大豆種質資源芽期抗旱性鑒定

王利彬，劉麗君，裴宇峰，董守坤，孫聰姝，祖 偉，阮英慧

（1.東北農業大學農學院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農墾科研育種中心，哈爾濱 150036）

大豆是對缺水表現最敏感的一種豆類作物[1-3]。在我國干旱半干旱地區，大豆芽期干旱是影響大豆出苗率的重要原因，黑龍江省發生春旱的頻率高達70%，是全國春旱發生頻率最高的地區之一，因此對黑龍江地區主要大豆種質資源進行芽期抗旱性綜合評價與鑒定，篩選出抗旱性強的品種用于實際生產是發展黑龍江旱區大豆生產的重要戰略措施[4-6]。

目前，多數研究者選用聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）作為植物抗旱性選擇劑或水分脅迫劑[7-9]，這是因為聚乙二醇是一種親水性很強的大分子有機物，溶于水后能產生強大的滲透壓，可配制成預定的不同梯度的水勢溶液，以模擬土壤的自然水分脅迫狀況。常用的PEG脅迫試劑種類有PEG-2000、6000和8000，其中以PEG-6000的研究報道最多[10]。研究表明，在高滲溶液法鑒定種子芽期抗旱性中，選用-0.50 MPa的PEG-6000的效果為好[11]，且在相同水勢下PEG-6000對植物水分生理產生的影響和土壤干旱相似[12]。

本試驗通過采用PEG-6000處理模擬水分脅迫，測定了大豆的發芽勢、發芽率、胚根長及下胚軸長，對大豆種質資源進行耐旱性綜合評價，以期篩選出一批芽期抗旱性強的品種，為抗旱性品種選育和抗旱性機理研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種共計91份（見表1）。

表1 供試品種Table 1 Cultivars tested

1.2 試驗設計

試驗采用PEG-6000作為滲透介質，共兩個部分：

Ⅰ：將種子分別于不同濃度PEG-6000溶液處理下進行發芽試驗，其濃度梯度分別為：10%、15%、20%、25%和30%，與之對應的水勢分別約為：-0.20、-0.40、-0.60、-0.86和-0.12 MPa，以蒸餾水作為對照。

Ⅱ：將種子于15%PEG-6000溶液處理下進行發芽試驗，其濃度由Ⅰ綜合評價得出。

1.3 試驗方法

將大豆種子用0.1%KMnO4溶液浸泡消毒10 min，用蒸餾水沖洗3～4次，陰干后播于發芽盆中（上口直徑13 cm，下底直徑10 cm，高10 cm），發芽盆中裝有經浸泡、多次清水沖洗并烘干的細沙，每盆均勻擺放20粒種子，細沙總量1.3 kg，設5次重復。將發芽盆置于人工氣候箱中，在20℃、10 h，25℃、14 h變溫無光的條件下發芽，首次澆灌300 mL PEG-6000溶液，隔日補充50 mL相應濃度PEG-6000溶液，以保持滲透勢不變。以芽長大于等于大豆種子本身的長度為發芽標準，第3天統計發芽勢，第7天統計發芽率，并測量胚根長和下胚軸長。

1.4 計算公式

發芽勢（Germination energy，GE）=第3天發芽種子數/供試種子數；

相對發芽勢（Relative germination energy，RGE，%）=（處理發芽勢/對照發芽勢）×100%；

發芽率（Germination rate，GR）=第7天發芽種子數/供試種子數；

相對發芽率（Relative germination rate，RGR，%）=（處理發芽率/對照發芽率）×100%；相對胚根長(Relative radicle length，RRL，%）=（處理胚根長/對照胚根長）×100%；

相對下胚軸長（Relative hypocotyls length，RHL，%）=（處理下胚軸長/對照下胚軸長）×100%；

胚根/下胚軸指數（Index of RRL/RHL）=相對胚根長/相對下胚軸長。

1.5 抗旱綜合評價方法

利用模糊數學中求隸屬函數值（Membership value，MV）的方法對91份大豆進行綜合評價[13-14]。其公式如下：

式中，Fij為某品種某一指標的測定值，Fjmax為該指標中的最大值，Fjmin為該指標中的最小值。為品種j性狀的隸屬值。為i品種的總隸屬函數值（Total membership value，TMV），n為測定指標數。根據相對發芽勢、相對發芽率、相對胚根長和胚根/下胚軸指數四個指標的總隸屬值的大小，依下列標準分耐旱級別（Drought resistance level，DRL）：

