不同糜子材料萌发期和苗期对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

古丽米娜·吐尔孙江， 吾买尔夏提·塔汉， 师小军

(新疆农业大学草业与环境科学学院， 乌鲁木齐 830052)

干旱是全球最严重的自然灾害之一，是影响农业生产与生态环境的重要因素[1]。据统计，全球有50多个国家和地区43%的耕地处于干旱半干旱区[2]。在中国，干旱和半干旱地区约占国土面积的二分之一，在农业生产区，频繁的干旱期严重阻碍了植物的生长，导致大量作物产量下降[3]。糜子(PanicummiliaceumL.)具有耐旱、耐瘠薄、生育期短等特点[4]，因此，在干旱半干旱地区具有明显的地区优势和生产优势，是此类地区主栽的小杂粮作物之一，也是新垦荒地种植面积较大的先锋作物[5-6]。从现有的糜子种质资源中筛选抗旱性较强的品种，可作为抗旱育种的亲本材料或直接推广，是发展旱作农业区经济的有效措施之一[7]。

种子萌发阶段和幼苗早期生长是作物生长周期中的关键时期，决定着作物的成活[8-9]。目前关于糜子抗旱性的鉴定已有众多报道，主要集中在萌发期[10-11]和苗期抗旱性鉴定以及抗旱指标的筛选[12-14]。但关于我国新疆及其他省份糜子和哈萨克斯坦的糜子品种间抗旱性差异研究未见报道。

本试验以我国新疆及其他省份、哈萨克斯坦的20个糜子品种为研究对象，采用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，比较分析干旱胁迫对糜子种子萌发及幼苗生长的影响，筛选出抗旱性较强的糜子，为抗旱育种亲本材料的筛选以及抗旱品种在新疆的推广提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验以不同地区收集的20份糜子为材料，名称及来源见表1。

表1 糜子参试材料

1.2 试验方法

1.2.1萌发期

每份材料挑选正常成熟、大小一致的种子300粒，用70%酒精消毒2～3 min用蒸馏水冲洗干净，放入25 mL烧杯中清水浸泡24 h，然后用蒸馏水冲洗3遍并用滤纸擦干种子表面的水分。各材料挑选萌动一致的糜子种子50粒置于发芽床上(直径9 cm、铺有2层滤纸的培养皿)，分别加入10 mL浓度为20%(W/V)的PEG-6000溶液进行胁迫处理，蒸馏水处理作为对照，每盘为1次重复，处理和对照组均设3次重复，培养皿加盖，放于25 ℃恒温培养箱中培养7 d，每天光照8 h，以芽长达到0.2 cm、根长0.4 cm作为发芽标准。

1.2.2苗 期

利用透光塑料薄膜棚遮挡自然降不，采用直径为15.5 cm，高为12.5 cm的塑料盆，每盆装土3 kg，表层覆盖0.5 cm细沙，防止土壤板结。每个材料处理对照均设3次重复。每盆为1次重复，每个重复播种30粒种子，待苗长齐后间苗，去弱小苗，每盆留苗20株。播种后正常供水以保证种子顺利出苗，到三叶一心期时，采用浓度为20%PEG-6000溶液进行干旱胁迫处理，对照组正常供水。当胁迫处理组的叶片严重卷曲时，从对照组和处理组的每个重复取叶片，测定叶片相对含水量(RWC)、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量。

1.3 抗旱指标的测定

1.3.1芽 期

种子萌发的1～7 d分别统计不同处理各重复发芽数，计算发芽率、发芽势、萌发指数和活力指数。

GE(%)=(前3 d内种子发芽数/供试种子总数)×100%；

GR(%)=(发芽结束时正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

GI=∑(DG/DT)，DG为逐日发芽数，DT为相应DG发芽天数。

VI=GI×芽长

RDD(%)=(PEG处理下的发芽率/对照发芽率)×100%

萌发的第8天每处理随机取10粒发芽种子测定其根长和芽长。

相对性状指标=(渗透胁迫下处理各性状测定值/对照各性状测定值)×100%[15]。

1.3.2苗 期

株高(PH)和根长(RL)采用直接测量法；叶片相对含水量(RWC)的测定采用鲜干重差值法[16-17]；MDA和Pro含量测定分别采用硫代巴比妥酸法和茚三酮显色法[18-19]。

