五种海南冬种作物抗旱性评价

2020-11-09颜仕龙钱昆孟瑞

湖北农业科学 2020年17期

颜仕龙钱昆孟瑞

摘要：试验以聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱条件，研究其对番茄（Lycopersicon esculentum）、玉米（Zea mays L.）、白菜（Brassica chinensis）、西瓜（Citrullus lanatus）和萝卜（Raphanus sativus）5种供试作物种子萌发以及幼苗生长的影响。结果表明，在种子萌发阶段，高浓度的PEG-6000溶液对5种供试作物的发芽率、发芽势、发芽指数、发芽速率和平均发芽时间等5个指标的影响较大;采用隶属函数值综合评价分析得出，5种供试作物抗旱性强弱顺序为玉米>白菜>番茄>西瓜>萝卜。

关键词：聚乙二醇;冬种作物;抗旱性;海南省

中图分类号：S63;S65 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）17-0087-06

Abstract： In this experiment， polyethylene glycol（PEG-6000） was used to simulate drought conditions， the effects of PEG-6000 on five species including Lycopersicon esculentum， Zea mays L.， Brassica chinensis， Citrullus lanatus and Raphanus sativus seed germination and seedling growth were investigated. The results showed that the germination rate， germination potential， germination index， germination rate and average germination time of the five tested plants were obviously affected under high concentration PE-6000 treatment. The comprehensive evaluation of the subordinate function values showed that the order of drought resistance of the five tested plants was as follows： Zea mays L. > Brassica chinensis > Lycopersicon esculentum > Citrullus lanatus > Raphanus sativus.

Key words： polyethylene glycol; winter crops; drought resistance; Hainan province

海南是中國最大的热带海岛，其优越的光热资源条件具有发展冬季瓜菜的地域优势，享有“中国冬季菜篮子”的美誉[1]。但海南岛冬春季节为季节性干旱，从11月开始进入旱季，干旱区从西部东方县开始逐渐向东扩展，1—3月全岛都是处于干旱的状态[2]，冬春季干旱是导致海南冬种作物减产的主要灾害之一[3]。虽然海南岛冬种作物种类繁多，但实际种植仍处在随机或由便利条件和往年市场效益所决定的状态，缺乏相关的科学依据，难免会受冬春干旱所带来的影响，导致经济效益下降。目前，鲜见针对不同种类的海南冬种作物抗干旱评估的报道，为此，试验以5种海南主要种植的冬种作物为研究对象，研究其种子萌发和幼苗生长阶段对干旱的响应差异，明确其抗旱能力强弱，以期为降低冬春干旱对海南冬种作物种植业的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

番茄（惠研一号，广州慧研园艺种苗有限公司）、玉米（华玉404，海南广陵高科实业有限公司）、白菜（广研矮脚葵扇黑叶白菜，湛江市新苗种子有限公司）、西瓜（创研新甜王，安徽创研种业有限责任公司）和萝卜（韩白玉，北京大一种苗有限公司）种子购于海口种子店。聚乙二醇（PEG-6000）由广东光华科技股份有限公司生产，购于海口化学药品试剂店。

1.2 试验方法

1.2.1 浸提液的配制配制质量分数为5%、10%、15%、20%、25%的PEG-6000溶液各300 mL备用[4]，以去离子水处理的作为对照。

1.2.2 种子萌发期干旱模拟试验选取大小均一饱满的供试种子，用75%的乙醇消毒3 min后再用去离子水冲洗干净，放入垫有双层滤纸直径9 cm的玻璃培养皿中。每个培养皿中放入20 粒种子，然后再加入5 mL各浓度的PEG-6000溶液。将培养皿置于25 ℃的生化培养箱中恒温暗培养，以胚根突破种皮为种子萌发标准。每个处理设3次重复，每天适当补充各浓度的PEG-6000溶液以保持滤纸湿润。每天记录各培养皿中种子萌发的数量，7 d后结束试验。

