酒用糯高粱萌發期抗旱性鑒定及評價

王睿　李魁印　董俐利　張燕　周光怡　曾桂萍　陳松樹　何方　徐如宏　任明見

摘要：為鑒定糯高粱種質資源的抗旱性，建立抗旱評價體系、篩選抗旱指標，首先以4份糯高粱種質為材料，利用6個濃度的聚乙二醇（PEG-6000）溶液模擬干旱脅迫，測定其發芽率和出苗率，確定糯高粱萌發期模擬干旱脅迫的最適濃度。然后在150 g/L PEG-6000溶液干旱脅迫條件下，以根長、芽長、芽鮮重、芽干重、根干重、發芽指標、發芽勢、發芽率、萌發指數、出苗率等9個指標為鑒定指標，通過主成分分析、頻數分析、關聯分析、聚類分析和多元逐步回歸分析等方法，對64份糯高粱材料進行綜合評價和抗旱等級劃分，并對其抗旱指標進行篩選。研究結果表明，干旱脅迫對糯高粱萌發期各指標有極顯著影響，對出苗率、芽鮮重和根長的影響較大，而發芽勢、發芽率和萌發指數受干旱脅迫的影響較小。通過各指標的綜合評價，以D值為主要評價方法，篩選得到高抗旱型材料2份、抗旱型17份、中間型材料21份、敏感型材料16份、極敏感型8份。其中，抗旱性較強的材料分別為R16和R20，可作為糯高粱抗旱育種的基礎材料。芽干重、發芽率、萌發指數、出苗率可作為糯高粱萌發期簡單、有效的抗旱性評價指標。

關鍵詞：糯高粱；萌發期；抗旱性；抗旱指標；綜合評價

中圖分類號：S514.037文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）09-0143-08

隨著全球氣候變暖加劇，干旱問題變得更加嚴重，全球糧食作物生產面臨重大挑戰［1-2］。高粱是我國重要的糧食作物之一，在我國農業和人民生活水平提高的背景下，其用途逐漸從食用向釀造方向發展［3］。糯高粱是釀造醬香型白酒的主要原料，在我國區域經濟發展中占有重要地位［4］。貴州省是我國醬香型白酒的主產區，也是糯高粱主要栽培區［5-6］。盡管高粱在后期具有較強的抗旱能力，但在播種后遇到春旱會嚴重影響種子萌發和出苗，不利于高產群體的建立，最終導致產量低［7］。因此，鑒定酒用糯高粱萌發期的抗旱性和篩選抗旱指標對于培育抗旱品種和深入研究抗旱機制至關重要。

作物抗旱性評價旨在建立科學、準確的抗旱性評價方法并篩選出簡單、有效的抗旱指標，將其結合可高效、準確地評價作物的抗旱性［8-10］。長期以來，已有不少關于作物抗旱性評價方法和指標篩選的研究報道［11］。聚乙二醇（PEG-6000）水溶液模擬干旱脅迫具有穩定、高效、快速、易操作等優點［12-13］。在高粱研究中，岳麗等確定了12份具有較強抗旱性的材料，結果表明芽鮮重、萌發抗旱指數和干物質轉運率可被當作新疆高粱萌發期抗旱性鑒定的重要指標［14］；候文慧等認為，發芽指數和發芽率可被視為飼料高粱萌發期抗旱性鑒定的主要指標［15］；吳奇等通過研究干旱對高粱萌發期的影響，確定發芽率、萌發抗旱指數和根長等指標可作為高粱萌發期抗旱性鑒定的依據［16］；張麗霞等通過評估高粱在不同干旱條件下的抗旱表現篩選出4份抗旱性極強的材料［17］。

