PEG模擬干旱脅迫對(duì)4種籽用西瓜種子萌發(fā)的影響

李穎慧 李亞?wèn)|

摘? ? 要：為篩選出適合在吉林省西部地區(qū)種植的籽用西瓜品種，以‘林籽一號(hào)（H17）、‘紅秀3號(hào)（R06）、‘科奧紅大片（R12）和‘黑豐一號(hào)（H28）4種籽用西瓜品種為試驗(yàn)材料，采用PEG-6000溶液（0，-0.10，-0.20，-0.40，-0.80 MPa）模擬干旱脅迫的方法，比較4個(gè)品種的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)情況，并利用隸屬函數(shù)法對(duì)耐旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，隨著PEG濃度的不斷加重，各品種種子的發(fā)芽數(shù)均出現(xiàn)下降。當(dāng)滲透勢(shì)達(dá)到-0.80 MPa最大脅迫濃度時(shí)，所有品種均不具備單日發(fā)芽數(shù)5粒以上的水平。根據(jù)隸屬函數(shù)法，4種籽用西瓜種子萌發(fā)強(qiáng)弱順序?yàn)椤肿岩惶?hào)>‘黑豐一號(hào)>‘科奧紅大片>‘紅秀3號(hào)。

關(guān)鍵詞：籽用西瓜;PEG-6000;種子萌發(fā);抗旱性

Abstract： In order to screen out the seeded watermelon varieties suitable for planting in Western Jilin， the seed-using watermelon varieties， ‘Linzi No. 1 （H17）， ‘Hongxiu No. 3 （R06）， ‘Keaohongdapian（R12） and ‘Heifeng No. 1 （H28）were used as experimental materials in this study. PEG-6000 solution （0， -0.10， -0.20， -0.40， -0.80 MPa） were used to simulate drought stress to compare the seed germination and growth of the four varieties. The drought tolerance was evaluated comprehensively by membership function method. The results showed that with the increasing concentration of PEG， the number of seed germination decreased. When osmotic potential reached the maximum stress concentration of -0.80 MPa， all the numbers of the germinated seeds of the cultivars were not over 5. According to the membership function method， the order of seed germination strength of the four kinds of watermelon seeds for seed use was ‘Linzi No. 1 >‘Heifeng No. 1 >‘Keaohongdapian>‘Hongxiu No. 3.

Key words： Seed-using watermelon; PEG-6000;Seed germination; Drought resistance

干旱已成為影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的主要非生物脅迫因子之一[1]。因干旱所造成的減產(chǎn)已成為我國(guó)部分西部干旱和半干旱地區(qū)經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)和糧食作物生產(chǎn)的主要障礙之一[2]。統(tǒng)計(jì)資料顯示，世界上干旱、半干旱地區(qū)占到土地面積的36%，其他生態(tài)區(qū)也難以預(yù)測(cè)的受到未知干旱的影響，全球性干旱導(dǎo)致的減產(chǎn)已超越其他因素造成減產(chǎn)的總和[3]。吉林省西部干旱、半干旱地區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候帶，自然條件非常適合籽用西瓜的栽培和生長(zhǎng)，具有得天獨(dú)厚的地域優(yōu)勢(shì)。其中通榆縣籽用西瓜種植歷史達(dá)到百年以上，年平均種植面積在4.6萬(wàn)hm2以上，年產(chǎn)量數(shù)百萬(wàn)t，是通榆縣農(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)收入之一，但在栽培過(guò)程中經(jīng)常受到品種老化、旱害和病害的危害，影響了產(chǎn)量，降低了農(nóng)民收入。聚乙二醇（Poly-ethylene glycol，簡(jiǎn)稱(chēng)PEG）溶液培養(yǎng)，是生產(chǎn)中進(jìn)行植物滲透脅迫研究較理想的模擬干旱脅迫系統(tǒng)[4]，常被用于研究種子的萌發(fā)及幼苗的生長(zhǎng)情況[5-8]。籽用西瓜（Citrullus lanatus var. megalaspermus. Lin et Caho）別名“打瓜”，是葫蘆科西瓜屬西瓜種普通西瓜亞種的一個(gè)變種，其為一年生草本植物[9]，通常以種子作為主要產(chǎn)品器官，籽用西瓜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，有極高的藥用價(jià)值和保健功能[10]。筆者采用PEG-6000進(jìn)行滲透脅迫，模擬干旱環(huán)境，對(duì)4種籽用西瓜種子的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)情況進(jìn)行比較，并通過(guò)隸屬函數(shù)法比較不同品種的種子抗旱性，旨在為今后選育出適宜吉林省西部干旱地區(qū)栽培利用的籽用西瓜品種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種包括‘科奧紅大片（R12）、‘林籽一號(hào)（H17）、‘紅秀3號(hào)（R06），來(lái)源于甘肅華園西甜瓜開(kāi)發(fā)有限公司，‘黑豐一號(hào)（H28）來(lái)源于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)。

