PEG脅迫下不同玉米種子萌發(fā)期的抗旱性鑒定

裴童心

摘要：干旱是限制作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量提高的主要逆境因素。提高玉米品種的抗旱性是減小因干旱帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失的有效途徑之一。本試驗(yàn)以25個(gè)玉米新組合品種作為供試材料，用20%的PEG高滲溶液模擬干旱條件，測(cè)定玉米萌發(fā)期抗旱性，測(cè)量25個(gè)玉米新組合品種在高滲溶液下植株的根數(shù)、根長(zhǎng)、苗高、株鮮重、幼苗鮮重等各項(xiàng)生理生化指標(biāo)，并分析不同玉米組合之間各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的差異，排列出玉米新組合的抗旱性順序。

關(guān)鍵詞：玉米；抗旱；PEG脅迫；萌發(fā)期

玉米是中國(guó)重要的糧食作物，在飼料、食品和原料等方面起重要作用。干旱是影響我國(guó)特別是西北方地區(qū)糧食產(chǎn)量的一個(gè)重要的因素，玉米是旱地作物中需水量最大、對(duì)水分脅迫很敏感的作物之一。我國(guó)許多玉米種植區(qū)經(jīng)常遭受干旱的威脅，干旱是限制玉米產(chǎn)量與種子萌發(fā)率的重要原因。云南地區(qū)的地貌特征導(dǎo)致了云南地區(qū)春旱尤為嚴(yán)重，無(wú)額外水源只能靠天播種導(dǎo)致了玉米種子的萌發(fā)和出苗受到嚴(yán)重影響。近年來(lái)，全球氣候變暖和水資源的日益匱乏使得干旱發(fā)生周期越來(lái)越短，干旱程度越來(lái)越嚴(yán)重，對(duì)糧食生產(chǎn)已構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。從玉米抗旱生理機(jī)制上尋找抗旱高產(chǎn)的突破口，研究云南地區(qū)玉米萌發(fā)出苗期的抗旱性顯得更為重要，篩選玉米新組合抗旱性指標(biāo)對(duì)玉米種質(zhì)鑒定和抗旱育種具有重要意義。

作物的抗旱性是一個(gè)極為復(fù)雜的數(shù)量性狀，目前用于檢測(cè)植物抗旱的指標(biāo)有多種，但尚無(wú)一個(gè)有效、經(jīng)濟(jì)方便、實(shí)用可靠、可直接用于生產(chǎn)上抗旱性鑒定的評(píng)價(jià)指標(biāo)。作物的田間抗旱性指標(biāo)被認(rèn)為是最可靠的抗旱性狀，但存在周期長(zhǎng)、不可控因素多等缺點(diǎn)，因此難于在實(shí)際抗旱性檢測(cè)中進(jìn)行操作和具體量化。玉米的抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過(guò)程，本試驗(yàn)測(cè)定了25個(gè)玉米新組合在PEG脅迫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)、萌芽抗旱指數(shù)、傷害率、抗旱指數(shù)等生理生化指標(biāo)，以此作為抗旱性初步篩選指標(biāo)，為玉米抗旱性鑒定提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)共采用25個(gè)玉米新組合品種，具體詳見(jiàn)表1和圖1。供試PEG 6000濃度為20%。

1.2方法

試驗(yàn)設(shè)蒸餾水（對(duì)照）和20%的PEG—6000兩個(gè)處理，3次重復(fù)。在試驗(yàn)開(kāi)始前1天將試驗(yàn)所用到的所有發(fā)芽盒和培養(yǎng)箱用70%的酒精進(jìn)行消毒處理，并將處理后的發(fā)芽盒用蒸餾水進(jìn)行清洗，置于培養(yǎng)箱內(nèi)晾干。試驗(yàn)時(shí)每個(gè)發(fā)芽盒內(nèi)精選大小均勻一致，籽粒飽滿、無(wú)破損的50粒種子（共300粒種子），用75%的酒精消毒處理3分鐘，后用蒸餾水將試驗(yàn)種子清洗干凈，用濾紙吸干水分，試驗(yàn)組加入20%的PEG 6000、對(duì)照組加入蒸餾水，將種子浸沒(méi)（浸種24小時(shí)）。

