燕麥種子萌發(fā)期抗旱能力的綜合評(píng)價(jià)

王力偉，付曉峰，房永雨，劉紅葵，王蘊(yùn)華，張志芬，劉俊青，何江峰

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心，呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010020；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 特色作物所，呼和浩特 010031)

燕麥(AnenasativaL.)為禾本科燕麥屬1a生草本植物，其本身具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是一種低糖、高營(yíng)養(yǎng)、高能食品。燕麥耐寒，抗旱，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性及抗逆性。

目前，生產(chǎn)種植的主要有裸燕麥和皮燕麥，其中中國(guó)東北、華北、西北、西南等干旱半干旱地區(qū)多以栽培裸燕麥為主[1]。近年來(lái)，隨著全球氣候變暖加劇，季節(jié)性干旱或不定期干旱越來(lái)越頻繁[2-3]。因此，培育抗旱性燕麥已經(jīng)成為適應(yīng)生境變化、提高糧食產(chǎn)量的有效途徑之一[1]。

大量研究證明，干旱脅迫會(huì)傷害植物體內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)膜，導(dǎo)致質(zhì)膜的功能降低，滲透性增加，喪失其完整性，進(jìn)而導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，大量的小分子和電解質(zhì)外滲，質(zhì)膜破壞最終引起離子和滲透物質(zhì)的失衡。干旱脅迫下，植物體內(nèi)會(huì)積累大量的活性氧，使活性氧的產(chǎn)生和消除失去動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而造成氧化脅迫，加劇質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和完整性的破壞[4-6]。丙二醛(MDA)作為膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，會(huì)降低抗氧化物的含量及抑制抗氧化酶的活性。因此，MDA含量被作為抗旱品種篩選的生理指標(biāo)之一[7]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，干旱、高溫和營(yíng)養(yǎng)不良等逆境均可導(dǎo)致脯氨酸積累，尤其以干旱脅迫最為明顯，因此，脯氨酸(PRO)含量的變化也可以反映植物的耐旱情況[8]。同時(shí)，當(dāng)植物處于干旱脅迫下，為清除體內(nèi)活性氧，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的抗氧化物酶，主要包括超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)，共同組成協(xié)調(diào)一致的活性氧清除系統(tǒng)，從而有效地清除體內(nèi)活性氧及過(guò)氧化物[9-17]。

以上指標(biāo)均被廣泛地應(yīng)用于向日葵[18]、柑橘[19]、牧草[20]等干旱脅迫響應(yīng)的研究。大多數(shù)學(xué)者主要將工作集中在種子發(fā)芽后的各個(gè)階段，對(duì)于種子萌發(fā)期的研究涉及較少。但是種子萌發(fā)期是植物對(duì)干旱脅迫適應(yīng)的關(guān)鍵時(shí)期[21]，它直接影響植物的后期生長(zhǎng)和發(fā)育，而燕麥種植以西北地區(qū)為主，西北地區(qū)正逢播種時(shí)期降雨量尤為稀少，極大地影響出苗率及生產(chǎn)。因此，本研究以83份不同產(chǎn)地的裸燕麥為材料，采用200g/L 的PEG-6000滲透液模擬水分脅迫，檢測(cè)、分析和計(jì)算在200g/L PEG-6000脅迫下83份燕麥種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)共6個(gè)萌發(fā)指標(biāo)，以期篩選出抗旱性較強(qiáng)的品種。通過(guò)檢測(cè)篩選出的抗旱性較強(qiáng)的燕麥品種的超氧化物歧化酶(SOD)活性和過(guò)氧化物酶(POD)品種活性、丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度以及脯氨酸(PRO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，觀察其在幼苗萌發(fā)期的變化規(guī)律，以期探討200g/L PEG脅迫對(duì)燕麥種子萌發(fā)力的影響，綜合分析干旱脅迫下燕麥萌發(fā)期幼苗的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)，揭示萌發(fā)期燕麥對(duì)干旱的生理適應(yīng)機(jī)制，為今后更加系統(tǒng)、深入地研究燕麥抗旱調(diào)節(jié)機(jī)制和選育優(yōu)良的抗旱型經(jīng)濟(jì)作物提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

