PEG 滲透脅迫下不同品種綠豆萌芽期抗旱性評價

摘要：為了探討聚乙二醇（PEG）滲透脅迫對綠豆萌發的影響，明確干旱脅迫條件下綠豆萌發期的相關各項指標，篩選出抗旱性綠豆品種（系），從而為在綠豆抗旱新品種的篩選過程中提供理論依據，以18 個綠豆品種（系）為研究對象，采用濃度為20% 的PEG-6000 溶液模擬干旱脅迫，對其萌發指標進行測定和分析，并對參試品種的抗旱性采用主成分分析和隸屬函數方法進行鑒定和評價。結果表明，與對照相比，20%PEG 滲透脅迫綠豆種子后，種子萌發的相關指標都有不同程度的下降，不同品種之間表現出一定的差異性。對6 個抗旱性指標進行主成分分析，結果顯示，累計貢獻率為89.55%，可以有效地反映各數據的變化。18 個綠豆品種（系）的綜合評價D 值為0.389～0.858，依據D 值將其聚類分析分為3 類，篩選出6 個耐旱性品種：晉綠9 號、同123-33、同綠5 號、同118-6、同綠6 號、黃莢綠。通過對18 個綠豆品種的抗旱性綜合評價，最終得到6 個強耐旱品種，3 個耐旱品種，9 個較敏感品種。萌發期鑒定結果可作為衡量作物抗旱性強弱的一個重要指標，在此基礎上，可以進一步結合全生育期的抗旱性評價結果進行綜合分析。

關鍵詞：PEG 滲透脅迫；綠豆；抗旱性評價；主成分分析；隸屬函數方法

中圖分類號：S522 文獻標識碼：A 文章編號：1002?2481（2024）04?0051?07

水資源短缺是一個全球性問題[1]，全球干旱和半干旱地區面積約占陸地面積的2/3，對作物生長造成了嚴重的影響，干旱嚴重制約著農業生產，已成為影響作物產量的主要原因之一[2-3]。因此，對作物抗旱性進行綜合評價，探索作物的抗旱機制，培育抗旱新品種是應對干旱脅迫的關鍵[4]。李培英等[5] 對29 份偃麥草種子采用20% 的聚乙二醇（PEG）-6000 進行模擬干旱脅迫，結果顯示，PEG脅迫種子的活力指標降低，胚芽和胚根的生長受到了抑制。杜吉到等[6]對蕓豆種子的萌發進行了研究，結果表明，不同濃度脅迫對蕓豆種子的萌發指標產生不同的影響，活力指數和發芽指數的影響最為明顯。張鳳銀等[7]采用不同濃度的PEG 對長豇豆種子萌發進行模擬干旱脅迫，結果表明，長豇豆種子的活力值和幼苗的芽長和根長均隨PEG 濃度的增加呈下降的趨勢；對種子萌發和抑制作用也愈嚴重。綠豆抗旱、耐瘠、適應性強，多種植在干旱半干旱地區，是這些地區的重要經濟作物之一。目前，關于綠豆芽期的抗旱性研究主要集中在水分脅迫對作物生理指標的影響方面[8-11]，而有關發芽能力方面的研究報道相對較少，采用高滲溶液PEG進行干旱脅迫模擬[12-13]，是植物抗旱性研究應用最多的手段之一，該方法的特點是重復性好，穩定性強，被廣泛應用。

本研究通過對18 份綠豆新品種（系）采用PEG-6000 溶液模擬干旱脅迫，對綠豆種子的抗旱性進行綜合評價，探討綠豆種質萌發對干旱脅迫的適應性和耐受性[13-14]，旨在為綠豆新品種抗旱性篩選提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試綠豆新品種（系）18 個：晉綠9 號、同123-33、同18-16、同綠5 號、同09-17、同107-9、同116-3、同226-7、同08-16、同29-12、同121-1、同166-28、同118-6、同綠6 號、同139-12、同103-11、黃莢綠、同62-36，均由山西農業大學高寒區作物研究所豆類課題組提供。PEG-6000 購自天津凱通化學試劑有限公司。

