PEG模擬干旱脅迫對4種籽用西瓜種子萌發的影響

李穎慧 李亞東

摘? ? 要：為篩選出適合在吉林省西部地區種植的籽用西瓜品種，以‘林籽一號（H17）、‘紅秀3號（R06）、‘科奧紅大片（R12）和‘黑豐一號（H28）4種籽用西瓜品種為試驗材料，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個品種的種子萌發和幼苗生長情況，并利用隸屬函數法對耐旱性進行綜合評價。結果表明，隨著PEG濃度的不斷加重，各品種種子的發芽數均出現下降。當滲透勢達到-0.80 MPa最大脅迫濃度時，所有品種均不具備單日發芽數5粒以上的水平。根據隸屬函數法，4種籽用西瓜種子萌發強弱順序為‘林籽一號>‘黑豐一號>‘科奧紅大片>‘紅秀3號。

關鍵詞：籽用西瓜;PEG-6000;種子萌發;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發育和產量的主要非生物脅迫因子之一[1]。因干旱所造成的減產已成為我國部分西部干旱和半干旱地區經濟作物生產和糧食作物生產的主要障礙之一[2]。統計資料顯示，世界上干旱、半干旱地區占到土地面積的36%，其他生態區也難以預測的受到未知干旱的影響，全球性干旱導致的減產已超越其他因素造成減產的總和[3]。吉林省西部干旱、半干旱地區，屬溫帶大陸性季風氣候帶，自然條件非常適合籽用西瓜的栽培和生長，具有得天獨厚的地域優勢。其中通榆縣籽用西瓜種植歷史達到百年以上，年平均種植面積在4.6萬hm2以上，年產量數百萬t，是通榆縣農民的主要經濟收入之一，但在栽培過程中經常受到品種老化、旱害和病害的危害，影響了產量，降低了農民收入。聚乙二醇（Poly-ethylene glycol，簡稱PEG）溶液培養，是生產中進行植物滲透脅迫研究較理想的模擬干旱脅迫系統[4]，常被用于研究種子的萌發及幼苗的生長情況[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變種，其為一年生草本植物[9]，通常以種子作為主要產品器官，籽用西瓜營養價值豐富，有極高的藥用價值和保健功能[10]。筆者采用PEG-6000進行滲透脅迫，模擬干旱環境，對4種籽用西瓜種子的萌發及幼苗生長情況進行比較，并通過隸屬函數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（H17）、‘紅秀3號（R06），來源于甘肅華園西甜瓜開發有限公司，‘黑豐一號（H28）來源于內蒙古農業大學。

試驗于2016年4月19日在吉林省白城市農業科學院生物實驗室進行。選擇成熟度好、籽粒飽滿且大小適中、無病蟲害、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。設置5個濃度梯度，分別為0、5%（w，后同）、10%、15%、20%，采用不同滲透勢的PEG-6000（聚乙二醇6000）溶液處理供試品種的種子進行干旱脅迫條件下的種子脅迫萌發試驗，其對應的溶液水勢依次為0.00 MPa、-0.10 MPa、

-0.20 MPa、-0.40 MPa和-0.80 MPa。采用培養皿紙上發芽法，并參照《國際種子檢驗規程》[11]確定30 ℃為籽用西瓜種子最適宜的萌發溫度。各處理均3次重復，每個處理、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個不同滲透勢的PEG溶液，每天給濾紙加蒸餾水數滴，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，減少水勢變動。將種子均勻擺放在濾紙上，每個培養皿50粒，然后置于人工智能培養箱中恒溫發芽（晝夜溫度在28～30 ℃，黑暗發芽）。

1.2 測定指標及方法

每天觀察記錄種子萌發情況，從種子置床之日起開始計算發芽日數，當有1枚種子的胚根露出2 mm時確定為發芽開始日，然后每間隔12 h觀察統計1次發芽種子數。發芽勢是最早有1粒種子發芽開始之日起的連續3 d發芽種子的百分數。連續3 d不再有種子發芽作為發芽試驗的結束。統計好每日的發芽數及總發芽數并計算好相應指標。發芽率（%）的計算用10 d內處理種子發芽數/供試種子數×100。發芽勢（%）的計算用4 d內處理種子發芽數/供試種子×100。抗旱指數等于干旱脅迫下種子發芽指數/對照種子發芽指數[12]。

