不同玉米种子萌发期耐旱性分析

(河北农业大学农学院/国家玉米改良中心河北分中心，河北 保定 071001)

干旱是影响玉米生产的主要非生物因素之一，由干旱造成减产占20%～30%，甚至一半以上[1-4]。玉米处于芽苗期如果灌水不足，会导致出苗差、成苗能力下降等一系列问题，田间苗数受到严重影响，从而造成减产[5-7]。研究表明，芽苗期干旱胁迫使玉米的发芽率降低，胚根、胚芽的生长受到不同程度的抑制，活力指数降低，玉米苗长、发芽势、发芽指数也会降低，不同品种间存在差异[7-10]。选育耐旱性较强的玉米品种，是应对干旱胁迫的有效途径[16]，因此对玉米自交系耐旱性的评价具有重要意义。研究萌发期玉米自交系耐旱性，多数在室内用聚乙二醇模拟干旱环境，鉴定作物的萌发特性，主要是因为室内环境可控性强，可保证试验的准确性[8-15]。

本试验利用PEG-6000模拟干旱条件，对42份不同种质玉米自交系进行萌发期耐旱性鉴定与筛选，并用模糊隶属函数法对不同玉米自交系4个相关指标进行综合性评价，以期为玉米育种研究提供优质抗旱性种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用42份试验材料详见表1，包括河北农业大学新选育的22份自交系、 “十三五”国家重点研发计划项目组17份交换共享自交系以及河北农业大学引进的3份自交系。

表1 42份玉米自交系名称及编号

品种代号品种名称1农系13152农系34353W4584农系24735农系37646W777农系37858农系38459农系245910农系246911农系248812农系309813农系240714豫92815农系247816YML58117农系242418农系246419新自58820农系382821DH306品种代号品种名称22YML161523YU9324EH189225LH801226SCML20227农系264128Y102729双58-2411230218231郑H7132农系239233农系234734K535农系235236J120737HRV33238京241639农系369840丹314041农系380142农系3809

1.2 试验方法

1.2.1试验设计

参照赵茜等[17]的方法，设置干旱胁迫和正常灌溉2个处理，每个处理重复2次。选出大小均匀、颗粒饱满、无机械损伤的种子400粒，用75%医用酒精消毒5 mim，再用灭菌蒸馏水冲洗3次，浸种12 h，促进萌发。用滤纸将种子表面水分吸干，置于长12 cm宽5 cm的灭菌发芽盒中，双层滤纸作发芽床，每盒100粒，2次重复。配置浓度为15%的聚乙二醇(PEG-6000)溶液，用蒸馏水作对照实验，分别加入20 mL蒸馏水或20 mL 15%的PEG-6000水溶液培养，均保证盒里溶液高度为种子高度的一半，再铺一层滤纸减少水分挥发，发芽盒上标记好自交系编号及处理水平。于25 ℃，光强度1 000 Lx的光照培养箱内萌发，每个温箱3个重复，第2天开始计数，每天统计发芽的种子数。第4天测种子发芽势，第7天测种子发芽率。

1.2.2指标测定

发芽势(%)=(第4天发芽种子数/供试种子总数)×100%[17]；

发芽率(%)=(第7天正常发芽种子数/供试种子总数)×100%[17]；

相对发芽率(%)=(胁迫发芽率/对照发芽率)×100%[17]；

相对发芽势(%)=(胁迫发芽势/对照发芽势)×100%[17]；

种子萌发抗早指数(GDRI)=水分胁迫下种子萌发指数(PIS)/对照种子萌发指数(PIC)[18]。

其中PI=(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8

式中：nd2，nd4，nd6，nd8分别为第2天，第4天，第6天，第8天的种子萌发率；

发芽指数=∑(第7天正常发芽的种子数/7)[9]；

萌发胁迫指数(GSI)=(处理种子发芽指数/对照种子发芽指数)×100%[9]。

1.2.3试验仪器

智能人工气候箱、电子天平、刻度尺、量筒、自动数粒仪、滤纸、蒸馏水、PEG-6000、医用75%的酒精溶液。

1.2.4数据分析方法

隶属值计算参照侯建华等[19]的方法进行，隶属值(Uij)= (Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)，其中Uij为某玉米自交系对于第i项指标的隶属值，Xij为某玉米自交系第i项指标测定值，Ximin为全部玉米自交系i项指标的最小值，Ximax为全部玉米自交系i项的最大值，i为某项指标，j为某个玉米自交系。并求出各玉米自交系隶属值平均值。