對(duì)83份萌發(fā)期裸燕麥材料的4個(gè)形態(tài)指標(biāo)(發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、萌發(fā)耐旱指數(shù)及發(fā)芽指數(shù))特征量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 83份燕麥材料萌發(fā)期形態(tài)指標(biāo)Table 1 Morphological indicators of 83 oat materials during germination

(續(xù)表1 Continued table 1)

編號(hào)Number品種Variety發(fā)芽勢(shì)/%Germination energyTCK發(fā)芽率/%Germination rateTCK萌發(fā)耐旱指數(shù)Promptness IndexTCK發(fā)芽指數(shù)GerminationindexTCK37w06-100.03±0.030.35±0.050.28±0.060.58±0.060.35 1.10 14.7637.8638ly05-30.52±0.100.77±0.030.55±0.050.98±0.031.82 2.66 48.8177.1439w05-150.30±0.050.83±0.030.48±0.200.88±0.031.40 2.92 40.0079.5240py03-70.37±0.050.89±0.030.64±0.030.93±0.051.51 2.76 45.4078.254106-90.12±0.060.42±0.060.33±0.120.58±0.120.76 1.88 23.1049.7642833-10.38±0.030.58±0.100.63±0.130.77±0.131.33 2.12 41.6761.1943w05-220.13±0.100.36±0.030.27±0.090.54±0.030.52 1.33 17.1440.00442010-260.52±0.080.85±0.000.77±0.030.93±0.031.65 3.05 52.8682.624552870.08±0.030.57±0.030.22±0.130.80±0.050.35 1.87 11.6758.104605-20.25±0.050.75±0.090.17±0.080.95±0.050.80 2.69 20.9577.14472014-230.18±0.030.72±0.100.48±0.080.95±0.000.62 2.36 24.0569.52482010-220.07±0.030.28±0.060.37±0.080.57±0.080.44 1.00 18.3333.81492010-690.10±0.050.37±0.080.27±0.080.95±0.050.34 1.50 13.3354.2950w04-400.22±0.030.43±0.030.38±0.030.58±0.060.78 1.54 25.0045.005105-70.07±0.030.45±0.050.37±0.260.85±0.000.35 1.48 15.2452.385210-320.03±0.030.63±0.080.10±0.100.77±0.100.13 1.64 5.2453.8153YY-02800.12±0.080.52±0.030.68±0.140.87±0.030.72 2.07 30.9562.865405-150.12±0.080.47±0.080.53±0.180.88±0.060.68 1.70 26.6756.435510-140.17±0.060.37±0.080.40±0.050.87±0.030.60 1.45 21.6749.765610-430.13±0.060.50±0.050.52±0.160.92±0.030.61 2.08 24.7663.575796ly05-40.12±0.030.38±0.060.43±0.230.60±0.050.48 1.16 20.0037.62582010-30.4.0±0.050.6±0.000.90±0.050.97±0.031.46 1.96 54.0565.005982020.15±0.050.6±0.000.43±0.060.78±0.100.60 2.10 23.5761.196006-320.12±0.030.48±0.180.42±0.080.68±0.160.49 1.58 18.5748.3361100420.07±0.030.28±0.100.40±0.150.52±0.080.50 1.00 20.4834.296210-200.05±0.000.77±0.140.15±0.050.93±0.120.19 2.85 7.3877.626306-330.05±0.000.68±0.080.17±0.080.9±0.050.24 2.52 9.2971.196406-320.07±0.030.63±0.060.12±0.080.75±0.000.18 1.80 6.6755.9565白燕7號(hào) Baiyan 70.00±0.000.52±0.120.77±0.080.98±0.030.61 1.76 30.7161.9066冀品1號(hào) Jipin 10.07±0.030.70±0.050.18±0.080.73±0.030.21 2.18 8.3361.6767ly05-10.05±0.000.75±0.130.13±0.100.85±0.050.18 2.24 6.9066.1968ly05-60.1±0.050.77±0.100.30±0.130.95±0.090.37 2.28 14.7670.246905-340.48±0.030.80±0.050.70±0.000.92±0.031.60 2.52 50.0073.8170w05-70.38±0.030.57±0.030.58±0.060.77±0.081.30 1.75 40.9555.717105-220.53±0.140.68±0.060.73±0.060.88±0.081.90 2.42 55.4870.2472py03-40.43±0.080.52±0.180.52±0.060.87±0.081.35 2.09 40.4864.2973100600.12±0.030.40±0.090.35±0.100.57±0.140.55 1.15 20.0037.62742010-160.27±0.080.58±0.230.42±0.130.83±0.160.85 2.21 27.6264.5275100410.17±0.030.55±0.100.22±0.060.72±0.180.47 1.92 15.2455.487605-20.22±0.030.75±0.090.27±0.030.97±0.030.61 2.27 19.5270.7177壩燕4號(hào) Bayan 40.05±0.000.17±0.060.15±0.090.28±0.060.19 0.54 7.3818.577804-1270.08±0.030.8±0.000.27±0.030.92±0.030.38 2.72 14.7676.979py03-60.00±0.000.47±0.060.28±0.080.85±0.050.20 1.72 10.2457.388036-2010-380.27±0.060.70±0.050.47±0.10.93±0.030.85 2.33 29.0570.2481w04-580.08±0.060.40±0.050.2±0.100.57±0.080.34 1.35 11.9041.67822014-310.02±0.030.63±0.150.17±0.060.80±0.090.17 2.00 7.6260.9583w04-1110.03±0.030.58±0.100.20±0.090.80±0.130.17 1.947.3859.05

