PEG胁迫下藜麦品种萌发期抗旱性鉴定

张斌 马德源 范仲学 郭凤丹

摘要：以不同渗透势PEG-6000溶液模拟干旱胁迫条件，对7个不同来源藜麦品种的萌发期抗旱性进行研究。结果表明：低浓度PEG胁迫能够促进部分藜麦品种的萌发;随着PEG浓度的增加，藜麦种子的发芽率、萌发耐旱指数、相对根长、相对芽长下降;当PEG渗透势达到-1.0 MPa时，所有品种的胚根、胚芽均受到严重抑制;7个藜麦品种的芽期耐旱性存在显著差异，抗旱性强弱表现顺序为：农藜5号﹥静乐黑﹥稼祺1号﹥蒙藜1号﹥晋藜2号﹥晋藜1号﹥静乐灰，以农藜5号最强。该研究可为筛选适宜山东省干旱地区种植的藜麦品种提供理论依据。

关键词：聚乙二醇（PEG）胁迫;藜麦;萌发;耐旱

中图分类号：S519.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）12-0030-05

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）为藜科（Chenopodiaceae）藜属（Chenopodium）一年生草本植物，原产于安第斯山脉，是当地人们的传统食物。藜麦富含矿物质、维生素、高质量脂肪酸、蛋白质以及天然抗氧化物质[2，3]，被称为“超级谷物”、“食物中的黄金”。藜麦需水少，具有强大的抗旱能力，且具有较强的耐盐碱、耐涝渍能力，近年受到广泛关注[1]。

对藜麦抗旱机制的研究发现，脱落酸对气孔的调控作用可以增强其耐旱性[4]。藜麦还可以通过增强抗氧化能力来清除自由基，从而提高耐旱性[5]。芽期耐旱性是藜麦早期生长发育阶段重要的抗逆性状，其它作物该阶段的耐旱性鉴定已有较多研究[6，7]。研建藜麦芽期耐旱性鉴定方法是对其耐旱性研究首先要解决的技术问题。其中，国内用PEG胁迫方法研究藜麦种子萌发中的适应性和耐受性鲜有报道。据此，笔者设置不同浓度PEG-6000溶液对7个来自不同地区的藜麦品种进行芽期模拟水分胁迫试验，对高渗状态下藜麦萌发期的一些形态、生理指标进行研究，筛选确定藜麦芽期鉴定适宜条件，为藜麦抗旱性和遗传育种研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

来自不同地区的7份藜麦主要种植品种见表1。

1.2 研究方法

1.2.1 高渗溶液的配制 PEG-6000溶液，配置渗透势分别为-0.25、-0.50、-0.75、-1.00 MPa，分别对应136.27、202.13、252.87、295.71 g/kg H2O的PEG-6000溶液。依据Michel等[20]的公式计算溶液渗透势：

ΨS = -1.18×10-2C-1.18×10-4C2+2.67×10-4CT+8.39×10-7C2T 。

式中，ΨS 是溶液的渗透势（bar），1 bar = 0.1 MPa，C是溶液浓度（g/kg H2O），T是溶液温度（℃）。

1.2.2 种子萌发耐旱指数测定 将50粒供试种子置于直径10 cm培养皿中，分别加入7 mL不同浓度的PEG处理液，以蒸馏水作对照，放入25℃光照培养箱中暗发芽，培养8天，重复3次。每天调查发芽种子数（计数胚芽、胚根长度均超过1 mm的个体）。根据Bouslama等[21]的公式略做修改，计算种子萌发耐旱指数。

种子萌发指数PI=（1.00nd2+0.75nd4+0.50nd6+0.25nd8）/N 。

式中nd2、nd4、nd6、nd8分别为第2、4、6、8天萌发的种子数，N为种子总数。

种子萌发耐旱指数（GDRI）=处理3次重复的种子萌发指数/对照种子萌发指数的平均值。

相对发芽率GR（%）=nd8T/nd8K×100[8]。式中，nd8T为胁迫处理第8天的发芽率，nd8K为对照第8天的发芽率。

1.2.3 胚芽长、胚根长测定 每个培养皿挑选萌发8天后具有代表性的幼苗5株，测定其胚根长及胚芽长。并计算：

相对发芽势（%）=各处理平均发芽势/对照平均发芽势×100;

芽生长抑制率（%）=（对照平均芽长-处理平均芽长）/对照平均芽长×100;

根生长抑制率（%）=（对照平均根长-处理平均根长）/对照平均根长×100。

1.3 抗旱性综合评价方法

模糊數学隶属函数法在植物抗旱性研究中有着广泛应用[9-11]。本研究也采用此方法对不同品种进行综合评价。用下列公式求出每个品种所测抗旱指标的隶属函数值X（）。

式中，X为某品种某一指标的测定值;Xmax为所有鉴定品种某一指标测定值的最大值，Xmin为该指标中的最小值。据此求出每个藜麦品种各抗旱指标在不同PEG浓度下的隶属函数值，最后再将每一品种各抗旱指标的隶属函数值累加求其平均值，得出综合评价指标值，其值越大，则抗旱性越强。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 11.5软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫对藜麦相对发芽势和相对发芽率的影响

