不同浓度PEG-6000对苦荞种子萌发的影响及抗旱性评价

万 燕 马成瑞 马前瑞 盛正翔 乐梨庆 向达兵 赵 钢

(1.成都大学药学与生物工程学院，四川 成都 610106；2.农业农村部国家杂粮加工重点实验室，四川 成都 610106)

在全球变暖的大背景下，近年来极端天气频发，而干旱是主要因素之一[1]。干旱增加的主要原因为蒸发量增加、降雨量减少及时间与空间分布不均[2-3]。干旱造成的作物减产超过了其它环境因素的总和，严重影响了我国粮食安全。模型表明，未来干旱区域更大、程度更深[4-5]。苦荞(Fagopyrumtataricum(L.)Gaerth)是集营养、保健、医疗于一体的天然功能食品，具有极高的食用和药用价值，市场需求日益增加[6]。苦荞主产区位于旱作农业区与高寒山区，实际生产中干旱严重影响了苦荞种子萌发和幼苗生长[7]。

作物的抗旱性在不同时期、不同干旱胁迫程度、不同培养条件都会有不同的表现，它是多种形态、生理指标的综合反映[8-9]。种子萌发期是作物生育的关键时期，因此常被用作品种抗旱性评价[10]。干旱胁迫通过减少种子萌发三要素之一的水分来影响种子发芽率和发芽势，旱害时幼苗蒸腾失水大于根系吸水，导致其体内水分亏缺，从而影响胚根与胚芽的生长[11-12]。现已有PEG-6000模拟干旱胁迫对种子萌发影响方面的研究[13-14]，贾婷等[15]研究不同PEG-6000浓度对甜荞种子的发芽率、发芽势、胚根长度等影响来判别不同品种的抗旱性；李伟等[16]研究了不同PEG-6000浓度对4个小麦品种种子萌发及幼苗形态影响。隶属函数评价法通过多指标能综合评价种子的抗旱性[17-18]，谭春燕等[19]研究干旱胁迫对春大豆材料的种子活力及抗旱性评价；温蕊等[20]研究了干旱胁迫对向日葵种子萌发的影响及其抗旱性鉴定。不同植物的萌发特性及干旱胁迫下的反应都有自身的特点，尚无统一的评价方法和体系。在实际生产过程中，轻度干旱与重度干旱对不同作物种子萌发具有不同的影响，表明种子的活力及综合性的抗旱评价至关重要。干旱对苦荞种子活力影响、抗旱性指标筛选及抗旱性评价研究较少。本试验通过不同浓度PEG-6000对苦荞种子萌发期各项指标的影响、构建苦荞的种子抗旱性评价指标、进行综合抗旱性评价，为应用种植和抗旱品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料及培养

以4个苦荞品种为材料(见表1)，设置4个浓度(0%、5%、15%、25%)PEG-6000处理，分别标记为ck、D 1、D 2、D 3。每个材料分别选取360颗饱满种子，1%高锰酸钾消毒30 min，蒸馏水冲洗3次，泡种12 h，采用培养皿水培培养，每皿垫2层滤纸，分别放入30粒种子，每皿分别加入5 mL PEG-6000溶液处理，3次重复。放入隔水式恒温培养箱中20 ℃黑暗条件培养，每天加1 mL对应溶液防止滤纸失水。

表1 4份苦荞材料编号、名称及来源

编号品种来源V1川荞1号多倍体 C1D成都大学农业农村部杂粮加工重点实验室V2云南花苦 YK云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所V3晋苦2号 JQ2山西省农业科学院小杂粮研究中心V4黔苦4号 QK4贵州省威宁县农业科学研究所

1.2 测定指标

以胚根长度等于种子长度的1/2作为发芽标准、连续4 d未有种子发芽时作为发芽结束。每天09：00时记录每个培养皿发芽种子数，发芽结束时从25% PEG-6000培养皿中选取未发芽种子15粒，蒸馏水清洗后正常供水，计算恢复发芽率。发芽结束时从各重复中随机取出5粒发芽种子测量胚根、胚芽长度。分别称取鲜重，放入60 ℃烘箱烘至恒重，称取干重。测定苦荞种子发芽率、发芽势、种子萌发指数、胚根长、胚芽长、幼苗活力指数、胚根含水量、胚芽含水量、储存物质转运率。通过灰色关联性分析确定各个指标的关联系数(R)。选取5%、15% PEG-6000均为中度相关的为抗旱次级指标，分别为高度相关的指标为抗旱初级指标。利用模糊数学中求隶属函数的方法求出初级、次级指标隶属函数值X，进行各指标抗旱性综合评价。

