PEG模擬干旱脅迫對(duì)不同品種玉米萌發(fā)期的影響

許 健 于海林 孫善文 王俊強(qiáng) 韓業(yè)輝 于運(yùn)凱 周 超 蘭宏宇 丁昕穎

（1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院，齊齊哈爾 161000；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院，齊齊哈爾 161002）

近年來玉米已成為黑龍江省第一大糧食作物，在糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位[1]。黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要是以“雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)”為主，玉米全生育期需水量較大，遇到干旱氣候條件玉米產(chǎn)量受降雨影響明顯[2]。玉米種子從萌發(fā)期至出苗期對(duì)水分變化較為敏感，水分不足將會(huì)抑制種子萌發(fā)，出苗延緩，破壞幼苗正常的生長(zhǎng)發(fā)育所需的能量來源，導(dǎo)致成熟期產(chǎn)量嚴(yán)重下降[3]。黑龍江省地處中高緯度，氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量影響較明顯[4]。近些年，氣候變化出現(xiàn)溫度升高與降雨減少的現(xiàn)象，且未來有進(jìn)一步加劇的趨勢(shì)[5]。自然降水是限制黑龍江省玉米生產(chǎn)的主要因素，特別是黑龍江省西部半干旱地區(qū)，十年九春旱，播種期降雨量的多少嚴(yán)重影響玉米的生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成。聚乙二醇（PEG-6000）水溶液作為一種高滲溶液調(diào)節(jié)劑，可模擬田間干旱條件[6]，采用不同濃度的聚乙二醇溶液來模擬田間干旱脅迫[7]，進(jìn)而分析不同生態(tài)區(qū)玉米品種對(duì)干旱脅迫萌發(fā)特性的響應(yīng)，研究玉米種子萌發(fā)抗旱性機(jī)制，旨在為抗旱栽培、節(jié)水灌溉及抗旱育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料玉米品種為嫩單23（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院提供）、綏玉23（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院綏化分院提供）和合玉29（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院提供），聚乙二醇（PEG-6000）由天津天泰精細(xì)化學(xué)品有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法本試驗(yàn)設(shè)置4 個(gè)溶液梯度，分別為0（清水對(duì)照CK）、15% PEG-6000 溶液（A1）、20% PEG-6000 溶 液（A2）、25% PEG-6000 溶 液（A3），3 次重復(fù)，放置于25℃恒溫培養(yǎng)箱中，進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。人工挑選符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的玉米種子，1%次氯酸鈉溶液浸泡10min 進(jìn)行消毒處理，再用蒸餾水沖洗1min，浸泡12h[8]。發(fā)芽床由2 層濾紙鋪在培養(yǎng)皿底部構(gòu)成，選取50 粒玉米種子均勻擺放在其底部，每天在同一時(shí)間更換濾紙和PEG-6000溶液，以確保種子萌發(fā)環(huán)境滲透勢(shì)保持不變。

1.3 測(cè)定指標(biāo)定時(shí)觀察并統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，萌發(fā)截止采取標(biāo)準(zhǔn)為連續(xù)4d 不再有種子發(fā)芽。在第4 天調(diào)查計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第7 天調(diào)查計(jì)算發(fā)芽率，在萌發(fā)截止后，取胚芽和胚根測(cè)量其長(zhǎng)度，然后烘干并稱量胚芽干重、胚根干重、籽粒干重，計(jì)算貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)和相對(duì)胚芽長(zhǎng)按照相對(duì)性狀指標(biāo)=PEG 脅迫下各性狀測(cè)定值/對(duì)照各性狀測(cè)定值計(jì)算。種子萌發(fā)抗旱指數(shù)依照王學(xué)智等[8]和葛云俠等[9]的測(cè)算方法。

發(fā)芽勢(shì)=（前4d 內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%

發(fā)芽率=（發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%

貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率=[（芽+根）干重量/（芽+根+籽粒）干重量]×100%

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）=PEG 脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)（PIS）/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)（PIC）×100%

種子萌發(fā)指數(shù)（PI）=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25×nd8

其中PIS 為PEG 脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)，PIC 為對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)。nd2、nd4、nd6、nd8 分別為第2 天、第4 天、第6 天、第8 天種子的萌發(fā)率，1.00、0.75、0.50 和0.25 分別為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)所對(duì)應(yīng)的抗旱系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和DPS v7.05 版軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)玉米種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、抗旱指數(shù)的影響發(fā)芽勢(shì)是衡量供試種子的發(fā)芽快慢和整齊度的重要指標(biāo)，由表1 可知，隨著PEG 溶液干旱脅迫加重，發(fā)芽勢(shì)總體呈下降趨勢(shì)，不同玉米品種降低程度不同。在A3 處理?xiàng)l件下，綏玉23 和合玉29 發(fā)芽勢(shì)已經(jīng)降到60%以下，說明重度脅迫條件下對(duì)其發(fā)芽勢(shì)影響較大。由方差分析可知，綏玉23 和合玉29 在A1 處理下與A2、A3 處理下發(fā)芽勢(shì)差異顯著，說明這2 個(gè)品種對(duì)高濃度干旱脅迫表現(xiàn)較為明顯。嫩單23 在不同濃度PEG-6000 處理下發(fā)芽勢(shì)均在90%以上，說明該品種對(duì)干旱脅迫反應(yīng)較小。