1.2 試驗方法

挑選籽粒飽滿、大小均勻的綠豆種子，用0.1%的氯化汞分別浸泡1～2 min，再用蒸餾水反復沖洗干凈，置于鋪有雙層濾紙的帶蓋培養皿中。采用濃度為20% 的PEG-6000 溶液模擬干旱脅迫（DS）[12]，蒸餾水為對照（CK），共2 個處理，每個處理重復3 次。每個培養皿中放入綠豆種子20 粒，分別加入10 mL 溶液，每2 d 更換一次溶液，以盡量減少水勢變動。將種子放在溫度為25 ℃ 、濕度為50%～60% 的人工氣候培養箱中，連續避光培養8 d。

1.3 測定項目及方法

放入培養箱第2 天開始，直到第8 天，觀察記錄種子發芽情況，以胚根突破種皮達種子長度1/2 為發芽標準，分別利用第4 天和第8 天統計數據，計算發芽勢和發芽率。試驗結束后，測定根長、芽長[16]，各指標的相對值為干旱脅迫處理測定值和對照測定值的比值，計算方法參考文獻[16-19]。

1.4 數據處理

采用Excel 對原始數據進行處理，用SPSS22.0 對試驗數據進行主成分分析；采用隸屬函數法對綠豆種質資源進行萌發期抗旱性綜合評價。

2 結果與分析

2.1 PEG 滲透脅迫對不同品種綠豆種子萌發的影響

由表1 可知，與對照相比，20%PEG 滲透脅迫綠豆種子后，種子的發芽率都有不同程度的下降，降幅最小的是晉綠9 號，為0.20%，降幅最大的是同123-33，為25.84%；發芽勢也均下降，降幅最小的是晉綠9 號，為1.60%，降幅最大的是同123-33，為24.39%。不同品種綠豆的芽長和根長均有所縮短，結果充分表明，PEG 滲透脅迫對綠豆種子幼苗的生長有明顯的抑制作用，其中，抑制作用最小的是晉綠9 號，抑制率為50.99%，抑制作用最大的是同118-6，抑制率為84.10%。綠豆主根生長受到抑制最小的是晉綠9 號，抑制率為36.28%，抑制作用最大的是同226-7，抑制率為91.35%。發芽指數不僅受發芽種子數影響，也受發芽速度的影響，與對照相比，經過20%PEG 滲透脅迫綠豆種子后發芽指數降幅最小的是同121-1，為22.80%，發芽指數降幅最大的是同107-9，為58.12%。

2.2 PEG 滲透脅迫對綠豆芽期性狀各生理指標間的相關性分析

對在PEG 滲透脅迫下18 個綠豆品種（系）萌發期的7 個性狀指標進行相關性分析，結果如表2所示。

由表2 可知，相對發芽勢與相對發芽率、相對根長、相對芽長、相對發芽指數[14，20]和相對活力指數呈極顯著正相關（Plt;0.01），相關系數介于0.651～0.926，相對發芽勢與相對鮮質量和干質量呈顯著正相關（Plt;0.05）[14，20-21]，與相對根長和芽長呈顯著正相關（Plt;0.05）。在此基礎上，通過主成分分析法進行進一步分析。

2.3 PEG 滲透脅迫下綠豆各性狀的主成分分析

主成分分析法已經在小麥、向日葵、花生等作物資源綜合評價中進行了廣泛應用。根據主成分分析的一般性原則，提取主成分時需要考慮特征值是否大于1[14]，試驗提取前3 個主成分，其特征值均大于1，累計貢獻率為89.55%，可以有效地反映各數據的的變化，由表3 可知，第1 主成分的特征值為3.754，貢獻率最大為46.92%，萌發抗旱指數、相對發芽勢和相對發芽率有較高的載荷，說明第1 主成分的抗旱能力主要由這3 個指標決定；第2 主成分特征值為2.203，貢獻率為27.53%，相對活力指數和相對芽長有較高的載荷，說明第2 主成分的抗旱能力主要由這2 個指標決定；第3 主成分特征值為1.208，貢獻率為15.09%，相對活力指數和相對發芽率有較高的載荷，說明第3 主成分的抗旱能力主要由這2 個指標決定。綜上所述，3 個主成分包含了18 份綠豆7 個指標89.55% 的信息，對綠豆進行評價時，可以將相對發芽率、相對發芽勢和相對活力指數作為評定指標。

