用渗透剂胁迫鉴定小麦芽期耐旱性试验

赵民 张江波

摘要：试验设计5个不同浓度的PEG-6000（20g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L）模拟干旱胁迫条件测定四个小麦品种（周麦18、皖麦19、中原98-68、横观35）芽期发芽率、胚芽鞘、根长、相对发芽率、萌发耐旱指数5个抗旱相关指标，以鉴定四个小麦品种的芽期耐旱性。研究表明：四个小麦品种发芽率、胚芽鞘、根长、相对发芽率和萌发耐旱指数，随着PEG-6000浓度的升高均表现出下降趋势，但不同品种各指标下降的幅度不同。在20g/L PEG处理下，各个品种的发芽率受到不同程度的影响，可作为小麦萌芽期抗旱性鉴定的水分胁迫的主要浓度。

关键词：小麦 芽期 渗透胁迫 抗旱性 发芽率

作者简介：赵 民（1979—），男，本科，助理农艺师，研究方向为农作物栽培及病害防治。

通讯作者：张江波（1989—），男，本科，农艺师，研究方向为农作物栽培。

随着全球气候变暖，干旱现象的发生越来越频繁，我国干旱半干旱地区已经占总土地面积的47%，占耕地总面积的51%[1]。干旱会导致植物生理性脱水，进而抑制光合作用、代谢不均衡，最终抑制植物生长[2]。小麦是我国尤其是北方地区重要的粮食作物之一。虽然小麦耐旱，但干旱仍然是小麦生长发育、产量和品质最为重要的制约因素[3]。因此，在引种栽培过程中，对小麦品种的耐旱性评价显得更为重要。

作物的耐旱性评定方法主要有盆栽法、旱棚旱池法、人工气候室模拟环境法、田间直接鉴定法4种[4]。但是，有学者指出作物的抗旱性评价应该以其在干旱条件下能否稳产高产为依据[5]。作物是否高产与种子发芽率、活力指数等相关，而种子萌发阶段的生理活动很容易受到外界环境的干扰，进而影响了作物的生长和发育[6]。有研究发现，在PEG渗透剂模拟干旱胁迫下，谷子活力抗旱指数、相对发芽势、相对发芽率、相对胚芽长和相对胚根长与抗旱指数均呈极显著正相关，可以作为谷子萌芽期抗旱性鉴定的指标[7]。本试验通过不同浓度的PEG-6000对4个小麦品种种子萌芽期进行渗透胁迫分析，旨在为进一步探索利用PEG-6000渗透胁迫鉴定小麦种子耐旱性提供研究基础。

一、材料与方法

（一）材料、仪器及试剂

供试小麦品种4份：周麦18、皖麦19、中原98-68、横观35。

所需主要仪器、器皿：培养皿、光照培养箱、容量瓶、吸管、镊子、直尺等。

所需试剂：PEG-6000、升汞。

（二）研究方法

1. 渗透液配制。参照Michel等[8]提出的方法，计算PEG-6000渗透液的参数配比，共设计5个浓度，分别是20g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L。

2. 小麦材料培养。供试小麦种子浸种24h，每个处理30粒，分别放入PEG-6000浓度为20g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L的培养皿中，以无菌水为对照组。各培养皿置于恒温25℃培养箱中培养，在第2、4、6、8天测试其发芽率。测量每个培养皿中的第3天的胚芽鞘和根长。

3. 各抗旱指标的测定

发芽率（%）=种子发芽数/供试种子数×100%

相对发芽率（%）=胁迫培养的发芽率/对照培养的发芽率×100%

萌发抗旱指数（GDRI）=渗透胁迫下萌发指数/对照萌发指数

其中，萌发指数=（1.00）nd 2+（0.75）nd 4+（0.50）nd 6+（0.25）nd 8，nd 2，nd 4，nd 6，nd 8分别为第2、4、6、8 d的种子萌发率。

4. 小麦种子萌发期抗旱性分级标准

5. 数据统计分析。根据不同渗透胁迫处理水平条件所测得的各指标数据，用EXCEL（2003）绘制随着渗透胁迫的加强各指标变化的趋势图，揭示各指标在不同渗透胁迫条件下的变化规律。

