不同糜子材料萌發期和苗期對干旱脅迫的響應及抗旱性評價

古麗米娜·吐爾孫江， 吾買爾夏提·塔漢， 師小軍

(新疆農業大學草業與環境科學學院， 烏魯木齊 830052)

干旱是全球最嚴重的自然災害之一，是影響農業生產與生態環境的重要因素[1]。據統計，全球有50多個國家和地區43%的耕地處于干旱半干旱區[2]。在中國，干旱和半干旱地區約占國土面積的二分之一，在農業生產區，頻繁的干旱期嚴重阻礙了植物的生長，導致大量作物產量下降[3]。糜子(PanicummiliaceumL.)具有耐旱、耐瘠薄、生育期短等特點[4]，因此，在干旱半干旱地區具有明顯的地區優勢和生產優勢，是此類地區主栽的小雜糧作物之一，也是新墾荒地種植面積較大的先鋒作物[5-6]。從現有的糜子種質資源中篩選抗旱性較強的品種，可作為抗旱育種的親本材料或直接推廣，是發展旱作農業區經濟的有效措施之一[7]。

種子萌發階段和幼苗早期生長是作物生長周期中的關鍵時期，決定著作物的成活[8-9]。目前關于糜子抗旱性的鑒定已有眾多報道，主要集中在萌發期[10-11]和苗期抗旱性鑒定以及抗旱指標的篩選[12-14]。但關于我國新疆及其他省份糜子和哈薩克斯坦的糜子品種間抗旱性差異研究未見報道。

本試驗以我國新疆及其他省份、哈薩克斯坦的20個糜子品種為研究對象，采用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，比較分析干旱脅迫對糜子種子萌發及幼苗生長的影響，篩選出抗旱性較強的糜子，為抗旱育種親本材料的篩選以及抗旱品種在新疆的推廣提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗以不同地區收集的20份糜子為材料，名稱及來源見表1。

表1 糜子參試材料

1.2 試驗方法

1.2.1萌發期

每份材料挑選正常成熟、大小一致的種子300粒，用70%酒精消毒2～3 min用蒸餾水沖洗干凈，放入25 mL燒杯中清水浸泡24 h，然后用蒸餾水沖洗3遍并用濾紙擦干種子表面的水分。各材料挑選萌動一致的糜子種子50粒置于發芽床上(直徑9 cm、鋪有2層濾紙的培養皿)，分別加入10 mL濃度為20%(W/V)的PEG-6000溶液進行脅迫處理，蒸餾水處理作為對照，每盤為1次重復，處理和對照組均設3次重復，培養皿加蓋，放于25 ℃恒溫培養箱中培養7 d，每天光照8 h，以芽長達到0.2 cm、根長0.4 cm作為發芽標準。

1.2.2苗 期

利用透光塑料薄膜棚遮擋自然降不，采用直徑為15.5 cm，高為12.5 cm的塑料盆，每盆裝土3 kg，表層覆蓋0.5 cm細沙，防止土壤板結。每個材料處理對照均設3次重復。每盆為1次重復，每個重復播種30粒種子，待苗長齊后間苗，去弱小苗，每盆留苗20株。播種后正常供水以保證種子順利出苗，到三葉一心期時，采用濃度為20%PEG-6000溶液進行干旱脅迫處理，對照組正常供水。當脅迫處理組的葉片嚴重卷曲時，從對照組和處理組的每個重復取葉片，測定葉片相對含水量(RWC)、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量。

1.3 抗旱指標的測定

1.3.1芽 期

種子萌發的1～7 d分別統計不同處理各重復發芽數，計算發芽率、發芽勢、萌發指數和活力指數。

GE(%)=(前3 d內種子發芽數/供試種子總數)×100%；

GR(%)=(發芽結束時正常發芽種子數/供試種子總數)×100%；

GI=∑(DG/DT)，DG為逐日發芽數，DT為相應DG發芽天數。

VI=GI×芽長

RDD(%)=(PEG處理下的發芽率/對照發芽率)×100%

萌發的第8天每處理隨機取10粒發芽種子測定其根長和芽長。

相對性狀指標=(滲透脅迫下處理各性狀測定值/對照各性狀測定值)×100%[15]。

1.3.2苗 期

株高(PH)和根長(RL)采用直接測量法；葉片相對含水量(RWC)的測定采用鮮干重差值法[16-17]；MDA和Pro含量測定分別采用硫代巴比妥酸法和茚三酮顯色法[18-19]。