1.3 抗旱性綜合評價

采用隸屬函數法對4個籽用西瓜品種的抗旱性進行綜合評價[13]，如果與抗旱性正相關的指標可直接采用公式Zij = （Xij-Xijmin）/（Xjmax-Xjmin），負相關的則用1-Zij表示。式中：某個品種用i來表示;某項指標用j表示;第i個品種第 j 項指標的隸屬函數值用Zij表示。第 i 個品種第j項指標的測定值用Xij表示; Xjmin為所有品種第 j 項指標的最小值; Xjmax為所有品種第 j 項指標的最大值。根據函數值大小確定抗旱性強弱并排序。

1.4 數據分析

試驗數據用平均值±標準差形式表示，用Excel 2007作圖，用SPSS 17.0統計軟件對所得數據進行統計分析。用One-wayANOVA進行單因素方差分析，同類數據顯著性差異運用Duncans檢驗法進行多重對比。

2 結果與分析

2.1 PEG脅迫下種子的發芽率

脅迫發芽率可直觀反應種子的發芽能力，已成為衡量種子在PEG-6000模擬干旱脅迫下發芽能力的重要指標。通過表1可以看出，在PEG模擬干旱脅迫下對4個籽用西瓜種子發芽率均存在一定的抑制作用，但不同品種對PEG脅迫的響應程度存在差異性。在PEG濃度為5%～20%之間，滲透勢從-0.10 MPa變化到-0.80 MPa的過程中，與各自對照相比，不同籽用西瓜品種種子的發芽率呈現降低趨勢，‘林籽一號發芽率下降了43%，‘黑豐一號發芽率下降了61%，‘科奧紅大片發芽率下降了66%，‘紅秀3號發芽率下降了84%，其中‘紅秀3號在不同的滲透勢脅迫下受影響最大，表明‘紅秀3號的耐旱性能最差。當PEG濃度在5%、滲透勢在0.10 MPa時，‘紅秀3號與其他3個品種的發芽勢基本一致;當PEG濃度在15%、滲透勢下降到-0.40 MPa時，‘紅秀3號的發芽率急劇下降，發芽率僅為18%;當PEG濃度為20%、滲透勢下降到-0.80 MPa時，發芽率勉強達到10%。4個籽用西瓜種子發芽率表現最好的是‘林籽一號，即便當PEG濃度為20%、滲透勢下降到-0.80 MPa時，發芽率依然維持在43%，顯著高于其他3個籽用西瓜品種。由此可見，4個籽用西瓜品種在PEG脅迫下抗旱性在種子發芽率上由高到低的順序為‘林籽一號>‘科奧紅大片>‘黑豐一號>‘紅秀3號。

2.2 PEG脅迫下種子的發芽勢

發芽勢反映的是種子的發芽速度，可以衡量種子的發芽能力。從表2可以看出，在PEG-6000模擬干旱脅迫下，4個籽用西瓜品種的發芽勢隨著PEG滲透勢的降低逐漸下降。在PEG濃度為5%、滲透勢為-0.10 MPa時，與各自的對照相比，‘林籽一號、‘黑豐一號、‘科奧紅大片和‘紅秀3號的發芽勢依次下降了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時相比較，4個籽用西瓜品種的發芽勢依次下降了9%、19%、18%和24%。隨著干旱脅迫程度的不斷加強，‘林籽一號發芽勢的下降速度始終較其他3個品種緩慢，而且即使當滲透壓到-0.40 MPa，下降趨勢依然緩慢，說明在各個滲透勢的影響下，‘林籽一號均能表現出良好的發芽能力，說明其耐旱性是最好的。

2.3 PEG脅迫下種子的發芽指數

從表3可以看出，在未受到PEG脅迫時，4個籽用西瓜種子幼苗的發芽指數差異不顯著，依次是‘林籽一號（92.83）、‘紅秀3號（84.61）、‘科奧紅大片（97.38）和‘黑豐一號（102.32）。隨著PEG脅迫濃度的不斷增加，各品種種子的發芽數均出現不同程度的下降。品種間發芽指數的下降趨勢與前面種子發芽勢的下降趨勢基本一致。當PEG濃度達到15%、滲透勢在-0.40 MPa時，‘紅秀3號與對照時相比，種子發芽數下降了67.4，高于其他3個品種。當種子受到高濃度的PEG脅迫之后，品種間發芽指數的排序是‘林籽一號>‘黑豐一號>‘科奧紅大片>‘紅秀3號。

