干旱脅迫下EMS 誘變花生后代突變體萌發期抗旱性評價

楊秀麗 ，寧東賢 ，周紅琴 ，趙玉坤 ，楊麗萍 ，李 楠

（1.山西農業大學小麥研究所，山西臨汾041000 2.臨汾職業技術學院，山西臨汾041000）

干旱是我國花生生產最主要的限制因子之一，我國70%的花生常年遭受不同程度的干旱脅迫，干旱引起的莢果減產率平均在20%以上[1-2]，年降雨量不足500 mm 的北方地區更是如此。干旱除直接造成產量損失外，還會降低種子級別、減少含油量、油質變差以及增加黃曲霉的感染率。目前，市場上推廣的花生品種對干旱脅迫的耐受能力各不相同，因此，篩選和創制優異抗旱種質、選育抗旱性強的花生品種成為重要且普遍的抗旱措施。

利用甲基磺酸乙酯（EMS）誘變抗旱種質材料，獲得農藝性狀優良且抗旱性穩定遺傳的突變體是抗旱選育的有效方法[3]。近年來，山西省南部地區麥茬復播花生播種期往往遭遇干旱少雨，不利于花生出苗，嚴重影響后期群體構建。晉花8 號是抗旱性較強的花生品種，在晉南地區適宜春播種植，播種至成熟需要120～132 d。山西農業大學小麥研究所花生課題組采用EMS 誘變晉花8 號，經過連續多代田間表型性狀調查與篩選，從M4 選出9 份農藝性狀優良、生育期較對照品種早5～11 d 的穩定突變株系，其抗旱性較對照品種是否發生改變需要通過抗旱性鑒定和評價。由于種子萌發期是對干旱脅迫反應最為敏感的階段之一，萌發生長的優劣極大影響后期群體構建，因此，干旱脅迫下，種子萌發受到的影響對于篩選抗旱花生種質具有重要意義[4-5]。PEG-6000 模擬干旱脅迫的方法具有操作簡單、周期短、效率高且重復性好等優勢，因此，被廣泛應用于作物早期抗旱種質資源篩選與鑒定的試驗中[6]。張智猛等[7]利用PEG-6000 模擬干旱脅迫的方法研究不同花生品種芽期的抗旱性，結果發現，根長、生根率和根干質量與品種抗旱能力呈顯著正相關。

本研究利用18%的PEG-6000 模擬干旱逆境，采用隸屬函數法對10 份花生供試材料的萌發期抗旱性進行綜合研究與評價[8]，旨在了解突變材料與對照品種晉花8 號之間的抗旱性差異變化，選出抗旱性更強的花生突變材料。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試10 份花生材料均由山西農業大學小麥研究所花生課題組提供，其中9 份是突變材料（表1）。

表1 供試花生材料

1.2 試驗設計

試驗前剝殼取出花生種仁，每份材料挑選成熟飽滿、大小一致的種仁，用75%的酒精消毒后，蒸餾水沖洗干凈，分別放在種子盒中用蒸餾水浸泡12 h，后取出種皮完整的種子，用濾紙吸干種子表面水分，擺放在直徑150 mm 的培養皿中，每皿20 粒，向其中加入30 mL 18%的PEG-6000 脅迫溶液，加等量的蒸餾水作為對照溶液，重復3 次，置于（28±1 ℃）暗培養箱中培養發芽，以放入培養箱時間為調查首日，之后每日固定時間觀察并記錄發芽情況，更換培養皿和脅迫液，以保持脅迫強度的穩定性[9]。

1.3 測定指標及方法

種子發芽以胚芽突破種皮、露出3 mm 的白色芽尖為標準。將第1 粒發芽之日定為該處理發芽的開始期，之后每隔1 d 定時記錄發芽種子數，當連續3 d 不再有種子發芽時作為發芽試驗結束期。挑選10 粒正常生長的發芽種子，測定其胚根長（胚軸和主根的總長度），計算發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數和根長脅迫指數[10-12]各項指標。