注：T.處理值。CK.對(duì)照值。數(shù)據(jù)表示為3次試驗(yàn)“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”。

Notes：T. Value of treatment, CK. Value of control.Data are the means±standard deviation of the 3 measure ments.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

發(fā)芽試驗(yàn)主要依據(jù)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程-發(fā)芽試驗(yàn)》進(jìn)行[22]。精選大小均一、顆粒飽滿(mǎn)無(wú)破損的燕麥種子50粒，用體積分?jǐn)?shù)為5%的次氯酸鈉溶液浸泡5 min，先后用自來(lái)水和蒸餾水沖洗干凈，晾干,備用。將供試燕麥種子置于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，采用雙層濾紙做發(fā)芽床。每個(gè)品種設(shè)3個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。模擬干旱脅迫的處理組為10 mL 200 g/L PEG-6000溶液，對(duì)照組為等體積的蒸餾水，置于人工氣候室培養(yǎng)，晝夜光照時(shí)間為16 h/8 h，光照度為 3 000 lx，培養(yǎng)溫度為24 ℃。

以胚芽長(zhǎng)度≥1/2的種子長(zhǎng)度，胚根長(zhǎng)度≥種子長(zhǎng)度為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。供試種子中以第 1 粒種子的發(fā)芽日期開(kāi)始計(jì)時(shí)，以后每日定時(shí)記錄種子發(fā)芽的各項(xiàng)指標(biāo)，連續(xù)3 d不再有種子發(fā)芽作為試驗(yàn)結(jié)束期。每日10:00向發(fā)芽床內(nèi)定時(shí)補(bǔ)充蒸餾水以保證PEG-6000的滲透壓。

