干旱脅迫對(duì)遼寧省主栽玉米種子萌發(fā)的影響

宮亞南　張少斌　王新博　洪日

摘要：以遼寧省主栽的9個(gè)玉米品種為試驗(yàn)材料，以聚乙二醇6000模擬干旱脅迫，研究干旱脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響。結(jié)果表明：在20% PEG時(shí)，東單339、鄭單958的發(fā)芽率較高，分別為100%和98%，長(zhǎng)玉1與丹玉99較低，為52%和60%。不同品種發(fā)芽勢(shì)的結(jié)果與發(fā)芽率相似。抗旱萌發(fā)指數(shù)以東單339和鄭單958較高，長(zhǎng)玉1和丹玉99較低。干旱脅迫對(duì)貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)的傷害率均以東單339和鄭單958較低，長(zhǎng)玉1與丹玉99較高。由此可見(jiàn)，東單339和鄭單958種子萌發(fā)期抗旱性較強(qiáng)，而長(zhǎng)玉1和丹玉99則對(duì)干旱較為敏感，本研究為干旱地區(qū)種植玉米奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：玉米;干旱脅迫;種子萌發(fā);遼寧省;傷害率

中圖分類(lèi)號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）19-0080-04

收稿日期：2018-07-17

基金項(xiàng)目：遼寧省自然科學(xué)基金（編號(hào)：2013020072）。

作者簡(jiǎn)介：宮亞南（1994—），女，黑龍江大興安嶺人，碩士研究生，主要從事植物生化與分子生物學(xué)研究。E-mail：617995755@qq.com。

通信作者：張少斌，博士，副教授，主要從事植物生化與分子生物學(xué)研究。E-mail：zsb010024@163.com。

玉米在中國(guó)的種植歷史已有470多年，播種面積在0.2億hm2左右，僅次于稻、麥，在糧食作物中位居第3位。中國(guó)屬于世界上相對(duì)干旱的國(guó)家之一，干旱和半干旱的土地面積占了總面積的47%，而且隨著全球溫室效應(yīng)的加劇和氣候變化，干旱耕地面積增加，玉米不僅需水量很大，而且對(duì)水分脅迫敏感。因此，為節(jié)省水資源、提高水分利用率和產(chǎn)量是各個(gè)國(guó)家所關(guān)心的重要課題。對(duì)玉米進(jìn)行抗旱性鑒定，選擇適合在干旱地區(qū)的品種，對(duì)節(jié)約水資源、增加玉米產(chǎn)量具有重要意義[1]。

聚乙二醇作為一種滲透調(diào)節(jié)劑，其水溶液可作為理想的高滲溶液模擬田間干旱條件[2]，本研究利用不同濃度的聚乙二醇6000（PEG-6000）來(lái)模擬輕度、中度和重度干旱脅迫[3]，進(jìn)而對(duì)不同玉米品種在干旱脅迫下的萌發(fā)特性進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在篩選出適合遼寧干旱地區(qū)種植的品種，為提高玉米產(chǎn)量以及抗旱育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)時(shí)間為2018年，試驗(yàn)地點(diǎn)為沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)研究室與培養(yǎng)室。試驗(yàn)選用9種玉米品種，分別為東單339、農(nóng)科玉368、長(zhǎng)玉1、遼單33、元玉66、丹玉99、鄭單958、公主719、遼源1號(hào)，所有的玉米品種都是來(lái)自沈陽(yáng)種子批發(fā)商場(chǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

挑選顆粒圓潤(rùn)、大小一致的玉米種子，用1%次氯酸鈉溶液進(jìn)行浸泡消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗3遍，而后在蒸餾水中浸泡12 h[4]。將50粒種子均勻的放在墊有3層紗布的培養(yǎng)基中。本試驗(yàn)將PEG-6000溶液設(shè)置為3個(gè)濃度，分別為15% PEG（輕度脅迫）、20% PEG（中度脅迫）和25% PEG（重度脅迫），對(duì)照組加入蒸餾水，將所有處理置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)[5]。每天觀察統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)情況，第4天計(jì)算種子發(fā)芽勢(shì)，第7天計(jì)算發(fā)芽率，第8天切下胚根和胚芽，測(cè)量其長(zhǎng)度后烘干并稱(chēng)干質(zhì)量。最后采用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)玉米種子發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率的影響

發(fā)芽勢(shì)是判斷種子發(fā)芽整齊與快慢的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。由表1可見(jiàn)，隨著PEG濃度的升高，玉米種子的發(fā)芽勢(shì)降低，PEG濃度在15%時(shí)，長(zhǎng)玉1與丹玉99已降至60%及以下，說(shuō)明輕度干旱脅迫對(duì)其影響很大。PEG濃度為20%時(shí)大部分品種都保持在70%以上，而長(zhǎng)玉1與丹玉99則較低。PEG濃度為25%時(shí)，東單339、農(nóng)科玉368和鄭單958芽勢(shì)較高，長(zhǎng)玉1為24%，丹玉99為0[6]。

從表2可見(jiàn)，水分脅迫對(duì)玉米的的發(fā)芽率有一定的影響。PEG濃度為15%時(shí)，大部分品種影響不大，只有遼源1號(hào)、長(zhǎng)玉1和丹玉99發(fā)芽率較低。20%時(shí)東單339、農(nóng)玉368和鄭單958發(fā)芽率在98%以上，丹玉99發(fā)芽率已經(jīng)降至32%。25%時(shí)東單339、農(nóng)玉368和鄭單958依舊在90%以上，而長(zhǎng)玉1與丹玉99發(fā)芽率較低，說(shuō)明東單339、農(nóng)玉368和鄭單958耐旱性強(qiáng)，長(zhǎng)玉1和丹玉99為干旱敏感型。

