不同谷子品種萌發期抗旱性綜合評價

熊雪 郎萬鑫 王春芳 張溫典 代冬雪

摘要：干旱脅迫作為世界性的生態問題，嚴重制約著我國農業生產的發展。谷子是我國北方重要的雜糧和抗旱作物，其抗旱性的鑒定和篩選對于谷子耐旱品種的培育及發展旱地農業具有重要意義。選取21份谷子材料，用20% PEG-6000模擬干旱脅迫，以相對發芽勢、相對發芽率、相對胚根長、相對胚芽長、相對鮮質量及抗旱指數作為評價指標，利用隸屬函數法對谷子種質萌發期的抗旱性進行綜合評價。結果表明，在干旱脅迫下，谷子的發芽勢、發芽率、胚根長、胚芽長、鮮質量及萌發指數均呈下降趨勢，且在各品種間存在較大差異。通過綜合評價得出，承谷9、12-1024、黃旗皇、三白、17-M941和17-788品種的萌發期抗旱性較強，17-M922、金鑲玉、寬九、豫谷18和18-M461品種的萌發期抗旱性較弱。

關鍵詞：谷子;干旱脅迫;抗旱性;萌發期

中圖分類號： S515.01? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）23-0093-05

收稿日期：2021-04-19

基金項目：河北省承德市科技計劃（編號：202006A170）。

作者簡介：熊 雪（1986—），女，河北承德人，博士，講師，主要從事植物抗逆生理、草地生態管理研究。E-mail：xiongxue1987@126.com。

干旱脅迫作為世界性的生態問題，嚴重制約著我國農業生產的發展。谷子（Setaria italica）是傳統的抗旱作物，由于其根系發達，葉片細窄，水分利用率高等特征，在旱作地區和可持續農業發展中的作用逐漸突出[1]。但過度干旱仍會危害谷子的形態結構與生長發育，且不同品種的抗旱性存在較大差異[2-3]。因此，抗旱種質資源的鑒選及利用是谷子育種研究的主要方向。作物從萌發到出苗對水分均較為敏感，這一時期的干旱常使作物缺苗率達到20%，嚴重時高達40%～50%，造成大面積減產，因此可見，萌芽期是進行植物抗旱性研究的一個重要時期[4-5]。聚乙二醇-6000（PEG-6000）常作為植物耐旱性選擇劑或水分脅迫劑模擬干旱脅迫，通過PEG模擬干旱脅迫鑒定玉米（Zea mays L.）[6]、無芒雀麥（Bromus inermis Leyss.）[7]、小麥（Triticum aestivum L.）[8]等多種植物的耐旱性目前均有報道。

本試驗擬采用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，通過對21個不同谷子品種的相對發芽勢、相對發芽率、抗旱指數、相對胚芽長等多個生長指標進行測定分析，采用隸屬函數法對不同品種的抗旱性進行綜合評價，以期為旱區農業谷子品種的選擇和培育提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的21個谷子品種為九谷19、白粒沙、九谷20、豫谷18、金鑲玉、鹿角白、黃旗皇、三白、烏谷子、寬九、15-M328、16-1881、汾選3、17-788、承谷9、17-M941、12-1024、18-M461、17-M922、16-M307和12-272，由承德市農林科學院提供。供試滲透物質為分析純PEG-6000。

1.2 干旱脅迫處理

經前期預試驗，選擇20% PEG進行模擬干旱脅迫。分別挑選21個谷子品種中顆粒飽滿的種子，用5%次氯酸鈉溶液消毒15 min后，用蒸餾水沖洗3～4次。在培養皿中放入雙層濾紙，加入6 mL 20% PEG溶液，在每個培養皿中放入50粒種子，以等量蒸餾水處理作為對照，每個處理重復3次。試驗于2020年10—12月在河北民族師范學院中進行，培養皿放置于光照—黑暗周期為16 h—8 h、白天—夜晚溫度周期為25 ℃—22 ℃的光照培養箱中，連續培養8 d。為保證試驗期間處理濃度的穩定，每隔24 h更換1次發芽床。

1.3 測定指標

記錄發芽第2、4、6、8天的種子萌發情況及發芽數，計算發芽率、抗旱指數等指標。并在萌發第4天記錄種子發芽勢，第8天記錄發芽率。

1.3.1 相對發芽勢及相對發芽率 相關計算公式如下：

相對發芽勢=處理發芽勢/對照發芽勢×100%;

