PEG脅迫下藜麥品種萌發(fā)期抗旱性鑒定

張斌 馬德源 范仲學(xué) 郭鳳丹

摘要：以不同滲透勢(shì)PEG-6000溶液模擬干旱脅迫條件，對(duì)7個(gè)不同來源藜麥品種的萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：低濃度PEG脅迫能夠促進(jìn)部分藜麥品種的萌發(fā);隨著PEG濃度的增加，藜麥種子的發(fā)芽率、萌發(fā)耐旱指數(shù)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)下降;當(dāng)PEG滲透勢(shì)達(dá)到-1.0 MPa時(shí)，所有品種的胚根、胚芽均受到嚴(yán)重抑制;7個(gè)藜麥品種的芽期耐旱性存在顯著差異，抗旱性強(qiáng)弱表現(xiàn)順序?yàn)椋恨r(nóng)藜5號(hào)﹥靜樂黑﹥稼祺1號(hào)﹥蒙藜1號(hào)﹥晉藜2號(hào)﹥晉藜1號(hào)﹥靜樂灰，以農(nóng)藜5號(hào)最強(qiáng)。該研究可為篩選適宜山東省干旱地區(qū)種植的藜麥品種提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：聚乙二醇（PEG）脅迫;藜麥;萌發(fā);耐旱

中圖分類號(hào)：S519.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2018）12-0030-05

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）為藜科（Chenopodiaceae）藜屬（Chenopodium）一年生草本植物，原產(chǎn)于安第斯山脈，是當(dāng)?shù)厝藗兊膫鹘y(tǒng)食物。藜麥富含礦物質(zhì)、維生素、高質(zhì)量脂肪酸、蛋白質(zhì)以及天然抗氧化物質(zhì)[2，3]，被稱為“超級(jí)谷物”、“食物中的黃金”。藜麥需水少，具有強(qiáng)大的抗旱能力，且具有較強(qiáng)的耐鹽堿、耐澇漬能力，近年受到廣泛關(guān)注[1]。

對(duì)藜麥抗旱機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，脫落酸對(duì)氣孔的調(diào)控作用可以增強(qiáng)其耐旱性[4]。藜麥還可以通過增強(qiáng)抗氧化能力來清除自由基，從而提高耐旱性[5]。芽期耐旱性是藜麥早期生長(zhǎng)發(fā)育階段重要的抗逆性狀，其它作物該階段的耐旱性鑒定已有較多研究[6，7]。研建藜麥芽期耐旱性鑒定方法是對(duì)其耐旱性研究首先要解決的技術(shù)問題。其中，國(guó)內(nèi)用PEG脅迫方法研究藜麥種子萌發(fā)中的適應(yīng)性和耐受性鮮有報(bào)道。據(jù)此，筆者設(shè)置不同濃度PEG-6000溶液對(duì)7個(gè)來自不同地區(qū)的藜麥品種進(jìn)行芽期模擬水分脅迫試驗(yàn)，對(duì)高滲狀態(tài)下藜麥萌發(fā)期的一些形態(tài)、生理指標(biāo)進(jìn)行研究，篩選確定藜麥芽期鑒定適宜條件，為藜麥抗旱性和遺傳育種研究提供科學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?材料

來自不同地區(qū)的7份藜麥主要種植品種見表1。

1.2?研究方法

1.2.1?高滲溶液的配制?PEG-6000溶液，配置滲透勢(shì)分別為-0.25、-0.50、-0.75、-1.00 MPa，分別對(duì)應(yīng)136.27、202.13、252.87、295.71 g/kg H2O的PEG-6000溶液。依據(jù)Michel等[20]的公式計(jì)算溶液滲透勢(shì)：

ΨS = -1.18×10-2C-1.18×10-4C2+2.67×10-4CT+8.39×10-7C2T?。

式中，ΨS 是溶液的滲透勢(shì)（bar），1 bar = 0.1 MPa，C是溶液濃度（g/kg H2O），T是溶液溫度（℃）。

1.2.2?種子萌發(fā)耐旱指數(shù)測(cè)定?將50粒供試種子置于直徑10 cm培養(yǎng)皿中，分別加入7 mL不同濃度的PEG處理液，以蒸餾水作對(duì)照，放入25℃光照培養(yǎng)箱中暗發(fā)芽，培養(yǎng)8天，重復(fù)3次。每天調(diào)查發(fā)芽種子數(shù)（計(jì)數(shù)胚芽、胚根長(zhǎng)度均超過1 mm的個(gè)體）。根據(jù)Bouslama等[21]的公式略做修改，計(jì)算種子萌發(fā)耐旱指數(shù)。