1級-耐旱型，隸屬函數值在0.8以上；

2級-較耐旱型，隸屬函數值在0.6～0.8之間；

3級-中間型，隸屬函數值在0.4～0.6之間；

4級-干旱較敏感型，隸屬函數值在0.2～0.4之間；

5級-干旱敏感型，隸屬函數值在0.2以下。

1.6 試驗數據處理及分析方法

采用Excel 2003和SPSS17.0統計分析軟件進行數據統計及分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度PEG處理對種子芽期的影響

結果見表2。

表2 不同PEG濃度處理對大豆種子芽期的影響Table 2 Effect of different PEG concentrations on soybean seeds at bud stage

由表2可知，當PEG濃度為10%、15%時，種子發芽；當PEG濃度為20%、25%、30%時，種子不發芽，這說明在水勢0～-0.40 MPa范圍內大豆種子具有發芽能力，當水勢小于-0.40 MPa時種子受到嚴重干旱，生長受到嚴重抑制而不發芽。各品種在不同程度水分脅迫下發芽勢和發芽率隨水勢的降低而降低，10%PEG處理與對照相比均表現為差異不顯著，而15%PEG處理則均表現為差異顯著（相關系數分別為r=0.897**、r=0.862**）。當PEG濃度升高到10%（-0.20 MPa）時，綏農26、黑農57、東農53的發芽勢和發芽率與對照相比分別下降7.14%、4.71%；2.11%、2.00%；5.41%、5.75%；濃度升高到15%（-0.40 MPa）時，分別下降78.57%、65.88%；41.05%、35.00%；52.70%、44.83%。由此可知，水分脅迫對種子發芽勢的影響大于發芽率，說明水分脅迫對種子萌發初期影響更大。15%PEG下發芽勢和發芽率下降幅度明顯大于10%PEG，說明大豆種子能夠忍耐較輕的水分脅迫。

種子發芽后胚根和胚軸伸長的速度受干旱脅迫吸水能力的制約[15]，并且在低滲溶液（蒸餾水）中有利于大豆下胚軸的生長而不利于胚根生長，在滲透脅迫環境中則相反[16]。由表2可知，隨水勢的下降，大豆種子的胚根長及下胚軸長均呈下降趨勢，且在不同濃度PEG處理下均差異顯著，以綏農26下降幅度最大，黑農57最小。但隨著PEG濃度的增大，胚根長/下胚軸長和胚根/下胚軸指數呈增大趨勢（綏農26除外），且10%PEG處理胚根/下胚軸指數與15%PEG處理差異顯著，表明芽期耐旱性強的品種在水分脅迫下能夠相對加快胚根伸長速度，以抵御不利環境的影響。

15%PEG處理各性狀均比10%PEG處理下降明顯且差異顯著，可見15%PEG對大豆品種芽期各指標影響明顯。

2.2 不同大豆品種芽期耐旱性綜合評價分析

2.2.1 相對發芽勢

種子發芽勢用來表示種子在干旱脅迫條件下的萌發能力，相對發芽勢越大，說明種子的萌發能力越強，發芽越整齊[17]。由表3可知，在PEG處理下，各品種相對發芽勢均下降。相對發芽勢最大為0.84，最小為0，其中相對發芽勢大于0.50的品種有：黑農35、黑農37、黑農38、黑農42、黑農43、黑農44、黑農45、黑農49、黑農57、合豐29、合豐34、合豐42、合豐47、合豐50、合豐51、合豐56、綏農4、綏農17、綏農24、綏農30、墾農20、墾農30、墾農31和墾豐12，且上述品種總隸屬值也均較高。相對發芽勢隸屬值與總隸屬值的相關系數為0.822**。

表3 大豆芽期抗旱指標隸屬值及抗旱性綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of drought-tolerant index membership value and drought resistance of soybean seeds at bud stage

