不同谷子品种萌发期抗旱性综合评价

熊雪 郎万鑫 王春芳 张温典 代冬雪

摘要：干旱胁迫作为世界性的生态问题，严重制约着我国农业生产的发展。谷子是我国北方重要的杂粮和抗旱作物，其抗旱性的鉴定和筛选对于谷子耐旱品种的培育及发展旱地农业具有重要意义。选取21份谷子材料，用20% PEG-6000模拟干旱胁迫，以相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对胚芽长、相对鲜质量及抗旱指数作为评价指标，利用隶属函数法对谷子种质萌发期的抗旱性进行综合评价。结果表明，在干旱胁迫下，谷子的发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长、鲜质量及萌发指数均呈下降趋势，且在各品种间存在较大差异。通过综合评价得出，承谷9、12-1024、黄旗皇、三白、17-M941和17-788品种的萌发期抗旱性较强，17-M922、金镶玉、宽九、豫谷18和18-M461品种的萌发期抗旱性较弱。

关键词：谷子;干旱胁迫;抗旱性;萌发期

中图分类号： S515.01  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）23-0093-05

收稿日期：2021-04-19

基金项目：河北省承德市科技计划（编号：202006A170）。

作者简介：熊 雪（1986—），女，河北承德人，博士，讲师，主要从事植物抗逆生理、草地生态管理研究。E-mail：xiongxue1987@126.com。

干旱胁迫作为世界性的生态问题，严重制约着我国农业生产的发展。谷子（Setaria italica）是传统的抗旱作物，由于其根系发达，叶片细窄，水分利用率高等特征，在旱作地区和可持续农业发展中的作用逐渐突出[1]。但过度干旱仍会危害谷子的形态结构与生长发育，且不同品种的抗旱性存在较大差异[2-3]。因此，抗旱种质资源的鉴选及利用是谷子育种研究的主要方向。作物从萌发到出苗对水分均较为敏感，这一时期的干旱常使作物缺苗率达到20%，严重时高达40%～50%，造成大面积减产，因此可见，萌芽期是进行植物抗旱性研究的一个重要时期[4-5]。聚乙二醇-6000（PEG-6000）常作为植物耐旱性选择剂或水分胁迫剂模拟干旱胁迫，通过PEG模拟干旱胁迫鉴定玉米（Zea mays L.）[6]、无芒雀麦（Bromus inermis Leyss.）[7]、小麦（Triticum aestivum L.）[8]等多种植物的耐旱性目前均有报道。

本试验拟采用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，通过对21个不同谷子品种的相对发芽势、相对发芽率、抗旱指数、相对胚芽长等多个生长指标进行测定分析，采用隶属函数法对不同品种的抗旱性进行综合评价，以期为旱区农业谷子品种的选择和培育提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的21个谷子品种为九谷19、白粒沙、九谷20、豫谷18、金镶玉、鹿角白、黄旗皇、三白、乌谷子、宽九、15-M328、16-1881、汾选3、17-788、承谷9、17-M941、12-1024、18-M461、17-M922、16-M307和12-272，由承德市农林科学院提供。供试渗透物质为分析纯PEG-6000。

1.2 干旱胁迫处理

经前期预试验，选择20% PEG进行模拟干旱胁迫。分别挑选21个谷子品种中颗粒饱满的种子，用5%次氯酸钠溶液消毒15 min后，用蒸馏水冲洗3～4次。在培养皿中放入双层滤纸，加入6 mL 20% PEG溶液，在每个培养皿中放入50粒种子，以等量蒸馏水处理作为对照，每个处理重复3次。试验于2020年10—12月在河北民族师范学院中进行，培养皿放置于光照—黑暗周期为16 h—8 h、白天—夜晚温度周期为25 ℃—22 ℃的光照培养箱中，连续培养8 d。为保证试验期间处理浓度的稳定，每隔24 h更换1次发芽床。

1.3 測定指标

记录发芽第2、4、6、8天的种子萌发情况及发芽数，计算发芽率、抗旱指数等指标。并在萌发第4天记录种子发芽势，第8天记录发芽率。

1.3.1 相对发芽势及相对发芽率 相关计算公式如下：

相对发芽势=处理发芽势/对照发芽势×100%;