采用Excel 软件进行数据处理及相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对相对发芽势和相对发芽率的影响

方差分析结果(表2，表3)表明，在正常供水和干旱胁迫处理下，处理间和品种间差异均达到极显著水平，说明干旱胁迫对不同玉米自交系的发芽势和发芽率影响较大。从表4可知，农系1315(72.22%)、农系2469(70.19%)、YML 581(65.09%)、YML 1615(84.97%)、农系2347(66.04%)、京2416(150%)、丹3140(133.93%)的相对发芽率较高，表现出较强的抗旱能力，其他自交系属于中度耐旱或弱耐旱。在相对发芽势上，SCML 202和农系2392的相对值已经达到0，说明水分胁迫对它们的生长造成严重的抑制，而农系1315(67.82%)、YML 581(54.49%)、YML 1615(57.26%)、EH 1892(57.89)、LH 8012(51.35%)、丹3140(116.36%)的相对发芽势较高，受到的影响较小，表现出较强的耐旱性。

表2 发芽势方差分析结果

差异源SSdfMSFP-valueF crit处理2.72 1.00 2.72 181.96 0.00 4.07 品种1.2542.000.032.00 0.01 1.67 误差0.6342.000.01总计4.6085.00

表3 发芽率方差分析结果

差异源SSdfMSFP-valueF crit处理2.121.002.12121.390.004.07品种1.5841.000.042.160.011.67误差0.7341.000.02总计4.4483.00

表4 不同玉米自交系的相对发芽势和相对发芽率

自交系相对发芽势/%相对发芽率/%农系131567.8272.22农系343542.7152.08W45825.5845.74农系24739.0031.97农系376433.9635.19W7746.0554.55农系378531.0846.74农系384514.8937.50农系24599.9220.81农系246950.0070.19农系248819.7431.40农系309821.2823.68农系240719.8236.51豫92819.3518.01农系247812.3321.18YML58154.4965.09农系242441.3542.31农系246440.2344.74新自5888.0517.86农系38285.568.33DH3066.8215.91自交系相对发芽势/%相对发芽率/%YML161557.2684.97YU939.6838.21EH189257.8954.10LH801251.3552.94SCML2020.0013.54农系264133.7745.68Y102724.6246.48双58-2411210.3455.38郑H7115.6348.89农系23920.005.04农系234731.8266.04K525.0038.89农系23521.203.57J120713.0460.19HRV33222.0534.88京241630.77150.00农系369836.9251.56丹3140116.36133.93农系380124.5243.23农系380926.0430.84218216.0930.34

从表4可以看出，42份玉米自交系中有11个自交系的相对发芽势在40%以上，分别是农系1315、农系3435、农系3764、W 77、农系2469、YML 581、农系2424、YML 1615、EH 1892、LH 8012、丹3140。其中农系1315和丹3140的相对发芽势达到60%以上，说明其耐旱性较强。农系2473、农系2459、新自588、农系3828、DH 306、YU 93、SCML 202、农系2392和农系2352的相对发芽势在10%以下，说明其耐旱性较弱。

从表4可以看出，42份玉米自交系中有8个自交系的相对发芽率在60%以上，分别是农系1315、农系2469、YML 581、YML 1615、农系2347、J 1207、京2416、丹3140。其中YML 1615、京2416、丹3140的相对发芽率达到80%以上，说明其耐旱性较强。农系3828、农系2392、农系2352的相对发芽率在10%以下，说明其耐旱性较弱。

2.2 干旱胁迫对萌发抗旱指数的影响

方差分析结果(表5)表明，在正常供水和干旱胁迫处理下，处理间差异极显著，品种间差异显著，说明干旱胁迫对不同玉米自交系的抗旱指数影响较大。从表6可以看出，种子萌发抗旱指数为0.02～1.44，萌发抗旱指数最高的是丹3140(1.44)，表明该品种具有较强的抗旱性，农系1315(0.65)、YML 581(0.59)、YML 1615(0.81)、EH 1892(0.57)、京2416(0.61)、丹3140(1.44)这几个品种的抗旱性较好。

