PEG 胁迫对4 种颜色藜麦种子萌发的影响

魏志敏 吕 玮 赵 宇 崔纪菡 王京新 赵文庆 裴美燕 刘建军 李顺国

（1.河北省农林科学院谷子研究所/河北省杂粮研究实验室/国家谷子改良中心 河北石家庄 050035；2.河北省科技创新服务中心 河北石家庄 050000；3.邯郸市邯山农业农村局 河北邯郸 050002；4.河北省杂粮产业技术研究院 河北邯郸 056001）

全球气候变迁及人类活动的影响使得干旱对农业和生态环境造成的破坏日益加剧[1]。目前的数据分析指出，干旱已经波及到全球34.9%的陆地，与此同时，适合灌溉的区域仅占2.32%～3.49%[2]。在中国，52.5%的地域和17%的耕地都受到干旱的困扰，这导致农业生产和粮食安全面临着巨大的风险，并对居民的生活品质和生态环境产生负面影响[3]。为了有效应对干旱问题，在干旱地区引入低水耗农作物是一个有效的策略。藜麦作为低水耗农作物，即使在缺水环境下也能保持相对稳定的生长和产量[4]。在本次研究中，利用聚乙二醇（PEG-6000）作为模拟室内干旱条件的水分胁迫剂，PEG-6000 是一种广泛应用于模拟干旱胁迫的高分子聚合物，在牧草和其他植物种子的萌发研究中被广泛使用。PEG-6000 具有明显的亲水性，可以吸取水分并影响植物的导管组织功能，从而实现模拟干旱胁迫的效果。目前，国内外已经进行了大量关于使用PEG-6000 模拟干旱胁迫对各种植物种子萌发的影响研究。这种方法在控制干旱条件时表现出了高度的准确性，具有较小的误差和良好的可重复性[5]。本研究选择了4 种不同颜色的藜麦种质材料，并使用PEG-6000 进行模拟干旱胁迫试验，从多方面研究藜麦种质在干旱胁迫下的耐旱性。深入了解藜麦种子在干旱条件下的萌发特性可以揭示不同品种在抗旱能力上的差异，这为筛选出具有较强抗旱性的优良种质材料提供了理论支持，对于在干旱地区的藜麦种植策略具有实际的应用价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

4 种不同颜色的藜麦种子：黑色（bq134-2）、灰色（陇藜1 号）、白色（燕藜1）和红色（bone-2）；PEG-6000、次氯酸钠；恒温光照培养箱、培养皿、滤纸。

1.2 试验方法

试验于2023 年3 月10 日在河北省农林科学院谷子研究所实验室内进行。此次试验总共设计了5 个处理组，其中PEG-6000 溶液的质量分数分别为3%（处理A）、6%（处理B）、9%（处理C）、12%（处理D），此外还设置了一个以蒸馏水作为对照的处理（CK）。从4 个品种中挑选出健康、饱满且没有病虫害的藜麦种子，经过消毒处理后，使用蒸馏水进行彻底清洗。将100 颗种子均匀地放置在培养皿上，每个培养皿上方垫有2 层滤纸，上面均匀滴加5 mL 的处理液，以确保滤纸充分湿润。每种浓度的处理都设有3 个独立的重复。将这些培养皿放置在稳定的恒温环境中，保持在25℃的温度下进行发芽观察。发芽的标志是胚根开始变白。在试验中每天记录并统计发芽数量、更换PEG 溶液，以维持其浓度的稳定。及时清理发霉腐烂的种子，以避免其对其他种子的污染[6]。

1.3 指标测定

形态指标在评估作物的生长和发育状况时具有重要作用，特别是在考察干旱对植株外观特征的影响时。在进行抗旱性评估时，有必要选择与抗旱相关的指标，这不仅有助于对供试材料的抗旱性进行全面评估，还能提高藜麦新品种抗旱性评价的效率。通过相关性分析选取一系列作为评估藜麦在萌芽阶段抗旱性指标，包括发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚根长度、幼苗鲜重等。这些指标有助于评价藜麦在干旱条件下的生长适应能力。这些指标的综合使用可以更准确地反映植株对干旱胁迫的响应，为藜麦抗旱性的筛选和育种提供有力的依据[7]。

