PEG-6000模擬干旱脅迫對藜麥種子萌發的影響

陳明君， 蒙柳貝， 李 玥， 敖 芳， 王 澍,2*

(1.西南林業大學 園林園藝學院，云南 昆明 650224； 2.國家林業和草原局 西南風景園林工程技術研究中心， 云南 昆明 650224)

0 引言

【研究意義】干旱是農業生產中的重要問題之一，其出現頻率高、范圍廣和產生的影響大[1]。干旱嚴重時會抑制植物生長發育，造成農作物嚴重減產[2]，是我國農業生產中面臨的嚴峻挑戰。我國每年旱災面積達2 114萬hm2，約占全國播種總面積的14.6%[3]，因此培育和篩選出耐旱的農作物品種，有助于降低干旱脅迫給農業生產造成的巨大損失。【前人研究進展】藜麥(Chenopodiumquinoa)是一種原產于南美洲的[4-5]1年生的雙子葉草本植物，現已有7 000余年的種植歷史[6]。藜麥具有很強的抗鹽堿、抗霜凍和抗旱能力以及較高的營養價值，富含豐富的蛋白質、氨基酸和不飽和脂肪酸等[7-9]。藜麥種子的顏色主要有黑、紅、白及灰4種，其中黑色、紅色和灰色的子粒較小，而白色品種的口感較好[10]。聯合國糧農組織認為，藜麥是唯一的單體植物即可滿足人體基本需求的食物。目前，我國是除原產國以外藜麥種植面積最大的國家之一[11]。此外，藜麥由于自身的抗脅迫特性以及獨特形態而具有較高的經濟潛力，目前已成為未來最具發展潛力的農作物之一[12-13]。對多數植物而言，種子階段是植物生活周期中抗不利環境脅迫的脆弱階段，而幼苗期則是最為脆弱的時期[14]，因而種子萌發和幼苗生長是植物生活史中的關鍵階段[15]，直接關系到幼苗的成活，并決定著植物種群的建立和更新[16]。已有學者對作物種子萌發期的抗逆性進行研究。宿婧等[17]研究PEG-6000模擬干旱脅迫條件下藜麥萌發期的抗旱性及生理特性發現，適宜質量濃度的PEG-6000溶液能促進種子萌發，提高中游離氨基酸含量及POD活性。張斌等[18]對7個不同來源藜麥品種的萌發期抗旱性進行研究發現，低濃度PEG脅迫能夠促進部分藜麥品種的萌發。GARCIA等[19]研究發現，干旱引起的土壤板結對藜麥早期生長階段幾乎無影響。【研究切入點】近年來，藜麥作為具有較高營養價值的新型作物，被越來越多地區引種推廣。前人研究大多針對不同品種藜麥的產業發展[20]、栽培技術[21]和抗性研究[22-23]等方面，但關于干旱脅迫對藜麥種子造成的影響鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】藜麥種子由于其獨特的生物學特性，在萌發期的關鍵階段篩選并培育出耐旱品種，對后期提高藜麥產量與品質具有十分重要的意義。通過不同濃度PEG-6000模擬干旱脅迫，對比分析不同藜麥品種在干旱脅迫條件下種子的發芽率、發芽勢和活力指數等萌發特性，旨在為篩選高抗旱性藜麥品種及干旱地區藜麥種植提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

4種不同顏色的藜麥種子：黑色(76)、白色(1-4)、灰色(36-3)和紅色(21-2)，由西南林業大學園林園藝學院提供。

赤霉素(PHA0003，北京酷萊博公司)，維生素B6(CV11821-5 g，北京酷萊博公司)；SANYO光照恒溫恒濕培養箱(MLR-351H，日本三洋公司)。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗共設5個處理，分別為(質量分數)2.5%(T1)、5.0%(T2)、7.5%(T3)、10.0%(T4)的PEG-6000溶液，以及蒸餾水處理作對照(CK)。選取每個品種籽粒飽滿、大小均勻、無病蟲害的藜麥種子，用75%的酒精消毒1 min，再用無菌水沖洗干凈。將種子均勻擺放在鋪有2層濾紙的各處理培養皿中，每皿50粒，3次重復。播種后的種子置于25℃恒溫萌發，每3 d更換1次濾紙，并及時清理發霉腐爛的種子，以防止污染其他種子。

1.2.2 指標測定 從處理開始每天統計發芽種子數(胚根長≥2 mm即判定萌發)，直到種子的萌發數不再增加時，計算發芽率(GR)、發芽勢(GF)、發芽指數(Gi)和活力指數(Vi)。發芽時間為7 d，同時在第7天從每個品種各培養皿中選取20株長勢一致且較好的幼苗，測量胚芽長、胚根長及幼苗鮮重。

GR=(正常發芽種子數/供試種子數)×100%

GF=(3 d內發芽種子數/供試種數)×100%

GI=∑當天發芽數(Gt)/天數(Dt)

S=10株幼苗總重(g)/10

式中，Gt為t時間內的發芽數，Dt為相應的發芽日數，Gi為發芽指數，S為種苗芽的平均鮮重。

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2010進行數據的處理、繪圖和表格制作，觀察和分析數據整體的趨勢；采用SPSS 24對數據進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 PEG-6000模擬干旱脅迫處理藜麥種子的發芽率和發芽勢

