干旱胁迫下20份春大豆材料的种子活力及抗旱性评价

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(贵州省油料研究所， 贵阳 550006)

干旱是我国农业常见的自然灾害之一，也是影响农作物生长的严重灾害之一，因为水分成为作物生长发育的主要限制因子之一。我国是世界上最干旱的国家之一，干旱、半干旱地区占国土面积的50%以上[1]。大豆因其富含蛋白质、油分及其它多种生理活性物质而成为刚性需求的农产品，而我国2012、2013年种植面积仅700万hm2左右，产量1 200万t左右，远不能满足年7 000万t的需求，70%以上需靠进口，因此，我国大豆生产与需求矛盾非常突出；而在贵州省的大豆主产区为西部、北部旱地，干旱(春旱、伏旱)较为频发，又无灌溉条件，干旱导致大豆减产时有发生(如2011年发生的春旱与伏旱、2013年发生的伏旱)，如何抗旱减灾成为贵州省农业科研亟待解决的课题。

目前，国内外学者采用PEG模拟干旱胁迫在牧草、黄麻、黄瓜、亚麻等作物的种子抗旱性方面研究较多[1-9]，作物抗旱性的评价方法也各不同，在大豆抗旱性研究方面有一定的报道[10-13]。由于大豆品种的区域适应性很强，贵州省生产上急需高产、抗旱性强的大豆品种，为此，本研究采用PEG模拟干旱胁迫，对20份春大豆材料种子活力及抗旱性进行研究，以期筛选抗旱性较强的大豆育种材料，为抗旱大豆新品种的选育提供室内早期抗旱性鉴定参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

参试材料为贵州省油料研究所自有大豆育种材料，属于南方春大豆，共20份(表1)，编号为1～20。

1.2 试验方法

试验设计2个处理，即蒸馏水对照(ck)和浓度为15%的PEG溶液模拟干旱胁迫(DS)，每个处理重复3次。所有参试种子都经过精选和消毒，保证参试材料的完好性。每个培养皿中放入大豆种子30粒，分别加入20 mL蒸馏水和浓度为15%的PEG水溶液。参照王东娟等[1]的方法，分别将种子放在湿度为40%，光照为7 200 lx，温度为18 ℃(8 h)～ 25 ℃(16 h)变温的人工气候箱中进行培养。放入培养箱后的第2天开始观察记载种子发芽数量，调查记载时间截止到第8天。各指标计算公式如下：

发芽势(%)=第4天的正常发芽种子数/供试种子总数×100%[2]；

发芽率(%)=第6天累积的发芽数/供试种子总数×100%[2]；

种子萌发指数=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25×nd8(式中，nd2、nd4、nd6、nd8分别为第2、4、6、8天的种子萌发率[1])；

种子萌发抗旱指数=水分胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数[6]；

储藏物质转运率(%)=(芽+根)干重/(芽+根+籽粒)干重×100%[13]；

幼苗活力指数=胚芽平均长度×种子萌发指数[13]；

幼苗活力抗旱指数=干旱胁迫下幼苗活力指数/对照幼苗活力指数[13]；

干旱胁迫伤害度(%)=[(ck-DS)/ck]×100%[14](式中，ck为对照测定值，DS为干旱胁迫处理测定值)。

各指标的相对值为干旱胁迫处理测定值和对照测定值的比值。

抗旱综合评价方法：利用模糊数学中求隶属函数的方法进行各指标抗旱性综合评价。其公式为：

X=(Xt-Xmin)(Xmax-Xmin)[15-16]。

式中：X为抗旱隶属函数值，Xt为材料的指标测定值，Xmax和Xmin分别表示各种类指标的最大和最小测定值，如果抗性指标测定值与抗性呈负相关则用1-X的值来表示[15-16]。

1.3 数据处理

采用DPSV 7.05统计软件和Excel软件对原始数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 PEG干旱胁迫下不同大豆材料的相对发芽率、发芽势

