18个玉米杂交种萌发期抗旱性评价

庄克章，胡晓君2，吴荣华，张春艳，张 慧3，高英波3，李宗新3，李际会

(1.临沂市农业科学院，山东 临沂 276012；2.临沂大学生命科学院，山东 临沂 276000；3.山东省农业科学院玉米研究所，济南 250100)

水资源已成为影响我国粮食生产的重要制约因素[1]，干旱是影响玉米生产的主要限制因素之一[2]。我国玉米生产区旱灾频发，萌发期种子萌发和苗期生长受限[3,4]，随着单粒精播技术的推广，萌芽期抗旱性至关重要[5]。隶属函数法是一种在多指标测定的基础上对品种或材料进行评价的方法，已有学者利用隶属函数法对不同作物萌发期抗旱性进行评价[6-9]。鲁南地区玉米常年种植面积在133万hm2左右，是山东省主要的玉米产区之一，目前对该地区主栽品种或新品种的萌发期抗旱性研究未见报道。为此本研究用20%的聚乙二醇(PEG 6000)高渗溶液模拟干旱胁迫条件，通过隶属函数法综合评价18个玉米杂交种萌发期的抗旱性，为旱作玉米精准播种、抗旱品种鉴定和改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种

试验共采用18个玉米品种，详见表1。

表1 18个供试玉米杂交种

1.2 试验方法

试验于2018年8月在临沂大学生命科学院实验室完成。试验设2个处理，分别为蒸馏水(对照)和20%的PEG 6000溶液，3次重复，试验前1 d将试验所需培养皿用70%乙醇溶液做消毒处理，置于培养箱内晾干，对各玉米品种在水分胁迫情况下的种子萌发特性进行研究。精选大小一致无破损的种子30粒，经消毒(70%乙醇溶液浸泡1 min后洗净)置于培养皿中，以3层滤纸作发芽床，加20%的PEG 6000溶液做水分胁迫处理，对照用蒸馏水，放入培养箱中，25 ℃暗箱中萌发。为了测定种子萌发抗旱指数，从第2天开始，每隔1 d调查1次发芽数，直至第8天；第8天剪下根芽，每个培养皿内选择10株有代表性的植株测量胚芽长、胚根长(取平均值)。

1.3 测定指标

1.3.1发芽率、发芽势和发芽指数测定

发芽率(%)=(发芽总数/供试种子总数)×100%；

表2 PEG 6000胁迫对不同玉米种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

注：同列中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

发芽势(%)=(前3 d内的发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt(式中：Dt为发芽日数，Gt为与Dt相对应的种子发芽数)。

1.3.2种子萌发特性

相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长和相对胚芽长，按照“相对性状指标=PEG胁迫下各性状测定值/对照各性状测定值。

1.3.3萌发抗旱指数和胁迫指数

计算公式按照王赞等[10]和安永平等[11]的计算方法。

种子萌发抗旱指数=PEG胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数。

其中，萌发指数=(1.00)nd 2+(0.75)nd 4+(0.50)nd 6+0.25 nd 8，nd 2、nd 4、nd 6和nd 8分别为第2、4、6天和第8天的种子发芽率，1.00、0.75、0.50和0.25分别为响应萌发天数所赋予的抗旱系数。

萌发胁迫指数=处理种子发芽指数/对照种子发芽指数。

1.4 数据分析

数据用Excel 2003软件进行处理，采用SPSS 19.0数据软件进行方差分析。各指标降低率按照：降低率(%)=[(对照-处理)/对照]×100%进行计算，抗旱性综合评价采用加权隶属函数法[6,12,13]进行，在计算隶属函数值时，需按照下列公式进行标准化处理：u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1,2,3…n，Xj为第j个指标值，Xmin为第j个指标的最小值，Xmax为第j个指标的最大值，如果某一个指标与抗性负相关，则用u(Xj)=(Xmax-Xj)/(Xmax-Xmin)进行计算。然后按照公式(1)计算标准差系数Vj，其中Xmean为第j个指标的平均值；按照公式(2)计算权重系数Wj；按照公式(3)计算综合评价值(CEV)，综合评价值越大，抗旱性越强。