表5 萌发指数方差分析结果

差异源SSdfMSFP-valueF crit处理11.511.0011.51159.690.004.07品种5.8441.000.141.930.021.67误差3.0341.000.07总计20.3783.00

从表6可以看出，有10份玉米自交系的抗旱指数在40%以上，分别是农系1315、农系2469、YML 581、农系2464、YML 1615、EH 1892、Y 1027、农系2347、京2416、丹3140。其中农系1315、YML 1615、丹3140达到60%以上，说明其抗旱性较强。此外，新自588、农系3828、DH 306、SCML 202、农系2392、农系2352的抗旱指数在10%以下，说明其抗旱性较弱。

2.3 不同玉米自交系在干旱胁迫下的胁迫指数

方差分析结果(表7)表明，在正常供水和干旱胁迫处理下，处理间差异极显著，品种间差异显著，说明干旱胁迫对不同玉米自交系的胁迫指数影响较大。由表8可以看出，农系1315(0.58)、YML 581(0.57)、YML 1615(0.82)、EH 1892(0.56)、农系2347(0.58)、京2416(0.56)、丹3140(1.92)的胁迫指数较大，具有较强的耐旱性；农系2478(0.08)、新自588(0.09)、农系3828(0.06)、DH 306(0.07)、SCML 202(0.04)、农系2392(0.02)、农系2352(0.02)胁迫指数较低，耐旱性较弱。

表6 不同玉米自交系在干旱胁迫下的种子萌发抗旱指数

自交系萌发耐旱指数农系13150.65农系34350.37W4580.25农系24730.2农系37640.35W770.35农系37850.31农系38450.2农系24590.13农系24690.48农系24880.22农系30980.28农系24070.25豫9280.14自交系萌发耐旱指数农系24780.11YML5810.59农系24240.37农系24640.40新自5880.10农系38280.07DH3060.10YML16150.81EH18920.57LH80120.39SCML2020.06农系26410.39Y10270.45双58-241120.27自交系萌发耐旱指数21820.20郑H710.30农系23920.02农系23470.45K50.28农系23520.02J12070.27HRV3320.35农系36980.36丹31401.44农系38010.25农系38090.26YU930.16京24160.61

表7 胁迫指数方差分析结果

差异源SSdfMSFP-valueF crit处理(组间)56456.39 1.00 56456.39 133.64 0.00 4.07 品种(组内)31604.4141.00 752.49 1.780.03 1.67 误差17742.64 41.00422.44总计105803.40 83.00

表8 不同玉米自交系的胁迫指数

自交系胁迫指数农系13150.58 农系34350.33 W4580.22农系24730.23农系37640.45W770.30农系37850.32农系38450.18农系24590.13农系24690.47农系24880.23农系30980.30农系24070.24豫9280.16自交系胁迫指数农系24780.08 YML5810.57 农系24240.38 农系24640.39 新自5880.09 农系38280.06 DH3060.07YML16150.82 EH18920.56 LH80120.40 SCML2020.04 农系26410.43 Y10270.51 双58-241120.24 自交系胁迫指数21820.19郑H710.30 农系23920.02 农系23470.58 K50.23 农系23520.02 J12070.23HRV3320.42 农系36980.36 丹31401.92 农系38010.25农系38090.24 YU930.16京24160.56

从表8可以看出，有13份玉米自交系的胁迫指数在0.40以上，分别是农系1315、农系3764、农系2469、YML 581、YML 1615、EH 1892、LH 8012、农系2641、Y 1027、农系2347、HRV 332、京2416、丹3140。其中农系1315、YML 581、YML 1615、EH 1892、Y 1027、农系2347、京2416、丹3140的胁迫指数在0.50以上，说明其抗旱性较强。此外，农系2478、新自588、农系3828、DH 306、SCML 202、农系2392、农系2352的胁迫指数在0.10以下，说明其抗旱性较弱。

