干旱胁迫下EMS 诱变花生后代突变体萌发期抗旱性评价

杨秀丽 ，宁东贤 ，周红琴 ，赵玉坤 ，杨丽萍 ，李 楠

（1.山西农业大学小麦研究所，山西临汾041000 2.临汾职业技术学院，山西临汾041000）

干旱是我国花生生产最主要的限制因子之一，我国70%的花生常年遭受不同程度的干旱胁迫，干旱引起的荚果减产率平均在20%以上[1-2]，年降雨量不足500 mm 的北方地区更是如此。干旱除直接造成产量损失外，还会降低种子级别、减少含油量、油质变差以及增加黄曲霉的感染率。目前，市场上推广的花生品种对干旱胁迫的耐受能力各不相同，因此，筛选和创制优异抗旱种质、选育抗旱性强的花生品种成为重要且普遍的抗旱措施。

利用甲基磺酸乙酯（EMS）诱变抗旱种质材料，获得农艺性状优良且抗旱性稳定遗传的突变体是抗旱选育的有效方法[3]。近年来，山西省南部地区麦茬复播花生播种期往往遭遇干旱少雨，不利于花生出苗，严重影响后期群体构建。晋花8 号是抗旱性较强的花生品种，在晋南地区适宜春播种植，播种至成熟需要120～132 d。山西农业大学小麦研究所花生课题组采用EMS 诱变晋花8 号，经过连续多代田间表型性状调查与筛选，从M4 选出9 份农艺性状优良、生育期较对照品种早5～11 d 的稳定突变株系，其抗旱性较对照品种是否发生改变需要通过抗旱性鉴定和评价。由于种子萌发期是对干旱胁迫反应最为敏感的阶段之一，萌发生长的优劣极大影响后期群体构建，因此，干旱胁迫下，种子萌发受到的影响对于筛选抗旱花生种质具有重要意义[4-5]。PEG-6000 模拟干旱胁迫的方法具有操作简单、周期短、效率高且重复性好等优势，因此，被广泛应用于作物早期抗旱种质资源筛选与鉴定的试验中[6]。张智猛等[7]利用PEG-6000 模拟干旱胁迫的方法研究不同花生品种芽期的抗旱性，结果发现，根长、生根率和根干质量与品种抗旱能力呈显著正相关。

本研究利用18%的PEG-6000 模拟干旱逆境，采用隶属函数法对10 份花生供试材料的萌发期抗旱性进行综合研究与评价[8]，旨在了解突变材料与对照品种晋花8 号之间的抗旱性差异变化，选出抗旱性更强的花生突变材料。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试10 份花生材料均由山西农业大学小麦研究所花生课题组提供，其中9 份是突变材料（表1）。

表1 供试花生材料

1.2 试验设计

试验前剥壳取出花生种仁，每份材料挑选成熟饱满、大小一致的种仁，用75%的酒精消毒后，蒸馏水冲洗干净，分别放在种子盒中用蒸馏水浸泡12 h，后取出种皮完整的种子，用滤纸吸干种子表面水分，摆放在直径150 mm 的培养皿中，每皿20 粒，向其中加入30 mL 18%的PEG-6000 胁迫溶液，加等量的蒸馏水作为对照溶液，重复3 次，置于（28±1 ℃）暗培养箱中培养发芽，以放入培养箱时间为调查首日，之后每日固定时间观察并记录发芽情况，更换培养皿和胁迫液，以保持胁迫强度的稳定性[9]。

1.3 测定指标及方法

种子发芽以胚芽突破种皮、露出3 mm 的白色芽尖为标准。将第1 粒发芽之日定为该处理发芽的开始期，之后每隔1 d 定时记录发芽种子数，当连续3 d 不再有种子发芽时作为发芽试验结束期。挑选10 粒正常生长的发芽种子，测定其胚根长（胚轴和主根的总长度），计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和根长胁迫指数[10-12]各项指标。