2.2 水分脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)指數(shù)和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

由表3可見(jiàn)，在濃度為15%時(shí)各品種間的萌發(fā)抗旱指數(shù)相差不大，大部分都在0.9以上，只有長(zhǎng)玉1、遼源1號(hào)和丹玉99為 0.85、0.81和0.7。隨著PEG濃度的增加，玉米種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)不斷下降，但幾乎都保持在0.7以上，只有長(zhǎng)玉1、遼源1號(hào)與丹玉99在0.7以下。東單339與鄭單958一直保持在0.9以上[7]。

如表4所示，隨著PEG濃度的升高，貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率不斷下降而傷害率不斷上升。在不同水分脅迫下，東單339與鄭單958的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率較高，傷害率較小;長(zhǎng)玉1與丹玉99的貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率較低，傷害率較高。說(shuō)明東單339與鄭單958為耐旱型，長(zhǎng)玉1與丹玉99為干旱敏感型[8]。

2.3 水分脅迫對(duì)玉米種子胚芽與胚根生長(zhǎng)的影響

由表5可見(jiàn)，隨著PEG濃度的升高，各品種的胚芽長(zhǎng)都逐漸減小，傷害率增加。在PEG濃度為15%時(shí)，所有品種傷害率均在60%內(nèi)。當(dāng)濃度為20%和25%時(shí)，大多數(shù)品種的胚芽長(zhǎng)都小于1 cm，傷害率均在63%以?xún)?nèi)，其中丹玉99傷害率為100%。東單339與鄭單958傷害率較小。

如表6所示，隨著水分脅迫的加劇，所有品種的胚根長(zhǎng)都減小，傷害率增高。其中，東單339與鄭單958的傷害率和胚根長(zhǎng)變化較小，在重度脅迫時(shí)傷害率在50%左右。而長(zhǎng)玉1與丹玉99胚根長(zhǎng)與傷害率較大，在輕度脅迫時(shí)傷害率已達(dá)到50%左右。說(shuō)明東單339與鄭單958為耐旱型，長(zhǎng)玉1與丹玉99為干旱敏感型。

2.4 不同PEG濃度下玉米種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等相關(guān)性分析

由表7可見(jiàn)，玉米在不同PEG濃度下發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)，與胚根長(zhǎng)呈較弱正相關(guān)，其余為較強(qiáng)正相關(guān)。發(fā)芽率與胚根長(zhǎng)呈較弱正相關(guān)，其余呈較強(qiáng)正相關(guān)。萌發(fā)指數(shù)與貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、胚芽長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，與胚根長(zhǎng)呈中等正相關(guān)。貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率與胚芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與胚根長(zhǎng)呈中等正相關(guān)。胚芽長(zhǎng)與胚根長(zhǎng)呈中等正相關(guān)，說(shuō)明玉米種子的各個(gè)特性都有一定的相關(guān)性，且都為正相關(guān)[9]。

3 結(jié)論與討論

玉米是需水量極大的作物，干旱脅迫會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)和發(fā)育造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中，水分脅迫對(duì)玉米種子的萌發(fā)特性和其不同時(shí)期的生長(zhǎng)發(fā)育都有較大影響，為保證玉米在干旱下生長(zhǎng)良好，最有效的方法是篩選出耐旱性強(qiáng)的玉米品種[10]。用不同濃度PEG來(lái)模擬脅迫干旱，能夠很真實(shí)地還原田間干旱的條件，方法簡(jiǎn)便且數(shù)據(jù)真實(shí)性高。眾多研究表明，干旱脅迫后玉米幼苗的葉片含水量下降，導(dǎo)電率則增加，而脯氨酸、ABA等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量也會(huì)明顯增加以調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透平衡，并且這些物質(zhì)會(huì)隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。當(dāng)脅迫到一定程度時(shí)，幼苗本身的保護(hù)系統(tǒng)會(huì)受到破壞，一些有毒物質(zhì)如丙二醛等積累，進(jìn)而影響玉米幼苗的正常發(fā)育。和玉米幼苗一樣，玉米種子在干旱脅迫下，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等指標(biāo)也會(huì)受到一定影響[11]。

本試驗(yàn)利用不同濃度的PEG來(lái)模擬不同程度的干旱脅迫，研究其種子在干旱脅迫下的萌發(fā)特性[12-15]。結(jié)果顯示，在PEG濃度為15%時(shí)對(duì)玉米種子無(wú)影響或影響較小，隨著PEG濃度的升高，各個(gè)玉米品種的各項(xiàng)萌發(fā)特性指標(biāo)產(chǎn)生了變化。各個(gè)品種間表現(xiàn)出很大的差異，抗旱性強(qiáng)的品種相對(duì)于對(duì)照組變化較小，干旱敏感型品種相對(duì)于對(duì)照組變化較大，筆者對(duì)于每個(gè)萌發(fā)特性都作了差異性比較。本試驗(yàn)初步篩選出抗旱性強(qiáng)的品種東單339和鄭單958，干旱敏感型品種長(zhǎng)玉1號(hào)和丹玉1號(hào)[16-17]。本研究還對(duì)不同PEG濃度下的玉米種子的各個(gè)萌發(fā)特性作了相關(guān)型分析，發(fā)現(xiàn)每個(gè)特性之間均存在正相關(guān)關(guān)系，其中發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)，發(fā)芽指數(shù)與貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、胚芽長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率與胚芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，結(jié)果表明玉米種子的各個(gè)特性都有一定的相關(guān)性，且都為正相關(guān)[18-20]。

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