通過(guò)種子萌發(fā)試驗(yàn)篩選出抗旱性較強(qiáng)的9個(gè)燕麥品種，對(duì)其PEG-6000模擬水分脅迫0 h、24 h、48 h、72 h、96 h進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定試驗(yàn)。丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度和脯氨酸(PRO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、超氧化物歧化酶(SOD) 活性和過(guò)氧化物酶(POD) 活性均采用試劑盒法測(cè)定，試劑盒均由南京建成生物有限公司提供，檢測(cè)方法及計(jì)算方法均按參照試劑盒說(shuō)明書(shū)操作。利用Excel 2013和Spss 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。各形態(tài)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

種子發(fā)芽勢(shì)(Germination energy,GE)=第3天種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%

種子發(fā)芽率(Germination energy,GR)=第7天種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100%

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)(Relative germination energy,RGE)=處理組發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照組發(fā)芽勢(shì)×100%

相對(duì)發(fā)芽率(Relative germination rate,RGR)=處理組發(fā)芽率/對(duì)照組發(fā)芽率×100%

發(fā)芽指數(shù)(Germination index,GI)=∑Gt/Dt,Gt為浸種后第t天的萌發(fā)數(shù)，Dt為Gt相應(yīng)的萌發(fā)時(shí)間；

種子萌發(fā)耐旱指數(shù)[23](Promptness index,PI)= 1.00×nd1+0.75×nd3+0.5×nd5+ 0.75×nd7；ndi表示第i天燕麥種子的萌發(fā)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)萌發(fā)期燕麥種子形態(tài)指標(biāo)的影響

干旱脅迫對(duì)各品種燕麥種子的萌發(fā)會(huì)有不同程度的抑制作用。由表 1 可以看出，83份材料中，50份材料的發(fā)芽率≤50%，20份材料的發(fā)芽率為50%～70%，13份材料的發(fā)芽率≥70%。發(fā)芽勢(shì)的測(cè)定結(jié)果顯示：49份材料的發(fā)芽勢(shì)≤25%，17份材料的發(fā)芽勢(shì)為25%～45%，17份材料的發(fā)芽勢(shì)≥45%。利用維恩圖對(duì)83份不同處理下燕麥的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)進(jìn)行初步篩選(圖1)，結(jié)果以對(duì)照組的發(fā)芽率≥85%(A3)、發(fā)芽勢(shì)≥80%(B3)，試驗(yàn)組的發(fā)芽率≥60%(C4)、發(fā)芽勢(shì)≥50%(D4)為篩選標(biāo)準(zhǔn)，初步篩選出9個(gè)相對(duì)抗旱的品種，分別為‘06-31’‘2010-48’‘2010-5’‘2016-26’‘05-34’‘04-111’‘05-22’‘H44’‘ly05-2’。

干旱脅迫下，篩選出的9份燕麥材料在萌發(fā)期的抗旱性均較好。如表1所示，自發(fā)芽的第 1～3天，9份燕麥種子的發(fā)芽數(shù)均有較大增勢(shì)，發(fā)芽勢(shì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，‘2010-48’種子發(fā)芽率在第3天高達(dá)68.9%，說(shuō)明在發(fā)芽整齊程度和種子活力上要優(yōu)于其他品種。9份材料的發(fā)芽勢(shì)依次為‘2010-48’>‘H44’>‘2010-5’>‘05-22’>‘04-111’>‘05-34’>‘2010-26’>‘06-31’>‘ly05-2’?！甽y05-2’、‘04-111’‘05-22’‘2010-26’萌發(fā)第5天或第6天時(shí)，種子發(fā)芽數(shù)達(dá)到最大值，其他品種均在萌發(fā)第7天時(shí)，發(fā)芽數(shù)達(dá)到最大。干旱脅迫處理組的9份燕麥材料的發(fā)芽率依次為‘2010-5’>‘2010-48’>‘H44’>‘2010-26’>‘04-111’>‘05-22’>‘05-34’>‘06-31’>‘ly05-2’。種子的發(fā)芽指數(shù)能夠更加靈敏地反映種子的活力，發(fā)芽指數(shù)依次為‘H44’>‘2010-48’>‘04-111’>‘2010-5’>‘ly05-2’>‘06-31’>‘05-22’>‘2010-26’>‘05-34’。結(jié)果表明，在干旱脅迫下，‘H44’‘04-111’‘2010-48’種子的活力更強(qiáng)。萌發(fā)耐旱指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率之間具有較好的一致性。強(qiáng)耐旱品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率對(duì)耐旱指數(shù)影響較小，相反，弱耐旱品種的發(fā)芽率對(duì)耐旱指數(shù)的影響較大。萌發(fā)耐旱指數(shù)依次為‘H44’>‘2010-48’>‘04-111’>‘2010-5’>‘ly05-2’>‘06-31’>‘05-22’>‘2010-26’>‘05-34’。研究結(jié)果表明，‘H44’‘2010-48’‘04-111’在干旱條件下具有較強(qiáng)的抗旱適應(yīng)能力；‘05-34’對(duì)干旱較為敏感，其結(jié)果與發(fā)芽指數(shù)所反映的結(jié)果具有較高的一致性。