2.4 PEG脅迫下種子的單日發芽數

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芽高峰期隨PEG干旱脅迫程度的加重出現不同程度的向后推移，另外在發芽高峰期的發芽數也隨著PEG干旱脅迫強度的加強而逐漸減少。未受任何干旱脅迫的生長條件下，只有‘科奧紅大片（R12）的發芽高峰期是在第1天，其他3個品種都在第2天，‘林籽一號（H17）和‘黑豐一號（H28）在第1天的種子發芽數平均在20粒左右，‘科奧紅大片（R12）的種子發芽數達到將近30粒。當滲透勢下降到-0.10 MPa時，‘林籽一號（H17）、‘黑豐一號（H28）和‘科奧紅大片（R12）的種子發芽數依然保持在20粒左右。當滲透勢下降到-0.40 MPa時，各品種的發芽數平均在10粒左右。當滲透勢下降到-0.80 MPa最大脅迫濃度時，所有品種的種子均不具備單日發芽數5粒以上的水平。

2.5 PEG脅迫下4個籽用西瓜種子的抗旱指數

一般來說，抗旱指數與物種的抗旱性成正比，即抗旱指數越大，抗旱性越好。由圖-2可以看出，4個籽用西瓜品種的抗旱指數隨著滲透勢的不斷加強，均呈現下降趨勢。當滲透勢在-0.10 MPa時，4個籽用西瓜品種的抗旱指數范圍在0.8～1.0之間，滲透勢在-0.20 MPa時，‘林籽一號（H17）的抗旱指數最高，其他3個品種平均也在0.6以上;當滲透勢在-0.40 MPa時，‘林籽一號抗旱指數的下降速度最快;當滲透勢在-0.80 MPa時，只有‘林籽一號（H17）的抗旱指數維持在0.2以上，其他3個籽用西瓜種子的抗旱指數幾乎為0。

2.6 不同籽用西瓜種子抗旱性綜合評價

利用隸屬函數法對4種籽用西瓜種子的發芽勢、發芽率、發芽指數和抗旱指數進行綜合評價，詳見表4。最后根據隸屬函數平均值進行排序，4種籽用西瓜種子萌發期抗旱性由強到弱的順序依次是‘林籽一號（H17）>‘黑豐一號（H28）>‘科奧紅大片（R12）>‘紅秀3號（R06）。

3 討論與結論

種子萌發是植物生活史的重要環節，而干旱脅迫是影響種子萌發的主要因素。植物葉片在干旱、低溫等逆境脅迫下的表現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]。本研究結果顯示，在不同濃度PEG-6000脅迫處理下，4個籽用西瓜種子在萌發過程中的發芽率、發芽勢、發芽指數等均隨著PEG濃度的的不斷加強呈下降趨勢，說明干旱抑制了籽用西瓜種子的萌發。發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弱[16]。不同脅迫濃度和不同滲透勢對種子萌發有一定的抑制作用，在滲透勢為-0.20 MPa時，對種子的抑制作用不明顯，幾個品種平均的發芽率和發芽勢受影響不大。濃度越大，受抑制程度越大，這與相關文獻結果一致[17-18]。薛盼盼[19]研究4種酸棗種子萌發及活力的影響，結果表明，其發芽率、發芽指數和活力指數等均呈下降趨勢。吳發明等[20]對3種黨參種子萌發進行研究，結果表明，高濃度的PEG-6000脅迫使發芽時間延長。4個籽用西瓜種子發芽率表現最好的是‘林籽一號，即便當PEG濃度為20%、滲透勢下降到-0.80 MPa時，發芽率依然維持在43%，顯著高于其他3個籽用西瓜品種，表現出了較好的耐旱能力。

隸屬函數法是在多個指標測定基礎上對植物抗旱性進行綜合評價的有效方法[21]，本研究綜合發芽率、發芽勢、發芽指數、抗旱指數這4個指標，運用隸屬函數法綜合評定，得出不同品種在PEG脅迫下種子萌發的抗旱性順序為‘林籽一號>‘黑豐一號>‘科奧紅大片>‘紅秀3號。本研究結果為進一步研究籽用西瓜萌發期抗旱性提供了一定的理論基礎，也為將來后續的籽用西瓜深入研究和品種育種工作打下了基礎。

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