发芽势和发芽率是反映种子质量优劣的主要指标之一，也是反映种子活力的重要指标。试验测定了干旱胁迫下的大豆种子萌发情况(表2)，从表2可看出，PEG干旱胁迫下，各大豆材料的发芽率和发芽势都受到不同程度的影响，抗旱性不同，其受到影响的程度也不同。相对发芽势和相对发芽率最高的是19号材料，达到216.67%和283.33%，说明其受到干旱胁迫的影响很小，表现出极强的耐旱性；其次是1、4、8、11、13、14号等材料的相对发芽率和相对发芽势较高，都达到100%以上，说明其受到干旱胁迫的影响较小，抗旱性较强；而最低的是17号，仅有56.25%和41.18%，说明其对干旱胁迫较敏感，抗旱性较弱。相对发芽率和相对发芽势与萌发抗旱指数的相关性分析结果表明，二者皆与萌发抗旱指数呈极显著正相关(r=0.879 5**，r=0.936 4**)。相对发芽势和相对发芽率较高的材料，其萌发抗旱指数也较高，抗旱性越强。

表2 各材料的相对发芽率、相对发芽势和种子萌发抗旱指数

材料编号相对发芽势(%)相对发芽率(%)萌发抗旱指数1145.45 163.64 1.3671 280.00 83.33 0.9744375.00 69.23 0.61324166.67 150.00 0.9310587.50 40.00 0.60236100.00 123.08 0.9780790.00 78.95 0.70898126.67 172.73 1.03749100.00 57.14 0.645610 88.89 111.76 0.757111128.57 111.11 1.00001288.89 118.18 0.953813116.67 212.50 1.235314118.75 130.77 1.08491566.67 84.21 0.68571666.67 84.62 0.62261756.25 41.18 0.434418114.29 150.00 1.087719216.67 283.33 2.11902082.35 77.78 0.6187

2.2 PEG干旱胁迫下不同大豆材料的萌发抗旱指数

种子萌发抗旱指数是一个相对值，体现了种子在干旱胁迫下的萌发能力以及受到干旱胁迫的影响程度，是评价种子在萌芽期抗旱性强弱的一个重要指标，抗旱性越强的材料其萌发抗旱指数值也就越大，反之则越小。从表2可看出，PEG胁迫下不同春大豆材料种子的萌发表现出的抗旱性差异显著，参试20份大豆材料的种子萌发抗旱指数值在0.434 4～2.119 0之间。其中，19号材料萌发抗旱指数最高，达到2.119 0，表明该材料具有较强的抗旱性，1、13、18、14、8、11号这几个材料的抗旱性较好，分别为1.367 1、1.235 3、1.087 7、1.084 9、1.037 4、1.000 0。

表3 PEG干旱胁迫对胚芽长、幼苗活力指数的影响

材料编号胚芽长(cm)ckDS伤害度(%)材料编号幼苗活力指数ckDS幼苗活力抗旱指数15.264.6711.2213.94503.50250.887825.422.0362.5522.57450.96430.374537.693.653.1936.24812.92500.468142.951.8537.2940.99560.62440.627156.331.4377.4154.19360.94740.225964.772.1654.7265.30662.40300.452876.232.756.6678.72203.78000.433485.933.4242.3387.04194.06130.576795.292.0561.2593.37241.30690.3875108.593.2362.401011.38184.27980.3760114.341.7260.37113.63481.44050.3963122.822.1523.76122.18551.66630.7624134.182.540.19134.38902.62500.5981142.871.7638.68144.12562.53000.6132156.653.0554.14157.98003.66000.4586164.071.9552.09163.35781.60880.4791176.891.6775.76174.56461.10640.2424184.92.3751.63183.79751.83680.4837194.772.939.20195.30663.22630.6080203.681.6355.71203.95601.75230.4429