續 表

續 表

2.2.2 相對發芽率

干旱脅迫下，抗旱型的大豆品種能保持較高的發芽能力，且具有較高的相對發芽率，而非抗旱品種則不然[18]。由表3可知，各品種在PEG處理均比對照低，最大為0.96，最小為0.12，其中相對值大于0.80的品種有：黑農37、黑農42、黑農45、黑農44、黑農49、黑農57、合豐34、合豐42、合豐47、合豐50、合豐51、綏農4、綏農17、綏農30、墾豐12、墾農20、墾農30和綏無腥小豆1號。相對發芽率隸屬值與總隸屬值的相關系數為0.880**。

2.2.3 胚根長及胚根/下胚軸指數

不同抗旱類型大豆胚根伸長速度，是鑒定抗旱力的一項重要的形態指標，并且下胚軸的生長速度快，在半干旱或干旱地區尤為重要，是大豆種子萌芽對干旱適應的重要適旱特征[4]。以胚根/下胚軸指數大于1.5為抗旱型品種的鑒定標準，篩選出的抗旱品種有：黑農35、黑農37、黑農38、黑農41、黑農42、黑農43、黑農44、黑農45、黑農57、合豐42、合豐47、合豐50、合豐51、合豐56、綏農4、綏農17、綏農30、墾農31和墾豐5，相對胚根長和隸屬值胚根/下胚軸隸屬值與總隸屬值的相關系數分別為0.870**、0.874**。

2.2.4 基于四項指標的綜合評價

以相對發芽勢、相對發芽率、相對胚根長和胚根/下胚軸指數四個指標得出的總隸屬值大小進行分耐旱級別劃分，可得1級（耐旱型）品種6份；2級（較耐旱型）品種12份；3級（中間型）品種25份；4級（干旱較敏感型）品種40份；5級（干旱敏感型）品種8份。

3 討 論

3.1 PEG處理對種子發芽指標的評價

在水分脅迫下，大豆種子的發芽勢及發芽率的下降已被多次證實，但有研究學者發現發芽勢高的品種不一定發芽率高，而不能作為抗旱性鑒定指標，同時指出只有發芽勢和發芽率均高才能作為一項抗旱性鑒定的指標[18]。從本研究結果看，發芽勢高的品種其發芽率也高，而且二者的隸屬值與總隸屬值的相關程度較高（r=0.822**、r=0.880**），因此，可以用發芽勢和發芽率大小作為大豆種子芽期抗旱性鑒定指標之一，但能否作為大豆苗期乃至全生育期的抗旱性鑒定指標還有待進一步研究。

胚根長大小與抗旱性關系密切，抗旱型品種的胚根長大于其他類型的品種[19]。在土壤比較干旱的條件下，抗旱性強的品種發芽迅速，胚根的生長速度快，發根能力強，能很快形成幼苗根系，主根下扎深度大于其他品種[20]。本試驗結果表明，抗旱性強的品種，在PEG處理下對胚根的伸長的抑制明顯小于下胚軸，而且胚根/下胚軸指數較高，這樣種子可以迅速奪取土壤表層水分，并向下生長，以避免芽枯。因此，胚根和下胚軸的生長狀況可作為評價大豆芽期抗旱性的生理指標。

3.2 大豆芽期抗旱性綜合評價

作物抗旱性是一個受多種因素影響的復雜的數量性狀，每個與抗旱性有關的性狀對大豆的抗旱性都起作用，因此，利用單一性狀指標鑒定大豆的抗旱性局限性很大，難以全面準確的反映抗旱性強弱，必須結合多種指標進行綜合評價[21-22]。本研究選用與大豆芽期抗旱性密切相關的相對發芽勢、相對發芽率、相對胚根長及胚根/下胚軸長指數四個性狀指標進行綜合評價鑒定更具有可靠性，能否用于全部作物中還有待于進一步研究，并且種子芽期的其他指標，如發芽速度、種子吸水率等能否作為抗旱指標同樣需要進一步驗證。

4 結論

本試驗結果表明，15%PEG-6000對大豆品種芽期抗旱性指標影響明顯。在此濃度下，基于對相對發芽勢、相對發芽率、相對胚根長及胚根/下胚軸指數測定得出的總隸屬函數值為指標，對黑龍江省91份大豆種質資源進行綜合評價分析，篩選出耐旱型品種6份，較耐旱型品種12份，中間型品種25份，干旱較敏感型品種40份，干旱敏感型品種8份。

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