2.4 PEG 滲透脅迫下不同綠豆品種（系）萌發期抗旱性綜合評價

根據每個主成分的特征值占所提取主成分的總特征值的比例權重，得到主成分的綜合得分[18，22]，再通過隸屬函數值公式計算出各綜合性狀指標的隸屬函數值，進一步得出綜合評價D 值（表4）。

由表4 可知，18 份綠豆種子的抗旱綜合評價值各不相同，存在一定的差異，數值為0.389～0.858，其中晉綠9 號的綜合評價值最大為0.858，同121-1的綜合評價值最小為0.389，抗旱能力越強，其綜合評價值越大，18 個品種的抗旱綜合評價值大小依次為晉綠9 號gt;同綠6 號gt;同綠5 號gt;同123-33gt;黃莢綠gt; 同118-6gt; 同62-36gt; 同226-7gt; 同103-11gt; 同116-3gt; 同08-16gt; 同09-17gt; 同166-28gt;同18-16gt; 同107-9gt; 同139-12gt; 同29-12gt; 同121-1。

2.5 PEG 滲透脅迫下不同綠豆品種（系）耐旱性聚類分析

對綠豆品種（系）的綜合評價D 值進行聚類分析，結果如圖1 所示。

以歐氏距離為遺傳距離，聚類分析采用離差平方和法[23]，在歐式距離為5.0 時，將18 個品種（系）聚為3 個類型，6 個強耐旱品種分別為晉綠9 號、同綠6 號、同綠5 號、同118-6、黃莢綠、同123-33；3 個耐旱品種分別為同62-36、同103-11、同226-7；9 個較敏感的品種分別為同121-1、同107-9、同139-12、同29-12、同09-17、同116-3、同123-33、同166-28、同18-16（圖1）。

3 結論與討論

PEG-6000 是一種水溶性和脂溶性很好的高分子滲透劑，一定濃度的PEG 能夠有效模擬土壤干旱環境，植物細胞和組織處于類似于干旱脅迫之中，對其不會造成影響[17]。利用PEG 模擬水分脅迫鑒定不同品種耐旱性是一種較為可靠的方法，廣泛應用于小麥[19]、苜蓿[24]、油菜[25]等作物的抗旱性研究。張毅等[26]采用5%～20% 的PEG-6000 模擬干旱脅迫，研究不同程度的干旱脅迫對青稞各活力指標的影響，結果發現，隨干旱脅迫程度的增大，發芽率、苗（芽）長、根（胚）鮮質量、發芽指數均呈現不同程度的降低趨勢，且當PEG-6000 脅迫濃度超過10% 時，各指標出現急劇下降趨勢，發芽勢對脅迫響應下降趨勢最小，地下部分比地上部分對干旱脅迫更敏感。李靜靜等[16，27]研究表明，20% 的PEG-6000 脅迫處理小麥種子后的芽長、主胚根長、芽鮮質量、根鮮質量、發芽率、發芽勢、發芽指數均受到抑制，但不同品種的降幅存在顯著差異。徐小玉等[28]研究表明，20%PEG 脅迫下，豇豆品種的萌發指標變化情況與本試驗結果一致，這充分說明品種種類、PEG 濃度和處理時間等是影響植物種子萌發的重要因素[13，18]。

本試驗采用20%PEG 模擬干旱脅迫，對18 個綠豆種子萌發期的相對發芽率、相對發芽勢、相對胚根長、相對芽長、相對活力指數和萌發抗旱指數[14，18，29]６個相對性狀指標，采用主成分分析和隸屬函數法相結合的方法對其抗旱性進行綜合評價[14]，通過聚類分析法對不同綠豆品種進行了篩選，在測定的18 個品種中，晉綠9 號、同綠6 號、同綠5 號、同118-6、黃莢綠、同123-33 耐旱性強，121-1、同107-9、同139-12、同29-12、同09-17、同116-3耐旱性弱。但是作物的抗旱性是由多種因素和相互作用構成的一個較為復雜的過程，萌發期鑒定結果只能作為衡量作物抗旱性強弱的一個方面，苗期和全生育期也有很大的不同，因此，可與全生育期相結合進行抗旱性綜合評價，為綠豆抗旱新品種選育提供了理論依據[14，17]。

參考文獻：

［1］ 劉翔，左凱峰，許偉，等. PEG 6000 模擬干旱脅迫下甘藍型油菜芽期及苗期抗旱指標篩選[J]. 干旱地區農業研究，2021，39（5）：66-70.

