PEG-6000模拟干旱胁迫对藜麦种子萌发的影响

陈明君， 蒙柳贝， 李 玥， 敖 芳， 王 澍,2*

(1.西南林业大学 园林园艺学院，云南 昆明 650224； 2.国家林业和草原局 西南风景园林工程技术研究中心， 云南 昆明 650224)

0 引言

【研究意义】干旱是农业生产中的重要问题之一，其出现频率高、范围广和产生的影响大[1]。干旱严重时会抑制植物生长发育，造成农作物严重减产[2]，是我国农业生产中面临的严峻挑战。我国每年旱灾面积达2 114万hm2，约占全国播种总面积的14.6%[3]，因此培育和筛选出耐旱的农作物品种，有助于降低干旱胁迫给农业生产造成的巨大损失。【前人研究进展】藜麦(Chenopodiumquinoa)是一种原产于南美洲的[4-5]1年生的双子叶草本植物，现已有7 000余年的种植历史[6]。藜麦具有很强的抗盐碱、抗霜冻和抗旱能力以及较高的营养价值，富含丰富的蛋白质、氨基酸和不饱和脂肪酸等[7-9]。藜麦种子的颜色主要有黑、红、白及灰4种，其中黑色、红色和灰色的子粒较小，而白色品种的口感较好[10]。联合国粮农组织认为，藜麦是唯一的单体植物即可满足人体基本需求的食物。目前，我国是除原产国以外藜麦种植面积最大的国家之一[11]。此外，藜麦由于自身的抗胁迫特性以及独特形态而具有较高的经济潜力，目前已成为未来最具发展潜力的农作物之一[12-13]。对多数植物而言，种子阶段是植物生活周期中抗不利环境胁迫的脆弱阶段，而幼苗期则是最为脆弱的时期[14]，因而种子萌发和幼苗生长是植物生活史中的关键阶段[15]，直接关系到幼苗的成活，并决定着植物种群的建立和更新[16]。已有学者对作物种子萌发期的抗逆性进行研究。宿婧等[17]研究PEG-6000模拟干旱胁迫条件下藜麦萌发期的抗旱性及生理特性发现，适宜质量浓度的PEG-6000溶液能促进种子萌发，提高中游离氨基酸含量及POD活性。张斌等[18]对7个不同来源藜麦品种的萌发期抗旱性进行研究发现，低浓度PEG胁迫能够促进部分藜麦品种的萌发。GARCIA等[19]研究发现，干旱引起的土壤板结对藜麦早期生长阶段几乎无影响。【研究切入点】近年来，藜麦作为具有较高营养价值的新型作物，被越来越多地区引种推广。前人研究大多针对不同品种藜麦的产业发展[20]、栽培技术[21]和抗性研究[22-23]等方面，但关于干旱胁迫对藜麦种子造成的影响鲜见报道。【拟解决的关键问题】藜麦种子由于其独特的生物学特性，在萌发期的关键阶段筛选并培育出耐旱品种，对后期提高藜麦产量与品质具有十分重要的意义。通过不同浓度PEG-6000模拟干旱胁迫，对比分析不同藜麦品种在干旱胁迫条件下种子的发芽率、发芽势和活力指数等萌发特性，旨在为筛选高抗旱性藜麦品种及干旱地区藜麦种植提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

4种不同颜色的藜麦种子：黑色(76)、白色(1-4)、灰色(36-3)和红色(21-2)，由西南林业大学园林园艺学院提供。

赤霉素(PHA0003，北京酷莱博公司)，维生素B6(CV11821-5 g，北京酷莱博公司)；SANYO光照恒温恒湿培养箱(MLR-351H，日本三洋公司)。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验共设5个处理，分别为(质量分数)2.5%(T1)、5.0%(T2)、7.5%(T3)、10.0%(T4)的PEG-6000溶液，以及蒸馏水处理作对照(CK)。选取每个品种籽粒饱满、大小均匀、无病虫害的藜麦种子，用75%的酒精消毒1 min，再用无菌水冲洗干净。将种子均匀摆放在铺有2层滤纸的各处理培养皿中，每皿50粒，3次重复。播种后的种子置于25℃恒温萌发，每3 d更换1次滤纸，并及时清理发霉腐烂的种子，以防止污染其他种子。

1.2.2 指标测定 从处理开始每天统计发芽种子数(胚根长≥2 mm即判定萌发)，直到种子的萌发数不再增加时，计算发芽率(GR)、发芽势(GF)、发芽指数(Gi)和活力指数(Vi)。发芽时间为7 d，同时在第7天从每个品种各培养皿中选取20株长势一致且较好的幼苗，测量胚芽长、胚根长及幼苗鲜重。

GR=(正常发芽种子数/供试种子数)×100%

GF=(3 d内发芽种子数/供试种数)×100%

GI=∑当天发芽数(Gt)/天数(Dt)

S=10株幼苗总重(g)/10

式中，Gt为t时间内的发芽数，Dt为相应的发芽日数，Gi为发芽指数，S为种苗芽的平均鲜重。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2010进行数据的处理、绘图和表格制作，观察和分析数据整体的趋势；采用SPSS 24对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 PEG-6000模拟干旱胁迫处理藜麦种子的发芽率和发芽势

