PEG模擬干旱脅迫對不同品種玉米萌發(fā)期的影響

許 健 于海林 孫善文 王俊強 韓業(yè)輝 于運凱 周 超 蘭宏宇 丁昕穎

（1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院，齊齊哈爾 161000；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)分院，齊齊哈爾 161002）

近年來玉米已成為黑龍江省第一大糧食作物，在糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1]。黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要是以“雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)”為主，玉米全生育期需水量較大，遇到干旱氣候條件玉米產(chǎn)量受降雨影響明顯[2]。玉米種子從萌發(fā)期至出苗期對水分變化較為敏感，水分不足將會抑制種子萌發(fā)，出苗延緩，破壞幼苗正常的生長發(fā)育所需的能量來源，導致成熟期產(chǎn)量嚴重下降[3]。黑龍江省地處中高緯度，氣候變化對玉米產(chǎn)量影響較明顯[4]。近些年，氣候變化出現(xiàn)溫度升高與降雨減少的現(xiàn)象，且未來有進一步加劇的趨勢[5]。自然降水是限制黑龍江省玉米生產(chǎn)的主要因素，特別是黑龍江省西部半干旱地區(qū)，十年九春旱，播種期降雨量的多少嚴重影響玉米的生長及產(chǎn)量形成。聚乙二醇（PEG-6000）水溶液作為一種高滲溶液調(diào)節(jié)劑，可模擬田間干旱條件[6]，采用不同濃度的聚乙二醇溶液來模擬田間干旱脅迫[7]，進而分析不同生態(tài)區(qū)玉米品種對干旱脅迫萌發(fā)特性的響應，研究玉米種子萌發(fā)抗旱性機制，旨在為抗旱栽培、節(jié)水灌溉及抗旱育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料玉米品種為嫩單23（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院提供）、綏玉23（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院綏化分院提供）和合玉29（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院佳木斯分院提供），聚乙二醇（PEG-6000）由天津天泰精細化學品有限公司提供。

1.2 試驗方法本試驗設置4 個溶液梯度，分別為0（清水對照CK）、15% PEG-6000 溶液（A1）、20% PEG-6000 溶 液（A2）、25% PEG-6000 溶 液（A3），3 次重復，放置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中，進行種子萌發(fā)試驗。人工挑選符合試驗標準的玉米種子，1%次氯酸鈉溶液浸泡10min 進行消毒處理，再用蒸餾水沖洗1min，浸泡12h[8]。發(fā)芽床由2 層濾紙鋪在培養(yǎng)皿底部構成，選取50 粒玉米種子均勻擺放在其底部，每天在同一時間更換濾紙和PEG-6000溶液，以確保種子萌發(fā)環(huán)境滲透勢保持不變。

1.3 測定指標定時觀察并統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)，萌發(fā)截止采取標準為連續(xù)4d 不再有種子發(fā)芽。在第4 天調(diào)查計算發(fā)芽勢，第7 天調(diào)查計算發(fā)芽率，在萌發(fā)截止后，取胚芽和胚根測量其長度，然后烘干并稱量胚芽干重、胚根干重、籽粒干重，計算貯藏物質(zhì)轉化率。相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對胚根長和相對胚芽長按照相對性狀指標=PEG 脅迫下各性狀測定值/對照各性狀測定值計算。種子萌發(fā)抗旱指數(shù)依照王學智等[8]和葛云俠等[9]的測算方法。

發(fā)芽勢=（前4d 內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%

發(fā)芽率=（發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%

貯藏物質(zhì)轉化率=[（芽+根）干重量/（芽+根+籽粒）干重量]×100%

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）=PEG 脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)（PIS）/對照種子萌發(fā)指數(shù)（PIC）×100%

種子萌發(fā)指數(shù)（PI）=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25×nd8

其中PIS 為PEG 脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)，PIC 為對照種子萌發(fā)指數(shù)。nd2、nd4、nd6、nd8 分別為第2 天、第4 天、第6 天、第8 天種子的萌發(fā)率，1.00、0.75、0.50 和0.25 分別為相應萌發(fā)天數(shù)所對應的抗旱系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和DPS v7.05 版軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度PEG-6000 處理對玉米種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、抗旱指數(shù)的影響發(fā)芽勢是衡量供試種子的發(fā)芽快慢和整齊度的重要指標，由表1 可知，隨著PEG 溶液干旱脅迫加重，發(fā)芽勢總體呈下降趨勢，不同玉米品種降低程度不同。在A3 處理條件下，綏玉23 和合玉29 發(fā)芽勢已經(jīng)降到60%以下，說明重度脅迫條件下對其發(fā)芽勢影響較大。由方差分析可知，綏玉23 和合玉29 在A1 處理下與A2、A3 處理下發(fā)芽勢差異顯著，說明這2 個品種對高濃度干旱脅迫表現(xiàn)較為明顯。嫩單23 在不同濃度PEG-6000 處理下發(fā)芽勢均在90%以上，說明該品種對干旱脅迫反應較小。