2.2 干旱脅迫對(duì)萌發(fā)期燕麥MDA質(zhì)量摩爾濃度的影響

由圖 2 可以看出，在燕麥萌發(fā)期，不同品種間的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度變化存在明顯差異，9份燕麥材料在干旱脅迫下分別處理24 h、48 h、72 h和96 h后，其中‘2010-48’‘ly05-2’‘2010-26’的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度呈先上升后下降的趨勢(shì)，且在48 h達(dá)最大值；而其他燕麥品種的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度則呈現(xiàn)明顯遞增上升趨勢(shì)，最高可達(dá)相同條件下對(duì)照組的4.23倍。MDA的變化趨勢(shì)分析結(jié)果顯示，‘2010-48’‘ly05-2’‘2010-26’品種抗旱性較強(qiáng)，在200 g/L PEG-6000脅迫下，植物細(xì)胞受到傷害后會(huì)通過(guò)自身調(diào)節(jié)體內(nèi)活性氧以應(yīng)對(duì)干旱環(huán)境；而其他品種在96 h內(nèi)機(jī)體自身調(diào)節(jié)并不明顯。故9種燕麥品種萌發(fā)期抗旱性為‘05-22’>‘2010-48’>‘04-111’>‘06-31’>‘H44’>‘ly05-2’>‘2010-26’>‘05-34’>‘2010-5’。

A、B、C、D代表萌發(fā)期燕麥抗旱性的不同篩選條件；數(shù)字代表不同篩選條件下共有的抗旱性燕麥數(shù)量。

A, B, C and D represent different screening conditions for drought resistance;numbers represent the amount of drought-tolerant oats shared under different screening conditions.

圖1 形態(tài)指標(biāo)維恩圖
Fig.1 Venn diagram of morphological indicators

圖2 PEG 脅迫下不同燕麥品種萌發(fā)期丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度Fig.2 Malondialdehyde molality during germination of different oats under PEG stress

2.3 干旱脅迫對(duì)萌發(fā)期燕麥種子過(guò)氧化物歧化酶(POD) 活性的影響

在200 g/L PEG-6000模擬的干旱條件下，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，9份燕麥材料的POD活性均呈先升高后降低的趨勢(shì)(圖3)。0 h時(shí)，對(duì)照組的9份燕麥種子的POD活性存在明顯差異，其中‘2010-48’的POD活力為1.65 U/g，而‘06-31’的POD活力為5.95 U/g，是‘2010-48’的3.61倍。脅迫0～24 h時(shí)，POD活性增幅較快；脅迫24～96 h時(shí)，POD活性均呈現(xiàn)先逐漸上升后逐漸下降的趨勢(shì)。