由表1看出，不同浓度PEG-6000模拟干旱胁迫处理对藜麦各品种种子发芽率和发芽势的影响不同。未处理条件下，各品种也存在差异，发芽率和发芽势均为白色>黑色>灰色>红色。PEG-6000处理条件下，同一品种随浓度增加，黑色品种的发芽率和发芽势呈先降后升趋势，T2的发芽率和发芽势显著低于其余处理，其余处理间差异不显著；白色品种的发芽率和发芽势不变，分别为100%和99%；灰色品种的发芽率和发芽势呈先降后升趋势；红色品种的发芽率和发芽势呈先升后降趋势。与对照相比，灰色和红色品种的发芽率和发芽势高于对照，而白色品种不变。此外，黑色品种在PEG-6000浓度≥5.0%时，发芽率和发芽势低于对照，其他浓度差异不显著。

表1 不同浓度PEG-6000处理藜麦种子的发芽率和发芽势

2.2 PEG-6000模拟干旱胁迫处理藜麦种子的发芽指数和活力指数

由表2看出，不同PEG-6000浓度处理对各藜麦品种种子发芽指数和活力指数的影响不同。未处理条件下，各品种也存在差异，发芽指数和活力指数均为白色>黑色>灰色>红色。PEG-6000处理条件下，同一品种随浓度增加，黑色品种的发芽指数和活力指数呈先升高后降低趋势，T4发芽指数和活力指数显著低于其余处理；白色品种的发芽指数逐渐降低，而活力指数除T2最低，其余处理差异不显著；灰色品种的发芽指数和活力指数呈先降后升趋势，T4发芽指数和活力指数最低。红色品种的发芽指数和活力指数呈先升高后降低趋势，T4发芽指数和活力指数最低。黑色、灰色和红色品种的发芽指数和活力指数T1～T3均高于CK，T4低于CK。此外，白色品种的发芽指数均低于CK，而活力指数除T2外，其余处理差异不显著。

表2 不同浓度PEG-6000处理藜麦种子的发芽指数和活力指数

2.3 PEG-6000模拟干旱胁迫处理藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重

从图1看出，不同浓度PEG-6000处理对各品种藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重影响不同。1) 胚根长。白色和红色藜麦种子的胚根长随PEG-6000浓度增加呈先增后减再增再减趋势，黑色和灰色藜麦种子的胚根长则呈先减后增再减趋势，当浓度达7.5%时，4种颜色藜麦种子的胚根长均达最大，其中，以白色品种的胚根最长，为8.14 cm，较CK增加3.91 cm，另外3个品种的胚根长分别较对照增加2.49 cm、1.03 cm和1.23 cm；当浓度继续增加时各品种的胚根长均呈减小趋势。2) 幼苗鲜重。随PEG-6000浓度增加，4种藜麦幼苗鲜重均呈先增后减再增再减趋势，且均在PEG-6000浓度为7.5%时达最大，其中，以灰色和白色品种的幼苗鲜重较高，分别为0.28 g和0.27 g；当浓度继续增加时各品种的幼苗鲜重均呈减小趋势，且均低于CK。表明，在PEG-6000浓度7.5%处理下藜麦种子生长更健壮。

图1 不同浓度PEG-6000处理藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重

Fig.1 Radicle length and seedling fresh weight ofC.quinoaseed at germination stage treated with different concentrations of PEG-6000

3 讨论

PEG胁迫是一种常见的逆境危害，影响植物的整个生长过程。而萌发期作为植物生活史的关键阶段，适宜浓度PEG溶液可提高种子发芽率[24]。研究结果表明，不同浓度的PEG-6000对不同颜色(品种)藜麦种子的萌发影响不同，其中，白色品种抗旱能力最强，不受不同PEG-6000浓度的影响。而适宜的浓度条件下，PEG能促进黑色、红色和灰色品种藜麦种子发芽率、发芽势、发芽指数及发芽活力指数的提高。与史锋厚等[24]的研究结果不完全一致，但与李芊夏等[25-26]轻度干旱胁迫可提高种子的发芽势、发芽指数和活力指数的研究结果相近。可能是适宜的PEG-6000浓度增加了渗透调节物质，并修复膜系统损伤[27]，与其在极端环境下对种子的高度保护结构有关[28]。此外，随着PEG-6000浓度的增加，可促进藜麦胚根长及幼苗鲜重的增大，但高浓度对4个品种藜麦的胚根长及幼苗鲜重均有一定抑制作用。与陈锦坤等[29-31]对大豆、光皮桦种子的研究结果相似。可能是由于不同颜色(品种)的藜麦对PEG-6000的胁迫能力反应存在差异。

PEG-6000作为常用的干旱胁迫调节剂，已广泛应用于不同植物中[32-33]。通过研究不同浓度PEG-6000对不同颜色(品种)藜麦种子萌发期的影响，增加对藜麦种子抗旱性的了解，为后期藜麦的相关研究打下基础，后续应将生理指标以及抗旱性的相关程度纳入研究，提高对高抗性藜麦品种的筛选。

4 结论

不同浓度PEG-6000溶液对各色藜麦种子萌发相关指标的影响不同，低浓度(2.5%～7.5%)的PEG-6000溶液中藜麦种子的萌发能力强于对照，4种颜色藜麦种子均具有一定耐旱能力，尤其以红色种子的耐旱能力最强；各色藜麦种子的发芽率和发芽势本身存在差异。PEG-6000浓度为7.5%时红色藜麦种子发芽指标均达最大；且各色藜麦种子的胚根长及幼苗鲜重均达最大。浓度为10.0%时各色藜麦种子的胚根长及幼苗鲜重均降至最低。