1.4 数据统计分析

使用Excel软件整理实验数据，利用SPSS 19.0软件进行差异显著性及聚类分析，用WPS和Sig-maplot软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对糜子种子发芽及种子活力的影响

干旱胁迫下，糜子材料间种子萌发特性存在差异(表2)，表明不同材料对干旱胁迫的响应能力间有差异。TL、TKS、JMS的RGR和RGE均高于其他材料，表明受干旱胁迫抑制程度最轻。YGQ、HC的RGR和RGE表现为最小，表明受干旱胁迫抑制程度较大(表2)。就RSL和RRL而言，受干旱胁迫影响较大的有HBH、H 33、SC、WS、HP和JMS，受干旱胁迫较轻的有TL、ML和GS(表2)。从其数值来看，RSL最小，为22%，表明干旱胁迫对糜子地上部的影响大于地下部。RGI值表明，干旱胁迫对JMS、TL和TKS的抑制程度较弱，对HBH、SC和YGQ的抑制程度较强；RVI较大的有TL、NLK和JMS，表明干旱胁迫对这3份材料发芽速率及生长的抑制较弱，反之，对HBH、SC、WS和SHW的抑制较强。RRDD值从大到小依次为HC>YGQ>SC>SHW>HBH>SHN>WS>TG>ML>BRJ>XY>H 33>HP>GS>NLK>HK>TKS>YCH>JMS>TL，相对干旱伤害率越大，说明对干旱胁迫越敏感。

表2 干旱胁迫对糜子种子萌发特性的影响

2.2 干旱胁迫对糜子幼苗生长的影响

由图1可知，干旱胁迫抑制了糜子幼苗的生长。干旱胁迫下，除TL外，其他材料PH均低于对照；PH降幅由大到小依次为：ML>HK>YCH>WS>SHN>SHW>HP>SC>GS>TKS>BRJ>HBH>XY>H 33>NLK>HC>JMS>YGQ>TG>TL；降幅越大，说明受干旱胁迫影响越大。就RL而言，除H 33、HC、TL、TG外，其他材料较对照均呈下降趋势；降幅由大到小排序为：ML>YGQ>SC>NLK>SHW>YCH>GS>JMS>WS>HBH>BRJ>XY>SHN>HP>TKS>HK，可见，在发生干旱时，H 33、HC、TL、TG因根系体积较大，能更大程度地吸收土壤中的水分，增强其耐旱性。干旱胁迫下，除YGQ外，其他材料幼苗地下部与地上部的比值较对照呈增大趋势，说明干旱发生时，糜子幼苗地下部生长速度高于地上部生长速度，以保证能从土壤中吸收水分。

图1 干旱胁迫下糜子苗期生长指标表现

2.3 干旱胁迫下糜子生理指标的变化

由图2 A可知，在干旱胁迫下，20份材料RWC与其对照相比，均呈下降趋势，下降幅度从大到小依次为：HP>HC>NLK>GS>SHN>YCH>YGQ>XY>TG>HK>SC>BRJ>JMS>TKS>H 33>SHW>ML>WS>TL>HBH，下降幅度越小，说明叶片保水能力越强，维持体内正常生理代谢的能力越强，则抗旱性越强。

图2 干旱胁迫对糜子苗期叶片相对含水量、MDA和Pro含量的影响

MDA是细胞膜脂过氧化作用的结果，其产生量的多少能够反映植物受损害的程度，与植物抗旱能力有紧密联系。干旱胁迫下，除XY和TG以外的18份材料苗期MDA含量高于对照(图2 B)。在干旱胁迫下，20份材料MDA含量介于2.03～8.24 μmol·g-1之间，MDA含量由高到低依次为：HC>JMS>HP>ML>H 33>NLK>TL>YGQ>HK>GS>YCH>BRJ>TKS>WS>SHN>HBH>SHW>TG>SC>XY，与对照相比，增幅较大的为HC、JMS、H 33、ML、NLK，说明这几份材料的细胞膜脂过氧化程度较强，幼苗受到的影响较大。