貴州春季時有春旱和其他災害性氣候，加之獨特的喀斯特地貌降低了土壤的保水能力，嚴重制約了糯高粱生產［18-19］。因此，迫切需要對糯高粱在萌發期的抗旱性進行評價、找到簡便而有效的抗旱指標、加速培育糯高粱抗旱品種的進程。目前，對糯高粱萌發期的抗旱性評價及相關指標篩選的研究相對較少。本試驗采用64份不同來源的糯高粱種質，研究其在干旱脅迫下的形態和發芽指標。對糯高粱萌發期種質進行綜合評價、建立逐步回歸預測方程和確定抗旱性評價關鍵指標。旨在篩選出抗旱性強的糯高粱種質和易測定的與抗旱性相關的指標，為糯高粱抗旱品種的選育提供基礎材料，更好地促進我國糯高粱產業的發展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為64份不同來源的糯高粱種質，由貴州大學酒用原料產業發展研究院、貴州省農業科學院、中國農業科學院等單位提供，材料詳情見表1。

1.2 試驗設計

試驗于2023年6月在貴州大學國家小麥改良中心貴州分中心組培室和實驗室內進行。設置不同濃度的PEG-6000水溶液對4份抗旱性不同的糯高粱種質進行模擬干旱處理，以篩選最適濃度。采用150 g/L PEG-6000水溶液來模擬糯高粱萌發期的干旱處理。挑選100粒大小和整齊度較一致的糯高粱種子，放置在墊有2張濾紙的培養皿內，加入150 g/L PEG-6000水溶液模擬干旱脅迫，蒸餾水為對照（CK），每個處理進行3次重復。所有培養皿均放在25 ℃人工氣候箱培養7 d，光暗交替為12 h/8 h，

每間隔2 d就進行1次脅迫液或蒸餾水的補充。

1.3 測定指標與方法

自培養的第1天起，每天在同樣的時間記錄發芽數，統計至第7天，參照GB/T 3543—1995《農作物種子檢驗規程》中的有關方法，測量64份糯高粱的根長、芽長、芽鮮重、芽干重、根干重，并計算其發芽勢、發芽率、萌發指數和出苗率。

1.4 數據統計分析

應用Excel 2016進行數據整理，利用SPSS 25.0 進行配對t檢驗和各單項抗旱系數的相關性分析、主成分分析、頻率分析、灰色關聯度分析、系統聚類分析、逐步回歸分析，使用Origin 2021進行單項抗旱系數分布箱線圖的制作。參考張瑞棟的研究方法［20-22］，計算各單項指標的抗旱系數（DC值）和綜合抗旱系數（CDC值）、綜合評價值（D值）、加權抗旱系數（WDC值）。

2 結果與分析

2.1 PEG-6000水溶液模擬干旱脅迫最適濃度的確定

從表2可以看出，50 g/L和100 g/L PEG-6000脅迫時，R64的發芽率和R61的出苗率與對照無顯著差異，100 g/L PEG-6000脅迫對R64的出苗率有促進作用，不適合抗旱性的鑒定。200 g/L和250 g/L PEG-6000脅迫下，各種質的發芽率和出苗率都較低，說明濃度為200 g/L和250 g/L的PEG-6000水溶液對糯高粱種子的抑制作用大，可能遺漏綜合性狀良好的種質。在150 g/L PEG-6000脅迫條件下，4份糯高粱種質的發芽率和出苗率與對照組均存在顯著差異。因此，可以確認150 g/L是最適合作為糯高粱萌發期模擬干旱脅迫的濃度。

2.2 干旱脅迫對糯高粱萌發期各生長指標的影響

從表3可知，干旱脅迫下，試驗中的9個指標均有不同程度的下降，尤其是芽鮮重、出苗率和根長，分別較對照下降了47.071%、 39.275%和38.689%，這說明干旱脅迫導致種子的萌發和生長受到抑制，對不同性狀的影響不同。芽鮮重、出苗率和根長對干旱表現出較高的敏感性。通過對照組和干旱脅迫進行配對t檢驗，結果表明這9個性狀在處理和對照間存在極顯著差異，再次證實了干旱脅迫抑制了糯高粱的萌發和生長。

