大豆種質(zhì)資源芽期抗旱性鑒定

王利彬，劉麗君，裴宇峰，董守坤，孫聰姝，祖 偉，阮英慧

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)墾科研育種中心，哈爾濱 150036）

大豆是對(duì)缺水表現(xiàn)最敏感的一種豆類作物[1-3]。在我國干旱半干旱地區(qū)，大豆芽期干旱是影響大豆出苗率的重要原因，黑龍江省發(fā)生春旱的頻率高達(dá)70%，是全國春旱發(fā)生頻率最高的地區(qū)之一，因此對(duì)黑龍江地區(qū)主要大豆種質(zhì)資源進(jìn)行芽期抗旱性綜合評(píng)價(jià)與鑒定，篩選出抗旱性強(qiáng)的品種用于實(shí)際生產(chǎn)是發(fā)展黑龍江旱區(qū)大豆生產(chǎn)的重要戰(zhàn)略措施[4-6]。

目前，多數(shù)研究者選用聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）作為植物抗旱性選擇劑或水分脅迫劑[7-9]，這是因?yàn)榫垡叶际且环N親水性很強(qiáng)的大分子有機(jī)物，溶于水后能產(chǎn)生強(qiáng)大的滲透壓，可配制成預(yù)定的不同梯度的水勢(shì)溶液，以模擬土壤的自然水分脅迫狀況。常用的PEG脅迫試劑種類有PEG-2000、6000和8000，其中以PEG-6000的研究報(bào)道最多[10]。研究表明，在高滲溶液法鑒定種子芽期抗旱性中，選用-0.50 MPa的PEG-6000的效果為好[11]，且在相同水勢(shì)下PEG-6000對(duì)植物水分生理產(chǎn)生的影響和土壤干旱相似[12]。

本試驗(yàn)通過采用PEG-6000處理模擬水分脅迫，測(cè)定了大豆的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚根長及下胚軸長，對(duì)大豆種質(zhì)資源進(jìn)行耐旱性綜合評(píng)價(jià)，以期篩選出一批芽期抗旱性強(qiáng)的品種，為抗旱性品種選育和抗旱性機(jī)理研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種共計(jì)91份（見表1）。

表1 供試品種Table 1 Cultivars tested

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用PEG-6000作為滲透介質(zhì)，共兩個(gè)部分：

Ⅰ：將種子分別于不同濃度PEG-6000溶液處理下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，其濃度梯度分別為：10%、15%、20%、25%和30%，與之對(duì)應(yīng)的水勢(shì)分別約為：-0.20、-0.40、-0.60、-0.86和-0.12 MPa，以蒸餾水作為對(duì)照。

Ⅱ：將種子于15%PEG-6000溶液處理下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，其濃度由Ⅰ綜合評(píng)價(jià)得出。

1.3 試驗(yàn)方法

將大豆種子用0.1%KMnO4溶液浸泡消毒10 min，用蒸餾水沖洗3～4次，陰干后播于發(fā)芽盆中（上口直徑13 cm，下底直徑10 cm，高10 cm），發(fā)芽盆中裝有經(jīng)浸泡、多次清水沖洗并烘干的細(xì)沙，每盆均勻擺放20粒種子，細(xì)沙總量1.3 kg，設(shè)5次重復(fù)。將發(fā)芽盆置于人工氣候箱中，在20℃、10 h，25℃、14 h變溫?zé)o光的條件下發(fā)芽，首次澆灌300 mL PEG-6000溶液，隔日補(bǔ)充50 mL相應(yīng)濃度PEG-6000溶液，以保持滲透勢(shì)不變。以芽長大于等于大豆種子本身的長度為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并測(cè)量胚根長和下胚軸長。

1.4 計(jì)算公式

發(fā)芽勢(shì)（Germination energy，GE）=第3天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)；

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（Relative germination energy，RGE，%）=（處理發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照發(fā)芽勢(shì)）×100%；

發(fā)芽率（Germination rate，GR）=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)；

相對(duì)發(fā)芽率（Relative germination rate，RGR，%）=（處理發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率）×100%；相對(duì)胚根長(Relative radicle length，RRL，%）=（處理胚根長/對(duì)照胚根長）×100%；

相對(duì)下胚軸長（Relative hypocotyls length，RHL，%）=（處理下胚軸長/對(duì)照下胚軸長）×100%；

胚根/下胚軸指數(shù)（Index of RRL/RHL）=相對(duì)胚根長/相對(duì)下胚軸長。

1.5 抗旱綜合評(píng)價(jià)方法

利用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)值（Membership value，MV）的方法對(duì)91份大豆進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[13-14]。其公式如下：