種子萌發(fā)指數(shù)PI=（1.00nd2+0.75nd4+0.50nd6+0.25nd8）/N?。

式中nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2、4、6、8天萌發(fā)的種子數(shù)，N為種子總數(shù)。

種子萌發(fā)耐旱指數(shù)（GDRI）=處理3次重復(fù)的種子萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)的平均值。

相對(duì)發(fā)芽率GR（%）=nd8T/nd8K×100[8]。式中，nd8T為脅迫處理第8天的發(fā)芽率，nd8K為對(duì)照第8天的發(fā)芽率。

1.2.3?胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)測(cè)定?每個(gè)培養(yǎng)皿挑選萌發(fā)8天后具有代表性的幼苗5株，測(cè)定其胚根長(zhǎng)及胚芽長(zhǎng)。并計(jì)算：

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（%）=各處理平均發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照平均發(fā)芽勢(shì)×100;

芽生長(zhǎng)抑制率（%）=（對(duì)照平均芽長(zhǎng)-處理平均芽長(zhǎng)）/對(duì)照平均芽長(zhǎng)×100;

根生長(zhǎng)抑制率（%）=（對(duì)照平均根長(zhǎng)-處理平均根長(zhǎng)）/對(duì)照平均根長(zhǎng)×100。

1.3?抗旱性綜合評(píng)價(jià)方法

模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法在植物抗旱性研究中有著廣泛應(yīng)用[9-11]。本研究也采用此方法對(duì)不同品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。用下列公式求出每個(gè)品種所測(cè)抗旱指標(biāo)的隸屬函數(shù)值X（）。

式中，X為某品種某一指標(biāo)的測(cè)定值;Xmax為所有鑒定品種某一指標(biāo)測(cè)定值的最大值，Xmin為該指標(biāo)中的最小值。據(jù)此求出每個(gè)藜麥品種各抗旱指標(biāo)在不同PEG濃度下的隸屬函數(shù)值，最后再將每一品種各抗旱指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加求其平均值，得出綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值，其值越大，則抗旱性越強(qiáng)。

1.4?數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 11.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?PEG脅迫對(duì)藜麥相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率的影響

種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)受種子本身的影響較大，相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)可以比較客觀地反映種子萌發(fā)期的相對(duì)抗旱性。由表2看出，隨著PEG脅迫濃度的增加，供試藜麥品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)呈下降趨勢(shì)。當(dāng)PEG滲透勢(shì)為-0.25 MPa時(shí)，有4個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)高于對(duì)照。當(dāng)PEG滲透勢(shì)為-0.75 MPa時(shí)，1號(hào)（蒙藜1號(hào)）、4號(hào)（靜樂黑）、5號(hào)（晉藜1號(hào)）品種相對(duì)發(fā)芽勢(shì)顯著下降，分別降低22.11、23.94、23.64個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)PEG滲透勢(shì)為-1.0 MPa時(shí)，所有參試品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均顯著下降，7號(hào)品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)最大為46.58%，1號(hào)的最小為1.15%。供試品種相對(duì)發(fā)芽率的變化趨勢(shì)與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)一致。

2.2?PEG脅迫對(duì)藜麥種子胚根、胚芽生長(zhǎng)的影響

當(dāng)PEG滲透勢(shì)為-0.25 MPa時(shí)，5個(gè)品種的胚根長(zhǎng)增加，7號(hào)（農(nóng)藜5號(hào)）品種的增幅最大，是對(duì)照的2.05倍。隨著PEG濃度增大，供試品種的胚根長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。PEG滲透勢(shì)為-0.75 MPa時(shí)，所有品種的胚根長(zhǎng)低于對(duì)照，5號(hào)（晉藜1號(hào)）品種的胚根長(zhǎng)下降最多，只有對(duì)照的14%（表3）。

PEG滲透勢(shì)為-0.25 MPa時(shí)，部分品種的胚芽長(zhǎng)大于對(duì)照，但品種間差異不顯著。隨著PEG濃度升高，胚芽長(zhǎng)逐漸降低，相同處理品種間差異也不顯著（表4）。

2.3?PEG脅迫對(duì)藜麥種子萌發(fā)耐旱指數(shù)的影響

PEG滲透勢(shì)為-0.25 MPa時(shí)，5個(gè)品種的萌發(fā)耐旱指數(shù)比用蒸餾水高，2個(gè)品種接近，不同品種間差異不顯著。PEG滲透勢(shì)為-0.5 MPa時(shí)，有4個(gè)品種的萌發(fā)耐旱指數(shù)接近對(duì)照（蒸餾水），最低的是2號(hào)（靜樂灰），為0.86。PEG滲透勢(shì)為-0.75 MPa時(shí)，萌發(fā)耐旱指數(shù)在0.68～0.94之間。PEG滲透勢(shì)為-1.0 MPa時(shí)，所有品種的萌發(fā)耐旱指數(shù)大幅降低，7號(hào)（農(nóng)藜5號(hào)）的萌發(fā)耐旱指數(shù)最高為0.50，1號(hào)（蒙藜1號(hào)）最低為0.02（表5）。