1.4 數據統計分析

使用Excel軟件整理實驗數據，利用SPSS 19.0軟件進行差異顯著性及聚類分析，用WPS和Sig-maplot軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對糜子種子發芽及種子活力的影響

干旱脅迫下，糜子材料間種子萌發特性存在差異(表2)，表明不同材料對干旱脅迫的響應能力間有差異。TL、TKS、JMS的RGR和RGE均高于其他材料，表明受干旱脅迫抑制程度最輕。YGQ、HC的RGR和RGE表現為最小，表明受干旱脅迫抑制程度較大(表2)。就RSL和RRL而言，受干旱脅迫影響較大的有HBH、H 33、SC、WS、HP和JMS，受干旱脅迫較輕的有TL、ML和GS(表2)。從其數值來看，RSL最小，為22%，表明干旱脅迫對糜子地上部的影響大于地下部。RGI值表明，干旱脅迫對JMS、TL和TKS的抑制程度較弱，對HBH、SC和YGQ的抑制程度較強；RVI較大的有TL、NLK和JMS，表明干旱脅迫對這3份材料發芽速率及生長的抑制較弱，反之，對HBH、SC、WS和SHW的抑制較強。RRDD值從大到小依次為HC>YGQ>SC>SHW>HBH>SHN>WS>TG>ML>BRJ>XY>H 33>HP>GS>NLK>HK>TKS>YCH>JMS>TL，相對干旱傷害率越大，說明對干旱脅迫越敏感。

表2 干旱脅迫對糜子種子萌發特性的影響

2.2 干旱脅迫對糜子幼苗生長的影響

由圖1可知，干旱脅迫抑制了糜子幼苗的生長。干旱脅迫下，除TL外，其他材料PH均低于對照；PH降幅由大到小依次為：ML>HK>YCH>WS>SHN>SHW>HP>SC>GS>TKS>BRJ>HBH>XY>H 33>NLK>HC>JMS>YGQ>TG>TL；降幅越大，說明受干旱脅迫影響越大。就RL而言，除H 33、HC、TL、TG外，其他材料較對照均呈下降趨勢；降幅由大到小排序為：ML>YGQ>SC>NLK>SHW>YCH>GS>JMS>WS>HBH>BRJ>XY>SHN>HP>TKS>HK，可見，在發生干旱時，H 33、HC、TL、TG因根系體積較大，能更大程度地吸收土壤中的水分，增強其耐旱性。干旱脅迫下，除YGQ外，其他材料幼苗地下部與地上部的比值較對照呈增大趨勢，說明干旱發生時，糜子幼苗地下部生長速度高于地上部生長速度，以保證能從土壤中吸收水分。

圖1 干旱脅迫下糜子苗期生長指標表現

2.3 干旱脅迫下糜子生理指標的變化

由圖2 A可知，在干旱脅迫下，20份材料RWC與其對照相比，均呈下降趨勢，下降幅度從大到小依次為：HP>HC>NLK>GS>SHN>YCH>YGQ>XY>TG>HK>SC>BRJ>JMS>TKS>H 33>SHW>ML>WS>TL>HBH，下降幅度越小，說明葉片保水能力越強，維持體內正常生理代謝的能力越強，則抗旱性越強。

圖2 干旱脅迫對糜子苗期葉片相對含水量、MDA和Pro含量的影響

MDA是細胞膜脂過氧化作用的結果，其產生量的多少能夠反映植物受損害的程度，與植物抗旱能力有緊密聯系。干旱脅迫下，除XY和TG以外的18份材料苗期MDA含量高于對照(圖2 B)。在干旱脅迫下，20份材料MDA含量介于2.03～8.24 μmol·g-1之間，MDA含量由高到低依次為：HC>JMS>HP>ML>H 33>NLK>TL>YGQ>HK>GS>YCH>BRJ>TKS>WS>SHN>HBH>SHW>TG>SC>XY，與對照相比，增幅較大的為HC、JMS、H 33、ML、NLK，說明這幾份材料的細胞膜脂過氧化程度較強，幼苗受到的影響較大。