1.2.3 幼苗生长期干旱模拟试验种子消毒清洗同“1.2.2”，催芽至露白，再选取出芽整齐的幼苗放于铺有2层滤纸直径12 cm的玻璃培养皿中，每皿放入20株，再加入10 mL各浓度的PEG-6000溶液使滤纸充分润湿。将培养皿置于温度25 ℃，光照（4 000 lx）16 h、黑暗（0 lx）8 h，湿度70%的人工气候箱中培养。对照、重复数以及每天补液处理同“1.2.2”， 7 d后移出幼苗，测量20株幼苗的苗长（Seedling height，SH）、主根长（Root length，RL），获得根苗比（主根长/苗长）[5]，称量20株幼苗总鲜重（Fresh weight，FW）。

1.3 计算公式

发芽率（Germination percentage，GP）=（发芽种子数/供试种子数）×100%

发芽势（Germinative force，GF）=（第3天发芽种子数/供试种子数） ×100%

发芽指数（Germination index，GI）=∑（Gt/Dt），式中Gt为第t天的发芽数，Dt为相应的发芽时间。

发芽速率（Germination rate，GR）=2×[nX1+（n-1） X2+（n-2） X3+…+3 X（n-2） +2 X（n-1） +Xn]，式中，n是种子发芽的时间，X 为每隔24 h 发芽的种子数，X1为24 h 记录的发芽数，X2为48 h 记录的发芽数，依次类推。

平均发芽时间（Mean germination time，MGT）=∑Gi ti /ΣGi，式中，Gi为第i 天的发芽数，ti为相应的发芽时间。

根苗比（Root seedling ratio，RSR）=（主根长/苗长）

各指标抗旱系数（Drought resistance coefficient，DRC）=PEG-6000胁迫下的指标测定值/对照指标测定值

综合抗旱系数（Comprehensive drought resistance coefficient，CDRC）=各指标抗旱系数的算术平均数

采用模糊数学隶属函数法对供试植物进行抗旱性综合评价[6，7]。对抗旱隶属值计算时，先对数据进行标准化处理：当指标与抗旱性呈正相关时，隶属函数U（Xj） =（Xj -Xmin） / （Xmax -Xmin），反之隶属函数 U（Xj） = 1 - （Xj -Xmin） / （Xmax -Xmin），X=ΣU（Xj） /n。式中，U（Xj）为测定指标的抗旱隶属函数值，Xj为各材料的指标测定值，Xmin为各材料中测定指标的最小值，Xmax为各材料中测定指标的最大值，X为平均隶属值，n为测定指标数，X值越大，表明该材料抗旱性越强。本研究中先求出5种供试作物在不同浓度PEG-6000下各抗旱指标的隶属值，然后再将相同浓度PEG-6000下的各抗旱指标隶属值求和。最后通过比较不同浓度PEG-6000下综合评价值的平均数大小来确定5种供试作物在种子发芽及幼苗生长2个阶段的抗旱性差异。

1.4 数据分析

统计分析采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析，用Duncan进行多重比较检验。

2 结果与分析

2.1 聚乙二醇模拟干旱对供试作物种子发芽的影响

由表1可见，番茄、玉米、白菜和西瓜种子的发芽率随PEG-6000浓度的增大而不斷降低，在25% PEG-6000处理下，番茄种子无法发芽;萝卜种子的发芽率在所有浓度PEG-6000处理下都为100%;在25% PEG-6000处理下，番茄、玉米、白菜种子的发芽势与各自对照相比差异极显著。不同浓度PEG-6000处理下的5种供试作物种子的发芽指数和发芽速率与各自对照相比都是降低的;在25% PEG-6000处理下，5种供试作物种子的发芽指数和发芽速率与各自对照相比差异都极显著。在25% PEG-6000处理下，玉米、白菜、西瓜和萝卜种子的平均发芽时间与各自对照相比差异都极显著。