二、结果与分析

（一）不同PEG浓度胁迫下小麦发芽率变化趋势

四个小麦品种在不同PEG浓度条件下第四天发芽率变化趋势见图1。由图1可以发现，随着PEG浓度的增大，各种小麦的发芽率均呈下降趋势。从发芽率下降幅度来看，不同品种的发芽率与对照相比，在PEG浓度为20g/L和40g/L时，都表现为横观35下降幅度最大，分别为25%和56%，而周麦18和皖麦19下降幅度分别是0%、13%和5%、14%；PEG浓度为60g/L时周麦18和皖麦19的下降幅度分别是17%和31%，横观35的下降幅度为58%，中原98-68下降幅度比横观36略小比周麦18和皖麦19要大；PEG浓度为80g/L以上时，大部分品种发芽率都大幅度下降，中原98-68和横观35下降幅度最大，周麦18降幅最小，中原98-68下降幅度比横观35小。

从以上分析可以看出，橫观35发芽率受PEG模拟的水分胁迫影响最大，中原98-68次之，再而是皖麦19，而对周麦18的影响最小。即由发芽率确定的抗旱性大小顺序为：周麦18＞皖麦19＞中原98-68＞横观35。

（二）不同PEG浓度小麦相对发芽率变化趋势

20g/LPEG-6000胁迫下各品种第四天发芽率统计（见表2），由表2可以看出，依据萌芽期抗旱性分级标准显示：周麦18和皖麦19抗旱性极强，中原98-68和横观35抗旱性相对较低。相对发芽率大小依次是：周麦8＞皖麦19＞中原98-58＞横观35。而由于其他浓度下测量的相对发芽率不符合此分级标准，故不作此类比较。

（三）不同PEG浓度小麦萌发耐旱指数变化趋势

四个小麦品种在不同PEG浓度条件下萌发耐旱指数变化趋势见图2。由图2可以发现，随着PEG浓度的增大，各种小麦的萌发耐旱指数均呈下降趋势。比较相同浓度下各个品种的耐旱性，20g/L浓度的PEG下可以看出周麦18和皖麦19的萌发耐旱指数最大几乎相同，周麦18稍大，中原98-68的萌发耐旱指数较低，而横观35的萌发耐旱指数最低。40g/L浓度的PEG下可以看出周麦18和皖麦19萌发耐旱指数还是很相近，但皖麦19稍大，依次是中原98-68和横观35。大于60g/L浓度PEG下可以明显看出周麦18萌发耐旱指数大于皖麦19大于中原98-68大于横观35。

综上分析可以看出，PEG20g/L浓度下和60g/L、80g/L、100g/L浓度下横观35发芽率受由PEG处理所模拟的水分胁迫影响最大，中原98-68次之，周麦18的影响最小。即抗旱性：周麦18＞皖麦19＞中原98-68＞横观35。而在浓度为40g/L的PEG浓度下，得出的抗旱性是：皖麦19＞周麦18＞中原98-68＞横观35。

（四）不同PEG浓度小麦胚芽鞘变化趋势

随着PEG浓度的增大，小麦的胚芽鞘呈下降趋势（图3）。图4可以看出在PEG浓度为20g/L时，周麦18的下降幅度要小于皖麦19，即周麦18受胁迫剂影响不及皖麦19显著，中原98-68下降幅度较横观35小。在PEG浓度为40g/L时，下降幅度差异周麦18和皖麦19＞中原98-68和横观35，但周麦18和皖麦19之间和中原98-68和横观35之间差异不明显。PEG浓度为60g/L时，皖麦18的下降幅度要大于周麦18，横观35下降幅度＞中原98-68。周麦18和皖麦19的生长势要明显高于中原98-68和横观35。因此由胚芽鞘确定的抗旱性大小顺序依次为：周麦18＞皖麦19＞中原98-68＞横观35。

（五）不同PEG浓度小麦根长变化趋势

四个小麦品种在不同PEG浓度条件下根长变化趋势见图5-6。由图5-6可以发现，随着PEG浓度的增大，各种小麦的根长均呈下降趋势。在PEG浓度为20g/L时，周麦18，皖麦19，中原98-68，横观35的下降幅度分别是30%，29%，50%，70%。由此可知，横观35的下降幅度最大，中原98-68次之，周麦18和皖麦19极为相近。PEG浓度为40g/L时，周麦18和皖麦19的下降幅度分别是49%和61%，可知周麦18抗旱性比皖麦19较强。PEG浓度为60g/L时，中原98-68和横观35下降幅度最大，周麦18次之，皖麦19最小。在大于80g/L浓度的PEG下根长太短不及种子的一半，不作为分析其抗旱性的标准。因此，以根长判断小麦的抗旱性，PEG浓度为60g/L时，皖麦19＞周麦18＞中原98-68＞横观35。在PEG浓度为20g/L和40g/L时，周麦18＞皖麦19＞中原98-68＞横观35。

