PEG-6000 模拟干旱胁迫对黑小麦种子萌发特性的影响

吴秀宁，敬樊，张军，王新军，于浩世

(1 商洛学院健康管理学院，陕西 商洛 726000；2 商洛市农业科学研究所，陕西 商洛 726000；3 商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000)

小麦是世界上主要的粮食作物，是全球约40%人口的主要粮食[1]。在我国，小麦是第三大粮食作物[2]。水分是限制作物生长发育的主要因素，在全球变暖和水资源紧缺的背景下，每年因干旱缺水导致的作物减产已超过其他非生物因素的总和[3]。种子萌发期是小麦生长发育的起始阶段，也是对外界逆境较为敏感的阶段，在土壤墒情不足、降水稀少的情况下，小麦种子萌发及出苗会受到严重抑制，导致产量下降[4]。培育和筛选抗旱性强的品种是应对干旱逆境的有效途径[1]。

小麦抗旱性是一个复杂的生物学性状，是多种因素共同作用的结果[5]。利用PEG 高渗溶液模拟干旱已成为研究小麦萌发期抗旱性的重要方法，并筛选出发芽势、发芽率、胚根长等多个指标[6-8]。在分析方法上，多采用隶属函数法综合评价品种抗旱性[4，6-7]，这为后续研究提供了较好的借鉴。黑小麦是普通小麦的重要组成部分，因其含有丰富的营养物质和特殊的保健功效而被人们关注[9]。目前有关黑小麦的研究多集中在品种选育[2，10]和营养加工[2，11-12]等方面。有关小麦抗旱性研究已有大量报道[4，6，8，13]，这为后续研究提供了较好的借鉴和参考。本研究以在陕西有一定种植面积的7 份黑小麦品种为材料，PEG-6000 模拟干旱胁迫，测定其萌发指标，隶属函数综合评价供试材料抗旱性，以期为黑小麦品种选用和萌发期抗旱性鉴定提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2020 年在商洛学院进行。供试黑小麦品种为珍选1 号(ZX1)、珍选2 号(ZX2)、西黑88(XH88)、杨紫1 号(YZ1)、秦紫1 号(QZ1)、秦紫2号(QZ2)、黑优1 号(HY1)。黑优1 号为商洛学院旱地小麦育种团队选育，其余材料种子由商洛市秦岭植物良种繁育中心收集和保存。

1.2 试验设计

设4 个PEG-6000 浓度进行预试验，分别为10%、15%、20%和25%，筛选出用于抗旱性鉴定的PEG-6000 适宜浓度为15%，蒸馏水作为对照。参考翟福勤等[14]的方法，精选大小基本一致的黑小麦种子，利用10 mol/L NaClO 溶液消毒1 min，经自来水冲洗，蒸馏水浸泡24 h 进行催芽。挑选露白种子，腹沟朝下，放置于铺有双层滤纸的培养皿内，每个培养皿放入30 粒小麦种子，加入10 mL 对应溶液。将培养皿置于恒温培养箱中(25±2)℃培养，3次重复。

1.3 测定指标与方法

以胚根长≥种子长或胚芽长≥0.5 倍种子长作为发芽标准。第3 天测定发芽势，第7 天测定发芽率。随后每个培养皿挑选长势一致的幼苗，测定最大主胚根长和芽长。按照根、种子、芽分开，用滤纸包裹后105 ℃烘箱中杀青10 min，70 ℃烘12 h，称取干质量。计算发芽势、发芽率、根冠比、贮藏物质转运率，计算各项指标的抗旱系数。

发芽势＝第3 天发芽种子数/供试种子总数×100%

发芽率＝第7 天发芽种子数/供试种子总数×100%

贮藏物质转运率＝(芽＋根)干质量/(芽＋根＋种子)干质量×100%[6]

抗旱系数＝干旱测定值/对照测定值[8]