植物體內Pro含量在一定程度上能反映植物的抗逆性，抗旱性較強的材料往往會積累較多的Pro。由圖2 C可看出，干旱脅迫下，20份材料苗期Pro含量明顯高于對照，但材料間的積累能力不同。Pro含量積累量由大到小依次為：BRJ>NLK>HP>HK>SHW>TL>HC>SC>YCH>SHN>H 33>ML>XY>WS>JMS>YGQ>GS>HBH>TG>TKS，積累量越大，說明其抗旱性越強。

2.4 糜子抗旱性聚類分析

采用萌發期指標及苗期指標，對20份材料抗旱性進行聚類分析，在歐氏距離為5時可將其劃分為三類(圖3)。第Ⅰ類群有HBH、SHW、GS、YGQ、XY、SHN、TG、HP、H 33、SC、WS、HC和ML，皆為抗旱性較差材料，受干旱抑制較為明顯，其中包括我國其他省份材料4份，新疆本地材料6份以及哈薩克斯坦的3份材料。第Ⅱ類群為中度抗旱材料，受干旱脅迫抑制程度較輕，包括NLK、JMS、HK、BRJ、TKS、YCH，其中除HK為哈薩克斯坦材料外，其他材料均為新疆本地材料。第Ⅲ類群僅包括TL，屬高度抗旱材料。

圖3 20份糜子材料抗旱性聚類分析

3 討 論

在植物的生活史中，種子萌發及初期生長對環境脅迫最為敏感，所以常用種子萌發及初期生長狀況來評價的抗逆性[20]。用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫已成為研究種子萌發期抗旱性的重要方法[21-22]。本研究結合前人的研究基礎，以20% PEG-6000作為干旱脅迫溶液，來測定20份糜子材料萌發期抗旱性。采用相對發芽率、相對發芽勢、相對根長、相對芽長、相對發芽指數、相對活力指數和相對干旱傷害率等7項指標，分析20份材料的種子萌發特性，結果顯示，在20% PEG-6000溶液脅迫下，這7項指標均呈降低趨勢，且不同材料間有差異，這與邵歡歡等[1]的研究結果一致。李文嬈等[23]表示，干旱脅迫通過限制種子吸水，抑制種子萌發活性物質的生成、轉化和運輸等，影響種子的萌發活力，最終降低萌發速率和萌發數量。本研究結果也表明，干旱脅迫抑制了糜子種子的萌發活力，降低了萌發速率和發芽率。

干旱脅迫下，不同材料糜子幼苗的生長受到了不同程度的抑制，因此，不同材料糜子苗期的生長狀況可反映出幼苗對干旱脅迫的適應性。本研究結果顯示，干旱脅迫下，幾乎所有材料(除TL和ML外)根長和株高均低于對照。除YGQ外，其他材料地下部與地上部比值均高于對照，說明干旱脅迫下，根系生長速度快于株高生長速度，這與Asunta等[24]對谷子的研究結果一致。葉片相對含水量是植物組織水分狀況的重要指標，本研究結果顯示，干旱脅迫下，糜子葉片相對含水量與對照相比呈下降趨勢，這與李曉君等[25]等對甘蔗的研究結果一致。MDA含量多少與細胞膜受損狀況有密切關聯，一般情況下，MDA含量的增加與受損程度成正比[26]。Pro是作物參與滲透調節的產物，當作物處于干旱狀態時，葉片內會積累大量Pro來參與滲透調節[27]。本試驗結果顯示，干旱脅迫下，糜子幼苗葉片內的MDA和Pro含量均高于對照，且增加量在不同材料間有差異，這與路之娟等[28]對苦蕎的研究結果相似，但XY和TG的MDA含量卻低于對照，這可能是因為干旱脅迫破壞了這兩個材料葉片的正常生理代謝，致使MDA含量低于對照。

采用聚類分析得出TL為高度抗旱材料，NLK、JMS、HK、BRJ、TKS、YCH為中度抗旱材料，這些材料中大多數為新疆本地材料，這可能是由于在長期的栽培過程中，對新疆干旱環境產生了適應性。