干旱脅迫對遼寧省主栽玉米種子萌發的影響

宮亞南　張少斌　王新博　洪日

摘要：以遼寧省主栽的9個玉米品種為試驗材料，以聚乙二醇6000模擬干旱脅迫，研究干旱脅迫對玉米種子萌發的影響。結果表明：在20% PEG時，東單339、鄭單958的發芽率較高，分別為100%和98%，長玉1與丹玉99較低，為52%和60%。不同品種發芽勢的結果與發芽率相似。抗旱萌發指數以東單339和鄭單958較高，長玉1和丹玉99較低。干旱脅迫對貯藏物質轉運率、胚芽長和胚根長的傷害率均以東單339和鄭單958較低，長玉1與丹玉99較高。由此可見，東單339和鄭單958種子萌發期抗旱性較強，而長玉1和丹玉99則對干旱較為敏感，本研究為干旱地區種植玉米奠定了基礎。

關鍵詞：玉米;干旱脅迫;種子萌發;遼寧省;傷害率

中圖分類號：S513 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）19-0080-04

收稿日期：2018-07-17

基金項目：遼寧省自然科學基金（編號：2013020072）。

作者簡介：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研究。E-mail：zsb010024@163.com。

玉米在中國的種植歷史已有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。中國屬于世界上相對干旱的國家之一，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，而且對水分脅迫敏感。因此，為節省水資源、提高水分利用率和產量是各個國家所關心的重要課題。對玉米進行抗旱性鑒定，選擇適合在干旱地區的品種，對節約水資源、增加玉米產量具有重要意義[1]。

聚乙二醇作為一種滲透調節劑，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）來模擬輕度、中度和重度干旱脅迫[3]，進而對不同玉米品種在干旱脅迫下的萌發特性進行詳細分析，旨在篩選出適合遼寧干旱地區種植的品種，為提高玉米產量以及抗旱育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點與材料

試驗時間為2018年，試驗地點為沈陽農業大學生物科學技術學院實驗研究室與培養室。試驗選用9種玉米品種，分別為東單339、農科玉368、長玉1、遼單33、元玉66、丹玉99、鄭單958、公主719、遼源1號，所有的玉米品種都是來自沈陽種子批發商場。

1.2 試驗方法

挑選顆粒圓潤、大小一致的玉米種子，用1%次氯酸鈉溶液進行浸泡消毒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層紗布的培養基中。本試驗將PEG-6000溶液設置為3個濃度，分別為15% PEG（輕度脅迫）、20% PEG（中度脅迫）和25% PEG（重度脅迫），對照組加入蒸餾水，將所有處理置于25 ℃恒溫培養箱中進行種子萌發試驗[5]。每天觀察統計種子萌發情況，第4天計算種子發芽勢，第7天計算發芽率，第8天切下胚根和胚芽，測量其長度后烘干并稱干質量。最后采用SPSS 13.0進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫對玉米種子發芽勢與發芽率的影響

發芽勢是判斷種子發芽整齊與快慢的一個衡量標準。由表1可見，隨著PEG濃度的升高，玉米種子的發芽勢降低，PEG濃度在15%時，長玉1與丹玉99已降至60%及以下，說明輕度干旱脅迫對其影響很大。PEG濃度為20%時大部分品種都保持在70%以上，而長玉1與丹玉99則較低。PEG濃度為25%時，東單339、農科玉368和鄭單958芽勢較高，長玉1為24%，丹玉99為0[6]。

從表2可見，水分脅迫對玉米的的發芽率有一定的影響。PEG濃度為15%時，大部分品種影響不大，只有遼源1號、長玉1和丹玉99發芽率較低。20%時東單339、農玉368和鄭單958發芽率在98%以上，丹玉99發芽率已經降至32%。25%時東單339、農玉368和鄭單958依舊在90%以上，而長玉1與丹玉99發芽率較低，說明東單339、農玉368和鄭單958耐旱性強，長玉1和丹玉99為干旱敏感型。