三、讨论

近年来通过比较PEG胁迫下水、确定15％-20％浓度的PEG可用来鉴定水稻的抗旱性[9]。许多植物或品种在水分胁迫条件下可以诱导细胞内溶质积累，渗透式降低，从而保证组织水势下降时细胞膨压得以维持，这便是渗透调节[10]。邹琦等研究表明了，抗旱性强的小麦其渗透调节能力也相对要强一些[11]。由于水分胁迫下，可以用小麦的萌芽期胚芽鞘长度和根长来反应芽体的渗透调节能力[12]。王贺正[13]用25％的PEG溶液鉴定水稻种质萌芽期的抗旱性。本试验设立了五种PEG-6000浓度，分别为20g/L、40g/L、60g/L、80g/L、100g/L，测定种子发芽率，结果表明，在20g/L PEG处理下，各个品种的发芽率受到不同程度的影响，在40g/L、80g/L处理的种子萌发基本都受到很显著的抑制，其中中原98-68，横观35在大于80g/L处理时种子几乎没有发芽。因此，以20g/L PEG溶液浓度作为小麦萌芽期抗旱性鉴定的水分胁迫的主要浓度较为合适，与李国瑞等[14]研究结果一致，为进一步探索利用PEG-6000渗透胁迫鉴定小麦种子耐旱性提供研究验证基础。

参考文献：

[1]吴金山，张景欢，李瑞杰，等.植物对干旱胁迫的生理机制及适应性研究进展[J].山东农业大学学报（自然科学版），2017，37（6）：452-456.

[2]Cahid C， Steven R S. Evaluating the ability of the barley stripe mosaic virus-induced gene silencing system to simultaneously silence two wheat genes[J]. Cereal research communications， 2008， 36（6）： 217-222.

[3]山仑，徐炳成.论高粱的抗旱性及在旱区农业中的地位[J].中国农业科学，2009，42（7）：23-42.

[4]杨瑞晗，许海涛，王文文.玉米抗旱性指标研究进展[J].大麦与谷类科学，2021，38（2）：1-7.

[5] Winter S R， Musik J T， Porter K B. Evaluation of screening techniques for breeding drought-resistant winter wheat[J]. Crop Sci， 1988， 28： 512-516．

[6]史威威，张佩，张涛.羊粪浸提液对燕麦种子萌发特性的影响[J].草地学报，2018，26（04）：959-963.

[7]代小冬，杨育峰，朱灿灿，等.谷子萌芽期对干旱胁迫的响应及抗旱性评价[J].华北农学报，2015，30（4）：139-144.

[8] Michel B E，Kaufmann M R. The osmotic potential of polyethy-lene glycol 6000. Plant Physiology，1973，51：914-916.

[9]攀鑫超，劉文袱，赵笃乐．G胁迫下求、陆稻幼苗生长势比较研究[J]．中国农业大学学报，2001，6（3）：16-20．

[10]Bais H P，Vepachedu R， Gilroy S，et al．Allelopathy and exotic plant invasion： from molecules and genes to species interactions[J].Science：2003：301：11377-1379．

[11]郭卫东，饶景萍，李嘉瑞，等．二棱大麦LEA DNA的克隆与测序[J]．西北农业大学学报，2000，28（21）：8-13．

[12]王玮，邹琦．胚芽鞘长度作为小麦抗旱性鉴定指标的研究[J]．作物学报，1997，23（4）：459—467．

[13]王贺正，马均，李旭毅，等．水稻种质芽期抗旱性和抗旱性鉴定指标的筛选研究[J]．西南农业学报．2004，17（5）：594-599．

[14]李国瑞，马宏亮，胡雯媚，等.西南麦区小麦品种萌发期抗旱性的综合鉴定及评价[J].麦类作物学报，2015，35（4）：32（1）：32-39，479-487.

（作者单位：焦作市博爱县月山镇人民政府、焦作市中站区龙翔街道办事处）