综合抗旱系数＝品种所有测定指标抗旱系数的平均值[6]。

1.4 抗旱性评价

以供试品种不同指标的抗旱系数为依据，利用加权隶属函数法进行综合评价。隶属函数参考文献[15]计算。

1.5 数据分析

采用Excel 2003 进行数据整理，采用SPSS 18进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对黑小麦发芽势和发芽率的影响

由表1 可知，干旱胁迫后黑小麦种子发芽势出现下降。干旱胁迫后，秦紫2 号、西黑88 和黑优1号发芽势较对照极显著下降，降幅依次为26.39%、23.29%和18.67%；杨紫1 号发芽势显著下降，降幅为13.16%；珍选1 号发芽势降幅最小，为3.66%；其余2 个品种发芽势降幅介于7.14%～9.88%之间。

发芽率在干旱胁迫后较对照均有不同程度下降(表1)。干旱胁迫后，西黑88 发芽率极显著低于对照，降幅为17.57%；秦紫2 号和黑优1 号发芽率显著低于对照，降幅为17.33%和16.25%；珍选1 号发芽率降幅最小，为4.55%；其余品种发芽率降幅介于6.98%～7.69%之间。

表1 干旱胁迫下的黑小麦种子发芽势和发芽率Table 1 Seed germination potential and germination percentage of black-grain wheat under drought stress %

2.2 干旱胁迫对黑小麦主胚根长和芽长的影响

由表2 可知，干旱胁迫后黑小麦种子主胚根长均低于对照。干旱胁迫下，秦紫2 号、黑优1 号和珍选2 号主胚根长显著下降，降幅分别为47.87%、36.61%和35.85%；西黑88 主胚根长降幅最小，为6.12%；其余品种主胚根长降幅介于15.08%～28.07%之间。

干旱胁迫后黑小麦种子芽长较对照均有所下降(表2)。干旱胁迫下，秦紫2 号和黑优1 号芽长显著低于对照，降幅为46.88%和37.26%；珍选1 号和珍选2 号芽长降幅较小，分别为2.78%和4.93%；其余品种芽长降幅介于14.25%～33.72%之间。

表2 干旱胁迫下的黑小麦种子主胚根长和芽长变化Table 2 Changes of main radicle length and bud length of black-grain wheat under drought stress

2.3 干旱胁迫对黑小麦根干质量和芽干质量的影响

由表3 可知，供试黑小麦品种根干质量在干旱胁迫后均下降。干旱胁迫下，秦紫2 号根干质量降幅最大，为64.38%，显著低于对照；珍选1 号和秦紫1 号根干质量降幅较小，依次为5.08%和8.71%；其余品种根干质量降幅介于24.10%～36.17%之间。

干旱胁迫后黑小麦芽干质量出现下降(表3)。干旱胁迫下，西黑88 芽干质量降幅最大，为36.96%；其次为黑优1 号，降幅为36.07%；秦紫1号芽干质量降幅最小，为11.54%；其余品种芽干质量降幅介于20.93%～35.96%之间。

表3 干旱胁迫下的黑小麦种子根干质量和芽干质量变化Table 3 Changes of root and bud dry weight of black-grain wheat under drought stress

2.4 干旱胁迫对黑小麦根冠比和贮藏物质转运率的影响

由表4 可知，干旱胁迫后黑小麦根冠比呈上升或下降趋势。干旱胁迫下，珍选1 号、珍选2 号、杨紫1 号、秦紫1 号和黑优1 号根冠比较对照有不同程度增加，珍选1 号根冠比增幅最大，为26.67%；黑优1 号增幅最小，为2.56%。西黑88 和秦紫2 号根冠比则下降，降幅分别为3.23%和52.27%，且秦紫2 号根冠比在处理间呈统计学显著性。

干旱胁迫后，除珍选1 号外，其余供试黑小麦种子贮藏物质转运率均较对照呈下降趋势(表4)。干旱胁迫下，秦紫2 号贮藏物质转运率降幅最大，为40.58%，显著低于对照；秦紫1 号降幅最小，为3.28%，其余品种降幅介于14.87%～23.62%。珍选1 号贮藏物质转运率则较对照增加11.20%。