表4 PEG干旱胁迫对大豆种子储藏物质转运率的影响

材料编号胚芽干质量(g)ckDS伤害度(%)材料编号物质储藏转运率(%)ckDS伤害度(%)10.08510.015681.6719.987.8324.1520.06780.022267.26213.545.833.3830.32980.036588.93317.799.6444.9140.12480.016886.5448.965.5647.3250.16450.007695.38510.414.5415.1860.12950.086533.20611.483.8747.2170.23410.03585.05712.775.7414.2580.12950.023581.8589.816.311.1190.14320.030478.7799.954.2514.47100.21690.124342.691013.167.3128.19110.0630.030451.75116.095.086.55120.0670.028357.76126.124.8419.44130.06710.008187.931314.14.936.60140.07710.062818.55148.285.949.42150.28760.033388.421513.225.6262.18160.09760.019280.331610.816.526.11170.14950.027381.741710.74.9426.36180.06480.015675.931811.845.5232.09190.04350.012870.57196.196.471.96200.09820.007892.06208.664.819.52

2.3 PEG干旱胁迫对大豆幼苗活力指数的影响

幼苗活力指数是体现种子萌发后苗期活力的一个重要指标，干旱胁迫一般会对种子萌发过程中的胚根、胚芽都产生影响，胚根胚芽直接影响到幼苗活力指数的大小。从表3可看出，干旱胁迫对各材料胚芽长度的伤害程度差异较大，伤害范围在11.22%～75.76%之间，17号材料的伤害度最大，达到了75.76%，说明该材料的胚芽发育受到干旱胁迫的影响较大，对干旱胁迫的敏感度较高，抗旱性较弱。只有1、4、12、14、19号这5个材料的胚芽长伤害度在40%以下。从幼苗活力抗旱指数来看，各材料的指数在0.225 9～0.887 8之间，1、12、19号材料的活力抗旱指数较高，说明这几个材料在干旱胁迫下的种子活力较强，仍然能维持较高的萌发能力，受到干旱胁迫影响较小，抗旱性较强。通过对幼苗活力指数、胚芽长、幼苗活力抗旱指数和胚芽长伤害度与萌发抗旱指数进行相关分析，结果表明，胚芽长伤害度与萌芽抗旱指数呈显著负相关关系(r= -0.60*)，幼苗活力抗旱指数与萌发抗旱指数呈极显著相关(r=0.60**)，抗旱性越强的材料其幼苗活力抗旱指数较高，在干旱胁迫下能够维持较高的种子活力，促进萌发。

2.4 PEG干旱胁迫对大豆种子储藏物质转运率的影响

试验测定了不同浓度PEG胁迫下的20份大豆种质材料的胚芽干质量和储藏物质转运效率(如表4所示)。从表4可看出，PEG干旱胁迫下不同大豆材料的储藏物质转运率受到不同程度的影响，从伤害度可以看出，不同材料之间对PEG干旱胁迫的敏感程度差异较大，伤害度越小，表明其受到干旱胁迫的影响越小，抗旱性就越强。20个材料的伤害度在1.96%～62.18%之间，其中，15号的伤害度达到62.18%、4号和6号分别达到47.32%和47.21%，在正常水分条件下，15，4，6号的平均储藏物质转运率分别为13.22%、8.96%和11.48%，而PEG干旱胁迫下的平均储藏物质转运率仅为5.62%、5.56%和5.74%。 相关分析结果表明，PEG胁迫条件下，种子的储藏物质转运率与萌芽抗旱指数呈正相关关系、储藏物质的伤害度与萌芽抗旱指数呈负相关关系，但都未达到显著水平。