式中，Sn1为 7 d 内的发芽种子数；Sn0为供试种子总数；Sn2为 3 d 内的发芽种子数；Gt指时间t内的发芽数，Dt指相应的发芽天数；S为胚根长。

1.4 数据处理与抗旱性评价方法

采用Excel 2010 进行数据整理，利用SPSS 24.0进行统计学分析，其中，对发芽率和发芽势的数据进行平方根反正弦转换后再进行方差分析；当方差分析结果显著时，采用Duncan 法进行多重比较，发芽率和发芽势的数据大小用平方根反正弦转换后的平均值±标准偏差来表示。

利用隶属函数方法对各抗旱性指标进行鉴定和综合评价。

式中，μ（xj）为各品种第j个性状的隶属函数值，xj为各品种某一指标性状的相对值（各指标性状相对值＝水分胁迫下性状测定值/对照处理下性状测定值），xmax和xmin分别为所有参试品种中第j个指标性状相对值的最大值和最小值，xij为i试材j指标的相对值为所有供试材料j指标的平均数[13-15]。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下发芽指标的变化差异分析

从图 1、2 可以看出，18%PEG-6000 处理后的10 份花生材料，其发芽率和发芽势与对照相比均发生了变化。10 份材料在蒸馏水和胁迫液的处理下发芽率均高于80%；对照处理时的发芽率和发芽势均高于干旱胁迫时的发芽率和发芽势，说明干旱胁迫对种子的萌发有抑制作用。发芽势在蒸馏水和胁迫液的处理下均较发芽率的变化幅度大，说明干旱胁迫影响种子生活力，抑制了种子发芽速度和发芽整齐度。

从表2 可以看出，10 份材料在蒸馏水和18%PEG-6000 的处理下，其发芽率和发芽势均存在极显著差异（P＜0.01），说明不同材料和干旱胁迫处理均对花生的发芽率和发芽势存在极显著影响。对于发芽率来说，不同材料与浓度处理互作时的F＝0.554，P＝0.826＞0.05，说明互作关系不明显；而对于发芽势来说，不同材料与浓度处理互作的F＝3.002，P＝0.008＜0.01，说明不同材料与浓度处理互作对发芽势存在极显著影响。从以上分析来看，发芽率和发芽势可以反映不同花生材料在干旱胁迫处理下的差异性，用发芽指标来评价这10 份花生材料萌发期的抗旱性是可行的。

表2 不同处理下10 份花生材料发芽率和发芽势的方差分析

由表3 可知，在干旱胁迫时，10 份花生材料发芽率大小顺序为晋花8 号（CK）＞4-8601＞4-8613＝4-8411 ＞4-8579 ＞4-8520 ＞4-8467 ＞4-8303 ＝4-8543＞4-8551，其中，晋花 8 号（CK）、4-8601、4-8613 和4-8411 的发芽率显著高于其他材料；各材料发芽势大小顺序为4-8601＞4-8411＞晋花8 号（CK）＞4-8543 ＞4-8551 ＞4-8303 ＞4-8520 ＞4-8467＞4-8613＞4-8579，其中，4-8601、4-8411的发芽势显著高于其他材料；种子萌发期受到干旱胁迫时，发芽势相比发芽率受到的影响更显著，另外，突变材料中4-8601 和4-8411 的发芽率与发芽势均高于其他突变材料，表现突出。

表3 10 份花生材料在干旱胁迫时萌芽期的生长情况

2.2 干旱胁迫下萌芽期抗旱性综合评价

2.2.1 测定指标的描述分析 为了消除材料之间的固有差异，采用各性状相对值进行抗旱性综合评价，评价指标包括相对发芽率（X1）、相对发芽势（X2）、相对发芽指数（X3）、相对活力指数（X4）、根长胁迫指数（X5）。

对各指标进行描述分析可以看出（表4），萌发期5 个测定指标的相对数值均小于1，说明10 份花生材料在干旱胁迫环境中的萌发生长受到抑制，而各测定指标间的变异程度是不同的；变异系数越大，此指标下不同材料间表现的变异程度越明显，能更好地描述干旱胁迫环境中材料间的差异性，依据变异系数大小排列各指标在干旱胁迫下的敏感反应程度为X4＞X5＞X2＞X3＞X1，即活力指数的敏感反应程度最高。