1.4 指标界定

自处理开始的每一天统计发芽的种子数量，将胚根长达到或超过2 mm 作为判定萌发的标准。持续统计直到种子的萌发数不再增加为止。在此过程中计算发芽率（GR）、发芽势（GF）、发芽指数（Gi）及活力指数（Vi）。发芽时间被固定为10 d。同时，在第10 天从每个品种的各个培养皿中，选择出10 株生长状态一致且较为健壮的幼苗。测量这些幼苗的胚芽长、胚根长及幼苗的鲜重[8]。

GR＝（正常发芽种子数/供试种子数）×100%；

GF＝（4 d 内发芽种子数/供试种数）×100%；

GI＝∑当天发芽数（Gt）/天数（Dt）；

Vi=种苗生长量（S）×发芽指数（Gt）；

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。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2007 进行处理数据、制作表格，观察和分析数据整体的趋势。

2 结果与分析

2.1 PEG-6000 模拟干旱胁迫对藜麦种子的发芽率和发芽势的影响

由表1 可知，不同浓度的PEG-6000 模拟干旱胁迫处理对藜麦各品种种子的发芽率和发芽势产生了差异性的影响。在未经处理的情况下，各品种的发芽率和发芽势存在明显差异，其中灰色品种的表现最佳，其次是白色、黑色和红色品种。在PEG-6000 处理条件下，随着干旱胁迫的加强，不同品种表现不同。黑色品种在胁迫逐渐加深时，其发芽率和发芽势呈现出先升后降的趋势，处理B（6% PEG-6000 浓度）显示出明显较高的发芽率和发芽势，而其他处理之间的差异则不显著。在灰色品种和白色品种中，随着PEG-6000 浓度的增加，发芽率和发芽势呈逐渐下降的趋势。红色品种的发芽率和发芽势在干旱胁迫逐渐加强时呈现先增加后减少的趋势。红色品种在PEG-6000 处理下的发芽率和发芽势与未经处理的对照组相比有所提高，而灰色和白色品种的发芽率和发芽势则低于对照组。黑色品种在PEG-6000 浓度为处理C 和D 时，其发芽率和发芽势低于对照组，然而在其他浓度下高于对照组。这些结果表明，不同品种对PEG-6000 模拟干旱胁迫的响应具有差异，黑色和红色品种表现出一定的耐旱性能，而灰色和白色品种则相对较弱。此外，PEG-6000 在一定浓度范围内对红色品种的发芽率和发芽势具有促进作用，但不利于灰色和白色品种发芽。

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 模拟干旱胁迫对藜麦种子的发芽指数和活力指数的影响

由表2 可知，不同PEG-6000 浓度处理对各藜麦品种种子的发芽指数和活力指数产生不同影响。在未经处理的条件下各品种之间存在差异，发芽指数和活力指数表现为灰色品种>白色品种>黑色品种>红色品种。在PEG-6000 处理的条件下，随着浓度的增加不同的品种出现差异。黑色品种和红色品种的发芽指数和活力指数随着浓度的增加先升高后降低，其中处理D 的发芽指数和活力指数显著低于其他处理。白色品种和灰色品种的发芽指数和活力指数逐渐降低。黑色品种的发芽指数和活力指数A、B、C 3 个处理均高于对照组，而处理D 低于对照组。红色品种的发芽指数和活力指数A、B、C、D 4 个处理均高于对照组。然灰色和白色品种的发芽指数和活力指数A、B、C、D 4 个处理均低于对照组。

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 模拟干旱胁迫对藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重的影响

