大豆种质资源芽期抗旱性鉴定

王利彬，刘丽君，裴宇峰，董守坤，孙聪姝，祖 伟，阮英慧

（1.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江省农垦科研育种中心，哈尔滨 150036）

大豆是对缺水表现最敏感的一种豆类作物[1-3]。在我国干旱半干旱地区，大豆芽期干旱是影响大豆出苗率的重要原因，黑龙江省发生春旱的频率高达70%，是全国春旱发生频率最高的地区之一，因此对黑龙江地区主要大豆种质资源进行芽期抗旱性综合评价与鉴定，筛选出抗旱性强的品种用于实际生产是发展黑龙江旱区大豆生产的重要战略措施[4-6]。

目前，多数研究者选用聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）作为植物抗旱性选择剂或水分胁迫剂[7-9]，这是因为聚乙二醇是一种亲水性很强的大分子有机物，溶于水后能产生强大的渗透压，可配制成预定的不同梯度的水势溶液，以模拟土壤的自然水分胁迫状况。常用的PEG胁迫试剂种类有PEG-2000、6000和8000，其中以PEG-6000的研究报道最多[10]。研究表明，在高渗溶液法鉴定种子芽期抗旱性中，选用-0.50 MPa的PEG-6000的效果为好[11]，且在相同水势下PEG-6000对植物水分生理产生的影响和土壤干旱相似[12]。

本试验通过采用PEG-6000处理模拟水分胁迫，测定了大豆的发芽势、发芽率、胚根长及下胚轴长，对大豆种质资源进行耐旱性综合评价，以期筛选出一批芽期抗旱性强的品种，为抗旱性品种选育和抗旱性机理研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种共计91份（见表1）。

表1 供试品种Table 1 Cultivars tested

1.2 试验设计

试验采用PEG-6000作为渗透介质，共两个部分：

Ⅰ：将种子分别于不同浓度PEG-6000溶液处理下进行发芽试验，其浓度梯度分别为：10%、15%、20%、25%和30%，与之对应的水势分别约为：-0.20、-0.40、-0.60、-0.86和-0.12 MPa，以蒸馏水作为对照。

Ⅱ：将种子于15%PEG-6000溶液处理下进行发芽试验，其浓度由Ⅰ综合评价得出。

1.3 试验方法

将大豆种子用0.1%KMnO4溶液浸泡消毒10 min，用蒸馏水冲洗3～4次，阴干后播于发芽盆中（上口直径13 cm，下底直径10 cm，高10 cm），发芽盆中装有经浸泡、多次清水冲洗并烘干的细沙，每盆均匀摆放20粒种子，细沙总量1.3 kg，设5次重复。将发芽盆置于人工气候箱中，在20℃、10 h，25℃、14 h变温无光的条件下发芽，首次浇灌300 mL PEG-6000溶液，隔日补充50 mL相应浓度PEG-6000溶液，以保持渗透势不变。以芽长大于等于大豆种子本身的长度为发芽标准，第3天统计发芽势，第7天统计发芽率，并测量胚根长和下胚轴长。

1.4 计算公式

发芽势（Germination energy，GE）=第3天发芽种子数/供试种子数；

相对发芽势（Relative germination energy，RGE，%）=（处理发芽势/对照发芽势）×100%；

发芽率（Germination rate，GR）=第7天发芽种子数/供试种子数；

相对发芽率（Relative germination rate，RGR，%）=（处理发芽率/对照发芽率）×100%；相对胚根长(Relative radicle length，RRL，%）=（处理胚根长/对照胚根长）×100%；

相对下胚轴长（Relative hypocotyls length，RHL，%）=（处理下胚轴长/对照下胚轴长）×100%；

胚根/下胚轴指数（Index of RRL/RHL）=相对胚根长/相对下胚轴长。

1.5 抗旱综合评价方法

利用模糊数学中求隶属函数值（Membership value，MV）的方法对91份大豆进行综合评价[13-14]。其公式如下：

式中，Fij为某品种某一指标的测定值，Fjmax为该指标中的最大值，Fjmin为该指标中的最小值。为品种j性状的隶属值。为i品种的总隶属函数值（Total membership value，TMV），n为测定指标数。根据相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长和胚根/下胚轴指数四个指标的总隶属值的大小，依下列标准分耐旱级别（Drought resistance level，DRL）：