LIU X，ZUO K F，XU W，et al. Selecting drought resistance indexesof Brassica napus L. under PEG 6000 simulated droughtstress at germination and seedling stage[J]. Agricultural Researchin the Arid Areas，2021，39（5）：66-70.

［2］ 孫可蒙，隋曉青，王玉祥，等. PEG 模擬干旱脅迫下12 份新疆野生無芒雀麥種質萌發期抗旱性評價[J]. 草原與草坪，2020，40（6）：102-107.

SUN K M，SUI X Q，WANG Y X，et al. Evaluation of droughtresistance for 12 Bromus inermis germplasms in Xinjiang underPEG stress at germination stage[J]. Grassland and Turf，2020，40（6）：102-107.

［3］ 王雅坤，李鴻萍，徐真真，等. 高溫干旱復合脅迫對玉米光合生理的影響[J]. 河南農業科學，2023，52（5）：17-23.

WANG Y K，LI H P，XU Z Z，et al. Effects of combined stressof high temperature and drought on photosynthetic physiology ofmaize[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences，2023，52（5）：17-23.

［4］ 劉一明，馮宇，張瑜，等. PEG 模擬干旱脅迫下3 種臂形草屬植物種子萌發期抗旱性評價[J]. 草學，2017（6）：21-26.

LIU Y M，FENG Y，ZHANG Y，et al. Evaluation of drought resistanceof 3 Brachiaria plants at seed germination stage underPEG simulated drought stress[J]. Journal of Grassland and ForageScience，2017（6）：21-26.

［5］ 李培英，孫宗玖，阿不來提. PEG 模擬干旱脅迫下29 份偃麥草種質種子萌發期抗旱性評價[J]. 中國草地學報，2010，32（1）：32-39.

LI P Y，SONG Z J，ABULAITI. Evaluation of drought resistanceof 29 germplasm seeds of elymus altissima during germinationunder peg simulated drought stress[J]. Chinese Journal ofGrassland，2010，32（ 1）：32-39.

［6］ 杜吉到，屈春媛，李明，等. PEG 模擬干旱脅迫對蕓豆萌發的影響[J]. 黑龍江八一農墾大學學報，2015，27（5）：1-5.

DU J D，QU C Y，LI M， et al. The effect of PEG simulation ofdrought stress on the germination of kidney beans[J]. Journal ofHeilongjiang Bayi Agricultural and Reclamation University，2015，27（5）：1-5.

［7］ 張鳳銀，陳禪友，張萍，等. PEG 模擬不同程度干旱脅迫對長豇豆種子萌發及幼苗生理特性的影響[J]. 湖南師范大學自然科學學報，2014，37（2）：28-32.

ZHANG F Y，CHEN C Y，ZHANG P，et al. Effects of differentdegrees of PEG simulated drought stress on seed germinationand seedling physiology characteristics of cowpea[J]. Journalof Natural Sciences of Hunan Normal University，2014，37（2）：28-32.

［8］ 龔子端，李高陽. PEG 干旱脅迫對植物的影響[J]. 河南林業科技，2006，26（3）：21-23.

GONG Z D，LI G Y. Effects of PEG drought stress on plants[J]. Journal of Henan Forestry Science and Technology，2006，26（3）：21-23.

［9］ 楊柳. 聚乙二醇模擬干旱脅迫對黃/紅麻種子萌發及莖段扦插的效應[D]. 南寧：廣西大學，2011.

YANG L. Effects of simulated drought stress with polyethyleneglycol on the seed germination and cutting of Jute and Kenaf[D].Nanning：Guangxi University，2011.

［10］ 劉世鵬，曹娟云，劉沖，等. 水分脅迫對綠豆幼苗滲透調節物質的影響[J]. 延安大學學報（自然科學版），2008，27（1）：55-58.