式中，F(xiàn)ij為某品種某一指標(biāo)的測(cè)定值，F(xiàn)jmax為該指標(biāo)中的最大值，F(xiàn)jmin為該指標(biāo)中的最小值。為品種j性狀的隸屬值。為i品種的總隸屬函數(shù)值（Total membership value，TMV），n為測(cè)定指標(biāo)數(shù)。根據(jù)相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長和胚根/下胚軸指數(shù)四個(gè)指標(biāo)的總隸屬值的大小，依下列標(biāo)準(zhǔn)分耐旱級(jí)別（Drought resistance level，DRL）：

1級(jí)-耐旱型，隸屬函數(shù)值在0.8以上；

2級(jí)-較耐旱型，隸屬函數(shù)值在0.6～0.8之間；

3級(jí)-中間型，隸屬函數(shù)值在0.4～0.6之間；

4級(jí)-干旱較敏感型，隸屬函數(shù)值在0.2～0.4之間；

5級(jí)-干旱敏感型，隸屬函數(shù)值在0.2以下。

1.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析方法

采用Excel 2003和SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PEG處理對(duì)種子芽期的影響

結(jié)果見表2。

表2 不同PEG濃度處理對(duì)大豆種子芽期的影響Table 2 Effect of different PEG concentrations on soybean seeds at bud stage

由表2可知，當(dāng)PEG濃度為10%、15%時(shí)，種子發(fā)芽；當(dāng)PEG濃度為20%、25%、30%時(shí)，種子不發(fā)芽，這說明在水勢(shì)0～-0.40 MPa范圍內(nèi)大豆種子具有發(fā)芽能力，當(dāng)水勢(shì)小于-0.40 MPa時(shí)種子受到嚴(yán)重干旱，生長受到嚴(yán)重抑制而不發(fā)芽。各品種在不同程度水分脅迫下發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率隨水勢(shì)的降低而降低，10%PEG處理與對(duì)照相比均表現(xiàn)為差異不顯著，而15%PEG處理則均表現(xiàn)為差異顯著（相關(guān)系數(shù)分別為r=0.897**、r=0.862**）。當(dāng)PEG濃度升高到10%（-0.20 MPa）時(shí)，綏農(nóng)26、黑農(nóng)57、東農(nóng)53的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率與對(duì)照相比分別下降7.14%、4.71%；2.11%、2.00%；5.41%、5.75%；濃度升高到15%（-0.40 MPa）時(shí)，分別下降78.57%、65.88%；41.05%、35.00%；52.70%、44.83%。由此可知，水分脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響大于發(fā)芽率，說明水分脅迫對(duì)種子萌發(fā)初期影響更大。15%PEG下發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率下降幅度明顯大于10%PEG，說明大豆種子能夠忍耐較輕的水分脅迫。

種子發(fā)芽后胚根和胚軸伸長的速度受干旱脅迫吸水能力的制約[15]，并且在低滲溶液（蒸餾水）中有利于大豆下胚軸的生長而不利于胚根生長，在滲透脅迫環(huán)境中則相反[16]。由表2可知，隨水勢(shì)的下降，大豆種子的胚根長及下胚軸長均呈下降趨勢(shì)，且在不同濃度PEG處理下均差異顯著，以綏農(nóng)26下降幅度最大，黑農(nóng)57最小。但隨著PEG濃度的增大，胚根長/下胚軸長和胚根/下胚軸指數(shù)呈增大趨勢(shì)（綏農(nóng)26除外），且10%PEG處理胚根/下胚軸指數(shù)與15%PEG處理差異顯著，表明芽期耐旱性強(qiáng)的品種在水分脅迫下能夠相對(duì)加快胚根伸長速度，以抵御不利環(huán)境的影響。

15%PEG處理各性狀均比10%PEG處理下降明顯且差異顯著，可見15%PEG對(duì)大豆品種芽期各指標(biāo)影響明顯。

2.2 不同大豆品種芽期耐旱性綜合評(píng)價(jià)分析

2.2.1 相對(duì)發(fā)芽勢(shì)

種子發(fā)芽勢(shì)用來表示種子在干旱脅迫條件下的萌發(fā)能力，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)越大，說明種子的萌發(fā)能力越強(qiáng)，發(fā)芽越整齊[17]。由表3可知，在PEG處理下，各品種相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均下降。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)最大為0.84，最小為0，其中相對(duì)發(fā)芽勢(shì)大于0.50的品種有：黑農(nóng)35、黑農(nóng)37、黑農(nóng)38、黑農(nóng)42、黑農(nóng)43、黑農(nóng)44、黑農(nóng)45、黑農(nóng)49、黑農(nóng)57、合豐29、合豐34、合豐42、合豐47、合豐50、合豐51、合豐56、綏農(nóng)4、綏農(nóng)17、綏農(nóng)24、綏農(nóng)30、墾農(nóng)20、墾農(nóng)30、墾農(nóng)31和墾豐12，且上述品種總隸屬值也均較高。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)隸屬值與總隸屬值的相關(guān)系數(shù)為0.822**。