相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率×100%。

1.3.2 抗旱指数 抗旱指数=干旱胁迫下种子的萌发指数/对照种子萌发指数。式中：种子萌发指数=1.00nd2+0.75nd4+0.50nd6+0.25nd8，其中nd2、nd4、nd6、nd8分别为第2、4、6、8天的发芽率。

1.3.3 胚芽、胚根长及鲜质量 发芽第8天，从各重复中随机挑选25粒正常发芽的种子，分别测量胚芽、胚根长度后取平均值。各处理随机称取25粒芽苗的质量并取平均值。相关计算公式如下：

相对胚芽长=处理胚芽长/对照胚芽长×100%;

相对胚根长=处理胚根长/对照胚根长×100%;

相对鲜质量=处理鲜质量/对照鲜质量×100%。

1.4 数据分析

采用SPSS 19.0对各指标的测定值进行方差分析。在本试验中采用相对值（即各指标干旱处理下的测定值与对照的比值）进行品种间抗旱性比较。利用隶属函数法对各指标相对值进行综合评价并对其抗旱性进行排序。隶属函数分析方法如下：

Yij=（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）;（1）

Yij=1-（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）。（2）

式中：Yij为i品种j指标的隶属函数值;Xij为i品种j指标的均值;Xjmax为各品种j指标均值中的最大值;Xjmin为各品种j指标均值中的最小值。若j指标与抗旱性呈正相关，用公式（1）;若j指标与抗旱性呈负相关，用公式（2）。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同谷子种子发芽势及发芽率的影响

在重度干旱胁迫下，植物种子的发芽会受到抑制。如表1所示，在20% PEG处理下，21个谷子品种的发芽势均显著降低，且各品种的表现不同。相比较而言，各品种的发芽率虽表现出不同程度的下降趋势，但多数品种间的差异未达到显著水平。只有金镶玉、17-M922和12-272的发芽率显著低于对照（P<0.05）。用发芽势、发芽率的相对值反映植物抗旱性的高低，相对值越大则表明该品种的抗旱性越强，相对值越小则表明抗旱性越弱。九谷20、三白的相对发芽势均大于70%，表现出较高的抗旱性，而品种17-M922的相对发芽势、相对发芽率均最低，抗旱性较弱。

2.2 干旱胁迫对不同谷子品种抗旱指数的影响

由表2可见，21个谷子品种抗旱指数为0.11～0.64，品种间存在较大差异，表明不同品种的萌发期抗旱性不同;由抗旱指数可以得出，九谷20、黄旗皇、三白和15-M328品种的抗旱性较强，其中九谷20的抗旱性最强;18-M461、16-M307和17-M922的抗旱性较弱， 其中17-M922的抗旱指数仅为0.11，抗旱性最弱;其他品种的抗旱性居中。

2.3 干旱胁迫对不同谷子品种幼苗生长的影响

由表3可以看出，21个谷子品种的胚芽长、胚根长和鲜质量对干旱胁迫的响应相似， 在干旱胁迫下均表现出下降趋势，且不同品种间存在差异;干旱胁迫对谷子胚根长的影响要大于对胚芽长、鲜质量的影响;20% PEG处理对承谷九、 12-1024的胚芽长和鲜质量的影响较小，对承谷九、17-M941胚根长的影响较小，表现出较高的抗旱性;17-M922品种的相对胚芽长，豫谷18、宽九的相对胚根长及宽九的相对鲜质量最低，抗旱性较弱。

2.4 不同谷子品种萌发期抗旱性的综合评价

为了更好地反映各品种的抗旱性，本研究选取干旱胁迫下各品种的相对发芽势、相对发芽率、抗旱指数、相对胚芽长、相对胚根长和相对鲜质量作为抗旱性综合评价的指标。通过计算20% PEG处理下各指标的隶属函数值并计算平均值进行排序。由表4可以看出，21个谷子品种的抗旱性由强到弱排序为承谷9>12-1024>黄旗黄>三白>17-M941>17-788>15-M328>汾选3>九谷20>16-1881>九谷19>白粒沙>乌谷子>鹿角白>16-M307>12-272>18-M461>豫谷18>宽九>金镶玉>17-M922。