相對發芽率=處理發芽率/對照發芽率×100%。

1.3.2 抗旱指數 抗旱指數=干旱脅迫下種子的萌發指數/對照種子萌發指數。式中：種子萌發指數=1.00nd2+0.75nd4+0.50nd6+0.25nd8，其中nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2、4、6、8天的發芽率。

1.3.3 胚芽、胚根長及鮮質量 發芽第8天，從各重復中隨機挑選25粒正常發芽的種子，分別測量胚芽、胚根長度后取平均值。各處理隨機稱取25粒芽苗的質量并取平均值。相關計算公式如下：

相對胚芽長=處理胚芽長/對照胚芽長×100%;

相對胚根長=處理胚根長/對照胚根長×100%;

相對鮮質量=處理鮮質量/對照鮮質量×100%。

1.4 數據分析

采用SPSS 19.0對各指標的測定值進行方差分析。在本試驗中采用相對值（即各指標干旱處理下的測定值與對照的比值）進行品種間抗旱性比較。利用隸屬函數法對各指標相對值進行綜合評價并對其抗旱性進行排序。隸屬函數分析方法如下：

Yij=（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）;（1）

Yij=1-（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）。（2）

式中：Yij為i品種j指標的隸屬函數值;Xij為i品種j指標的均值;Xjmax為各品種j指標均值中的最大值;Xjmin為各品種j指標均值中的最小值。若j指標與抗旱性呈正相關，用公式（1）;若j指標與抗旱性呈負相關，用公式（2）。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同谷子種子發芽勢及發芽率的影響

在重度干旱脅迫下，植物種子的發芽會受到抑制。如表1所示，在20% PEG處理下，21個谷子品種的發芽勢均顯著降低，且各品種的表現不同。相比較而言，各品種的發芽率雖表現出不同程度的下降趨勢，但多數品種間的差異未達到顯著水平。只有金鑲玉、17-M922和12-272的發芽率顯著低于對照（P<0.05）。用發芽勢、發芽率的相對值反映植物抗旱性的高低，相對值越大則表明該品種的抗旱性越強，相對值越小則表明抗旱性越弱。九谷20、三白的相對發芽勢均大于70%，表現出較高的抗旱性，而品種17-M922的相對發芽勢、相對發芽率均最低，抗旱性較弱。

2.2 干旱脅迫對不同谷子品種抗旱指數的影響

由表2可見，21個谷子品種抗旱指數為0.11～0.64，品種間存在較大差異，表明不同品種的萌發期抗旱性不同;由抗旱指數可以得出，九谷20、黃旗皇、三白和15-M328品種的抗旱性較強，其中九谷20的抗旱性最強;18-M461、16-M307和17-M922的抗旱性較弱， 其中17-M922的抗旱指數僅為0.11，抗旱性最弱;其他品種的抗旱性居中。

2.3 干旱脅迫對不同谷子品種幼苗生長的影響

由表3可以看出，21個谷子品種的胚芽長、胚根長和鮮質量對干旱脅迫的響應相似， 在干旱脅迫下均表現出下降趨勢，且不同品種間存在差異;干旱脅迫對谷子胚根長的影響要大于對胚芽長、鮮質量的影響;20% PEG處理對承谷九、 12-1024的胚芽長和鮮質量的影響較小，對承谷九、17-M941胚根長的影響較小，表現出較高的抗旱性;17-M922品種的相對胚芽長，豫谷18、寬九的相對胚根長及寬九的相對鮮質量最低，抗旱性較弱。

2.4 不同谷子品種萌發期抗旱性的綜合評價

為了更好地反映各品種的抗旱性，本研究選取干旱脅迫下各品種的相對發芽勢、相對發芽率、抗旱指數、相對胚芽長、相對胚根長和相對鮮質量作為抗旱性綜合評價的指標。通過計算20% PEG處理下各指標的隸屬函數值并計算平均值進行排序。由表4可以看出，21個谷子品種的抗旱性由強到弱排序為承谷9>12-1024>黃旗黃>三白>17-M941>17-788>15-M328>汾選3>九谷20>16-1881>九谷19>白粒沙>烏谷子>鹿角白>16-M307>12-272>18-M461>豫谷18>寬九>金鑲玉>17-M922。

