農單玉米新品種及其親本萌芽期抗旱性鑒定

李建平 劉伊凡 王子銘 尹冰雨 李青青 王海穎 郭晉杰

摘要：以農單476、農單145、先玉335等3個雜交種及其親本為研究對象，通過PEG脅迫處理進行抗旱性鑒定，在萌芽期對不同玉米品種及其親本的胚根長、苗長、中胚軸長、胚芽鞘長、胚根鮮質量、胚根干質量、苗干質量、苗鮮質量、種子鮮質量、種子干質量10個指標進行測定。結果表明，在干旱脅迫下，雜交種農單476、自交系農系3435萌發期具有較強的抗旱性，其他參試材料萌發期抗旱性中等。

關鍵詞：農單玉米;萌芽期;抗旱性;PEG脅迫

中圖分類號：S513.01 ? 文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0070-04

玉米是作物中需水量較大的作物，是世界上主要的糧食作物、重要的飼料和工業原料[1-4]。我國現狀是水資源比較貧乏，并且近些年來極端氣候出現較多，干旱對農業生產的威脅大大增加，所以研究和選育抗旱性較好的玉米新品種對保障我國的糧食生產安全具有重要的作用[5-7]。因為玉米干旱影響比較敏感，而且需水較多，所以干旱會使玉米減產20%～30%[8-9]。干旱影響種子萌發、出苗，影響出苗率高達40%～50%，造成缺苗斷垅，對玉米的產量造成嚴重的影響[10-13]。本研究選用河北農業大學選育的國審玉米品種農單476（抗旱性鑒定為極強）和河北省審定的玉米品種農單145，以及日本先鋒公司選育的玉米品種先玉335為研究對象，通過PEG脅迫模擬干旱處理，在萌芽期測定3個雜交種及其親本表型，從而鑒定其抗旱性差異，為農單系列玉米抗旱新品種選育和遺傳機制的研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料均為河北農業大學國家玉米改良中心河北分中心提供：2017年國審玉米品種農單476（PH6WC×農系3435），2018年河北省審定的玉米品種農單145（PH6WC×農系376），對照品種為先鋒公司選育玉米品種先玉335（PH6WC×PH4CV）。其中玉米品種農單476經過河北省農林科學院旱作農業研究所鑒定表現為極強抗旱性。

1.2 試驗設計

萌芽期處理參考余貴海等的方法[14]，于2019年4月在河北農業大學作物遺傳育種室進行試驗，試驗設干旱脅迫與非干旱脅迫2種處理，使用濃度為15% PEG-6000溶液進行干旱模擬，試驗設3次重復。

1.3 性狀測定

每天固定時間調查每個培養皿的發芽種子數（胚根長 2 mm 為發芽標準），到第8天為止。在第4天調查發芽勢，第7天調查發芽率，第8天剪下胚芽、胚根，用游標卡尺或直尺測量胚芽長、胚根長（取5粒求平均值），然后把胚芽、胚根和種子分別用濾紙包好標號，置于 105 ℃烘箱中殺青5 min，而后于65 ℃恒溫烘箱中烘干稱質量。

發芽勢=第4天發芽的種子數/試驗種子總數×100%;

相對發芽勢=處理發芽勢/對照發芽勢 ×100%;

發芽率=第7天發芽的種子數/試驗種子總數×100%;

相對發芽率=處理發芽率/對照發芽率×100%;

發芽指數（GI）：GI=∑（Gt/Dt）;

活力指數（VI）VI=GI×S;

貯藏物質運轉率=（胚芽干質量+胚根干質量）/（胚芽干質量+胚根干質量+籽粒干質量）×100%;

種子萌發抗旱指數 =處理種子萌發指數/對照種子萌發指數;

PI=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25×nd8;

式中：Dt表示發芽時長，d;Gt表示與Dt相對應的每天發芽種子數;S為8 d內正常幼苗的質量，g;nd2、nd4、 nd6、nd8分別為第2、第4、第6、第8天種子的萌發率;1.00，0.75，0.50，0.25分別為相應萌發時間所賦予的抗旱系數。

干旱傷害率=（CK-T）/CK×100%;

式中：CK 為正常水分處理下的性狀值，T為干旱脅迫下的性狀值。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2016和SPSS 21.0對原始數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同玉米品種萌發抗旱指數的影響

不同玉米品種的萌發抗旱指數不同，表現出的抗旱性也不同。萌發抗旱指數是鑒定不同玉米品種在相同處理下抗旱性能的一個重要指標，數值越大，品種抗旱性越強，數值越小，品種抗旱性越弱[15]。從表1可以看出，數值最高的品種為農單476，說明農單476具有較強的抗旱性，其他品種抗旱性適中，所以可以用作抗旱品種種植，也可作為其他品種抗旱性分析的對比材料。