試驗(yàn)于2016年4月19日在吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。選擇成熟度好、籽粒飽滿(mǎn)且大小適中、無(wú)病蟲(chóng)害、均勻一致的4種籽用西瓜種子為材料。將供試種子浸泡在沸水中10 s左右，立即兌自來(lái)水一邊攪拌一邊降溫至35～40 ℃，放置6～10 h后將種子搓洗干凈，并用赤霉素浸泡處理25 min，再用蒸餾水將殘留在種子表面的赤霉素清洗干凈，用濾紙吸干備用。設(shè)置5個(gè)濃度梯度，分別為0、5%（w，后同）、10%、15%、20%，采用不同滲透勢(shì)的PEG-6000（聚乙二醇6000）溶液處理供試品種的種子進(jìn)行干旱脅迫條件下的種子脅迫萌發(fā)試驗(yàn)，其對(duì)應(yīng)的溶液水勢(shì)依次為0.00 MPa、-0.10 MPa、

-0.20 MPa、-0.40 MPa和-0.80 MPa。采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，并參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[11]確定30 ℃為籽用西瓜種子最適宜的萌發(fā)溫度。各處理均3次重復(fù)，每個(gè)處理、每份材料50粒種子。

將供試種子放置于浸透了的PEG溶液的濾紙上，分別加入等量5個(gè)不同滲透勢(shì)的PEG溶液，每天給濾紙加蒸餾水?dāng)?shù)滴，2次左右，以保證浸透濾紙并略有剩余為宜，并每2 d更換1次浸有同一濃度的PEG濾紙，減少水勢(shì)變動(dòng)。將種子均勻擺放在濾紙上，每個(gè)培養(yǎng)皿50粒，然后置于人工智能培養(yǎng)箱中恒溫發(fā)芽（晝夜溫度在28～30 ℃，黑暗發(fā)芽）。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

每天觀(guān)察記錄種子萌發(fā)情況，從種子置床之日起開(kāi)始計(jì)算發(fā)芽日數(shù)，當(dāng)有1枚種子的胚根露出2 mm時(shí)確定為發(fā)芽開(kāi)始日，然后每間隔12 h觀(guān)察統(tǒng)計(jì)1次發(fā)芽種子數(shù)。發(fā)芽勢(shì)是最早有1粒種子發(fā)芽開(kāi)始之日起的連續(xù)3 d發(fā)芽種子的百分?jǐn)?shù)。連續(xù)3 d不再有種子發(fā)芽作為發(fā)芽試驗(yàn)的結(jié)束。統(tǒng)計(jì)好每日的發(fā)芽數(shù)及總發(fā)芽數(shù)并計(jì)算好相應(yīng)指標(biāo)。發(fā)芽率（%）的計(jì)算用10 d內(nèi)處理種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100。發(fā)芽勢(shì)（%）的計(jì)算用4 d內(nèi)處理種子發(fā)芽數(shù)/供試種子×100?？购抵笖?shù)等于干旱脅迫下種子發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照種子發(fā)芽指數(shù)[12]。