2.4 干旱脅迫對(duì)萌發(fā)期燕麥種子超氧化物歧化酶(SOD) 活性的影響

在燕麥萌發(fā)期，燕麥種子SOD活性隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)(圖4)。在干旱脅迫達(dá)48 h時(shí)，9份燕麥材料的SOD 活性達(dá)到峰值，其中有3份材料在干旱脅迫72 h時(shí)，SOD 活性達(dá)到峰值。對(duì)照組中不同燕麥材料的SOD活性也存在差異，其中‘2010-48’的SOD活力僅為56.67 U/g，而‘05-22’的SOD活力高達(dá)295.63 U/g。在干旱脅迫下，不同燕麥材料萌發(fā)期的SOD 活性對(duì)干旱脅迫有不同程度的響應(yīng)，其中‘2010-5’‘ly05-2’ ‘H44’ ‘2010-48’的SOD活力升高幅度較大，并在脅迫24 h 時(shí)顯著高于對(duì)照組。而‘2010-26’‘ 06-31’‘ 04-111’與對(duì)照組差異不顯著。

2.5 干旱脅迫對(duì)萌發(fā)期燕麥種子脯氨酸(Pro)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

干旱脅迫處理24 h，與對(duì)照組相比，‘2010-48’萌發(fā)種子中的脯氨酸達(dá)到279.63 μg/g，為對(duì)照組的6.2倍(圖5)。隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同萌發(fā)期燕麥種子的脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，除‘H44’和‘06-31’外，其他品種均有顯著性差異，其中‘2010-26’和‘05-34’的脯氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈持續(xù)升高趨勢(shì)，其他品種在持續(xù)干旱脅迫48 h和72 h時(shí)，其Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到峰值。與對(duì)照組相比，9個(gè)燕麥種子處理組Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù)增幅依次為‘2010-26’>‘05-34’>‘2010-48’>‘2010-5’>‘H44’>‘04-111’>‘ly05-2’>‘05-22’>‘06-31’。

圖3 PEG 脅迫下不同燕麥品種萌發(fā)期過(guò)氧化物酶活性Fig.3 Peroxidase activity during germination of different oats under PEG stress

圖4 PEG 脅迫下不同燕麥品種萌發(fā)期超氧化物歧化酶活性Fig.4 Superoxide dismutase activity during germination of different oats under PEG stress

圖5 PEG 脅迫下不同燕麥品種幼苗脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.5 Changes in proline mass fraction PEG stress on different oats seedlings

2.6 干旱脅迫下萌發(fā)期燕麥種子抗旱能力綜合評(píng)價(jià)

統(tǒng)計(jì)干旱脅迫下9份燕麥材料的形態(tài)和生理指標(biāo)，結(jié)果顯示(表2)，抗旱能力為‘H44’>‘2010-48’>‘2010-5’>‘04-111’>‘05-22’> ‘06-31’>‘ly05-2’>‘2010-26’>‘05-34’。其中‘H44’和‘2010-48’為強(qiáng)抗旱品種；‘2010-5’‘04-111’‘05-22’為中等抗旱品種；‘06-31’‘ly05-2’‘2010-26’‘05-34’為弱抗旱品種。

2.7 萌發(fā)期9份燕麥種子各指標(biāo)測(cè)定值

從83份燕麥材料中篩選出強(qiáng)抗旱品種，但不同燕麥材料萌發(fā)期測(cè)定指標(biāo)存在顯著差異，單一指標(biāo)對(duì)萌發(fā)期抗旱性評(píng)價(jià)是不充分的。因此，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)各測(cè)定指標(biāo)，篩選出最具代表性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)燕麥萌發(fā)期抗旱性評(píng)價(jià)體系的建立具有重大的指導(dǎo)意義。表3為9份燕麥材料的10項(xiàng)鑒定指標(biāo)。

表2 水脅迫處理下燕麥種子抗旱能力綜合評(píng)價(jià)Table 2 Comprehensive evaluation of drought resistance of oat seeds under water stress