2.2 干旱脅迫對不同玉米品種相對發芽勢、相對發芽率的影響

對比表1、表2可以看出，隨著萌發抗旱指數的升高，各個材料的相對發芽勢、相對發芽率也在逐漸變大，相關性分析后發現萌發抗旱指數與二者均呈正相關（r=0.986* *，r=0.963* *），由此可見干旱對種子萌發初期影響較大。農單476具有較高相對發芽率（182.22%）和相對發芽勢（158.33%），表明其抗旱性較好，抗旱能力較強。

2.3 干旱脅迫對胚根、胚芽生長的影響

從表3可以看出，胚芽長的傷害率相對胚根長傷害率高一些，可見胚根、胚芽在干旱脅迫下生長均受到抑制。筆者對二者與萌發抗旱指數進行相關性分析，發現胚根長的傷害率與萌發抗旱指數呈明顯負相關（r=-0.627*，n=7），其中胚根受干旱影響較小。

2.4 干旱脅迫對物質運轉率的影響

貯藏物質運轉是萌發種子內的貯藏物質消耗用來供給胚根、胚芽生長的過程，貯藏物質運轉率越高，說明萌芽期抗旱能力越強[16]。從表4可以看出，在干旱脅迫下，所有品種的貯藏物質運轉率均有所降低，與表1對比后發現，貯藏物質運轉率傷害率較高的品種萌發抗旱指數較高。農系376、農系3435、農單476傷害率較高，說明農系376、農系3435、農單476具有較強的抗旱性。

2.5 干旱脅迫對種子活力指數的影響

種子活力是種子品質的重要指標[17-18]。從表5可以看出，在干旱脅迫下，各個品種的種子活力均有大幅下降，這與其他文獻報道[19]一致。對種子活力指數與萌發抗旱指數進行相關分析，萌發抗旱指數與傷害率呈明顯負相關（r=-0.921* *，n=7），說明抗旱性強的品種，干旱脅迫對其種子活力的影響越小。

2.6 父本與子代抗旱性對照分析

本試驗意在探究雜交種與親代間的抗旱性關系，通過對以上試驗數據的整合，對3個雜交種農單476、農單145、先玉335與其相對應的父本進行進行相關分析，結果見表6。先玉335與其父本PH4CV相關系數為0.962，農單145與其父本農系376相關系數為0.971，農單476與其父本農系3435相關系數為0.960，通過分析可以看出3個雜交種與其父本相關性較強，且通過雷達圖分析（圖1）可以看出雜交種與父本差異趨勢相同。

3 討論與結論

作物的抗旱性受多方面因素影響，其中產生較大影響為環境因素與作物本身的遺傳因素，而作物在大田生長中如水分、天氣等不可控因素較多，很難達到試驗目的，而室內模擬干旱環境較為容易控制。評價作物抗旱性，要依據多指標進行綜合考慮，對各個影響因素進行綜合分析從而對作物的抗旱性作出客觀評價。通過本試驗可以發現，農單系列玉米具有較好的抗旱性，尤其3個父本自交系中的農系3435具有較強的抗旱性，可以作為未來培育抗旱新品種的父本自交系。同時通過分子標記等基因技術尋找并定位抗旱基因位點，通過多代回交的方法不斷累加抗旱基因，從而培育出具有更強抗旱性的新品種。

本試驗用PEG-6000模擬干旱環境，對室內發芽種子的胚芽長、胚根長、相對發芽率、相對發芽勢、貯藏物質運轉率和種子活力指數進行測定及分析，結果顯示，干旱脅迫會影響種子萌發速度、幼苗生長和根系發育，減少干物質積累和貯藏物質轉運率，影像種子活力，從而導致成活率降低[20-21]。在干旱脅迫下，3個雜交種相比較，相對發芽勢、相對發芽率、萌發抗旱指數3個指標的變化關系表現為農單476>先玉335>農單145，3個父本自交系變化關系為PH4CV>農系3435>農系376。胚根長、胚芽長這2個指標在3個雜交種中表現為先玉335>農單476>農單145，3個父本自交系變化關系表現為農系3435>農系376>PH4CV。貯藏物質運轉率指標在3個雜交種中表現為農單476>農單145>先玉335，3個父本自交系變化關系表現為農系376>農系3435>先玉335。種子活力在3個雜交種中表現為農單476>先玉335>農單145，3個父本自交系變化關系表現為農系3435>PH4CV>農系376。通過數據綜合分析發現，3個雜交種中農單476的抗旱性最強，3個父本自交系中農系3435的抗旱性最強，其他雜交種及父本自交系抗旱性中等。同時對3個雜交種及其父本進行相關性分析，發現3個雜交種與其父本有較強的的相關性。由此可見，親本與F1代間的抗旱性具有較強的相關性，這與前人的研究結果[22]一致。參考文獻：

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