由表1看出，不同濃度PEG-6000模擬干旱脅迫處理對藜麥各品種種子發芽率和發芽勢的影響不同。未處理條件下，各品種也存在差異，發芽率和發芽勢均為白色>黑色>灰色>紅色。PEG-6000處理條件下，同一品種隨濃度增加，黑色品種的發芽率和發芽勢呈先降后升趨勢，T2的發芽率和發芽勢顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著；白色品種的發芽率和發芽勢不變，分別為100%和99%；灰色品種的發芽率和發芽勢呈先降后升趨勢；紅色品種的發芽率和發芽勢呈先升后降趨勢。與對照相比，灰色和紅色品種的發芽率和發芽勢高于對照，而白色品種不變。此外，黑色品種在PEG-6000濃度≥5.0%時，發芽率和發芽勢低于對照，其他濃度差異不顯著。

表1 不同濃度PEG-6000處理藜麥種子的發芽率和發芽勢

2.2 PEG-6000模擬干旱脅迫處理藜麥種子的發芽指數和活力指數

由表2看出，不同PEG-6000濃度處理對各藜麥品種種子發芽指數和活力指數的影響不同。未處理條件下，各品種也存在差異，發芽指數和活力指數均為白色>黑色>灰色>紅色。PEG-6000處理條件下，同一品種隨濃度增加，黑色品種的發芽指數和活力指數呈先升高后降低趨勢，T4發芽指數和活力指數顯著低于其余處理；白色品種的發芽指數逐漸降低，而活力指數除T2最低，其余處理差異不顯著；灰色品種的發芽指數和活力指數呈先降后升趨勢，T4發芽指數和活力指數最低。紅色品種的發芽指數和活力指數呈先升高后降低趨勢，T4發芽指數和活力指數最低。黑色、灰色和紅色品種的發芽指數和活力指數T1～T3均高于CK，T4低于CK。此外，白色品種的發芽指數均低于CK，而活力指數除T2外，其余處理差異不顯著。

表2 不同濃度PEG-6000處理藜麥種子的發芽指數和活力指數

2.3 PEG-6000模擬干旱脅迫處理藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重

從圖1看出，不同濃度PEG-6000處理對各品種藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重影響不同。1) 胚根長。白色和紅色藜麥種子的胚根長隨PEG-6000濃度增加呈先增后減再增再減趨勢，黑色和灰色藜麥種子的胚根長則呈先減后增再減趨勢，當濃度達7.5%時，4種顏色藜麥種子的胚根長均達最大，其中，以白色品種的胚根最長，為8.14 cm，較CK增加3.91 cm，另外3個品種的胚根長分別較對照增加2.49 cm、1.03 cm和1.23 cm；當濃度繼續增加時各品種的胚根長均呈減小趨勢。2) 幼苗鮮重。隨PEG-6000濃度增加，4種藜麥幼苗鮮重均呈先增后減再增再減趨勢，且均在PEG-6000濃度為7.5%時達最大，其中，以灰色和白色品種的幼苗鮮重較高，分別為0.28 g和0.27 g；當濃度繼續增加時各品種的幼苗鮮重均呈減小趨勢，且均低于CK。表明，在PEG-6000濃度7.5%處理下藜麥種子生長更健壯。

圖1 不同濃度PEG-6000處理藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重

Fig.1 Radicle length and seedling fresh weight ofC.quinoaseed at germination stage treated with different concentrations of PEG-6000

3 討論

PEG脅迫是一種常見的逆境危害，影響植物的整個生長過程。而萌發期作為植物生活史的關鍵階段，適宜濃度PEG溶液可提高種子發芽率[24]。研究結果表明，不同濃度的PEG-6000對不同顏色(品種)藜麥種子的萌發影響不同，其中，白色品種抗旱能力最強，不受不同PEG-6000濃度的影響。而適宜的濃度條件下，PEG能促進黑色、紅色和灰色品種藜麥種子發芽率、發芽勢、發芽指數及發芽活力指數的提高。與史鋒厚等[24]的研究結果不完全一致，但與李芊夏等[25-26]輕度干旱脅迫可提高種子的發芽勢、發芽指數和活力指數的研究結果相近。可能是適宜的PEG-6000濃度增加了滲透調節物質，并修復膜系統損傷[27]，與其在極端環境下對種子的高度保護結構有關[28]。此外，隨著PEG-6000濃度的增加，可促進藜麥胚根長及幼苗鮮重的增大，但高濃度對4個品種藜麥的胚根長及幼苗鮮重均有一定抑制作用。與陳錦坤等[29-31]對大豆、光皮樺種子的研究結果相似。可能是由于不同顏色(品種)的藜麥對PEG-6000的脅迫能力反應存在差異。

PEG-6000作為常用的干旱脅迫調節劑，已廣泛應用于不同植物中[32-33]。通過研究不同濃度PEG-6000對不同顏色(品種)藜麥種子萌發期的影響，增加對藜麥種子抗旱性的了解，為后期藜麥的相關研究打下基礎，后續應將生理指標以及抗旱性的相關程度納入研究，提高對高抗性藜麥品種的篩選。

4 結論

不同濃度PEG-6000溶液對各色藜麥種子萌發相關指標的影響不同，低濃度(2.5%～7.5%)的PEG-6000溶液中藜麥種子的萌發能力強于對照，4種顏色藜麥種子均具有一定耐旱能力，尤其以紅色種子的耐旱能力最強；各色藜麥種子的發芽率和發芽勢本身存在差異。PEG-6000濃度為7.5%時紅色藜麥種子發芽指標均達最大；且各色藜麥種子的胚根長及幼苗鮮重均達最大。濃度為10.0%時各色藜麥種子的胚根長及幼苗鮮重均降至最低。