1.3 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)法對(duì)4個(gè)籽用西瓜品種的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[13]，如果與抗旱性正相關(guān)的指標(biāo)可直接采用公式Zij = （Xij-Xijmin）/（Xjmax-Xjmin），負(fù)相關(guān)的則用1-Zij表示。式中：某個(gè)品種用i來(lái)表示;某項(xiàng)指標(biāo)用j表示;第i個(gè)品種第 j 項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值用Zij表示。第 i 個(gè)品種第j項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定值用Xij表示; Xjmin為所有品種第 j 項(xiàng)指標(biāo)的最小值; Xjmax為所有品種第 j 項(xiàng)指標(biāo)的最大值。根據(jù)函數(shù)值大小確定抗旱性強(qiáng)弱并排序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示，用Excel 2007作圖，用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用One-wayANOVA進(jìn)行單因素方差分析，同類(lèi)數(shù)據(jù)顯著性差異運(yùn)用Duncans檢驗(yàn)法進(jìn)行多重對(duì)比。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫下種子的發(fā)芽率

脅迫發(fā)芽率可直觀(guān)反應(yīng)種子的發(fā)芽能力，已成為衡量種子在PEG-6000模擬干旱脅迫下發(fā)芽能力的重要指標(biāo)。通過(guò)表1可以看出，在PEG模擬干旱脅迫下對(duì)4個(gè)籽用西瓜種子發(fā)芽率均存在一定的抑制作用，但不同品種對(duì)PEG脅迫的響應(yīng)程度存在差異性。在PEG濃度為5%～20%之間，滲透勢(shì)從-0.10 MPa變化到-0.80 MPa的過(guò)程中，與各自對(duì)照相比，不同籽用西瓜品種種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，‘林籽一號(hào)發(fā)芽率下降了43%，‘黑豐一號(hào)發(fā)芽率下降了61%，‘科奧紅大片發(fā)芽率下降了66%，‘紅秀3號(hào)發(fā)芽率下降了84%，其中‘紅秀3號(hào)在不同的滲透勢(shì)脅迫下受影響最大，表明‘紅秀3號(hào)的耐旱性能最差。當(dāng)PEG濃度在5%、滲透勢(shì)在0.10 MPa時(shí)，‘紅秀3號(hào)與其他3個(gè)品種的發(fā)芽勢(shì)基本一致;當(dāng)PEG濃度在15%、滲透勢(shì)下降到-0.40 MPa時(shí)，‘紅秀3號(hào)的發(fā)芽率急劇下降，發(fā)芽率僅為18%;當(dāng)PEG濃度為20%、滲透勢(shì)下降到-0.80 MPa時(shí)，發(fā)芽率勉強(qiáng)達(dá)到10%。4個(gè)籽用西瓜種子發(fā)芽率表現(xiàn)最好的是‘林籽一號(hào)，即便當(dāng)PEG濃度為20%、滲透勢(shì)下降到-0.80 MPa時(shí)，發(fā)芽率依然維持在43%，顯著高于其他3個(gè)籽用西瓜品種。由此可見(jiàn)，4個(gè)籽用西瓜品種在PEG脅迫下抗旱性在種子發(fā)芽率上由高到低的順序?yàn)椤肿岩惶?hào)>‘科奧紅大片>‘黑豐一號(hào)>‘紅秀3號(hào)。