表4 干旱胁迫下的黑小麦种子根冠比和贮藏物质转运率变化Table 4 Changs of root-shoot ratio and storage substance transport rate of black-grain wheat under drought stress

2.5 干旱胁迫下黑小麦萌发指标间相关性分析

基于供试品种的抗旱系数，进行萌发指标间的相关性分析(表5)。发芽势与发芽率、芽长、根干质量、贮藏物质转运率极显著正相关。发芽率与芽长极显著正相关，与根干质量、贮藏物质转运率显著正相关。芽长与根干质量、贮藏物质转运率显著正相关。根干质量与贮藏物质转运率极显著正相关。

表5 黑小麦萌发指标间相关性分析Table 5 Correlation analysis of germination indexes of black-grain wheat

2.6 黑小麦萌发期抗旱性综合评价

由表6 可知，除芽干质量权重较小外，其余7 个指标均占有较大权重。以单个萌发指标的权重及对应隶属函数值，加权求得抗旱性综合评价值(D值)。根据D值进行聚类分析，供试黑小麦品种萌发期抗旱性可划分为3 类。珍选1 号、秦紫1 号和珍选2 号为一类，属强抗旱型；杨紫1 号、西黑88 和黑优1 号为一类，属中等抗旱型；秦紫2 号为一类，属弱抗旱型。

3 讨论

普通小麦中，籽粒颜色为紫色、蓝色、蓝紫色和紫黑色的小麦统称为黑小麦[2]。黑小麦籽粒Ca、Zn、Se 和Mn 含量均远高于普通白粒小麦[13，16]，具有较好的保健功效。随着社会经济的发展和生活水平的提高，黑小麦越来越受到人们关注。开展黑小麦抗旱性品种筛选，可为黑小麦品种选用和区域作物布局提供参考。

种子萌发期是作物生命历程的起点[17]，萌发进程与作物后期生长发育密切相关。安欣慧等[6]研究表明，PEG-6000 模拟干旱胁迫后，普通小麦发芽势、发芽率、芽长、贮藏物质转运率等均受到抑制，表现为干旱胁迫后黑小麦发芽势、发芽率、主胚根长、芽长、根干质量、芽干质量和贮藏物质转运率较对照均有不同程度下降，但降幅存在差异，说明不同性状指标对干旱胁迫响应存在差异[18]。根冠比在干旱胁迫后上升，这和王志恒等[19]研究结果基本一致。这表明干旱对地上部的抑制强于对根系的抑制程度。此外，根冠比和贮藏物质转运率在干旱胁迫后也占有较大权重，可将其作为黑小麦萌发期干旱鉴定的指标。

多个指标可从不同角度反映作物抗旱性，隶属函数法可综合多个指标，得到的D值是介于[0，1]区间上的无量纲的纯数，使品种间抗逆性具有可比性[20]。张军等[21]通过隶属函数分析，筛选出晋麦47 和小偃22 为强抗旱型品种。本研究中，基于D值和聚类分析，将供试黑小麦品种分为3 类，其中珍选1 号、秦紫1 号和珍选2 号为强抗旱型。而作物抗旱性是一个复杂的生物学性状，供试品种在其他生育阶段的抗旱性以及其遭受干旱胁迫后和产量品质的关系，还需进一步研究。

4 结论

在浓度为15%的PEG-6000 干旱胁迫下，黑小麦发芽势、发芽率、主胚根长、芽长、根干质量、芽干质量和贮藏物质转运率有不同程度下降，根冠比上升。变幅因品种而异，除芽干质量外，秦紫2 号在其余指标间变幅均呈统计学显著性。发芽势、发芽率、主胚根长、芽长、根干质量、根冠比和贮藏物质转运率在干旱胁迫后占有较大权重，可作为黑小麦萌发期干旱鉴定的指标。基于D值和聚类分析，可将供试黑小麦品种分为3 类，珍选1 号、秦紫1 号和珍选2 号为强抗旱型，杨紫1 号、西黑88 和黑优1 号为中等抗旱型，秦紫2 号为弱抗旱型。