表1 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

由表2 可知，不同濃度PEG-6000 處理?xiàng)l件下，3 個(gè)品種發(fā)芽率表現(xiàn)較為一致，均隨著PEG-6000 濃度的增大呈下降趨勢(shì)。在A1 處理?xiàng)l件下，嫩單23 和綏玉23 影響較小，合玉29 降為75%；在A3 處理?xiàng)l件下，綏玉23 發(fā)芽率降為65%，合玉29 降為53%，只有嫩單23 在各個(gè)處理下發(fā)芽率均在90%以上，說明嫩單23 耐旱性較強(qiáng)，合玉29 較為敏感，綏玉23 居中。由方差分析可知，在各干旱脅迫處理下，綏玉23 和合玉29 這2 個(gè)品種與對(duì)照（CK）發(fā)芽率差異顯著，說明這2 個(gè)品種受干旱脅迫影響較大，其中合玉29 對(duì)干旱更敏感一些；嫩單23差異不顯著，說明該品種受干旱脅迫影響不明顯，耐旱性較強(qiáng)。

表2 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)發(fā)芽率的影響

萌發(fā)抗旱指數(shù)是種子萌發(fā)期抗旱性的重要指標(biāo)[10]。由表3 可知，隨著PEG-6000 濃度加大，萌發(fā)抗旱指數(shù)呈下降趨勢(shì)。在A1 處理下，3 個(gè)品種萌發(fā)抗旱指數(shù)變化較小，合玉29 降為86%，其他2 個(gè)品種均在90%以上，說明嫩單23 的抗旱性最強(qiáng)，合玉29 對(duì)干旱較為敏感。3 個(gè)品種的萌發(fā)抗旱指數(shù)大小順序?yàn)槟蹎?3＞綏玉23＞合玉29。

表3 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

2.2 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)胚芽、胚根長(zhǎng)度以及貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的影響由表4 可知，在不同濃度PEG-6000 溶液處理下，3 個(gè)品種貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率呈下降趨勢(shì)，降幅由大到小依次為合玉29＞綏玉23＞嫩單23；傷害率呈上升趨勢(shì)。A3 處理?xiàng)l件下，3個(gè)品種傷害率均在50%以上，說明重度脅迫抑制了玉米種子的分解代謝，導(dǎo)致有效物質(zhì)積累受阻，生長(zhǎng)受限。

表4 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)玉米種子貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

由表5 可知，在不同濃度PEG-6000 溶液影響下，3 個(gè)玉米品種胚芽長(zhǎng)均減小，傷害率增加，且在A3 處理下，3 個(gè)玉米品種胚芽長(zhǎng)均小于1cm，說明該濃度下其生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，綏玉23 和合玉29與其他處理胚芽長(zhǎng)度差異顯著。在A1 處理?xiàng)l件下，3 個(gè)品種傷害率均低于40%，而在其他處理（A2 和A3）條件下，傷害率均在60%以上，其中綏玉23 和合玉29 最高達(dá)到90%左右，說明不同程度的干旱脅迫對(duì)玉米種子胚芽生長(zhǎng)影響較大。

表5 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)玉米種子胚芽生長(zhǎng)的影響

由表6 可知，不同濃度PEG-6000 溶液干旱脅迫對(duì)胚根長(zhǎng)的影響與胚芽長(zhǎng)相似，胚根長(zhǎng)度均隨著干旱脅迫程度的增加而降低，傷害率增加。其中嫩單23 胚根長(zhǎng)和傷害率受影響較小，且沒達(dá)到顯著水平，在重度干旱脅迫條件下，傷害率仍在50%以下；而綏玉23 在各個(gè)處理下與CK 均差異顯著，合玉29在A2 與A3 處理下與CK 達(dá)到顯著差異。在A3 處理?xiàng)l件下，綏玉23 與合玉29 傷害率均大于50%，說明嫩單23 較耐旱，綏玉23 與合玉29 為干旱敏感型品種。

表6 不同濃度PEG-6000 處理對(duì)玉米種子胚根生長(zhǎng)的影響

2.3 不同PEG-6000 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 可知，不同PEG-6000濃度下，各性狀均呈正相關(guān)。其中發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)，萌發(fā)指數(shù)與貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、胚芽長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率與胚芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)。

表7 不同濃度PEG-6000 處理下玉米種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

種子萌發(fā)期是評(píng)價(jià)玉米初期生長(zhǎng)抗旱性強(qiáng)弱的重要生育時(shí)期[10]，已有研究表明，不同程度干旱脅迫條件下，玉米葉片水分含量下降，導(dǎo)電率、脯氨酸、脫落酸（ABA）等物質(zhì)增加，重度干旱脅迫導(dǎo)致玉米有毒物質(zhì)丙二醛等積累，進(jìn)而抑制玉米幼苗的正常生長(zhǎng)[11]。本試驗(yàn)采用PEG-6000 模擬干旱脅迫條件進(jìn)行研究，與前人相關(guān)研究方法相同[12-13]。所選用的3 個(gè)玉米品種為不同生態(tài)區(qū)選育品種，對(duì)這些品種的研究具有重要的代表性。結(jié)果表明，當(dāng)PEG-6000 溶液濃度為15%時(shí)，干旱脅迫對(duì)3 個(gè)品種影響較小，隨著PEG-6000 溶液濃度增加，干旱脅迫降低玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)，抑制了胚根和胚芽的生長(zhǎng)以及干物質(zhì)的積累，使貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率下降。由相關(guān)性分析得出，發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率與胚芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，萌發(fā)指數(shù)與貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、胚芽長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)。各指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明，3 個(gè)玉米品種抗旱性存在差異，嫩單23 的抗旱性最強(qiáng)，合玉29 對(duì)干旱脅迫的抗性最弱。