待種子充分吸脹，將種子分裝至6個(gè)發(fā)芽盒，試驗(yàn)組和對(duì)照組均設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)試驗(yàn)組添加10毫升20%的PEG-6000溶液，對(duì)照組內(nèi)添加等量蒸餾水，保持種子濕潤(rùn)，置于培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)芽，發(fā)芽溫度25℃，光強(qiáng)度10001x。

每天同一時(shí)間（19：00）對(duì)所有發(fā)芽盒進(jìn)行觀察、補(bǔ)充等量的蒸餾水和PEG-6000溶液，保持種子濕潤(rùn)。從第2天開(kāi)始到第10天，每天對(duì)所有種子發(fā)芽情況作好記錄。從每個(gè)發(fā)芽盒內(nèi)選擇10株有代表性植株對(duì)其根數(shù)、根長(zhǎng)、苗高、株鮮重、幼苗鮮重、幼根鮮重進(jìn)行測(cè)定和記錄。并計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根數(shù)、相對(duì)胚芽重、相對(duì)胚根重、相對(duì)籽粒重、相對(duì)株重、萌發(fā)抗旱指數(shù)和脅迫指數(shù)，并對(duì)抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和排名。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1種子萌發(fā)特性測(cè)定

種子萌發(fā)特性測(cè)定包括相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（RGE）、相對(duì)發(fā)芽率（RGR）、相對(duì)胚根長(zhǎng)（RERL）和相對(duì)胚芽長(zhǎng)（RGL），并按照下式進(jìn)行計(jì)算。

相對(duì)性狀指標(biāo)（%）=（滲透脅迫處理下各性狀測(cè)定值/對(duì)照各性狀測(cè)定值）×100

1.3.2萌發(fā)抗旱指數(shù)計(jì)算萌發(fā)抗旱指數(shù)按照下式進(jìn)行計(jì)算。

萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）=滲透脅迫下的萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照萌發(fā)指數(shù)

萌發(fā)指數(shù)=（1.00）nd 2+（0.7 5）nd4+（0.50）nd6+（0.25）nd8

式中nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2天、第4天、第6天、第8天的種子發(fā)芽率，1.00、0.75、0.50、0.25分別為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)所賦予的抗旱系數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2016和SPSS19.0中的one-wayANOVA進(jìn)行玉米品種問(wèn)各指標(biāo)的相關(guān)性分析、差異性檢驗(yàn)。各指標(biāo)降低率按照下式進(jìn)行計(jì)算?？购敌跃C合評(píng)定采用五級(jí)評(píng)分法進(jìn)行。

降低率（%）=（對(duì)照-處理）/對(duì)照×100

2結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫對(duì)供試玉米種子萌發(fā)特性的影響

發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率作為種子發(fā)芽能力的重要指標(biāo)，分別反映了種子的發(fā)芽速度，發(fā)芽能力。試驗(yàn)結(jié)果表明，PEG脅迫下的種子與對(duì)照相比，供試玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)都呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但不同玉米種子降低程度存在一定的差異。方差分析表明，無(wú)論是對(duì)照還是PE G滲透脅迫處理，各供試玉米材料的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)都差異顯著（P<0.05）。從發(fā)芽率上看N20的降低率最大，而N4、N21和N24的降低率較小，分別為9.38%、7.81%和6.87%；從發(fā)芽勢(shì)上看，N18的降低率較大，為81.4%，N21和N24的降低率較小，分別為6.67%和4.24%。一般來(lái)說(shuō)，各指標(biāo)的降低率越大，則該玉米品種的抗旱性就越差。

2.2 PEG脅迫下供試玉米種子的相對(duì)發(fā)茅率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、萌發(fā)指數(shù)和萌發(fā)抗旱指數(shù)

相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)是對(duì)PEG脅迫下，種子萌發(fā)特性受抑制程度的反映，相對(duì)值越高，受干旱脅迫抑制的程度越低。PEG脅迫下，不同玉米材料的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率存在一定的差異。方差分析表明，各供試玉米材料間差異顯著（P<0.05）。N4（0.9063）、N21（0.9219）和N24（0.9313）的相對(duì)發(fā)芽率較高，顯示出較強(qiáng)的抗旱能力，其他大多處于中間型。在相對(duì)發(fā)芽勢(shì)上，N4（0.9000）、N21（0.9333）和N24（0.9576）受到PEG的影響較小。在萌發(fā)抗旱指數(shù)上，N2l（0.9169）、N15（0.8235）和N4（0.8045）表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱能力，而N20（0.0000）、N8（0.1734）和N22（0.1997）受到PEG溶液的脅迫抗旱能力較弱。