式中，Sn1為 7 d 內的發芽種子數；Sn0為供試種子總數；Sn2為 3 d 內的發芽種子數；Gt指時間t內的發芽數，Dt指相應的發芽天數；S為胚根長。

1.4 數據處理與抗旱性評價方法

采用Excel 2010 進行數據整理，利用SPSS 24.0進行統計學分析，其中，對發芽率和發芽勢的數據進行平方根反正弦轉換后再進行方差分析；當方差分析結果顯著時，采用Duncan 法進行多重比較，發芽率和發芽勢的數據大小用平方根反正弦轉換后的平均值±標準偏差來表示。

利用隸屬函數方法對各抗旱性指標進行鑒定和綜合評價。

式中，μ（xj）為各品種第j個性狀的隸屬函數值，xj為各品種某一指標性狀的相對值（各指標性狀相對值＝水分脅迫下性狀測定值/對照處理下性狀測定值），xmax和xmin分別為所有參試品種中第j個指標性狀相對值的最大值和最小值，xij為i試材j指標的相對值為所有供試材料j指標的平均數[13-15]。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下發芽指標的變化差異分析

從圖 1、2 可以看出，18%PEG-6000 處理后的10 份花生材料，其發芽率和發芽勢與對照相比均發生了變化。10 份材料在蒸餾水和脅迫液的處理下發芽率均高于80%；對照處理時的發芽率和發芽勢均高于干旱脅迫時的發芽率和發芽勢，說明干旱脅迫對種子的萌發有抑制作用。發芽勢在蒸餾水和脅迫液的處理下均較發芽率的變化幅度大，說明干旱脅迫影響種子生活力，抑制了種子發芽速度和發芽整齊度。

從表2 可以看出，10 份材料在蒸餾水和18%PEG-6000 的處理下，其發芽率和發芽勢均存在極顯著差異（P＜0.01），說明不同材料和干旱脅迫處理均對花生的發芽率和發芽勢存在極顯著影響。對于發芽率來說，不同材料與濃度處理互作時的F＝0.554，P＝0.826＞0.05，說明互作關系不明顯；而對于發芽勢來說，不同材料與濃度處理互作的F＝3.002，P＝0.008＜0.01，說明不同材料與濃度處理互作對發芽勢存在極顯著影響。從以上分析來看，發芽率和發芽勢可以反映不同花生材料在干旱脅迫處理下的差異性，用發芽指標來評價這10 份花生材料萌發期的抗旱性是可行的。

表2 不同處理下10 份花生材料發芽率和發芽勢的方差分析

由表3 可知，在干旱脅迫時，10 份花生材料發芽率大小順序為晉花8 號（CK）＞4-8601＞4-8613＝4-8411 ＞4-8579 ＞4-8520 ＞4-8467 ＞4-8303 ＝4-8543＞4-8551，其中，晉花 8 號（CK）、4-8601、4-8613 和4-8411 的發芽率顯著高于其他材料；各材料發芽勢大小順序為4-8601＞4-8411＞晉花8 號（CK）＞4-8543 ＞4-8551 ＞4-8303 ＞4-8520 ＞4-8467＞4-8613＞4-8579，其中，4-8601、4-8411的發芽勢顯著高于其他材料；種子萌發期受到干旱脅迫時，發芽勢相比發芽率受到的影響更顯著，另外，突變材料中4-8601 和4-8411 的發芽率與發芽勢均高于其他突變材料，表現突出。

表3 10 份花生材料在干旱脅迫時萌芽期的生長情況

2.2 干旱脅迫下萌芽期抗旱性綜合評價

2.2.1 測定指標的描述分析 為了消除材料之間的固有差異，采用各性狀相對值進行抗旱性綜合評價，評價指標包括相對發芽率（X1）、相對發芽勢（X2）、相對發芽指數（X3）、相對活力指數（X4）、根長脅迫指數（X5）。

對各指標進行描述分析可以看出（表4），萌發期5 個測定指標的相對數值均小于1，說明10 份花生材料在干旱脅迫環境中的萌發生長受到抑制，而各測定指標間的變異程度是不同的；變異系數越大，此指標下不同材料間表現的變異程度越明顯，能更好地描述干旱脅迫環境中材料間的差異性，依據變異系數大小排列各指標在干旱脅迫下的敏感反應程度為X4＞X5＞X2＞X3＞X1，即活力指數的敏感反應程度最高。