2.4 PEG胁迫下42份玉米自交系各指标隶属函数值及综合评价值

本试验采用隶属函数法对萌发期的玉米自交系进行抗旱性综合性评价，用相对发芽势、相对发芽率、胁迫指数和萌发抗旱指数这5项指标作为评价依据。综合性评价值越大，说明其抗旱性越强。根据候建华等[19]隶属值计算方法和付凤玲等[20]的评价标准，隶属值≥0.7的为高抗自交系，0.7>隶属值≥0.4的为中抗自交系，隶属值<0.4的为弱抗自交系(表9)。本试验玉米自交系综合评价为高抗旱的是丹3140(0.973)；综合评价为中度抗旱的材料有3份，分别是农系1315(0.448)、YML 1615(0.506)和京2416(0.491)；综合评价为弱抗旱的材料有39份，包括农系3435(0.277)、W 458(0.195)、农系2473(0.128)等玉米自交系。

3 讨论与结论

种子萌发期是玉米生长的初始时期，也是评价玉米抗旱性强弱的重要时期[21]。本研究采用PEG-6000模拟干旱胁迫进行试验，与前人相关研究方法相同[8-9，12-21]。所选用的42份玉米自交系均为新育成自交系，特别是“十三五”国家重点研发计划项目提供的18份共享自交系，这18份共享自交系在选育单位均培育出强优势玉米杂交种。对这些材料的研究具有重要的应用意义。

本研究结果表明:不同玉米自交系的耐旱性存在较大差异；丹3140为萌发期强抗旱自交系，农系1315、YML 1615、京2416为萌发期中等耐旱自交系，这4份自交系可作为耐旱育种资源进行抗旱育种应用；其余38份材料为萌发期弱耐旱性自交系。

表9 PEG胁迫下42份玉米自交系各指标隶属函数值及综合评价值

自交系隶属函数值相对发芽率相对发芽势胁迫指数萌发抗旱指数平均值抗旱性农系13150.4690.5830.2960.4440.448MR农系34350.3310.3670.1620.2460.277LRW4580.2880.220.1080.1620.195LR农系24730.1940.0770.1120.1270.128LR农系37640.2160.2920.2260.2320.242LRW770.3480.3960.1510.2320.282LR农系37850.2950.2670.1600.2040.232LR农系38450.2320.1280.0850.1270.143LR农系24590.1180.0850.0590.0770.085LR农系24690.4550.4300.2400.3240.362LR农系24880.1900.1700.1100.1410.153LR农系30980.1370.1830.1470.1830.163LR农系24070.2250.1700.1170.1620.169LR豫9280.0990.1660.0760.0850.107LR农系24780.1200.1060.0330.0630.081LRYML5810.4200.4680.2880.4010.394LR农系24240.2650.3550.1900.2460.264LR农系24640.2810.3460.1980.2680.273LR新自5880.0980.0690.0380.0560.065LR农系38280.0330.0480.0250.0350.035LRDH3060.0840.0590.0260.0560.056LR自交系隶属函数值相对发芽率相对发芽势胁迫指数萌发抗旱指数平均值抗旱性YML16150.5560.4920.4210.5560.506MRYU930.2370.0830.0750.0990.124LREH18920.3450.4980.2830.3870.378LRLH80120.3370.4410.2040.2610.311LRSCML2020.0680.0000.0110.0280.027LR农系26410.2880.2900.2180.2610.264LRY10270.2930.2120.2570.3030.266LR双58-241120.3540.0890.1170.1760.184LR21820.1830.1380.0890.1270.134LR郑H710.3090.1340.1490.1970.197LR农系23920.010.0000.0020.0000.003LR农系23470.4270.2730.2950.3030.325LRK50.2410.2150.1100.1830.187LR农系23520.0000.010.0000.0000.003LRJ12070.3870.1120.1110.1760.197LRHRV3320.2140.1890.2120.2320.212LR京24161.0000.2640.2860.4150.491MR农系36980.3280.3170.1810.2390.266LR丹31400.8901.0001.0001.0000.973HR农系38010.2710.2110.1240.1620.192LR农系38090.1860.2240.1160.1690.174LR

注：LR表示低抗;MR表示中抗；HR表示高抗。