表3 大豆芽期抗旱指標(biāo)隸屬值及抗旱性綜合評(píng)價(jià)Table 3 Comprehensive evaluation of drought-tolerant index membership value and drought resistance of soybean seeds at bud stage

續(xù) 表

續(xù) 表

2.2.2 相對(duì)發(fā)芽率

干旱脅迫下，抗旱型的大豆品種能保持較高的發(fā)芽能力，且具有較高的相對(duì)發(fā)芽率，而非抗旱品種則不然[18]。由表3可知，各品種在PEG處理均比對(duì)照低，最大為0.96，最小為0.12，其中相對(duì)值大于0.80的品種有：黑農(nóng)37、黑農(nóng)42、黑農(nóng)45、黑農(nóng)44、黑農(nóng)49、黑農(nóng)57、合豐34、合豐42、合豐47、合豐50、合豐51、綏農(nóng)4、綏農(nóng)17、綏農(nóng)30、墾豐12、墾農(nóng)20、墾農(nóng)30和綏無腥小豆1號(hào)。相對(duì)發(fā)芽率隸屬值與總隸屬值的相關(guān)系數(shù)為0.880**。

2.2.3 胚根長及胚根/下胚軸指數(shù)

不同抗旱類型大豆胚根伸長速度，是鑒定抗旱力的一項(xiàng)重要的形態(tài)指標(biāo)，并且下胚軸的生長速度快，在半干旱或干旱地區(qū)尤為重要，是大豆種子萌芽對(duì)干旱適應(yīng)的重要適旱特征[4]。以胚根/下胚軸指數(shù)大于1.5為抗旱型品種的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，篩選出的抗旱品種有：黑農(nóng)35、黑農(nóng)37、黑農(nóng)38、黑農(nóng)41、黑農(nóng)42、黑農(nóng)43、黑農(nóng)44、黑農(nóng)45、黑農(nóng)57、合豐42、合豐47、合豐50、合豐51、合豐56、綏農(nóng)4、綏農(nóng)17、綏農(nóng)30、墾農(nóng)31和墾豐5，相對(duì)胚根長和隸屬值胚根/下胚軸隸屬值與總隸屬值的相關(guān)系數(shù)分別為0.870**、0.874**。

2.2.4 基于四項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)

以相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長和胚根/下胚軸指數(shù)四個(gè)指標(biāo)得出的總隸屬值大小進(jìn)行分耐旱級(jí)別劃分，可得1級(jí)（耐旱型）品種6份；2級(jí)（較耐旱型）品種12份；3級(jí)（中間型）品種25份；4級(jí)（干旱較敏感型）品種40份；5級(jí)（干旱敏感型）品種8份。

3 討 論

3.1 PEG處理對(duì)種子發(fā)芽指標(biāo)的評(píng)價(jià)

在水分脅迫下，大豆種子的發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽率的下降已被多次證實(shí)，但有研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)發(fā)芽勢(shì)高的品種不一定發(fā)芽率高，而不能作為抗旱性鑒定指標(biāo)，同時(shí)指出只有發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均高才能作為一項(xiàng)抗旱性鑒定的指標(biāo)[18]。從本研究結(jié)果看，發(fā)芽勢(shì)高的品種其發(fā)芽率也高，而且二者的隸屬值與總隸屬值的相關(guān)程度較高（r=0.822**、r=0.880**），因此，可以用發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率大小作為大豆種子芽期抗旱性鑒定指標(biāo)之一，但能否作為大豆苗期乃至全生育期的抗旱性鑒定指標(biāo)還有待進(jìn)一步研究。

胚根長大小與抗旱性關(guān)系密切，抗旱型品種的胚根長大于其他類型的品種[19]。在土壤比較干旱的條件下，抗旱性強(qiáng)的品種發(fā)芽迅速，胚根的生長速度快，發(fā)根能力強(qiáng)，能很快形成幼苗根系，主根下扎深度大于其他品種[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，抗旱性強(qiáng)的品種，在PEG處理下對(duì)胚根的伸長的抑制明顯小于下胚軸，而且胚根/下胚軸指數(shù)較高，這樣種子可以迅速奪取土壤表層水分，并向下生長，以避免芽枯。因此，胚根和下胚軸的生長狀況可作為評(píng)價(jià)大豆芽期抗旱性的生理指標(biāo)。

3.2 大豆芽期抗旱性綜合評(píng)價(jià)