由表3 可知，不同浓度的PEG-6000 对各品种藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重产生了不同的影响。随着PEG-6000 浓度的增加，黑色和红色藜麦种子的胚根长呈现出先增加后减少，然后再次增加，最后减少的趋势。白色和灰色藜麦种子的胚根长呈现先减小后增加，最后减小的趋势。当PEG-6000 浓度达到9%时，4 种颜色的藜麦种子胚根长均达到最大值。其中，白色品种的胚根最长，达到了4.8 cm，相对于对照组增加了0.9 cm。其他3 种颜色的藜麦种子胚根长分别比对照组黑色增加了1.7 cm、灰色增加了0.3 cm、红色增加了1.2 cm。然而，随着浓度的进一步增加，各品种的胚根长均呈现减小的趋势。幼苗鲜重，随着PEG-6000 浓度的增加，红色藜麦表现出先降低后增加，然后再降低的趋势，而其他3 种藜麦幼苗鲜重均呈现出先增加后降低的趋势。在PEG-6000浓度为9%时，所有品种的幼苗鲜重均达到最大值。其中，灰色和白色品种的幼苗鲜重最高，分别为0.243 g 和0.249 g。随着浓度继续增加，各品种的幼苗鲜重均呈现减小的趋势，并且都低于对照组。这些结果表明，在9%的PEG-6000浓度处理下，藜麦种子的生长更为健壮。

表3 不同浓度PEG－6000 处理藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重

3 讨论与结论

PEG-6000 是一种常用的干旱胁迫调节剂，在不同植物研究中被广泛应用。本研究旨在探究不同浓度的PEG-6000 对藜麦种子在萌发期的影响，了解藜麦种子的抗旱性，并为后续藜麦研究奠定基础。在藜麦育种研究中将关于抗旱性的相关性纳入考虑，以提高对高抗性藜麦品种的筛选效率。干旱胁迫是一种常见的逆境危害，对植物的整个生长过程都会产生影响。作为植物生命周期的关键阶段，萌发期对于研究藜麦种子的抗旱机理至关重要。研究结果显示，不同浓度的PEG-6000 对不同颜色（品种）的藜麦种子的萌发具有不同的影响。其中，黑色品种表现出最强的抗旱能力，且对不同浓度的PEG-6000 胁迫相对不敏感。在适宜的浓度条件下，PEG-6000 能够促进黑色和红色品种藜麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数和发芽活力指数的提高，是因为PEG-6000 诱导种子内部的防御机制，减轻种子萌发中膜系统的损伤，提高α-淀粉酶活性增强其对干旱环境的适应性，此外，PEG-6000 调节种子的渗透压，保持其内部环境的稳定，促进种子发芽过程。此外，PEG-6000 浓度的增加，可以促进藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重的增加，但高浓度会抑制所有品种的胚根长和幼苗鲜重。这可能是因为不同颜色（品种）的藜麦对PEG-6000胁迫的反应能力存在差异。对于各个颜色（品种）的藜麦种子萌发相关指标的影响取决于PEG-6000 溶液的浓度。低浓度（3%～9%）的PEG-6000 溶液中，4 个品种的藜麦种子表现出一定的耐旱能力，尤其是红色种子表现出最强的耐旱能力。各色藜麦种子的发芽率和发芽势本身也存在差异。当PEG-6000 浓度为9%时，红色藜麦种子的发芽指标达到最大值。此外，4 个品种藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重也在该浓度下达到最大值。然而，当PEG-6000 浓度为12%时，4 个品种藜麦种子的胚根长和幼苗鲜重降至最低水平。综上所述，PEG-6000 模拟干旱胁迫处理对藜麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数、发芽活力指数及胚根长和幼苗鲜重产生多样性的影响。不同品种展现出不同的抗旱性能和生长适应性。因此，在适宜的浓度范围内，适度的干旱可以提高藜麦种子的萌发和生长能力。进一步的研究还需考虑其他生理指标与抗旱性的相关性，以更全面地了解干旱对藜麦的影响，并为藜麦的抗旱育种提供科学依据。