2.5 不同春大豆材料的抗旱性综合评价

对不同处理下种子萌发多个指标(相对发芽率、相对发芽势、种子萌芽指数、幼苗活力抗旱指数、储藏物质转运率、种子萌发抗旱指数)进行测定计算，20份大豆材料不同指标之间的抗旱性强弱排序不尽一致，这就需要对多个指标进行综合考虑，对影响种子萌发的各因素进行分析，才能正确判断和评价种子在萌芽期的抗旱性。试验用隶属函数法得到20份大豆材料的抗旱指标隶属函数值，如表5所示，从表5可看出，20份春大豆材料的综合评价值存在较大差异，差异范围在0.066 292～1.600 207之间，20份大豆材料的抗旱性强弱顺序依次为：19>13>8>1>4>14>18>6>11>10>12>7>15>20>16>3>2>9>5>17。其中，排在前5位材料的综合评价值均高于0.7，表现出强抗旱性，17号材料的综合评价值仅为0.064 472，低于0.1，表现出极弱的抗旱性，而15、20、16、2、3、9、5号的综合评价值在0.1～0.4之间，表现为弱抗旱性，剩余的14、18、6、11、10、12、7号的综合评价值在0.4～0.7之间，抗旱性居中。

表5 各材料的抗旱指标隶属函数值及抗旱性综合排序

编号相对发芽势相对发芽率种子萌芽指数幼苗活力抗旱指数物质储藏转运率萌发抗旱指数平均值抗旱性位次11.43093.00850.45380.43810.002280.000160.888963420.38101.05430.15130.09840.001110.000090.2810261730.30080.71130.52250.16030.003330.000030.2830351641.77142.67660.00000.26560.000970.000080.785767550.50130.00000.35750.00000.000390.000030.1432051960.70182.02160.85250.15020.000000.000090.621033870.54140.94781.16880.13730.001080.000050.4660681281.12973.22970.93500.23220.001400.000100.921349390.70180.41710.33000.10700.000220.000040.25935418100.52361.74611.08630.09940.001980.000050.57623110111.16021.73030.55000.11280.000700.000100.5923439120.52361.90240.48130.35510.000560.000090.54382811130.96934.19740.78380.24640.000590.000131.0329232141.00262.20871.21000.25640.001190.000110.7798316150.16721.07580.94880.15400.001010.000040.39112413160.16721.08570.53630.16760.001530.000030.32638315170.00000.02870.35750.01090.000620.000000.06629220180.93112.67660.48130.17060.000950.000110.7101097192.57355.92090.85250.25290.001500.000281.6002671200.41870.91930.81130.14360.000540.000030.38224114

3 讨论与结论

大豆是大田作物，其抗旱性的鉴定方法基本上来源于田间，抗旱性强弱除了受自身遗传因素影响外，还与外界环境息息相关，会受到田间小环境(如天气、水分或其他环境因子)的影响[17]，由于不可控因素太多，导致操作困难，很难达到预期目的。通过室内鉴定，采用PEG胁迫人工模拟干旱胁迫环境，简单易操作，环境容易控制，不失为一个好的抗旱性初级鉴定方法。作物的抗旱性在不同作物、同一作物不同时期都会有不同的表现[7-12,19]，是多个形态、生理、生化指标的综合反映，受到很多环境因素和遗传因子的影响，因而不能进行单一性的评价。而种子萌发是作物生命周期的起点，是作物全生育期生命力比较旺盛的一个时期[20]，萌芽期抗旱性的鉴定基于其简单易操作，可以用来进行作物抗旱性评价的初级鉴定和抗旱性品种的初步筛选。

本试验结果表明，萌芽期抗旱性较强的有黔豆08014、黔豆2014-47、黔豆2014-36、黔豆2014-107、黔豆2014-108等5个材料；萌芽期抗旱性较弱的材料有黔豆2014-31、黔豆2014-134、黔豆2014-171、黔豆2014-155、黔豆2014-198等5个；其余材料在萌芽期抗旱性居中。

萌芽期抗旱性鉴定是早期室内抗旱鉴定的一个重要内容，也是最基础最简单可操作的评价时期，由于作物抗旱机理十分复杂，要真正明确评价大豆抗旱性还需要结合大豆各生长时期的抗旱性，下一步将结合盆栽和田间试验对大豆生育期中对水分最敏感的生育时期进行抗旱性鉴定评价，对其形态生长、生理生化等进行深入研究，以期更全面的筛选出抗旱性强的大豆品种。