2.3 各單項指標抗旱系數（DC值）分析

由圖1可以看出，根長、芽鮮重的抗旱系數分布比較一致；而芽長、芽干重、根干重的抗旱系數分布較相近，平均值在0.7左右；發芽勢、發芽率、萌發指數的抗旱系數分布相對集中；而出苗率的抗旱系數在不同材料間變化最大，變幅為0.091～0.952。說明糯高粱在萌發期對干旱脅迫的響應表現為不同種質和不同指標的抗旱系數存在差異。

相關性分析結果（表4）顯示，芽長的DC值與芽干重、芽鮮重的DC值呈極顯著正相關；發芽勢與發芽率、萌發指數、出苗率的DC值互相之間也呈極顯著正相關；而根長的抗旱系數除了與芽干重、發芽率的DC值呈顯著相關外，與其他指標無顯著相關性。糯高粱萌發期各指標的抗旱系數之間存在一定程度的相關性，呈現信息相互交叉。

由表5可知，同一區間內各指標DC值的分布次數和頻率差異較大，當抗旱系數（DC值）大于0.8時，根長、芽長、芽鮮重、芽干重、根干重、發芽勢、發芽率、萌發指數、出苗率等9項指標的分布頻率分別為9.375%、26.562%、7.812%、28.125%、54.687%、79.437%、73.437%、60.937%、21.875%，說明各指標對干旱脅迫反應的敏感程度表現為發芽勢>發芽率>萌發指數>根干重>芽干重>芽長>出苗率>根長>芽鮮重。

對64份糯高粱種質的抗旱系數（DC值）進行主成分分析，結果表明（表6），各特征值中前4個因子的累計貢獻率達81.247%，其特征根≥0.731。因此提取前4個因子，將前4個因子作為64份糯高粱種質萌發期抗旱性評價的主要因子（分別用F1、F2、F3和F4表示）。

2.4 糯高粱萌發期抗旱性綜合評價

2.4.1 對64份糯高粱種質的抗旱性進行綜合評價

采用抗旱性綜合評價值（D值）、綜合抗旱系數（CDC值）、加權抗旱系數（WDC值）對64份糯高粱種質進行抗旱性評價，數值越大抗旱性越強。3種評價方法的材料順序相似，部分種質排名不一致。由表7可知，64份糯高粱種質在抗旱性上存在明顯差異，CDC值和WDC值分別在0.606～0.900和0.603～0.899之間，平均值分別為0.736和0.737，變異系數分別為0.093和0.095；其中CDC值和WDC值最大的3個材料為R20、R5、R16，最小的3平均值為0.455，變異系數為0.225，其中D值最大3個材料為R20、R5、R16，D值最小的3個材料為R24、R35、R47，其余材料介于其之間，這與CDC值和WDC值的抗旱性結果基本一致。

分別以D值、WDC值為參考序列，各指標的DC值為比較序列進行關聯度分析，結果（表8）顯示，DC值與D值關聯度（γD）大小的排序為發芽率>發芽勢>出苗率>萌發指數>芽長>芽干重>根長>芽鮮重>根干重；DC值與WDC值關聯度（γWDC）大小排序為發芽率>發芽勢>芽干重>萌發指數>芽鮮重>芽長>根長>出苗率>根干重。

2.4.2 對64份糯高粱種質進行聚類分析及抗旱級別的劃分

利用D值對64份糯高粱材料進行聚類分析，采用瓦爾德法和歐氏距離，在λ=3.0處，64份材料被分成5類（圖2）。這包括高抗旱型（2份，3.1%）、抗旱型（17份，26.6%）、中間型（21份，32.8%）、敏感型（16份，25.0%）、極敏感型（8份，12.5%）。