表4 10 份材料發芽指標的描述統計

2.2.2 萌發期抗旱性綜合評價 花生種子萌發期的抗旱性強弱受不同因素的綜合影響，使用單一測定指標評價不同材料的抗旱性是片面的。本研究運用隸屬函數法，以X1、X2、X3、X4和X5共 5 個指標為依據，對9 個突變材料和晉花8 號的萌發期抗旱性進行綜合評價分析，結果用抗旱性度量綜合D 值來反映，通常情況下，D 值越高，表示該品種的抗旱能力越強，反之亦然。由表5 可知，10 份材料萌發期的5 個抗旱指標的綜合評價D 值之間存在差異，說明經過EMS 誘變后的突變材料萌發期抗旱性發生了變化；D 值從大到小依次為4-8601＞晉花8 號（CK）＞4-8411 ＞4-8303 ＞4-8520 ＞4-8613 ＞4-8551＞4-8543＞4-8579＞4-8467；9 份突變材料中，4-8601 的綜合 D 值高于晉花 8 號（CK），其他突變材料的綜合D 值均低于晉花8 號（CK）。說明4-8601 萌發期抗旱性最強，超過晉花 8 號（CK），而其他8 份突變材料的抗旱性相對較弱，其中，4-8467 抗旱性最弱。

表5 10 份花生材料抗旱評價隸屬函數值及綜合評價

3 結論與討論

種子萌發是花生生長發育的開端，其優劣對后期群體構建起著決定性作用，因而對種子萌發期的抗旱性鑒定和篩選有著重要意義[16]。PEG-6000 是一種高分子滲透劑，能調節滲透勢，利用它模擬干旱脅迫條件具有操作簡單方便、重復性好等特點，現已被用于多種作物萌發期抗旱性快速鑒定和評價。本研究用18%PEG-6000 處理10 份花生材料后，其發芽率和發芽勢均低于對照蒸餾水處理，不同材料間亦存在顯著差異，而且發芽勢受到的影響較發芽率更明顯，也就是說種子發芽速度和整齊度受到更大的抑制。

作物抗旱性是受多因素控制的復雜數量性狀，不能單一只用一種指標來鑒定和評價。本試驗選取了發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數和根長脅迫指數5 個測定指標進行分析，結果顯示，各指標對干旱脅迫的敏感反應程度不同，其中，活力指數的變異系數最大，反應最大，說明干旱脅迫時，不同材料之間的種子發芽速率和生長量的綜合反映差異較大。本試驗旨在利用隸屬函數法來綜合評價花生萌發期的抗旱性，由此可知，突變后代材料與對照材料之間抗旱性的變化情況。從抗旱性度量值D 的大小可以判斷10 份材料間的抗旱性存在差異，其中，4-8601 的 D 值高于晉花 8 號（CK），其他突變材料的 D 值均低于晉花 8 號（CK）。說明 4-8601 萌發期抗旱性最強，超過了晉花8 號（CK），而其他8 份突變材料的抗旱性相對減弱。

利用EMS 誘變抗旱材料，從后代中篩選生育期較對照縮短，且抗旱性不變或增強的種質材料是本研究的培育目標。本研究在種子萌發期進行了抗旱性鑒定與篩選，初步評價了種質材料萌發期的抗旱性強弱，但不能代表整個生育期的抗旱性。花生抗旱性是受到作物的形態特征、組織器官結構、生理生化性狀等多種因素的控制[17]。張智猛等[18]、張俊等[19]、龍海濤等[20]利用隸屬函數法將多個生理生化或基因表達量性狀進行綜合分析，從而評價種質抗旱性。厲廣輝等[21]研究認為，花針期和結莢期是花生生育進程中的水分敏感期。因此，下一步研究將聚焦其他生育時期的相關農藝性狀，以更完整地評價種質材料的抗旱性。