2.2 聚乙二醇模拟干旱对供试作物幼苗生长的影响

由图1可知，各浓度PEG-6000处理下，番茄、西瓜和萝卜的幼苗苗长与各自对照相比差异都极显著;在20%和25% PEG-6000处理下，西瓜幼苗未长出;5种供试作物幼苗的苗长都随PEG-6000浓度增大而降低，在25% PEG-6000处理下的幼苗苗长与各自对照CK相比差异都极显著。

由图2可知，在5% PEG-6000处理下，番茄、白菜和萝卜的幼苗根长与各自对照CK相比是增长的，而在25% PEG-6000处理下是缩短的;在不同浓度的PEG-6000处理下，玉米和西瓜的幼苗根长与各自对照CK相比都是缩短的;在25% PEG-6000处理下，番茄、玉米、西瓜和萝卜幼苗的根长与各自对照相比差异都极显著。

由图3可知，番茄和玉米的根苗比随PEG-6000浓度增大而增大，在15% PEG-6000处理下，番茄和玉米的根苗比达到最大值，随后降低;萝卜的根苗比随PEG-6000浓度增大而增大。在各浓度PEG-6000处理下，白菜和西瓜的根苗比与对照相比都是增大的。

由图4可知，在低浓度5% PEG-6000处理下，西瓜和萝卜的幼苗鲜重与各自对照相比是增大的，而在高浓度20%和25% PEG-6000处理下则表现出减小;在不同浓度PEG-6000处理下，番茄、玉米和白菜的幼苗鲜重与各自对照相比都是减小的。在20%和25% PEG-6000处理下，5种供试作物幼苗的鲜重与各自对照相比差异都极显著。

2.3 供试作物抗旱系数

由表2可知，番茄、玉米和西瓜种子的发芽率、发芽势、发芽指数和发芽速率的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大而不断降低，白菜种子的发芽率、发芽势、发芽指数和发芽速率的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大表现出先降低后升高再降低的现象，萝卜种子发芽指数的抗旱系数随PEG-6000浓度的增大而不断降低。5种供试作物种子的平均发芽时间的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大而增大，各浓度PEG-6000处理下，种子发芽阶段的综合抗旱系数总体随PEG-6000浓度增大而降低。

由表3可知，番茄幼苗的根长和鲜重的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大而不断降低。玉米幼苗的苗长、根长和鲜重的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大而不断降低，根苗比的抗旱系数随PEG-6000浓度的增大而不断增大。白菜幼苗根长的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大表现出先升高再降低的现象。西瓜幼苗的苗长、根长和鲜重的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增加而不断降低;萝卜幼苗的苗长、根长和鲜重的抗旱系数都随PEG-6000浓度的增大而不断降低，根苗比的抗旱系数随PEG-6000浓度的增大而不断增大;各浓度PEG-6000处理下，番茄幼苗生长阶段的综合抗旱系数随PEG-6000浓度的增大表现为先升高后降低，萝卜则反之，而玉米和西瓜幼苗生长阶段的综合抗旱系数则表现出随PEG-6000浓度的增大先降低后升高再降低的现象。

2.4 供试作物抗旱性综合评价

由图5可知，番茄种子在25% PEG-6000处理下的综合抗旱能力最弱，20% PEG-6000处理下的综合抗旱能力最强;白菜种子和西瓜种子的综合抗旱能力随PEG-6000浓度增大表现出先升高再降低的现象;玉米和萝卜在种子发芽阶段抗旱隶属函数值所形成响应曲线相同。

由图6可知，番茄和玉米幼苗生长阶段抗旱隶属函数值所形成响应曲线相同;20% PEG-6000处理下的综合抗旱能力最强;白菜幼苗的综合抗旱能力随PEG-6000浓度增大而不断降低;西瓜幼苗的综合抗旱能力随PEG-6000浓度增大表现出先增高后降低;萝卜幼苗的综合抗旱能力在15% PEG-6000处理下最低。