干旱胁迫指数(DRI)=(干旱胁迫处理下测定值/对照处理下测定值)×100%；

种子萌发指数=1.00×nd2+0.75×nd4+0.5×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)；

储藏物质转运率=(芽+根)干重 /(芽+根+籽粒)干重；

幼苗活力指数=胚芽平均长度×种子萌发指数；

隶属函数值X=(Xt-Xmin)/(Xmax-Xmin)，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来表示。

表2 不同浓度PEG-6000对种子萌发的影响 单位：%

编号 发芽势DRI 发芽率DRI 萌发指数DRI D1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD3恢复发芽率V191.9±7.2b57.8±18.4c89.0±13.4a81.5±14.2a89.5±14.7a76.0±15.2a16.7±5.7cV2111.9±8.8a66.9±12.9c105.3±8.1a92.5±6.2a116.6±16.7a77.9±10.7a76.7±2.8abV3107.8±10.2a37.2±10.1d101.3±5.8a79.8±7.6b105.6±6.9a58.6±8.6b66.7±2.8bV467.7±3.6c63.1±18.7c95.9±3.8a90.9±11.9a99.2±7.2a92.4±22.6a81.7±12.5a

注:不同小写字母表示相同指标不同品种不同浓度差异显著 (p<0.05) 。下同。

表3 不同浓度PEG-6000对幼苗形态指标的影响 单位：%

编号 胚芽长DRI 胚根长DRI 根茎比DRI 幼苗活力指数DRI D1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckV1106.3±7.8bb23.2±10.2e118.9±12.6b68.8±7.4c110.0±11.6a340.3±150.7c97.2±13.6b15.9±8.1dV275.6±9.7c8.6±5.7f81.5±8.6c68.1±6.2c111.6±8.9a1123.1±691.7a89.5±14.9b6.7±5.3eV372.0±8.8c9.6±0.2f62.3±8.5c72.7±6.3c86.5±11.3b747.5±61.8d76.3±13.1b5.6±0.9eV4161.3±8.8a39.0±8.9d155.8±13.1a179.8±25.7d98.4±6.1a497.7±107.4d161.2±19.3a37.9±21.1c

1.3 数据分析与处理

采用Excel 2003软件和DPS软件进行数据处理、绘图和统计分析。灰色关联分析以萌发指数为对照数列(Y)，各项指标记为Xn。

2 结果与分析

2.1 对种子萌发的影响

25%PEG-6000胁迫下4个材料的苦荞种子均未萌发。从表2可看出，在0%～15%PEG-6000浓度范围内，随着PEG-6000浓度增加，V 1号、V 4号材料种子发芽率、发芽势和萌发指数均降低；V 2号、V 3号材料种子发芽率、发芽势和萌发指数均呈先上升后降低的趋势。不同PEG-6000浓度下各苦荞材料的发芽率和发芽势都受到不同程度的影响，品种不同，其受到影响的程度也不同。5% PEG-6000胁迫下，发芽势DRI和发芽率DRI最高的是V 2号材料，分别达到111.9%和105.3%，其次是V 3号材料，发芽势DRI和发芽率DRI都达到100%以上。15% PEG-6000胁迫下各材料的发芽势DRI和发芽率DRI均小于100%，最高的是V 2号材料，分别为66.9%和92.5%；最低的是V 3号材料，分别为37.2%和79.8%，均显著低于其它材料。

不同PEG-6000浓度对各材料的种子萌发指数影响也不同，5%PEG-6000胁迫下种子萌发指数DRI大于100%的有V 2、V 3号材料，分别为116.6%和105.6%，4个材料均无显著性差异。在15% PEG-6000胁迫下，所有材料的种子萌发指数DRI均小于100%，其中V 3材料显著低于其它材料。恢复发芽率表明，重度干旱胁迫时重新复水时种子的发芽率最低为V 1号材料(仅 16.7%)，其余材料均大于60%，其中最高为V 4号材料(81.7%)，显著高于V 1、V 3号材料。