植物体内Pro含量在一定程度上能反映植物的抗逆性，抗旱性较强的材料往往会积累较多的Pro。由图2 C可看出，干旱胁迫下，20份材料苗期Pro含量明显高于对照，但材料间的积累能力不同。Pro含量积累量由大到小依次为：BRJ>NLK>HP>HK>SHW>TL>HC>SC>YCH>SHN>H 33>ML>XY>WS>JMS>YGQ>GS>HBH>TG>TKS，积累量越大，说明其抗旱性越强。

2.4 糜子抗旱性聚类分析

采用萌发期指标及苗期指标，对20份材料抗旱性进行聚类分析，在欧氏距离为5时可将其划分为三类(图3)。第Ⅰ类群有HBH、SHW、GS、YGQ、XY、SHN、TG、HP、H 33、SC、WS、HC和ML，皆为抗旱性较差材料，受干旱抑制较为明显，其中包括我国其他省份材料4份，新疆本地材料6份以及哈萨克斯坦的3份材料。第Ⅱ类群为中度抗旱材料，受干旱胁迫抑制程度较轻，包括NLK、JMS、HK、BRJ、TKS、YCH，其中除HK为哈萨克斯坦材料外，其他材料均为新疆本地材料。第Ⅲ类群仅包括TL，属高度抗旱材料。

图3 20份糜子材料抗旱性聚类分析

3 讨 论

在植物的生活史中，种子萌发及初期生长对环境胁迫最为敏感，所以常用种子萌发及初期生长状况来评价的抗逆性[20]。用PEG-6000溶液模拟干旱胁迫已成为研究种子萌发期抗旱性的重要方法[21-22]。本研究结合前人的研究基础，以20% PEG-6000作为干旱胁迫溶液，来测定20份糜子材料萌发期抗旱性。采用相对发芽率、相对发芽势、相对根长、相对芽长、相对发芽指数、相对活力指数和相对干旱伤害率等7项指标，分析20份材料的种子萌发特性，结果显示，在20% PEG-6000溶液胁迫下，这7项指标均呈降低趋势，且不同材料间有差异，这与邵欢欢等[1]的研究结果一致。李文娆等[23]表示，干旱胁迫通过限制种子吸水，抑制种子萌发活性物质的生成、转化和运输等，影响种子的萌发活力，最终降低萌发速率和萌发数量。本研究结果也表明，干旱胁迫抑制了糜子种子的萌发活力，降低了萌发速率和发芽率。

干旱胁迫下，不同材料糜子幼苗的生长受到了不同程度的抑制，因此，不同材料糜子苗期的生长状况可反映出幼苗对干旱胁迫的适应性。本研究结果显示，干旱胁迫下，几乎所有材料(除TL和ML外)根长和株高均低于对照。除YGQ外，其他材料地下部与地上部比值均高于对照，说明干旱胁迫下，根系生长速度快于株高生长速度，这与Asunta等[24]对谷子的研究结果一致。叶片相对含水量是植物组织水分状况的重要指标，本研究结果显示，干旱胁迫下，糜子叶片相对含水量与对照相比呈下降趋势，这与李晓君等[25]等对甘蔗的研究结果一致。MDA含量多少与细胞膜受损状况有密切关联，一般情况下，MDA含量的增加与受损程度成正比[26]。Pro是作物参与渗透调节的产物，当作物处于干旱状态时，叶片内会积累大量Pro来参与渗透调节[27]。本试验结果显示，干旱胁迫下，糜子幼苗叶片内的MDA和Pro含量均高于对照，且增加量在不同材料间有差异，这与路之娟等[28]对苦荞的研究结果相似，但XY和TG的MDA含量却低于对照，这可能是因为干旱胁迫破坏了这两个材料叶片的正常生理代谢，致使MDA含量低于对照。

采用聚类分析得出TL为高度抗旱材料，NLK、JMS、HK、BRJ、TKS、YCH为中度抗旱材料，这些材料中大多数为新疆本地材料，这可能是由于在长期的栽培过程中，对新疆干旱环境产生了适应性。