由表4可知，结合不同浓度PEG-6000模拟干旱的渗透势，对5种供试作物种子萌发及幼苗生长两阶段各耐旱指标的隶属函数值综合评价，得到各自隶属函数总平均值，抗旱性强弱为玉米>白菜>番茄>西瓜>萝卜。

3 小结与讨论

根苗比常用于表示植物在生长早期，其地上部分与地下部分生长的相关性，根苗比的增大是植物对水分胁迫的一种适应性反应[8]，本试验中，不同浓度PEG-6000处理下的根苗比与对照相比，都是升高的，在高浓度PEG-6000处理下番茄的茎无法长出，这也可能是植物幼苗生长阶段在干旱胁迫下出现的“蹲苗”现象。此外，番茄、萝卜和白菜3种作物的根长出现了先增长后变短的现象，这可能是幼根经过一个显著增长阶段后为保存其生命力的应激反应[9]。

从本研究结果来看，采用单一指标来评价5种供试作物种子萌发和幼苗生长的抗旱性和各指标综合评价得出的抗旱性顺序是不一样的，这与苏秀红等[10]和陈志刚等[11]的研究结论一致，这主要是因为抗旱性是多种指标作用的结果，且各指标之间存在相互重叠的情况[12]。所以用模糊函数进行综合评价，这是一种对受多种因素影响的事物做出全面评价的多因素决策方法[13]，已用于谷子、玉米、水稻等植物抗旱性的综合分析，可避免单一指标的片面性[14-16]。

2016年，农业部种植业管理司印发了《全国种植业结构调整规划（2016—2020年）的通知，中国将扩大鲜食玉米的种植面积，到2020年其种植面积将增加到100万hm2。海南种植玉米四季皆可，但以冬种最为普遍[17，18]，11月中下旬是海南冬种玉米最适宜的播期[19]，也是1—3月市场上供应鲜食玉米的主要来源地[20]，种植面积从20世纪80年代末的0.67 余万hm2扩大到现在的2.67萬hm2[21]，甜、糯鲜食玉米是海南冬季南菜北调的品牌[20]。目前，海南地区所种植的甜、糯鲜食玉米品种大多是由收购商供应的外地品种[22]，这些品种在海南商业化种植前往往又未经过试种试验[19]，今后应结合冬春干旱气候条件开展此类研究。

为更好地应对海南冬春干旱，气象部门应和当地农业部门联手做好气象灾害的预防工作;在预报自动化、准确化的基础上完善预防机制，深入分析制约植物生长发育的各个因素;进一步升级灾害天气预测系统，开发出针对不同天气状况使用的专业气象服务产品;在做好长期预报的同时也应加强短时临近天气预报的应用，使用多普勒气象雷达技术，对天气的情况作出判断[23]，同时也要多利用人工降雨。由于不同瓜菜的抗旱性不一，在实际种植中，农业部门应结合气候条件来指导农户选择合适的瓜菜来种植，并在灾后采取一定的补救措施让植株恢复生长[24]，以减轻经济损失。此外，因为不同品种的蔬菜存在着基因型差异，所以今后可进一步开展同种蔬菜不同品种的抗旱评估和筛选研究。

通过不同浓度的 PEG-6000模拟干旱胁迫处理5种供试作物，结果发现，在种子萌发阶段，低浓度的PEG-6000对发芽率、发芽势、发芽指数、发芽速率和平均发芽时间5个指标的影响不大，高浓度的影响较低浓度大，说明干旱胁迫对这5种作物发芽影响存在“剂量效应”。在幼苗阶段，所有浓度的PEG-6000对5种供试作物的幼苗苗长都起到了抑制作用;根苗比随PEG-6000浓度增大都升高;但其对根长和鲜重的影响却不同。

综合各测定指标抗旱隶属函数值，5 种供试作物的抗旱性排序在种子萌发期为玉米>番茄>白菜>西瓜>萝卜，幼苗生长期为番茄和玉米>萝卜>白菜>西瓜，总体情况为玉米>白菜>番茄>西瓜>萝卜。

参考文献：

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