2.5 糯高粱萌發期抗旱指標的篩選

根據表9可知，x3、x4、x5、x7、x8、x9分別對應芽鮮重、芽干重、根干重、發芽率、萌發指數、出苗率。預測方程的確定系數高，分別為0.900、0.931和0.885，P=0.000 1，均達到極顯著水平，這說明上述預測方程的擬合度高， 精度好。這3個回歸方程可有效用于評價糯高粱萌發期的抗旱性。預測模型表明，芽干重、發芽率、萌發指數、出苗率等4個指標對抗旱性有顯著影響。通過D值與各指標DC值構建的回歸方程可知，針對性的測定被引入回歸方程的指標，如芽干重、發芽率、萌發指數、出苗率，可以有效鑒定糯高粱種質資源的抗旱性，從而簡化鑒定的工作。

3 討論

3.1 干旱對酒用糯高粱萌發期的影響

干旱對高粱萌發期萌發和生長的影響是復雜的，主要表現在土壤水分不足和高粱種子胚芽生長受限［23-24］。此外，王平等提出干旱條件限制高粱種子的吸水和發芽，導致發芽延遲，使得高粱無法在短時間內形成健康的幼苗，進而使得出苗率顯著降低［25］。本研究結果顯示，在干旱脅迫下，根長和芽長均受到抑制，糯高粱種子的發芽出現延遲，同時芽鮮重、芽干重等指標均出現不同程度的降低，這與王藝陶等的研究結果［26-28］基本一致。

3.2 糯高粱萌發期抗旱性評價方法的選擇和抗旱性鑒定

評價作物的抗旱性不能采用具有顯著性的單一指標，即使某個指標對干旱脅迫非常敏感，也不能獨立作為作物抗旱性評價的方法［29］。本研究選取了CDC值、D值、WDC值等3種相互結合的評價方法。研究結果顯示，這三者在抗旱性排序方面基本一致。選取D值作為主要的評價方法是因為D值的系統聚類分析結果更加符合各糯高粱種質在試驗中的實際抗旱表現，而CDC值和WDC值則可以作為輔助評價方法。

對作物抗旱性的鑒定最終需要落實到對種質資源進行分級。在本研究中，我們采用CDC值、D值、 WDC值等3種方法對64份糯高粱種質進行抗旱性評價，得到基本一致的結果。同時，基于D值對64份糯高粱種質進行聚類分析，在λ=3.0處，將64份糯高粱材料分為5類：高抗旱型（2份，3.1%）、抗旱型（17份，26.6%）、中間型（21份，32.8%）、敏感型（16份，25.0%）、極敏感型（8份，12.5%）。其中，來自陜西的R16和來自云南的R20為2份抗旱性較強的糯高粱種質，可作為糯高粱抗旱育種的基礎材料。

3.3 糯高粱萌發期抗旱指標的篩選

篩選用于作物抗旱性評價的關鍵指標尤為重要。目前對于抗旱性指標的研究非常豐富，不同的作物篩選出了不同的指標［30-32］。王洋等采用主成分分析和逐步回歸分析法篩選出藜麥萌發期抗旱性關鍵指標為根長、活力指數、發芽率［33］。汪燦等通過逐步回歸分析法篩選出芽長、芽干重、根長、根鮮重和根干重等5項指標作為薏苡萌發期抗旱性鑒定的關鍵指標［34］。本研究選取了糯高粱萌發期抗旱性相關的9個指標，并通過逐步回歸分析，明確了4個指標（芽干重、發芽率、萌發指數、出苗率）可用于糯高粱萌發期抗旱性鑒定。

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收稿日期：2023-12-29

基金項目：貴州省科技計劃（編號：黔科合支撐［2022］重點026）；貴州省十大工業（優質煙酒）產業振興專項資金（編號：黔財工［2020］198）；貴州省基層農技推廣補助項目（編號：黔財工［2020］294）；貴州省安順市科技項目（編號：安順市科成［2022］1號）。

作者簡介：王 睿（1999—），女，貴州畢節人，碩士研究生，研究方向為作物遺傳育種。E-mail：18786541959@163.com。

通信作者：任明見，博士，教授，博士生導師，從事小麥、高粱、籽粒莧遺傳育種研究。E-mail：rmj72@163.com。