表1 不同濃度PEG-6000 處理對發(fā)芽勢的影響

由表2 可知，不同濃度PEG-6000 處理條件下，3 個品種發(fā)芽率表現(xiàn)較為一致，均隨著PEG-6000 濃度的增大呈下降趨勢。在A1 處理條件下，嫩單23 和綏玉23 影響較小，合玉29 降為75%；在A3 處理條件下，綏玉23 發(fā)芽率降為65%，合玉29 降為53%，只有嫩單23 在各個處理下發(fā)芽率均在90%以上，說明嫩單23 耐旱性較強，合玉29 較為敏感，綏玉23 居中。由方差分析可知，在各干旱脅迫處理下，綏玉23 和合玉29 這2 個品種與對照（CK）發(fā)芽率差異顯著，說明這2 個品種受干旱脅迫影響較大，其中合玉29 對干旱更敏感一些；嫩單23差異不顯著，說明該品種受干旱脅迫影響不明顯，耐旱性較強。

表2 不同濃度PEG-6000 處理對發(fā)芽率的影響

萌發(fā)抗旱指數(shù)是種子萌發(fā)期抗旱性的重要指標[10]。由表3 可知，隨著PEG-6000 濃度加大，萌發(fā)抗旱指數(shù)呈下降趨勢。在A1 處理下，3 個品種萌發(fā)抗旱指數(shù)變化較小，合玉29 降為86%，其他2 個品種均在90%以上，說明嫩單23 的抗旱性最強，合玉29 對干旱較為敏感。3 個品種的萌發(fā)抗旱指數(shù)大小順序為嫩單23＞綏玉23＞合玉29。

表3 不同濃度PEG-6000 處理對萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

2.2 不同濃度PEG-6000 處理對胚芽、胚根長度以及貯藏物質(zhì)轉化率的影響由表4 可知，在不同濃度PEG-6000 溶液處理下，3 個品種貯藏物質(zhì)轉化率呈下降趨勢，降幅由大到小依次為合玉29＞綏玉23＞嫩單23；傷害率呈上升趨勢。A3 處理條件下，3個品種傷害率均在50%以上，說明重度脅迫抑制了玉米種子的分解代謝，導致有效物質(zhì)積累受阻，生長受限。

表4 不同濃度PEG-6000 處理對玉米種子貯藏物質(zhì)轉運率的影響

由表5 可知，在不同濃度PEG-6000 溶液影響下，3 個玉米品種胚芽長均減小，傷害率增加，且在A3 處理下，3 個玉米品種胚芽長均小于1cm，說明該濃度下其生長受到嚴重抑制，綏玉23 和合玉29與其他處理胚芽長度差異顯著。在A1 處理條件下，3 個品種傷害率均低于40%，而在其他處理（A2 和A3）條件下，傷害率均在60%以上，其中綏玉23 和合玉29 最高達到90%左右，說明不同程度的干旱脅迫對玉米種子胚芽生長影響較大。

表5 不同濃度PEG-6000 處理對玉米種子胚芽生長的影響

由表6 可知，不同濃度PEG-6000 溶液干旱脅迫對胚根長的影響與胚芽長相似，胚根長度均隨著干旱脅迫程度的增加而降低，傷害率增加。其中嫩單23 胚根長和傷害率受影響較小，且沒達到顯著水平，在重度干旱脅迫條件下，傷害率仍在50%以下；而綏玉23 在各個處理下與CK 均差異顯著，合玉29在A2 與A3 處理下與CK 達到顯著差異。在A3 處理條件下，綏玉23 與合玉29 傷害率均大于50%，說明嫩單23 較耐旱，綏玉23 與合玉29 為干旱敏感型品種。

表6 不同濃度PEG-6000 處理對玉米種子胚根生長的影響

2.3 不同PEG-6000 濃度下玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率等相關性分析由表7 可知，不同PEG-6000濃度下，各性狀均呈正相關。其中發(fā)芽勢與發(fā)芽率呈極顯著正相關，萌發(fā)指數(shù)與貯藏物質(zhì)轉化率、胚芽長呈顯著正相關，貯藏物質(zhì)轉化率與胚芽長呈極顯著正相關。

表7 不同濃度PEG-6000 處理下玉米種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率等相關性分析

3 結論與討論

種子萌發(fā)期是評價玉米初期生長抗旱性強弱的重要生育時期[10]，已有研究表明，不同程度干旱脅迫條件下，玉米葉片水分含量下降，導電率、脯氨酸、脫落酸（ABA）等物質(zhì)增加，重度干旱脅迫導致玉米有毒物質(zhì)丙二醛等積累，進而抑制玉米幼苗的正常生長[11]。本試驗采用PEG-6000 模擬干旱脅迫條件進行研究，與前人相關研究方法相同[12-13]。所選用的3 個玉米品種為不同生態(tài)區(qū)選育品種，對這些品種的研究具有重要的代表性。結果表明，當PEG-6000 溶液濃度為15%時，干旱脅迫對3 個品種影響較小，隨著PEG-6000 溶液濃度增加，干旱脅迫降低玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢，抑制了胚根和胚芽的生長以及干物質(zhì)的積累，使貯藏物質(zhì)轉化率下降。由相關性分析得出，發(fā)芽勢與發(fā)芽率、貯藏物質(zhì)轉化率與胚芽長呈極顯著正相關，萌發(fā)指數(shù)與貯藏物質(zhì)轉化率、胚芽長呈顯著正相關。各指標測定結果表明，3 個玉米品種抗旱性存在差異，嫩單23 的抗旱性最強，合玉29 對干旱脅迫的抗性最弱。