1级-耐旱型，隶属函数值在0.8以上；

2级-较耐旱型，隶属函数值在0.6～0.8之间；

3级-中间型，隶属函数值在0.4～0.6之间；

4级-干旱较敏感型，隶属函数值在0.2～0.4之间；

5级-干旱敏感型，隶属函数值在0.2以下。

1.6 试验数据处理及分析方法

采用Excel 2003和SPSS17.0统计分析软件进行数据统计及分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度PEG处理对种子芽期的影响

结果见表2。

表2 不同PEG浓度处理对大豆种子芽期的影响Table 2 Effect of different PEG concentrations on soybean seeds at bud stage

由表2可知，当PEG浓度为10%、15%时，种子发芽；当PEG浓度为20%、25%、30%时，种子不发芽，这说明在水势0～-0.40 MPa范围内大豆种子具有发芽能力，当水势小于-0.40 MPa时种子受到严重干旱，生长受到严重抑制而不发芽。各品种在不同程度水分胁迫下发芽势和发芽率随水势的降低而降低，10%PEG处理与对照相比均表现为差异不显著，而15%PEG处理则均表现为差异显著（相关系数分别为r=0.897**、r=0.862**）。当PEG浓度升高到10%（-0.20 MPa）时，绥农26、黑农57、东农53的发芽势和发芽率与对照相比分别下降7.14%、4.71%；2.11%、2.00%；5.41%、5.75%；浓度升高到15%（-0.40 MPa）时，分别下降78.57%、65.88%；41.05%、35.00%；52.70%、44.83%。由此可知，水分胁迫对种子发芽势的影响大于发芽率，说明水分胁迫对种子萌发初期影响更大。15%PEG下发芽势和发芽率下降幅度明显大于10%PEG，说明大豆种子能够忍耐较轻的水分胁迫。

种子发芽后胚根和胚轴伸长的速度受干旱胁迫吸水能力的制约[15]，并且在低渗溶液（蒸馏水）中有利于大豆下胚轴的生长而不利于胚根生长，在渗透胁迫环境中则相反[16]。由表2可知，随水势的下降，大豆种子的胚根长及下胚轴长均呈下降趋势，且在不同浓度PEG处理下均差异显著，以绥农26下降幅度最大，黑农57最小。但随着PEG浓度的增大，胚根长/下胚轴长和胚根/下胚轴指数呈增大趋势（绥农26除外），且10%PEG处理胚根/下胚轴指数与15%PEG处理差异显著，表明芽期耐旱性强的品种在水分胁迫下能够相对加快胚根伸长速度，以抵御不利环境的影响。

15%PEG处理各性状均比10%PEG处理下降明显且差异显著，可见15%PEG对大豆品种芽期各指标影响明显。

2.2 不同大豆品种芽期耐旱性综合评价分析

2.2.1 相对发芽势

种子发芽势用来表示种子在干旱胁迫条件下的萌发能力，相对发芽势越大，说明种子的萌发能力越强，发芽越整齐[17]。由表3可知，在PEG处理下，各品种相对发芽势均下降。相对发芽势最大为0.84，最小为0，其中相对发芽势大于0.50的品种有：黑农35、黑农37、黑农38、黑农42、黑农43、黑农44、黑农45、黑农49、黑农57、合丰29、合丰34、合丰42、合丰47、合丰50、合丰51、合丰56、绥农4、绥农17、绥农24、绥农30、垦农20、垦农30、垦农31和垦丰12，且上述品种总隶属值也均较高。相对发芽势隶属值与总隶属值的相关系数为0.822**。