2.4?綜合評(píng)價(jià)

種子萌發(fā)期的抗旱性是多種因素相互作用的復(fù)雜性狀，用單一指標(biāo)進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)難以全面反映植物的抗旱能力，因此本研究采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法。通過計(jì)算7個(gè)藜麥品種相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、萌發(fā)耐旱指數(shù)的隸屬函數(shù)值，最終計(jì)算得出不同藜麥品種抗旱隸屬函數(shù)總平均值。表明，不同藜麥品種芽期的抗旱性差異顯著，其中7號(hào)品種（農(nóng)黎5號(hào)）的抗旱性最強(qiáng)，其總平均值為0.662，其次是4號(hào)（靜樂黑）和3號(hào)（稼祺1號(hào)），抗旱性最弱的是2號(hào)（靜樂灰），其總平均值為0.252（表6）。

3?討論與結(jié)論

作物芽期耐旱性是其早期生長(zhǎng)階段不可忽視的抗逆性狀，研究藜麥芽期的耐旱性具有重要意義。利用聚乙二醇（PEG）模擬水分脅迫方法鑒定不同作物的抗旱性比較可靠。本試驗(yàn)以不同梯次滲透勢(shì)的PEG-6000溶液模擬不同強(qiáng)度干旱脅迫條件，對(duì)7個(gè)不同來源藜麥品種的萌發(fā)特性和抗旱能力進(jìn)行了研究。從結(jié)果上看，較低濃度的PEG-6000脅迫（PEG滲透勢(shì)為-0.25 MPa和-0.50 MPa）對(duì)部分藜麥品種的萌發(fā)有一定促進(jìn)作用，如7號(hào)（農(nóng)藜5號(hào)）、4號(hào)（靜樂黑）、3號(hào)（稼祺1號(hào)）的發(fā)芽率、抗旱指數(shù)與對(duì)照相比均有所增加，可能的原因是低濃度PEG處理種子對(duì)其萌發(fā)產(chǎn)生“引發(fā)作用”[12]。秦嶺等[6]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度PEG處理對(duì)谷子種子萌發(fā)具有較好的促進(jìn)作用，PEG滲透勢(shì)為-0.25 MPa脅迫有時(shí)會(huì)超過對(duì)照;4種羊茅屬植物的相對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)在5%～10% PEG濃度下均大于對(duì)照[13]。但隨著PEG脅迫濃度的逐漸加大，藜麥種子萌發(fā)受到抑制，但具體的臨界濃度還需要進(jìn)一步研究。本研究發(fā)現(xiàn)5號(hào)（晉藜1號(hào)）、6號(hào)（晉藜2號(hào)）并未表現(xiàn)出被引發(fā)現(xiàn)象。另外，在較低濃度PEG脅迫時(shí)，大多數(shù)黎麥品種的胚根和胚芽長(zhǎng)有所增加。藜麥通過增加根長(zhǎng)來增加吸收面積，是對(duì)缺水環(huán)境的適應(yīng)。當(dāng)PEG超過一定濃度時(shí)，胚芽、胚根的生長(zhǎng)均受到抑制，長(zhǎng)度降低。說明強(qiáng)烈的干旱脅迫阻礙了幼苗生長(zhǎng)。

植物的抗旱性是受多種因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀，用單一指標(biāo)進(jìn)行抗旱性鑒定可能會(huì)造成較大偏差，難以全面客觀反映植物的抗旱性強(qiáng)弱。隸屬函數(shù)法可以在多項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的基礎(chǔ)上對(duì)植物的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)比單一性狀指標(biāo)評(píng)價(jià)更具有可行性和可靠性[7，14，15]。種子萌發(fā)的相對(duì)發(fā)芽率[16]、胚根/胚芽比值[17]、抗旱指數(shù)[18]和活力指數(shù)[19]等指標(biāo)在鑒定種子抗旱性方面得到廣泛應(yīng)用。本研究采用測(cè)定5個(gè)芽期指標(biāo)的隸屬函數(shù)法對(duì)7個(gè)來源不同的藜麥品種萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，具體的抗旱性強(qiáng)弱表現(xiàn)順序?yàn)椋恨r(nóng)藜5號(hào)﹥靜樂黑﹥稼祺1號(hào)>蒙藜1號(hào)>晉藜2號(hào)>晉藜1號(hào)>靜樂灰。

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