表3 9份燕麥品種萌發(fā)期10個(gè)鑒定指標(biāo)的相對(duì)值Table 3 Relative values of six identification indices of nine oat varieties at germination stage

注：X1代表相對(duì)發(fā)芽勢(shì); X2代表相對(duì)發(fā)芽率; X3代表發(fā)芽指數(shù); X4代表種子萌發(fā)耐旱指數(shù); X5代表發(fā)芽勢(shì); X6代表發(fā)芽率; X7代表POD活性; X8代表SOD活性; X9代表Pro質(zhì)量分?jǐn)?shù); X10代表MDA質(zhì)量摩爾濃度。

Note：X1.Relative germination energy；X2.Relative germination rate；X3.Germination index；X4.Promptness index；X5.Germination energy；X6.Germination rate；X7.Peroxidase activity；X8.Superoxide dismutase activity；X9.Proline mass fraction；X10.Malondialdehyde molar mass concentration.

如X3與X4之間具有極顯著相關(guān)性(R= 0.970**,P<0.01)(表4)，可以認(rèn)為X3與X4間存在97.0%的重疊信息，在其他鑒定指標(biāo)中也存在重疊現(xiàn)象。因此，有必要建立一種高效評(píng)價(jià)、相互獨(dú)立且無(wú)信息重疊的裸燕麥萌發(fā)期抗旱評(píng)價(jià)體系。對(duì)10個(gè)測(cè)定指標(biāo)的相對(duì)值進(jìn)行主成分分析(表5)。前3個(gè)主成分的主成分貢獻(xiàn)率分別為32.7%、30.8%和22.8%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)86.7%。其中，第1個(gè)主成分(PC1)主要反應(yīng)X1、X3、X4、X5、X8指標(biāo)32.7%的信息；第2個(gè)主成分(PC2)主要反應(yīng)X2、X6、X7、X10指標(biāo)30.8%的信息；第3個(gè)主成分(PC3)主要反應(yīng)X9指標(biāo)22.8%的信息；由此可知，燕麥萌發(fā)期的抗旱性與各萌發(fā)指標(biāo)存在一定相關(guān)性。3個(gè)主成分可以綜合反應(yīng)10個(gè)主成分86.7%的抗旱信息。

根據(jù)各主成分反應(yīng)情況，對(duì)其抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，‘2010-48’>‘H44’>‘2010-5’>‘04-111’>‘ly05-2’> ‘05-22’>‘06-31’ >‘2010-26’>‘05-34’。其中‘2010-48’和‘H44’為強(qiáng)抗旱品種；‘2010-5’‘04-111’‘ly05-2’為中抗旱品種；‘05-22’‘06-31’‘2010-26’‘05-34’為弱抗旱品種。

表4 10種抗旱指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of ten drought resistance indicators

注：*表示相關(guān)性顯著(P<0.05)**表示相關(guān)性極顯著(P<0.01)。

Note: * and** indicate the correlation is significant and extremely significant atP<0.05 andP< 0.01,respectively.

表5 10種抗旱指標(biāo)的主成分分析Table 5 Principal component analysis of ten drought resistance indicators

3 討 論

植物抗旱性是一個(gè)涉及植物形態(tài)、生理生態(tài)特征及生理生化的綜合反應(yīng)，是一種由多基因控制的復(fù)雜性狀，利用單指標(biāo)評(píng)價(jià)有很大的局限性，評(píng)價(jià)結(jié)果有很大差異。利用主成分分析法對(duì)燕麥萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可消除個(gè)別指標(biāo)的片面性，充分考慮它們的相互關(guān)系，因而可較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)其抗旱性。

根據(jù)各形態(tài)和生理指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)9份燕麥種子的抗旱能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。干旱脅迫下，植物體內(nèi)代謝發(fā)生紊亂，體內(nèi)活性氧的代謝平衡遭到嚴(yán)重破壞，胞內(nèi)活性氧會(huì)大量累積，進(jìn)而引起脂質(zhì)過(guò)氧化分解為強(qiáng)氧化物及各種小分子產(chǎn)物，其中以MDA質(zhì)量摩爾濃度的變化最為明顯，因此，其含量的變化常被作為判斷植物膜受損程度的一個(gè)重要指標(biāo)[24-25]。