表3 大豆芽期抗旱指标隶属值及抗旱性综合评价Table 3 Comprehensive evaluation of drought-tolerant index membership value and drought resistance of soybean seeds at bud stage

续 表

续 表

2.2.2 相对发芽率

干旱胁迫下，抗旱型的大豆品种能保持较高的发芽能力，且具有较高的相对发芽率，而非抗旱品种则不然[18]。由表3可知，各品种在PEG处理均比对照低，最大为0.96，最小为0.12，其中相对值大于0.80的品种有：黑农37、黑农42、黑农45、黑农44、黑农49、黑农57、合丰34、合丰42、合丰47、合丰50、合丰51、绥农4、绥农17、绥农30、垦丰12、垦农20、垦农30和绥无腥小豆1号。相对发芽率隶属值与总隶属值的相关系数为0.880**。

2.2.3 胚根长及胚根/下胚轴指数

不同抗旱类型大豆胚根伸长速度，是鉴定抗旱力的一项重要的形态指标，并且下胚轴的生长速度快，在半干旱或干旱地区尤为重要，是大豆种子萌芽对干旱适应的重要适旱特征[4]。以胚根/下胚轴指数大于1.5为抗旱型品种的鉴定标准，筛选出的抗旱品种有：黑农35、黑农37、黑农38、黑农41、黑农42、黑农43、黑农44、黑农45、黑农57、合丰42、合丰47、合丰50、合丰51、合丰56、绥农4、绥农17、绥农30、垦农31和垦丰5，相对胚根长和隶属值胚根/下胚轴隶属值与总隶属值的相关系数分别为0.870**、0.874**。

2.2.4 基于四项指标的综合评价

以相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长和胚根/下胚轴指数四个指标得出的总隶属值大小进行分耐旱级别划分，可得1级（耐旱型）品种6份；2级（较耐旱型）品种12份；3级（中间型）品种25份；4级（干旱较敏感型）品种40份；5级（干旱敏感型）品种8份。

3 讨 论

3.1 PEG处理对种子发芽指标的评价

在水分胁迫下，大豆种子的发芽势及发芽率的下降已被多次证实，但有研究学者发现发芽势高的品种不一定发芽率高，而不能作为抗旱性鉴定指标，同时指出只有发芽势和发芽率均高才能作为一项抗旱性鉴定的指标[18]。从本研究结果看，发芽势高的品种其发芽率也高，而且二者的隶属值与总隶属值的相关程度较高（r=0.822**、r=0.880**），因此，可以用发芽势和发芽率大小作为大豆种子芽期抗旱性鉴定指标之一，但能否作为大豆苗期乃至全生育期的抗旱性鉴定指标还有待进一步研究。

胚根长大小与抗旱性关系密切，抗旱型品种的胚根长大于其他类型的品种[19]。在土壤比较干旱的条件下，抗旱性强的品种发芽迅速，胚根的生长速度快，发根能力强，能很快形成幼苗根系，主根下扎深度大于其他品种[20]。本试验结果表明，抗旱性强的品种，在PEG处理下对胚根的伸长的抑制明显小于下胚轴，而且胚根/下胚轴指数较高，这样种子可以迅速夺取土壤表层水分，并向下生长，以避免芽枯。因此，胚根和下胚轴的生长状况可作为评价大豆芽期抗旱性的生理指标。

3.2 大豆芽期抗旱性综合评价

作物抗旱性是一个受多种因素影响的复杂的数量性状，每个与抗旱性有关的性状对大豆的抗旱性都起作用，因此，利用单一性状指标鉴定大豆的抗旱性局限性很大，难以全面准确的反映抗旱性强弱，必须结合多种指标进行综合评价[21-22]。本研究选用与大豆芽期抗旱性密切相关的相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长及胚根/下胚轴长指数四个性状指标进行综合评价鉴定更具有可靠性，能否用于全部作物中还有待于进一步研究，并且种子芽期的其他指标，如发芽速度、种子吸水率等能否作为抗旱指标同样需要进一步验证。

4 结论

本试验结果表明，15%PEG-6000对大豆品种芽期抗旱性指标影响明显。在此浓度下，基于对相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长及胚根/下胚轴指数测定得出的总隶属函数值为指标，对黑龙江省91份大豆种质资源进行综合评价分析，筛选出耐旱型品种6份，较耐旱型品种12份，中间型品种25份，干旱较敏感型品种40份，干旱敏感型品种8份。

[1] 杨鹅辉,李贵全,郭丽,等.水分胁迫对不同抗旱大豆品种花期质膜透性的影响[J].干旱地区农业研究,2003,21(3):127-129.