2.2 对幼苗形态指标的影响

从表3可看出，0%～15%PEG-6000浓度范围内，随着PEG-6000浓度增加，苦荞幼苗胚芽长、胚根长和幼苗活力指数均降低，而根茎比升高。不同干旱胁迫对各材料胚芽长、胚根长、根茎比和幼苗活力指数差异较大，5%PEG-6000胁迫下，V 1号材料与V 4号材料的胚芽长DRI与胚根长DRI均大于100%，15% PEG-6000胁迫下只有V 4号材料胚根长DRI大于100%。在5% PEG-6000干旱胁迫下V 3号和V 4号材料根茎比DRI小于100%，其余材料根茎比DRI在5%、15%PEG-6000胁迫下均大于100%。从幼苗活力指数DRI来看，5%PEG-6000胁迫下，V 4号材料大于100%(达到161.2%)，显著高于其它材料，其余材料在5%、15%PEG-6000胁迫下均小于100%。

2.3 对幼苗不同部位含水量与干物重、储藏物质转运率的影响

从表4可看出，0%～15% PEG-6000浓度范围内，随着PEG-6000浓度增加，除V 4号材料的胚根干物重增加外，其余苦荞幼苗胚芽、胚根的含水量与干物重、物质储存转运率均降低。V 4号材料在5% PEG-6000胁迫下胚芽含水量DRI大于100%，显著高于V 3号材料，其余材料均小于100%，其中最低为V 1号材料，胚根含水量DRI为77.1%，显著低于V 2、V 4号材料。5%、15% PEG-6000胁迫下，V 4号材料胚根干物重均大于100%，显著高于其它材料，其余材料均小于100%。储藏物质转运率DRI仅V 4号材料在5% PEG-6000胁迫下大于100%，显著高于其它材料，其余均小于100%。

2.4 灰色关联性分析筛选抗旱鉴定指标

灰色关联性分析得出各指标与抗旱指数的关联度系数及排序，通过关联系数确定关联程度，轻度关联 (0

表4 不同浓度PEG-6000对幼苗的含水量与干物重、储藏物质转运率的影响(%)

编号 胚芽含水量DRI 胚根含水量DRI 胚芽干物重DRI 胚根干物重DRI 储藏物质转运率DRI D1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckV199.6±0.2ab93.4±0.3c96.8±1.1ab77.1±7.2b82.0±3.7c39.1±14.2b86.0±10.8b69.6±16.3b86.8±4.5b42.1±15.3cV299.3±1.9ab91.2±9.4bc97.9±7.2b90.6±8.1a81.6±36.7b22.4±17.8b87.2±9.3b45.2±13.9d92.5±0.6ab35.3±13.4cV398.4±0.6b96.8±8.7bc98.0±1.7a79.0±6.8b89.8±8.9c27.1±14.4b98.5±6.5b87.3±14.0b93.7±20.7ab37.2±11.7cV4101.4±0.8a92.5±4.0bc97.8±0.7a82.9±13.3a95.7±16.9ab38.4±2.3b135.6±11.3a234.3±74.4c113.4±12.0a51.1±21.5c

表5 各指标的抗旱隶属函数

编号 Y X1 X2 X7 X8 X10 X11 平均值 D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2V10.000.510.000.130.550.690.000.430.031.000.520.380.000.000.160.45V21.000.451.001.001.001.000.220.000.000.000.300.000.921.000.630.49V30.600.000.750.000.910.000.260.120.580.280.001.001.000.140.590.22V40.361.000.430.880.000.871.001.001.000.961.000.230.760.430.650.77

注：所有指标均为DRI，Y为萌发指数、X 1为发芽率、X 2为发芽势、X 3为胚芽长、X 4为胚根长、X 5为根芽比、X 6为幼苗活力指数、 X 7为储存物质转运率、X 8为胚芽干物重、X 9为胚根干物重、X 10为胚芽含水量、X 11为胚根含水量。 图1 不同浓度PEG-6000下各指标与Y的关联系数及排序