2.3 PEG脅迫下供試玉米種子的萌發(fā)性狀

PEG脅迫下，供試玉米種子的相對(duì)根重、相對(duì)苗重、相對(duì)株重、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)和相對(duì)胚根數(shù)存在一定得差異，方差分析表明，各供試玉米材料間差異顯著（P<0.05）。在相對(duì)根重上N3（81.80%）、N4（84.94%）和N12（84.41%）較大，明顯高于N16（15.10%）。在相對(duì)株重上，N14（95.26%）、N18（91.69%）、N22（91.53%）和N25（102.22%）較大，說(shuō)明其在20%PEG-6000脅迫下長(zhǎng)勢(shì)仍舊較好。在相對(duì)胚根長(zhǎng)上N23（93.14%）、N24（97.76%）和N25（1 55.38%）較大，說(shuō)明其在P E G脅迫下胚根仍較發(fā)達(dá)。在相對(duì)胚根數(shù)上，N24（123.04%）和N23（96.92%）較大，說(shuō)明其在PEG脅迫下根系發(fā)達(dá)。

2.4供試玉米種子萌發(fā)抗旱指數(shù)與各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的降低率相關(guān)性分析

使用SPSS19.0分析供試玉米種子萌發(fā)抗旱指數(shù)與各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的降低率相關(guān)性，結(jié)果表明在0.01顯著水平上，初生根數(shù)降低率、發(fā)芽勢(shì)降低率、胚芽長(zhǎng)降低率、根鮮重降低率、苗鮮重降低率、發(fā)芽率降低率都與玉米新組合種子萌發(fā)抗旱指數(shù)顯著相關(guān)。在0.05顯著水平上，胚根長(zhǎng)降低率、株鮮重與供試玉米種子萌發(fā)抗旱指數(shù)顯著相關(guān)。

2.5供試玉米種子萌發(fā)期耐旱性綜合評(píng)價(jià)

作物品種的耐旱性是一個(gè)較為復(fù)雜的性狀，鑒定一個(gè)作物品種的抗旱性應(yīng)采用若干性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，但各個(gè)指標(biāo)與耐旱性的相關(guān)性具有大小之分，必須根據(jù)各個(gè)指標(biāo)和耐旱性的密切程度進(jìn)行權(quán)重分配。本研究采用五級(jí)評(píng)分法對(duì)供試玉米種子萌發(fā)期耐旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該方法可消除各指標(biāo)因數(shù)值大小和變化幅度的不同而產(chǎn)生的差異。

經(jīng)相關(guān)性分析，初生根數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、胚芽長(zhǎng)、根鮮重、苗鮮重、發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)和株鮮重降低率與玉米種子耐旱性密切相關(guān)，將初生根數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、胚芽長(zhǎng)、根鮮重、苗鮮重、發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)和株鮮重均用相對(duì)值表示。利用五級(jí)評(píng)分法將上述指標(biāo)換算成對(duì)應(yīng)的定值，代表品種各個(gè)指標(biāo)所達(dá)到的水平（應(yīng)得分），供試玉米新組合各指標(biāo)應(yīng)得分構(gòu)成單項(xiàng)鑒定矩陣，用R表示。再通過(guò)變異系數(shù)確定各指標(biāo)參與綜合評(píng)價(jià)的權(quán)重系數(shù)矩陣A，最后進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算B=A×R，得各品種的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

3結(jié)論與討論

種子萌發(fā)的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過(guò)程，而PEG脅迫下對(duì)種子萌發(fā)的影響因素很多，在對(duì)植物萌發(fā)抗旱性研究時(shí)需要進(jìn)行多指標(biāo)的綜合考慮，對(duì)可能影響種子萌發(fā)的各個(gè)因素進(jìn)行分析。本研究采用五級(jí)評(píng)分法，以相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)初生根數(shù)、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚芽長(zhǎng)、相對(duì)胚根重、相對(duì)胚芽重、相對(duì)株重和萌發(fā)抗旱指數(shù)，9個(gè)指標(biāo)為依據(jù)，對(duì)供試玉米種子的萌發(fā)抗旱性進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。一般而言，綜合性評(píng)價(jià)值越大，表明其抗旱能力越強(qiáng)。