作物抗旱性是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜的數(shù)量性狀，每個(gè)與抗旱性有關(guān)的性狀對(duì)大豆的抗旱性都起作用，因此，利用單一性狀指標(biāo)鑒定大豆的抗旱性局限性很大，難以全面準(zhǔn)確的反映抗旱性強(qiáng)弱，必須結(jié)合多種指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[21-22]。本研究選用與大豆芽期抗旱性密切相關(guān)的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長及胚根/下胚軸長指數(shù)四個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)鑒定更具有可靠性，能否用于全部作物中還有待于進(jìn)一步研究，并且種子芽期的其他指標(biāo)，如發(fā)芽速度、種子吸水率等能否作為抗旱指標(biāo)同樣需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，15%PEG-6000對(duì)大豆品種芽期抗旱性指標(biāo)影響明顯。在此濃度下，基于對(duì)相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長及胚根/下胚軸指數(shù)測(cè)定得出的總隸屬函數(shù)值為指標(biāo)，對(duì)黑龍江省91份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，篩選出耐旱型品種6份，較耐旱型品種12份，中間型品種25份，干旱較敏感型品種40份，干旱敏感型品種8份。

[1] 楊鵝輝,李貴全,郭麗,等.水分脅迫對(duì)不同抗旱大豆品種花期質(zhì)膜透性的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2003,21(3):127-129.

[2] 劉艮舟,蓋鈞鎰,馬育華.江淮下游大豆地方品種杭旱性鑒定的初步研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1989,12(1):15-20.

[3] 李貴全,杜維俊,孔照勝,等.不同大豆品種抗旱生理生態(tài)的研究[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,20(3):197-200.

[4] 許忠仁,張賢澤.大豆生理與生理育種[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1989:167-168．

[5] 趙坤.干旱脅迫條件下春大豆生理生化特性研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2010:1-57．

[6] 趙秀蘭.近50年中國東北地區(qū)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,41(9):144-149．

[7] 孟健男,于晶,蒼晶,等.PEG脅迫對(duì)兩種冬小麥苗期抗旱生理特性的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,42(1):40-44．

[8] 樊慶魯,郭加沅,國櫻.水稻秈爪重組自交系群體芽期耐旱性鑒定[J].廣西植物,2009,29(1):74-77．

[9] 魏媛,喻理飛.構(gòu)樹種子發(fā)芽對(duì)水分脅迫的響應(yīng)[J].貴州科學(xué),2004,22(2):57-60．

[10] Kaufmann M R,Eckard A N.Evaluation of water stress control with polyethylene glycols by analysis of guttation[J].Plant Physiology,1971,47(4):453-456.

[11] Hohl M,Schopfer P.Water relations of growing maize coleoptiles:Comparison between mannitol and polyethylene glycol 6000 as external osmotica for adjusting turgor pressure[J].Plant Physiology,1991,95(3):716-722.

[12] 景蕊蓮,昌小平.用滲透脅迫鑒定小麥種子萌發(fā)期抗旱性的方法分析[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào),2003,4(4):292-296．

[13] 楊守萍,陳加敏,劉瑩,等.大豆苗期耐旱性與根系性狀的鑒定和分析[J].大豆科學(xué),2005,24(3):176-182．

[14] 謝皓,朱世明,包子敬,等.干旱脅迫下大豆品種抗旱性評(píng)價(jià)與篩選[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,23(4):7-11．

[15] 韋嬌媚,唐玉貴,黃志娟.任豆種子發(fā)芽對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J].廣西林業(yè)科學(xué),2010,39(2):73-77．

[16] 李俐俐,劉天學(xué),趙霞.大豆種子萌發(fā)期對(duì)滲透脅迫的響應(yīng)[J].大豆科學(xué),2007,26(4):550-554．

[17] 吳偉,陳學(xué)珍,謝皓,等.干旱脅迫下大豆抗旱性鑒定[J].分子植物育種,2005,3(2):188-194．

[18] 陳學(xué)珍,謝皓,郝丹丹,等.干旱脅迫下20個(gè)大豆品種芽期抗旱性鑒定初報(bào)[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,20(3):54-56．

[19] 劉學(xué)義,任冬蓮,李晉明,等.大豆成苗期根毛與抗旱性的關(guān)系研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),1996,24(1):27-30．

[20] 謝甫綈,董鉆,劉宛,等.滲透脅迫下大豆抗旱機(jī)理的初步研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1995,26(1):8-12．

[21] 孫祖東,陳懷珠,楊守臻.苗期抗旱脅迫對(duì)大豆生長發(fā)育的影響與耐旱材料的篩選[J].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué),2002(1):11-13．

[22] 梁建秋,張明榮,吳海英.大豆抗旱性研究進(jìn)展[J].大豆科學(xué),2010,29(2):341-346．