LIU S P，CAO J Y，LIU C，et al. The effect of water stress onadjusting osmotic substance of mung seedling[J]. Journal ofYanan University（Natural Science Edition），2008，27（1）：55-58.

［11］ 段義忠. 干旱脅迫對綠豆和黑豆發芽的影響[J]. 榆林學院學報，2014，24（4）：7-11.

DUAN Y Z. Resistance evaluation and response of differentVigna radiata varieties at germination stage to drought stress[J]. Journal of Yulin University，2014，24（4）：7-11.

［12］ 段慧榮，李毅，馬彥軍. PEG 脅迫對沙冬青種子萌發過程的影響[J]. 水土保持研究，2011，18（3）：221-225.

DUAN H R，LI Y，MA Y J. Effects of PEG stress on seed germinationof Ammopiptanthus mongolicus[J]. Research of Soiland Water Conservation，2011，18（3）：221-225.

［13］ 李萍，張雁霞，劉玉皎. PEG 脅迫下西北不同蠶豆種子萌發期的抗旱性鑒定[J]. 四川農業大學學報，2015，33（3）：251-257.

LI P，ZHANG Y X，LIU Y J. Drought tolerance of differentfava beans during the germination stage under PEG stress inthe Northwest China[J]. Journal of Sichuan Agricultural University，2015，33（3）：251-257.

［14］ 張鳳銀，陳禪友，徐小玉. 不同種質菜豆對PEG 滲透脅迫的響應[J]. 上海交通大學學報（農業科學版），2014，32（2）：62-67.

ZHANG F Y， CHEN S Y， XU X Y. Responses of differentgermplasms of Phaseolus vulgaris to PEG osmotic stress[J].Journal of Shanghai Jiao Tong University（Agricultural Science），2014，32（2）：62-67.

［15］ 趙相勇，周雪，馬培杰，等. 貴州扁穗雀麥種質萌發期和苗期的抗旱性鑒定與評價[J]. 貴州農業科學，2021，49（8）：19-29.

ZHAO X Y，ZHOU X，MA P J，et al. Identification and evaluationon drought resistance of 41 Bromus catharticus germ‐plasms at germination and seedling stage in Guizhou[J]. GuizhouAgricultural Sciences，2021，49（8）：19-29.

［16］ 惠雅佞，羅永忠. 4 個紫花苜蓿品種萌發期抗旱性比較[J]. 草原與草坪，2021，41（6）：111-118.

HUI Y N，LUO Y Z. Comparison of drought resistance amongfour alfalfa cultivars during germination[J]. Grassland and Turf，2021，41（6）：111-118.

［17］ 楊忠仁，郭霏，張東，等. 不同貯藏年限沙蔥種子萌發及呼吸生理的變化[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2021，49（11）：91-96.

YANG Z R，GUO F，ZHANG D，et al. Changes of germinationand respiration physiology of Allium mongolicum seedsunder different storage times[J]. Journal of Northwest A amp; FUniversity（Natural Science Edition），2021，49（11）：91-96.

［18］ 李云，楊夢涵，王健，等. PEG 脅迫下谷子品種（系）萌發期耐旱性鑒定及評價[J]. 種子，2022，41（4）：29-35.

LI Y，YANG M H，WANG J，et al. Identification and evaluationof drought tolerance of millet varieties（lines） at germinationstage under PEG stress[J]. Seed，2022，41（4）：29-35.

［19］ 鄭立龍，李興茂. 10 個冬小麥品種萌發期抗旱性評價[J]. 甘肅農業科技，2021，52（2）：70-75.

ZHENG L L，LI X M. Evaluation of drought resistance of tenwinter wheat cultivars at germination stage[J]. Gansu AgriculturalScience and Technology，2021，52（2）：70-75.

［20］ 陳波，張燕，蔡光澤，等. 玉米地方品種耐鹽性鑒定及評價指標篩選[J]. 湖北農業科學，2012，51（21）：4722-4727.

CHEN B，ZHANG Y，CAI G Z，et al. Screening of evaluationindices for salt tolerance of maize local varieties[J]. Hubei AgriculturalSciences，2012，51（21）：4722-4727.