2.2 水分脅迫對玉米種子萌發指數和貯藏物質轉運率的影響

由表3可見，在濃度為15%時各品種間的萌發抗旱指數相差不大，大部分都在0.9以上，只有長玉1、遼源1號和丹玉99為 0.85、0.81和0.7。隨著PEG濃度的增加，玉米種子的萌發抗旱指數不斷下降，但幾乎都保持在0.7以上，只有長玉1、遼源1號與丹玉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，貯藏物質轉運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的貯藏物質轉運率較高，傷害率較小;長玉1與丹玉99的貯藏物質轉運率較低，傷害率較高。說明東單339與鄭單958為耐旱型，長玉1與丹玉99為干旱敏感型[8]。

2.3 水分脅迫對玉米種子胚芽與胚根生長的影響

由表5可見，隨著PEG濃度的升高，各品種的胚芽長都逐漸減小，傷害率增加。在PEG濃度為15%時，所有品種傷害率均在60%內。當濃度為20%和25%時，大多數品種的胚芽長都小于1 cm，傷害率均在63%以內，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的傷害率和胚根長變化較小，在重度脅迫時傷害率在50%左右。而長玉1與丹玉99胚根長與傷害率較大，在輕度脅迫時傷害率已達到50%左右。說明東單339與鄭單958為耐旱型，長玉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芽勢、發芽率等相關性分析

由表7可見，玉米在不同PEG濃度下發芽勢與發芽率呈極顯著正相關，與胚根長呈較弱正相關，其余為較強正相關。發芽率與胚根長呈較弱正相關，其余呈較強正相關。萌發指數與貯藏物質轉運率、胚芽長呈顯著正相關，與胚根長呈中等正相關。貯藏物質轉運率與胚芽長呈極顯著正相關，與胚根長呈中等正相關。胚芽長與胚根長呈中等正相關，說明玉米種子的各個特性都有一定的相關性，且都為正相關[9]。

3 結論與討論

玉米是需水量極大的作物，干旱脅迫會對其生長和發育造成嚴重影響，導致產量降低。在玉米生長過程中，水分脅迫對玉米種子的萌發特性和其不同時期的生長發育都有較大影響，為保證玉米在干旱下生長良好，最有效的方法是篩選出耐旱性強的玉米品種[10]。用不同濃度PEG來模擬脅迫干旱，能夠很真實地還原田間干旱的條件，方法簡便且數據真實性高。眾多研究表明，干旱脅迫后玉米幼苗的葉片含水量下降，導電率則增加，而脯氨酸、ABA等滲透調節物質含量也會明顯增加以調節體內的滲透平衡，并且這些物質會隨著干旱脅迫時間的延長而增加。當脅迫到一定程度時，幼苗本身的保護系統會受到破壞，一些有毒物質如丙二醛等積累，進而影響玉米幼苗的正常發育。和玉米幼苗一樣，玉米種子在干旱脅迫下，其發芽率、發芽勢等指標也會受到一定影響[11]。

本試驗利用不同濃度的PEG來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特性[12-15]。結果顯示，在PEG濃度為15%時對玉米種子無影響或影響較小，隨著PEG濃度的升高，各個玉米品種的各項萌發特性指標產生了變化。各個品種間表現出很大的差異，抗旱性強的品種相對于對照組變化較小，干旱敏感型品種相對于對照組變化較大，筆者對于每個萌發特性都作了差異性比較。本試驗初步篩選出抗旱性強的品種東單339和鄭單958，干旱敏感型品種長玉1號和丹玉1號[16-17]。本研究還對不同PEG濃度下的玉米種子的各個萌發特性作了相關型分析，發現每個特性之間均存在正相關關系，其中發芽勢與發芽率呈極顯著正相關，發芽指數與貯藏物質轉運率、胚芽長呈顯著正相關，貯藏物質轉運率與胚芽長呈極顯著正相關，結果表明玉米種子的各個特性都有一定的相關性，且都為正相關[18-20]。

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