种子的发芽率和发芽势受种子本身的影响较大，相对发芽率和相对发芽势可以比较客观地反映种子萌发期的相对抗旱性。由表2看出，随着PEG胁迫浓度的增加，供试藜麦品种的相对发芽势呈下降趋势。当PEG渗透势为-0.25 MPa时，有4个品种的相对发芽势高于对照。当PEG渗透势为-0.75 MPa时，1号（蒙藜1号）、4号（静乐黑）、5号（晋藜1号）品种相对发芽势显著下降，分别降低22.11、23.94、23.64个百分点。当PEG渗透势为-1.0 MPa时，所有参试品种的相对发芽势均显著下降，7号品种的相对发芽势最大为46.58%，1号的最小为1.15%。供试品种相对发芽率的变化趋势与相对发芽势一致。

2.2 PEG脅迫对藜麦种子胚根、胚芽生长的影响

当PEG渗透势为-0.25 MPa时，5个品种的胚根长增加，7号（农藜5号）品种的增幅最大，是对照的2.05倍。随着PEG浓度增大，供试品种的胚根长呈下降趋势。PEG渗透势为-0.75 MPa时，所有品种的胚根长低于对照，5号（晋藜1号）品种的胚根长下降最多，只有对照的14%（表3）。

PEG渗透势为-0.25 MPa时，部分品种的胚芽长大于对照，但品种间差异不显著。随着PEG浓度升高，胚芽长逐渐降低，相同处理品种间差异也不显著（表4）。

2.3 PEG胁迫对藜麦种子萌发耐旱指数的影响

PEG渗透势为-0.25 MPa时，5个品种的萌发耐旱指数比用蒸馏水高，2个品种接近，不同品种间差异不显著。PEG渗透势为-0.5 MPa时，有4个品种的萌发耐旱指数接近对照（蒸馏水），最低的是2号（静乐灰），为0.86。PEG渗透势为-0.75 MPa时，萌发耐旱指数在0.68～0.94之间。PEG渗透势为-1.0 MPa时，所有品种的萌发耐旱指数大幅降低，7号（农藜5号）的萌发耐旱指数最高为0.50，1号（蒙藜1号）最低为0.02（表5）。

2.4 综合评价

种子萌发期的抗旱性是多种因素相互作用的复杂性状，用单一指标进行抗旱性评价难以全面反映植物的抗旱能力，因此本研究采用模糊数学隶属函数法。通过计算7个藜麦品种相对发芽势、相对发芽率、胚根长、胚芽长、萌发耐旱指数的隶属函数值，最终计算得出不同藜麦品种抗旱隶属函数总平均值。表明，不同藜麦品种芽期的抗旱性差异显著，其中7号品种（农黎5号）的抗旱性最强，其总平均值为0.662，其次是4号（静乐黑）和3号（稼祺1号），抗旱性最弱的是2号（静乐灰），其总平均值为0.252（表6）。

3 讨论与结论

作物芽期耐旱性是其早期生长阶段不可忽视的抗逆性状，研究藜麦芽期的耐旱性具有重要意义。利用聚乙二醇（PEG）模拟水分胁迫方法鉴定不同作物的抗旱性比较可靠。本试验以不同梯次渗透势的PEG-6000溶液模拟不同强度干旱胁迫条件，对7个不同来源藜麦品种的萌发特性和抗旱能力进行了研究。从结果上看，较低浓度的PEG-6000胁迫（PEG渗透势为-0.25 MPa和-0.50 MPa）对部分藜麦品种的萌发有一定促进作用，如7号（农藜5号）、4号（静乐黑）、3号（稼祺1号）的发芽率、抗旱指数与对照相比均有所增加，可能的原因是低浓度PEG处理种子对其萌发产生“引发作用”[12]。秦岭等[6]研究发现，低浓度PEG处理对谷子种子萌发具有较好的促进作用，PEG渗透势为-0.25 MPa胁迫有时会超过对照;4种羊茅属植物的相对发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数在5%～10% PEG浓度下均大于对照[13]。但随着PEG胁迫浓度的逐渐加大，藜麦种子萌发受到抑制，但具体的临界浓度还需要进一步研究。本研究发现5号（晋藜1号）、6号（晋藜2号）并未表现出被引发现象。另外，在较低浓度PEG胁迫时，大多数黎麦品种的胚根和胚芽长有所增加。藜麦通过增加根长来增加吸收面积，是对缺水环境的适应。当PEG超过一定浓度时，胚芽、胚根的生长均受到抑制，长度降低。说明强烈的干旱胁迫阻碍了幼苗生长。

植物的抗旱性是受多种因素影响的复杂数量性状，用单一指标进行抗旱性鉴定可能会造成较大偏差，难以全面客观反映植物的抗旱性强弱。隶属函数法可以在多项测定指标的基础上对植物的抗旱性进行综合评价，多指标的综合评价比单一性状指标评价更具有可行性和可靠性[7，14，15]。种子萌发的相对发芽率[16]、胚根/胚芽比值[17]、抗旱指数[18]和活力指数[19]等指标在鉴定种子抗旱性方面得到广泛应用。本研究采用测定5个芽期指标的隶属函数法对7个来源不同的藜麦品种萌发期的抗旱性进行了综合评价，具体的抗旱性强弱表现顺序为：农藜5号﹥静乐黑﹥稼祺1号>蒙藜1号>晋藜2号>晋藜1号>静乐灰。

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