3 讨论与结论

谷子作为我国北方的重要杂粮和抗旱作物，其萌芽期的抗旱性鉴定和筛选对于谷子耐旱品种的培育及发展旱地农业具有重要意义[9]。郭世华等研究15份谷子品种在不同浓度PEG处理下种子发芽率發现，当PEG处理浓度较低时，种子发芽率与对照间的差异不大;而当PEG处理浓度高于28%时，种子几乎不发芽，不能显示品种间的差异，因此选择20%的PEG处理浓度可以较好地进行谷子抗旱性的比较[5]。这与笔者前期预试验的结果相一致，因此可见，20%的PEG浓度可以作为谷子品种抗旱性评价的适宜浓度。

在本研究中，与对照相比，21个谷子品种在干旱胁迫下的萌发指数、发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长和鲜质量均受到明显抑制作用，但对于不同品种而言，以上指标表现出来的抗旱性强弱并不完全相同，这与前人的研究结果[10-11]一致，表明植物在受到逆境胁迫后会激发多种复杂机制以抵抗胁迫[12]，仅用单一指标来评价植物的抗旱性具有一定的局限性，应以多个指标为依据进行综合评价[7，13]。其中，萌发抗旱指数是评价种子萌发期抗旱性的可靠指标。代小冬等研究发现，20个谷子品种在萌发期的抗旱指数为0.212 8～0.979 5，且品种间差异较大[10]。张金玲等对张家口地区8份谷子品种的抗旱性研究发现，在同一PEG处理水平下，不同品种间的萌发抗旱指数呈现显著差异，抗旱性强的品种具有相对较高的抗旱指数[3]。此外，植物种子萌发时需要充足的水分，在干旱胁迫下，种子的发芽势、发芽率、胚根长、幼苗长等均会受到抑制，但抗旱性较强的品种的发芽势、发芽率、幼苗生长等指标与对照相比降幅较小，敏感型品种则呈相反趋势[14]。在本研究中，21个谷子品种在干旱胁迫下的发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长及鲜质量均呈现不同程度的下降趋势，其中发芽率的降幅较小，仅干旱敏感型品种的下降显著。植物根系作为直接接触干旱胁迫的部位，其长度与抗旱性密切相关，在干旱条件下耐旱品种的根系较干旱敏感品种的根系发达，以吸收更多水分供植物生长发育。高汝勇等研究发现，干旱胁迫使谷子幼苗变得纤弱，根系生长缓慢。在20%PEG处理下，根长的平均抑制率高达61%，苗高的平均抑制率为39%，干旱胁迫对幼苗根长的影响较大[15]，这与本研究结果一致。

本研究通过隶属函数对各抗旱指标进行综合评价，得出大部分谷子品种隶属度平均值大于0.50，属于较抗旱品种，少数品种的抗旱性较差。萌芽期的抗旱性研究仅为植物抗旱性研究的一部分，植物生长后期可能与其萌发期表现出的抗旱性并不完全一致，因此应结合植物不同生长期的生长及生理生化指标，进一步开展室内控制试验与田间试验，以充分研究不同谷子品种的抗旱性强弱并在生产实践中推广应用。

在20% PEG模拟干旱胁迫条件下，各谷子品种均表现为发芽势、发芽率降低，萌发指数下降，胚芽长、胚根长及鲜质量降低，干旱胁迫抑制了谷子种子萌发，且各指标在不同品种间存在差异。通过隶属函数法进行综合评价得出，各品种的抗旱性由强到弱排序为承谷9>12-1024>黄旗黄>三白>17-M941>17-788>15-M328>汾选3>九谷20>16-1881>九谷19>白粒沙>乌谷子>鹿角白>16-M307>12-272>18-M461>豫谷18>宽九>金镶玉>17-M922。

参考文献：

[1]崔纪菡，范佳兴，李顺国，等. 谷子抗旱性鉴定研究进展[J]. 东北农业大学学报，2017，48（1）：89-96.