3 討論與結論

谷子作為我國北方的重要雜糧和抗旱作物，其萌芽期的抗旱性鑒定和篩選對于谷子耐旱品種的培育及發展旱地農業具有重要意義[9]。郭世華等研究15份谷子品種在不同濃度PEG處理下種子發芽率發現，當PEG處理濃度較低時，種子發芽率與對照間的差異不大;而當PEG處理濃度高于28%時，種子幾乎不發芽，不能顯示品種間的差異，因此選擇20%的PEG處理濃度可以較好地進行谷子抗旱性的比較[5]。這與筆者前期預試驗的結果相一致，因此可見，20%的PEG濃度可以作為谷子品種抗旱性評價的適宜濃度。

在本研究中，與對照相比，21個谷子品種在干旱脅迫下的萌發指數、發芽勢、發芽率、胚根長、胚芽長和鮮質量均受到明顯抑制作用，但對于不同品種而言，以上指標表現出來的抗旱性強弱并不完全相同，這與前人的研究結果[10-11]一致，表明植物在受到逆境脅迫后會激發多種復雜機制以抵抗脅迫[12]，僅用單一指標來評價植物的抗旱性具有一定的局限性，應以多個指標為依據進行綜合評價[7，13]。其中，萌發抗旱指數是評價種子萌發期抗旱性的可靠指標。代小冬等研究發現，20個谷子品種在萌發期的抗旱指數為0.212 8～0.979 5，且品種間差異較大[10]。張金玲等對張家口地區8份谷子品種的抗旱性研究發現，在同一PEG處理水平下，不同品種間的萌發抗旱指數呈現顯著差異，抗旱性強的品種具有相對較高的抗旱指數[3]。此外，植物種子萌發時需要充足的水分，在干旱脅迫下，種子的發芽勢、發芽率、胚根長、幼苗長等均會受到抑制，但抗旱性較強的品種的發芽勢、發芽率、幼苗生長等指標與對照相比降幅較小，敏感型品種則呈相反趨勢[14]。在本研究中，21個谷子品種在干旱脅迫下的發芽勢、發芽率、胚根長、胚芽長及鮮質量均呈現不同程度的下降趨勢，其中發芽率的降幅較小，僅干旱敏感型品種的下降顯著。植物根系作為直接接觸干旱脅迫的部位，其長度與抗旱性密切相關，在干旱條件下耐旱品種的根系較干旱敏感品種的根系發達，以吸收更多水分供植物生長發育。高汝勇等研究發現，干旱脅迫使谷子幼苗變得纖弱，根系生長緩慢。在20%PEG處理下，根長的平均抑制率高達61%，苗高的平均抑制率為39%，干旱脅迫對幼苗根長的影響較大[15]，這與本研究結果一致。

本研究通過隸屬函數對各抗旱指標進行綜合評價，得出大部分谷子品種隸屬度平均值大于0.50，屬于較抗旱品種，少數品種的抗旱性較差。萌芽期的抗旱性研究僅為植物抗旱性研究的一部分，植物生長后期可能與其萌發期表現出的抗旱性并不完全一致，因此應結合植物不同生長期的生長及生理生化指標，進一步開展室內控制試驗與田間試驗，以充分研究不同谷子品種的抗旱性強弱并在生產實踐中推廣應用。

在20% PEG模擬干旱脅迫條件下，各谷子品種均表現為發芽勢、發芽率降低，萌發指數下降，胚芽長、胚根長及鮮質量降低，干旱脅迫抑制了谷子種子萌發，且各指標在不同品種間存在差異。通過隸屬函數法進行綜合評價得出，各品種的抗旱性由強到弱排序為承谷9>12-1024>黃旗黃>三白>17-M941>17-788>15-M328>汾選3>九谷20>16-1881>九谷19>白粒沙>烏谷子>鹿角白>16-M307>12-272>18-M461>豫谷18>寬九>金鑲玉>17-M922。

參考文獻：

[1]崔紀菡，范佳興，李順國，等. 谷子抗旱性鑒定研究進展[J]. 東北農業大學學報，2017，48（1）：89-96.