2 结果与分析

2.1 PEG 6000胁迫对玉米种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

发芽率、发芽势和发芽指数是种子发芽能力的重要指标，反映了种子发芽能力、发芽速度和幼苗生长情况。从表2可以看出，与对照相比，PEG 6000胁迫下，18个玉米杂交种的发芽率呈降低趋势，不同玉米品种降低程度存在差异，先玉047、鲁单1108、中地88和登海518发芽率降低率均超过15%，郑单958、鲁单818、登海605和屯玉808发芽率降低率低于5%；与对照相比，PEG 6000胁迫下，18个玉米杂交种的发芽势呈降低趋势，不同玉米品种降低程度存在差异，创玉358、豫玉22、农华101和中科11发芽势降低率超过50%，登海605和济玉901发芽势降低率低于15%；与对照相比，PEG 6000胁迫下，18个玉米杂交种的发芽指数呈降低趋势，不同玉米品种降低程度存在差异，豫玉22和农华101发芽指数降低率超过50%，先玉047、郑单958、登海605和济玉901发芽指数降低率低于30%。发芽率、发芽势和发芽指数降低程度越大，说明品种抗旱性越差，但是3个指标间的表现趋势不一致，说明种子抗旱性不能利用单一指标进行评价。

2.2 PEG 6000胁迫对种子萌发特性的影响

各指标相对值反映了PEG 6000胁迫下种子萌发特性，相对值越高，受抑制程度越低。从表3可以看出，18个品种的相对发芽率范围0.80%～0.98%，不同品种间存在显著性差异，郑单958、鲁单818和登海605最高，均为0.98%，鲁单1108最低，为0.80%；18个品种的相对发芽势范围0.12%～0.98%，不同品种间存在显著性差异，济玉901最高，为0.98%，农华101最低，为0.12%；18个品种的相对胚根长范围0.48～0.93，不同品种间存在显著性差异，郑单958最高，为0.93，登海6702最低，为0.48；18个品种的相对胚芽长范围0.26～0.48，不同品种间存在显著性差异，济玉901最高，均为0.48，农华101最低，为0.26。

表3 PEG 6000胁迫下玉米种子萌发特性

2.3 PEG胁迫对玉米种子萌发抗旱指数和胁迫指数的影响

从表4可以看出，18个玉米品种的萌发抗旱指数范围为0.56～0.83，不同品种间存在显著性差异，登海605最高，为0.83，农华101最低，为0.56；18个玉米品种的萌发胁迫指数范围为0.43～0.77，不同品种间存在显著性差异，登海605最高，为0.77，农华101最低，为0.43。

表4 PEG 6000胁迫下玉米种子萌发抗旱指数和胁迫指数

2.4 玉米种子抗旱性综合评价

采用隶属函数法，以相对发芽率、相对发芽势、相对胚根长、相对胚芽长、萌发抗旱指数和胁迫指数为评价指标，对18个杂交种萌发抗旱性进行综合评价。从表5可以看出，18个玉米杂交种综合评价值存在较大差异，范围为0.131～0.863，18个杂交种抗旱能力从强到弱依次为：济玉901>登海605>郑单958>屯玉808>鲁单818>先玉047>先玉335>鲁单9066>中地88>鲁单1108>金海5号>登海6702>中科11>登海518>农大108>创玉358>豫玉22>农华101。

2.5 玉米种子抗旱性聚类分析

使用SPSS 19.0软件进行系统聚类分析。将18个玉米品种的相对发芽率、相对发芽势、相对胚根长、相对胚芽长、萌发抗旱指数和胁迫指数的6个指标输入SPSS软件中，进行聚类分析，把18个品种分成三类：类群Ⅰ：济玉901、登海605、郑单958、鲁单818、先玉047、屯玉808和先玉335；类群Ⅱ：金海5号、登海6702、中地88、鲁单9066、登海518、中科11、农大108和鲁单1108；类群Ⅲ：农华101、豫玉22和创玉358。

图1 18个玉米品种的抗旱性聚类分析

3 讨论与结论

植物的抗旱性由多个基因控制，受多种因素影响[14]。种子萌发是一个复杂的生理过程，水分胁迫是影响种子萌发重要因素之一[15]，用PEG 6000高渗溶液模拟干旱胁迫成为研究种子萌发期抗旱性的重要方法[16-19]。种子在萌发初期对干旱胁迫具有较强的敏感性，发芽率、发芽指数、萌发抗旱指数、相对胚根长、相对胚芽长等指标已被用来有效评价玉米萌发期抗旱性[6,15,16]。本研究采用PEG 6000高渗溶液对玉米种子抗旱性进行评价减少了环境和人为因素造成的影响，用隶属函数法在多指标的基础上对玉米杂交种进行综合评价克服了单个指标的片面性。

表5 PEG 6000胁迫下各指标隶属函数值及综合评价值

PEG 6000胁迫降低了玉米种子的发芽率、发芽势和发芽指数，抑制了胚芽和胚根的生长发育，这与相关的研究结论一致[6,15]。济玉901、郑单958、登海605、屯玉808、鲁单818、先玉047和先玉335综合评价值在0.59以上，归类为抗旱品种；农华101、豫玉22和创玉358综合评价值低于0.37，归类为敏感品种，其余品种介于两类之间。