表4 10 份材料发芽指标的描述统计

2.2.2 萌发期抗旱性综合评价 花生种子萌发期的抗旱性强弱受不同因素的综合影响，使用单一测定指标评价不同材料的抗旱性是片面的。本研究运用隶属函数法，以X1、X2、X3、X4和X5共 5 个指标为依据，对9 个突变材料和晋花8 号的萌发期抗旱性进行综合评价分析，结果用抗旱性度量综合D 值来反映，通常情况下，D 值越高，表示该品种的抗旱能力越强，反之亦然。由表5 可知，10 份材料萌发期的5 个抗旱指标的综合评价D 值之间存在差异，说明经过EMS 诱变后的突变材料萌发期抗旱性发生了变化；D 值从大到小依次为4-8601＞晋花8 号（CK）＞4-8411 ＞4-8303 ＞4-8520 ＞4-8613 ＞4-8551＞4-8543＞4-8579＞4-8467；9 份突变材料中，4-8601 的综合 D 值高于晋花 8 号（CK），其他突变材料的综合D 值均低于晋花8 号（CK）。说明4-8601 萌发期抗旱性最强，超过晋花 8 号（CK），而其他8 份突变材料的抗旱性相对较弱，其中，4-8467 抗旱性最弱。

表5 10 份花生材料抗旱评价隶属函数值及综合评价

3 结论与讨论

种子萌发是花生生长发育的开端，其优劣对后期群体构建起着决定性作用，因而对种子萌发期的抗旱性鉴定和筛选有着重要意义[16]。PEG-6000 是一种高分子渗透剂，能调节渗透势，利用它模拟干旱胁迫条件具有操作简单方便、重复性好等特点，现已被用于多种作物萌发期抗旱性快速鉴定和评价。本研究用18%PEG-6000 处理10 份花生材料后，其发芽率和发芽势均低于对照蒸馏水处理，不同材料间亦存在显著差异，而且发芽势受到的影响较发芽率更明显，也就是说种子发芽速度和整齐度受到更大的抑制。

作物抗旱性是受多因素控制的复杂数量性状，不能单一只用一种指标来鉴定和评价。本试验选取了发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和根长胁迫指数5 个测定指标进行分析，结果显示，各指标对干旱胁迫的敏感反应程度不同，其中，活力指数的变异系数最大，反应最大，说明干旱胁迫时，不同材料之间的种子发芽速率和生长量的综合反映差异较大。本试验旨在利用隶属函数法来综合评价花生萌发期的抗旱性，由此可知，突变后代材料与对照材料之间抗旱性的变化情况。从抗旱性度量值D 的大小可以判断10 份材料间的抗旱性存在差异，其中，4-8601 的 D 值高于晋花 8 号（CK），其他突变材料的 D 值均低于晋花 8 号（CK）。说明 4-8601 萌发期抗旱性最强，超过了晋花8 号（CK），而其他8 份突变材料的抗旱性相对减弱。

利用EMS 诱变抗旱材料，从后代中筛选生育期较对照缩短，且抗旱性不变或增强的种质材料是本研究的培育目标。本研究在种子萌发期进行了抗旱性鉴定与筛选，初步评价了种质材料萌发期的抗旱性强弱，但不能代表整个生育期的抗旱性。花生抗旱性是受到作物的形态特征、组织器官结构、生理生化性状等多种因素的控制[17]。张智猛等[18]、张俊等[19]、龙海涛等[20]利用隶属函数法将多个生理生化或基因表达量性状进行综合分析，从而评价种质抗旱性。厉广辉等[21]研究认为，花针期和结荚期是花生生育进程中的水分敏感期。因此，下一步研究将聚焦其他生育时期的相关农艺性状，以更完整地评价种质材料的抗旱性。