物質，有關其用于小麥上增強抗旱性的報道較少，復配制劑吲哚丁酸·萘乙酸更是未見在作物上的應用效果報道。本研究從形態指標上明確了這5種調節物質在小麥上的抗旱效果，但有關其增強抗旱性的機理還有待進一步深入研究。

[1]TAREGH G,MOSTAFA V,REZA S,etal.Effect of PEG stress on germination indices and seedling growth of 12 bread wheat gentypes [J].AdvancesinEnvironmentalBiology,2011(6):1034-1039.

[2]劉學文,鐘秋波.四川省糧食生產現狀和增產潛力分析[J].農村經濟,2010(12):63-66.

LIU X W,ZHONG Q B.The production status and increase protential of grain in Sichuan province [J].RuralEconomy,2010(12):63-66.

[3]湯永祿,李朝蘇,余秀芳,等.西南旱地套作小麥帶式機播技術組裝與示范效果[J].耕作與栽培,2010(4):60-61.

TANG Y L,LI C S,YU X F,etal.The sowing technique assembly and demonstration effect of strip-relay-intercropping wheat in dryland in Southwest region [J].TillageandCultivation,2010(4):60-61.

[4]趙廣才,常旭虹,王德梅,等.中國小麥生產發展潛力研究報告[J].作物雜志,2012(3):1-5.

ZHAO G C,CHANG X H,WANG D M,etal.Research report on development of China’s wheat production potential [J].Crops,2012(3):1-5.

[5]王相權,黃輝躍,王仕林,等.四川冬小麥新品種(系)抗旱性鑒定及分析[J].中國農學通報,2014(15):39-45.

WANG X Q,HUANG H Y,WANG S L,etal.Identification and analysis of drought resistance about new wheat varieties(lines)in Sichuan province [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2014(15):39-45.

[6]CHANGNON S A,PIELKE J R A,CHANGNON D,etal.Human factors explain the increased losses from weather and climate extremes [J].BulletinoftheAmericanMeteorologicalSociety,2000(3):437-442.

[7]李 玲,潘瑞熾.植物生長調節劑提高花生產量和增強抗旱性研究[J].花生科技,1996(1):1-6.

LI L,PAN R Z.Plant growth regulator improve peanut yield and increase drought resistance study [J].PeanutScience,1996(1):1-6.

[8]潘曉云,程建峰,曾曉春,等.不同藥劑浸種對巴西陸稻種子萌發及幼苗抗旱性的效應[J].江西農業大學學報,1997,19(1):7-12.

PAN X Y,CHENG J F,ZENG X C,etal.Effects of soaking seeds with different medicaments on seed germination and drought resistance of Brazil upland rice [J].ActaAgriculturaeUniversitatisJiangxiensis,1997,19(1):7-12.

[9]王海博,常社霞,杜麗美,等.植物生長調節劑對玉米耐旱性的調控概述[J].廣東農業科學,2010,37(7):20-21.

WANG H B,CHANG S X,DU L M,etal.The regulation studies on plant growth regulators to drought-tolerance in maize [J].GuangdongAgriculturalSciences,2010,37(7):20-21.

[10]王 敏,姚維傳,張從宇.植物生長調節劑對干旱脅迫下大豆幼苗生長的影響[J].水土保持學報,2005,19(4):190-192.

WANG M,YAO W C,ZHANG C Y.Effects of plant growth regulator on seedling growth under drought stress in soybean [J].JournalofSoilandWaterConservation,2005,19(4):190-192.

[11]孫業民.多效唑和氯化鉀影響干旱脅迫下馬鈴薯幼苗抗性生理的機制[D].蘭州:甘肅農業大學,2013:3-5.

SHUN Y M.Physiological mechanism of paclobutrazol and KCl influence potato seedlings resistance under drought stress [D].Lanzhou:Gansu Agricultural University,2013:3-5.

[12]劉劍鋒,程云清,陳智文.乙烯促進與抑制劑對旱后復水玉米生長、保護酶活性及膜脂過氧化的影響[J].中國農學通報,2008,24(8):225-229.

LIU J F,CHENG Y Q,CHEN Z W.Effects of ethylene inhibitor and promoter on growth,protective enzyme activities and lipid peroxidation of maize under water stress and rewatering conditions [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2008,24(8):225-229.

[13]崔秀妹,劉信寶,李志華,等.不同水分脅迫下水楊酸對分枝期扁蓿豆生長及光合生理的影響[J].草業學報,2012,21(6):82-93.

CUI X Z,LIU X B,LI Z H,etal.Effects of salicylic acid on growth and photosynthetic characteristics ofMelilotoidesruthenicain branching stage under different water stress [J].ActaPrataculturaeSinica,2012,21(6):82-93.

[14]李 捷,楊小鵬,馮建軍.不同條件下黃腐酸對春小麥生長和水分利用的影響[J].干旱地區農業研究,2002,20(2):52-55.

LI J,YANG X P,FENG J J.Effects of fulvic acid on spring wheat growth and water use in different conditions [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2002,20(2):52-55.

[15]ALI M,JENESEN C R,MOGENSEN V O.Early signals in field grown wheat in response to shallow soil drying [J].AustralianJournalofPlantPhysiology,1998,25:871-882.

[16]李國瑞,馬宏亮,胡雯媚,等.西南麥區小麥品種萌發期抗旱性的綜合鑒定及評價[J].麥類作物學報,2015,35(4):479-487.

LI G R,MA H L,HU W M,etal.Identification and evaluation of wheat cultivars for drought resistance during germination in southwest area [J].JournalofTriticeaeCrops,2015,35(4):479-487.