［21］ 張笛，苗興芬，王雨婷. 100 份谷子品種資源萌發期耐鹽性評價及耐鹽品種篩選[J]. 作物雜志，2019（6）：43-49.

ZHANG D，MIAO X F，WANG Y T. Evaluation and screeningof salt tolerance in 100 foxtail millet at germination stage[J]. Crops，2019（6）：43-49.

［22］ 殷麗麗，邢寶龍. 晉北地區不同蕓豆品種（系）的適應性評價[J]. 中國農業科技導報，2019，21（4）：151-157.

YIN L L，XING B L. Adaptability evaluation of different kidneybean varieties（lines） in northern Shanxi[J]. Journal of AgriculturalScience and Technology，2019，21（4）：151-157.

［23］ 朱東旭，關中波，徐桂真，等. 油用向日葵品種主要農藝性狀的主成分分析和聚類分析[J]. 中國農學通報，2015，31（12）：152-156.

ZHU D X，GUAN Z B，XU G Z，et al. Principal componentanalysis and cluster analysis of main agronomic traits of oilsunflowervarieties[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，2015，31（12）：152-156.

［24］ 吳淼，劉信寶，丁立人，等. PEG 模擬干旱脅迫下硅對紫花苜蓿萌發及生理特性的影響[J]. 草地學報，2017，25（6）：1258-1264.

WU M，LIU X B，DING L R，et al. Effects of silicon on germinationand physiological characteristics of alfalfa under droughtstress simulated by PEG[J]. Acta Agrestia Sinica，2017，25（6）：1258-1264.

［25］ 郭雪松，唐章林. PEG 脅迫下42 個油菜品種（系）耐旱性的評價[J]. 西南大學學報（自然科學版），2009，31（10）：1-7.

GUO X S，TANG Z L. Evaluation of drought tolerance of 42rapeseed genotypes in different PEG concentration treatments[J]. Journal of Southwest University（Natural Science Edition），2009，31（10）：1-7.

［26］ 張毅，韓玉娥，張銀樂，等. PEG-6000 模擬干旱脅迫下3 個青稞品種的萌發特性及抗旱性評價[J]. 江蘇農業科學，2019，47（15）：139-142.

ZHANG Y，HAN Y E，ZHANG Y L，et al. Germination characteristicsand drought resistance evaluation of three highlandbarley cultivars under PEG-6000 simulated drought stress[J].Jiangsu Agricultural Sciences，2019，47（15）：139-142.

［27］ 李靜靜，任永哲，白露，等. PEG-6000 模擬干旱脅迫下不同基因型小麥品種萌發期抗旱性的綜合鑒定[J]. 河南農業大學學報，2020，54（3）：368-377.

LI J J，REN Y Z，BAI L，et al. Comprehensive identificationand evaluation of drought tolerance of different genotypicwheat varieties at germination stage by PEG-6000 simulateddrought stress[J]. Journal of Henan Agricultural University，2020，54（3）：368-377.

［28］ 徐小玉，張鳳銀，李俊芳. PEG 滲透脅迫下12 個豇豆品種萌芽期抗旱性評價[J]. 東北農業大學學報，2016，47（1）：15-20.

XU X Y，ZHANG F Y，LI J F. Evaluation of drought resistanceof 12 cultivars of Vigna unguiculata under PEG osmoticstress during seed germination[J]. Journal of Northeast AgriculturalUniversity，2016，47（1）：15-20.

［29］ 余如剛，張迪，余心悅，等. 13 種小白菜苗期耐鹽比較分析及耐性指標篩選[J]. 云南農業大學學報（自然科學），2022，37（1）：24-31.

YU R G，ZHANG D，YU X Y，et al. Comparison analysis ofsalinity tolerance and screening of salinity tolerance indicatorsin 13 Brassica rapa l. ssp. chinensis varieties at seedling stage[J]. Journal of Yunnan Agricultural University（Natural Science），2022，37（1）：24-31.

基金項目：國家重點研發計劃子課題（2021YFD1600605-07，2021YFD1600602-07）；財政部和農業農村部：國家現代農業產業技術體系（CARS-08-Z5）；山西農業大學生物育種工程項目（YZGC077）