2.2 PEG脅迫下種子的發(fā)芽勢(shì)

發(fā)芽勢(shì)反映的是種子的發(fā)芽速度，可以衡量種子的發(fā)芽能力。從表2可以看出，在PEG-6000模擬干旱脅迫下，4個(gè)籽用西瓜品種的發(fā)芽勢(shì)隨著PEG滲透勢(shì)的降低逐漸下降。在PEG濃度為5%、滲透勢(shì)為-0.10 MPa時(shí)，與各自的對(duì)照相比，‘林籽一號(hào)、‘黑豐一號(hào)、‘科奧紅大片和‘紅秀3號(hào)的發(fā)芽勢(shì)依次下降了31%、42%、43%和49%。隨著干旱程度的不斷加劇，與不同品種在-0.10 MPa時(shí)相比較，4個(gè)籽用西瓜品種的發(fā)芽勢(shì)依次下降了9%、19%、18%和24%。隨著干旱脅迫程度的不斷加強(qiáng)，‘林籽一號(hào)發(fā)芽勢(shì)的下降速度始終較其他3個(gè)品種緩慢，而且即使當(dāng)滲透壓到-0.40 MPa，下降趨勢(shì)依然緩慢，說(shuō)明在各個(gè)滲透勢(shì)的影響下，‘林籽一號(hào)均能表現(xiàn)出良好的發(fā)芽能力，說(shuō)明其耐旱性是最好的。

2.3 PEG脅迫下種子的發(fā)芽指數(shù)

從表3可以看出，在未受到PEG脅迫時(shí)，4個(gè)籽用西瓜種子幼苗的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著，依次是‘林籽一號(hào)（92.83）、‘紅秀3號(hào)（84.61）、‘科奧紅大片（97.38）和‘黑豐一號(hào)（102.32）。隨著PEG脅迫濃度的不斷增加，各品種種子的發(fā)芽數(shù)均出現(xiàn)不同程度的下降。品種間發(fā)芽指數(shù)的下降趨勢(shì)與前面種子發(fā)芽勢(shì)的下降趨勢(shì)基本一致。當(dāng)PEG濃度達(dá)到15%、滲透勢(shì)在-0.40 MPa時(shí)，‘紅秀3號(hào)與對(duì)照時(shí)相比，種子發(fā)芽數(shù)下降了67.4，高于其他3個(gè)品種。當(dāng)種子受到高濃度的PEG脅迫之后，品種間發(fā)芽指數(shù)的排序是‘林籽一號(hào)>‘黑豐一號(hào)>‘科奧紅大片>‘紅秀3號(hào)。

2.4 PEG脅迫下種子的單日發(fā)芽數(shù)

由圖1可以看出，在PEG干旱脅迫下，不同籽用西瓜品種種子的發(fā)芽高峰期隨PEG干旱脅迫程度的加重出現(xiàn)不同程度的向后推移，另外在發(fā)芽高峰期的發(fā)芽數(shù)也隨著PEG干旱脅迫強(qiáng)度的加強(qiáng)而逐漸減少。未受任何干旱脅迫的生長(zhǎng)條件下，只有‘科奧紅大片（R12）的發(fā)芽高峰期是在第1天，其他3個(gè)品種都在第2天，‘林籽一號(hào)（H17）和‘黑豐一號(hào)（H28）在第1天的種子發(fā)芽數(shù)平均在20粒左右，‘科奧紅大片（R12）的種子發(fā)芽數(shù)達(dá)到將近30粒。當(dāng)滲透勢(shì)下降到-0.10 MPa時(shí)，‘林籽一號(hào)（H17）、‘黑豐一號(hào)（H28）和‘科奧紅大片（R12）的種子發(fā)芽數(shù)依然保持在20粒左右。當(dāng)滲透勢(shì)下降到-0.40 MPa時(shí)，各品種的發(fā)芽數(shù)平均在10粒左右。當(dāng)滲透勢(shì)下降到-0.80 MPa最大脅迫濃度時(shí)，所有品種的種子均不具備單日發(fā)芽數(shù)5粒以上的水平。