2.5 各指标的抗旱隶属函数和综合抗旱性评价

选取在5%、15%PEG-6000胁迫下的初级、次级指标作为抗旱指标，用隶属函数法对抗旱指标进行初步评价。根据表5确定在5%PEG-6000胁迫下材料的抗旱性从大到小为V 4>V 2>V 3>V 1。15%PEG-6000胁迫下材料的抗旱性从大到小为V 4>V 2>V 1>V 3。

3 讨 论

轻度干旱提高种子发芽率主要通过提高淀粉酶活性，加速淀粉的分解速度，保证种子萌发所需的能量[21]。李芊夏等研究表明，轻度干旱胁迫提高赛菊芋种子的发芽势、发芽指数、胚根长度和活力指数[22]。试验结果表明；轻度干旱胁迫促进了苦荞耐旱性品种的种子萌发，而对低耐旱的苦荞种子呈抑制作用。陈小娜等研究表明，(25 ℃,10%/20%)组合处理下种子发霉数较少，萌发可能性较大[23]。试验发现，25% PEG-6000处理下川荞1号多倍体种子均未发芽，导致种子大量染菌，造成结果不同的原因是不同的种子特性，高温高湿条件促进甘草种子萌发。多倍体植物通过提高渗透调节物质含量、增强抗氧化系统活性、增加基因表达来增强抗逆性[24]。5% PEG-6000干旱胁迫提高了川荞1号多倍体胚根、胚芽长度。姜文芝等研究表明，四倍体黄瓜和三倍体黄瓜的耐低温能力比二倍体黄瓜强[25]。

作物的抗逆性是多种形态、生理指标的综合反映，单一、少数和关联性弱等指标均不能反应其抗旱能力，需多个和关联性强指标，因此需要有合适的方法来判断关联强弱和评价抗旱性[26]。本试验通过萌发指标和形态指标研究不同浓度PEG-6000溶液对苦荞种子萌发期的影响，将灰色关联度分析确定的初、次级指标通过隶属函数法来综合评价抗旱性。通过测定全面的抗旱性相关指标，剔除低度相关的指标来评价抗旱性，保证了试验结果的准确性[27]。结果表明；不同浓度PEG-6000对不同苦荞种子萌发和幼苗生长影响不同，轻度干旱胁迫促进干旱耐受型种子萌发，中度、重度均抑制种子的萌发。干旱胁迫对苦荞胚芽影响大于胚根，中度干旱胁迫下4个品种苦荞幼苗根茎比均大于对照组，可能原因是干旱胁迫改变了种子物质的分配策略，更多的分配给根部增加幼苗的吸水能力来抵御干旱胁迫[28]。本试验研究不同浓度PEG-6000对苦荞种子萌发期影响、确定初、次级抗旱指标和抗旱性评价，为研究苦荞开花期、灌浆期等关键时期打下基础，后续应将结实率、千粒重等关键产量构成指标、生理指标纳入抗旱性评价指标，增加苦荞品种，筛选高抗性苦荞品种做其他关键时期苦荞抗旱性评价。

4 结 论

不同浓度PEG-6000溶液对不同苦荞品种影响、种子抗旱性均不同，5%PEG-6000胁迫促进云南花苦和晋荞2号的种子萌发、提高了川荞1号多倍体和黔苦4号的胚芽和胚根长、川荞1号多倍体和云南花苦的根茎比、黔苦4号的幼苗活力指数、胚芽含水量、胚根干物重、储藏物质转运率。15%PEG-6000胁迫抑制苦荞的种子萌发，降低了苦荞的胚芽长、幼苗活力指数，储藏物质转运率。提高了苦荞的根茎比、黔苦4号的胚根长和胚根干物重。25%PEG-6000胁迫下4个材料均未发芽，复水后川荞1号多倍体恢复发芽率仅为16.7%，显著低于其它3个材料。灰色关联分析将萌发指数、发芽率、储存物质转运率作为抗旱鉴定的初级指标；发芽势、胚芽干物重、胚芽含水量、胚根含水量作为抗旱鉴定的次级指标。5%PEG-6000胁迫下综合抗旱性评价从高到低为：黔苦4号>云南花苦>晋荞2号>川乔1号多倍体，15%PEG-6000胁迫下综合抗旱性评价从高到低为黔苦4号>云南花苦>川乔1号多倍体>晋荞2号。