本研究結(jié)果表明，PEG模擬干旱脅迫下，MDA含量均顯著高于對(duì)照組，最高可達(dá)對(duì)照組的4.23倍；且隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，這說(shuō)明燕麥能夠在一定的時(shí)間范圍內(nèi)有效地抵御由干旱造成的氧化脅迫，但長(zhǎng)時(shí)間脅迫會(huì)降低其抗旱能力。MDA含量的升高表明干旱脅迫會(huì)破壞酶保護(hù)反應(yīng)和自由基生成的動(dòng)態(tài)平衡，進(jìn)而造成膜脂過(guò)氧化的程度升高。在持續(xù)干旱脅迫的后期，部分品種MDA含量趨于穩(wěn)定甚至下降，表明部分品種的干旱適應(yīng)能力比較強(qiáng)。因此，MDA可以作為評(píng)價(jià)燕麥萌發(fā)期抗旱能力的指標(biāo)之一。植物細(xì)胞在干旱脅迫下會(huì)分泌游離脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，其積累量越大，表明抗旱性就越強(qiáng)[26]。隨著持續(xù)干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，植物葉片內(nèi)游離脯氨酸含量逐漸增高。本研究結(jié)果表明，隨著持續(xù)干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同萌發(fā)期燕麥種子的脯氨酸含量均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。研究結(jié)果表明，‘2010-26’‘05-34’‘2010-48’‘2010-5’的積累量較大，具有較強(qiáng)的抗旱能力。植物在進(jìn)化過(guò)程中會(huì)形成SOD和POD在內(nèi)的抗氧化物酶防御系統(tǒng)，抗氧化物酶能夠清除植物體內(nèi)活性氧，以維持活性氧自由基合成與消除的動(dòng)態(tài)平衡。本研究結(jié)果表明，在干旱脅迫下，9份燕麥種子萌發(fā)期SOD和POD活性的變化大致相同，均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。干旱脅迫72 h，抗氧化物酶活性顯著提升以清除體內(nèi)活性氧，說(shuō)明燕麥在短期脅迫下會(huì)通過(guò)增加抗氧化物酶活性來(lái)消除體內(nèi)活性氧，以防止膜脂過(guò)氧化情況加劇。這是植物為應(yīng)對(duì)外界干旱情況的一種適應(yīng)性反應(yīng)。但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，其體內(nèi)酶的活性開(kāi)始出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，表明長(zhǎng)時(shí)間脅迫會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的平衡失調(diào)，抗氧化的防御系統(tǒng)遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致SOD和POD活性降低。

4 結(jié) 論

本研究通過(guò)對(duì)燕麥的形態(tài)和生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)9份燕麥材料的抗旱性依次為‘H44’>‘2010-48’>‘2010-5’>‘04-111’>‘05-22’>‘06-31’>‘ly05-2’>‘2010-26’>‘05-34’。其中‘H44’和‘2010-48’為強(qiáng)抗旱品種；‘2010-5’‘04-111’‘05-22’為中抗旱品種；‘06-31’‘ly05-2’‘2010-26’‘05-34’為弱抗旱品種。主成分分析結(jié)果顯示，燕麥的抗旱性依次為‘2010-48’>‘H44’>‘2010-5’>‘04-111’>‘ly05-2’> ‘05-22’>‘06-31’ >‘2010-26’>‘05-34’。其中‘2010-48’和‘H44’為強(qiáng)抗旱品種；‘2010-5’‘04-111’‘ly05-2’為中抗旱品種；‘05-22’‘06-31’‘2010-26’‘05-34’為弱抗旱品種。