[2] 刘艮舟,盖钧镒,马育华.江淮下游大豆地方品种杭旱性鉴定的初步研究[J].南京农业大学学报,1989,12(1):15-20.

[3] 李贵全,杜维俊,孔照胜,等.不同大豆品种抗旱生理生态的研究[J].山西农业大学学报,2000,20(3):197-200.

[4] 许忠仁,张贤泽.大豆生理与生理育种[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1989:167-168．

[5] 赵坤.干旱胁迫条件下春大豆生理生化特性研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2010:1-57．

[6] 赵秀兰.近50年中国东北地区气候变化对农业的影响[J].东北农业大学学报,2010,41(9):144-149．

[7] 孟健男,于晶,苍晶,等.PEG胁迫对两种冬小麦苗期抗旱生理特性的影响[J].东北农业大学学报,2011,42(1):40-44．

[8] 樊庆鲁,郭加沅,国樱.水稻籼爪重组自交系群体芽期耐旱性鉴定[J].广西植物,2009,29(1):74-77．

[9] 魏媛,喻理飞.构树种子发芽对水分胁迫的响应[J].贵州科学,2004,22(2):57-60．

[10] Kaufmann M R,Eckard A N.Evaluation of water stress control with polyethylene glycols by analysis of guttation[J].Plant Physiology,1971,47(4):453-456.

[11] Hohl M,Schopfer P.Water relations of growing maize coleoptiles:Comparison between mannitol and polyethylene glycol 6000 as external osmotica for adjusting turgor pressure[J].Plant Physiology,1991,95(3):716-722.

[12] 景蕊莲,昌小平.用渗透胁迫鉴定小麦种子萌发期抗旱性的方法分析[J].植物遗传资源学报,2003,4(4):292-296．

[13] 杨守萍,陈加敏,刘莹,等.大豆苗期耐旱性与根系性状的鉴定和分析[J].大豆科学,2005,24(3):176-182．

[14] 谢皓,朱世明,包子敬,等.干旱胁迫下大豆品种抗旱性评价与筛选[J].北京农学院学报,2008,23(4):7-11．

[15] 韦娇媚,唐玉贵,黄志娟.任豆种子发芽对干旱胁迫的响应[J].广西林业科学,2010,39(2):73-77．

[16] 李俐俐,刘天学,赵霞.大豆种子萌发期对渗透胁迫的响应[J].大豆科学,2007,26(4):550-554．

[17] 吴伟,陈学珍,谢皓,等.干旱胁迫下大豆抗旱性鉴定[J].分子植物育种,2005,3(2):188-194．

[18] 陈学珍,谢皓,郝丹丹,等.干旱胁迫下20个大豆品种芽期抗旱性鉴定初报[J].北京农学院学报,2005,20(3):54-56．

[19] 刘学义,任冬莲,李晋明,等.大豆成苗期根毛与抗旱性的关系研究[J].山西农业科学,1996,24(1):27-30．

[20] 谢甫绨,董钻,刘宛,等.渗透胁迫下大豆抗旱机理的初步研究[J].沈阳农业大学学报,1995,26(1):8-12．

[21] 孙祖东,陈怀珠,杨守臻.苗期抗旱胁迫对大豆生长发育的影响与耐旱材料的筛选[J].广西农业科学,2002(1):11-13．

[22] 梁建秋,张明荣,吴海英.大豆抗旱性研究进展[J].大豆科学,2010,29(2):341-346．