2.5 PEG脅迫下4個(gè)籽用西瓜種子的抗旱指數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，抗旱指數(shù)與物種的抗旱性成正比，即抗旱指數(shù)越大，抗旱性越好。由圖-2可以看出，4個(gè)籽用西瓜品種的抗旱指數(shù)隨著滲透勢(shì)的不斷加強(qiáng)，均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)滲透勢(shì)在-0.10 MPa時(shí)，4個(gè)籽用西瓜品種的抗旱指數(shù)范圍在0.8～1.0之間，滲透勢(shì)在-0.20 MPa時(shí)，‘林籽一號(hào)（H17）的抗旱指數(shù)最高，其他3個(gè)品種平均也在0.6以上;當(dāng)滲透勢(shì)在-0.40 MPa時(shí)，‘林籽一號(hào)抗旱指數(shù)的下降速度最快;當(dāng)滲透勢(shì)在-0.80 MPa時(shí)，只有‘林籽一號(hào)（H17）的抗旱指數(shù)維持在0.2以上，其他3個(gè)籽用西瓜種子的抗旱指數(shù)幾乎為0。

2.6 不同籽用西瓜種子抗旱性綜合評(píng)價(jià)

利用隸屬函數(shù)法對(duì)4種籽用西瓜種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和抗旱指數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，詳見(jiàn)表4。最后根據(jù)隸屬函數(shù)平均值進(jìn)行排序，4種籽用西瓜種子萌發(fā)期抗旱性由強(qiáng)到弱的順序依次是‘林籽一號(hào)（H17）>‘黑豐一號(hào)（H28）>‘科奧紅大片（R12）>‘紅秀3號(hào)（R06）。

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)是植物生活史的重要環(huán)節(jié)，而干旱脅迫是影響種子萌發(fā)的主要因素。植物葉片在干旱、低溫等逆境脅迫下的表現(xiàn)可以直接反映出植物的抗逆水平[14]。利用PEG-6000模擬干旱脅迫來(lái)鑒定植物的抗旱性已成為一種普遍且可靠的方法[15]。本研究結(jié)果顯示，在不同濃度PEG-6000脅迫處理下，4個(gè)籽用西瓜種子在萌發(fā)過(guò)程中的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)等均隨著PEG濃度的的不斷加強(qiáng)呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明干旱抑制了籽用西瓜種子的萌發(fā)。發(fā)芽階段的耐旱狀況在某種程度上可以反映出該植物的耐旱性強(qiáng)弱[16]。不同脅迫濃度和不同滲透勢(shì)對(duì)種子萌發(fā)有一定的抑制作用，在滲透勢(shì)為-0.20 MPa時(shí)，對(duì)種子的抑制作用不明顯，幾個(gè)品種平均的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)受影響不大。濃度越大，受抑制程度越大，這與相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果一致[17-18]。薛盼盼[19]研究4種酸棗種子萌發(fā)及活力的影響，結(jié)果表明，其發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等均呈下降趨勢(shì)。吳發(fā)明等[20]對(duì)3種黨參種子萌發(fā)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，高濃度的PEG-6000脅迫使發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)。4個(gè)籽用西瓜種子發(fā)芽率表現(xiàn)最好的是‘林籽一號(hào)，即便當(dāng)PEG濃度為20%、滲透勢(shì)下降到-0.80 MPa時(shí)，發(fā)芽率依然維持在43%，顯著高于其他3個(gè)籽用西瓜品種，表現(xiàn)出了較好的耐旱能力。

隸屬函數(shù)法是在多個(gè)指標(biāo)測(cè)定基礎(chǔ)上對(duì)植物抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的有效方法[21]，本研究綜合發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、抗旱指數(shù)這4個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)定，得出不同品種在PEG脅迫下種子萌發(fā)的抗旱性順序?yàn)椤肿岩惶?hào)>‘黑豐一號(hào)>‘科奧紅大片>‘紅秀3號(hào)。本研究結(jié)果為進(jìn)一步研究籽用西瓜萌發(fā)期抗旱性提供了一定的理論基礎(chǔ)，也為將來(lái)后續(xù)的籽用西瓜深入研究和品種育種工作打下了基礎(chǔ)。

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