[17]閆秋潔,劉再婕,楊 欣.乙烯利浸種對聚乙二醇脅迫下玉米種子萌發的影響[J].中國農學通報,2013,29(3):53-58.

YAN Q J,LIU Z J,YANG Y.The effects of ethephon on the germination of corn seeds stressed by polyethylene glycol [J].ChineseAgriculturalScienceBulletin,2013,29(3):53-58.

[18]回振龍,李自龍,劉文瑜,等.黃腐酸浸種對PEG模擬干旱脅迫下紫花苜蓿種子萌發及幼苗生長的影響[J].西北植物學報,2013,33(8):1621-1629.

HUI Z L,LI Z L,LIU W Y,etal.Effects of seed soaking in fulvic acid solution on seed germination and seedling growth inMedicagosativaunder PEG simulated drought stress [J].ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica,2013,33(8):1621-1629.

[19]田會玉,陳靠山,劉世名,等.滲透脅迫下氯化膽堿對小麥種子萌發的影響[J].干旱地區農業研究,2001,19(4):52-57.

TIAN H Y,CHEN K S,LIU S M,etal.Effects of choline chloride on germination of wheat seeds under osmotic stress [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2001,19(4):52-57.

[20]代 勛,李忠光,龔 明.赤霉素、鈣和甜菜堿對小桐子種子萌發及幼苗抗低溫和干旱的影響[J].植物科學學報,2012,30(2):204-212.

DAI X,LI Z G,GONG M.Effect of gibberellin,calcium,and betaine on seed germination and resistance ofJatrophacurcasL.seedlings to low temperature and drought stress [J].PlantScienceJournal,2012,30(2):204-212.

[21]KAUR M,GUPTA A K,ZHAWAR V K.Antioxidant response andLeagenes expression under exogenous ABA and water deficit stress in wheat cultivars contrasting in drought tolerance [J].JournalofPlantBiochemistryandBiotechnology,2014(1):18-30.

[22]宋新妍,張崔燦,韓曉弟.CaCl2對冬小麥抗旱性影響的研究[J].安徽農業科學,2009,37(30):14637-14638.

SONG X Y,ZHANG C C,HAN X D.Study on drought resistance of calcium chloride in growth of winter wheat seedling [J].JournalofAnhuiAgriculturalSciences,2009,37(30):14637-14638.

[23]商振清,史吉平,韓建民.植物生長調節劑“891”提高小麥抗旱性機理研究[J].河北農業大學學報,1994,17(2):10-14.

SHANG Z Q,SHI J P,HAN J M.Mechanisms of plant growth regulator "891" of drought tolerance in wheat seedlings [J].JournalofAgriculturalUniversityofHebei,1994,17(2):10-14.

[24]唐曉川,張元成,鐘秀麗,等.水楊酸和α-萘乙酸浸種對冬小麥幼苗抗旱性的影響[J].中國農業氣象,2014,35(2):162-167.

TANG X C,ZHANG Y C,ZHONG X L,etal.Effect of seed soaking with salicylic acid and α-naphthaleneacetic acid on drought resistance of winter wheat [J].ChineseJournalofAgrometeorology,2014,35(2):162-167.

Evaluation and Selection of Plant Growth Adjusting Substances Related to Enhancing Wheat Seed Germination under Drought Stress

HU Wenmei1,LI Guorui2,FAN Gaoqiong1,LI Jingang2,RONG Xiaojiao1

(1.College of Agronomy,Sichuan Agricultural University/Key Laboratory of Crop Cophysiology and Farming System in Southwest China,Ministry of Agriculture,Chengdu,Sichuan 611130,China;2.Pengzhou Rural Development Bureau,Chengdu,Sichuan 611930,China)

The objective of this study was to screen plant growth adjusting substances related to enhancing wheat germination drought resistance,a hydroponic experiment was conducted to measure the germination potential,germination rate,germination index,seedling height,coleoptile length,radicle length,radicle number,root-shoot rate and storage transport rate of every soaking seed by plant growth substances under simulated drought stress with 20% PEG6000,with Mianmai 228 as material.The comprehensive evaluation of drought resistance during wheat germination was analysed by weighted membership functions and cluster analysis. The results suggested that most of the plant growth adjusting substances could increase during drought resistance wheat germination under PEG6000 stress.Germination potential,germination rate,germination index,seedling height,coleoptile length,radicle length,radicle number,root-shoot ratio and storage transport rate were increased,and there were certain differences in regulation ability of drought resistance for different plant growth adjusting substances during wheat germination.Based on the analysis with weighted membership function, the top five plant growth substances with high comprehensive evaluation value(Dvalue)were ethrel,fulvic acid,choline chloride,gibberellin and indolebutyric acid·naphthalen acetic acid.The correlation analysis results showed that except for radicle length and root-shoot ratio each index showed significantly positive correlation withDvalue.Seedling height has largest correlation coefficient(0.80).We propose that the indices except for radicle length and root-shoot ratio can serve as the rapid identification indices for plant growth substances in soaking seeds during germination stage.

PEG6000 stress; Plant growth adjusting substances; Wheat;Germination; Membership function

2016-02-22

2016-04-03

國家公益性行業科研專項(20150312705)；四川省育種攻關項目(2011NZ0098-15-3)

E-mail:hwenmei1991@sina.com(胡雯媚);450970004@qq.com(李國瑞，與第一作者同等貢獻)

樊高瓊(E-mail:fangao20056@126.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2016)08-1093-08

網絡出版時間：2016-08-01

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160801.1123.040.html