不同玉米種子萌發(fā)期耐旱性分析

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/國家玉米改良中心河北分中心，河北 保定 071001)

干旱是影響玉米生產(chǎn)的主要非生物因素之一，由干旱造成減產(chǎn)占20%～30%，甚至一半以上[1-4]。玉米處于芽苗期如果灌水不足，會(huì)導(dǎo)致出苗差、成苗能力下降等一系列問題，田間苗數(shù)受到嚴(yán)重影響，從而造成減產(chǎn)[5-7]。研究表明，芽苗期干旱脅迫使玉米的發(fā)芽率降低，胚根、胚芽的生長(zhǎng)受到不同程度的抑制，活力指數(shù)降低，玉米苗長(zhǎng)、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)也會(huì)降低，不同品種間存在差異[7-10]。選育耐旱性較強(qiáng)的玉米品種，是應(yīng)對(duì)干旱脅迫的有效途徑[16]，因此對(duì)玉米自交系耐旱性的評(píng)價(jià)具有重要意義。研究萌發(fā)期玉米自交系耐旱性，多數(shù)在室內(nèi)用聚乙二醇模擬干旱環(huán)境，鑒定作物的萌發(fā)特性，主要是因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境可控性強(qiáng)，可保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性[8-15]。

本試驗(yàn)利用PEG-6000模擬干旱條件，對(duì)42份不同種質(zhì)玉米自交系進(jìn)行萌發(fā)期耐旱性鑒定與篩選，并用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)不同玉米自交系4個(gè)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，以期為玉米育種研究提供優(yōu)質(zhì)抗旱性種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用42份試驗(yàn)材料詳見表1，包括河北農(nóng)業(yè)大學(xué)新選育的22份自交系、 “十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目組17份交換共享自交系以及河北農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)的3份自交系。

表1 42份玉米自交系名稱及編號(hào)

品種代號(hào)品種名稱1農(nóng)系13152農(nóng)系34353W4584農(nóng)系24735農(nóng)系37646W777農(nóng)系37858農(nóng)系38459農(nóng)系245910農(nóng)系246911農(nóng)系248812農(nóng)系309813農(nóng)系240714豫92815農(nóng)系247816YML58117農(nóng)系242418農(nóng)系246419新自58820農(nóng)系382821DH306品種代號(hào)品種名稱22YML161523YU9324EH189225LH801226SCML20227農(nóng)系264128Y102729雙58-2411230218231鄭H7132農(nóng)系239233農(nóng)系234734K535農(nóng)系235236J120737HRV33238京241639農(nóng)系369840丹314041農(nóng)系380142農(nóng)系3809

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照趙茜等[17]的方法，設(shè)置干旱脅迫和正常灌溉2個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)2次。選出大小均勻、顆粒飽滿、無機(jī)械損傷的種子400粒，用75%醫(yī)用酒精消毒5 mim，再用滅菌蒸餾水沖洗3次，浸種12 h，促進(jìn)萌發(fā)。用濾紙將種子表面水分吸干，置于長(zhǎng)12 cm寬5 cm的滅菌發(fā)芽盒中，雙層濾紙作發(fā)芽床，每盒100粒，2次重復(fù)。配置濃度為15%的聚乙二醇(PEG-6000)溶液，用蒸餾水作對(duì)照實(shí)驗(yàn)，分別加入20 mL蒸餾水或20 mL 15%的PEG-6000水溶液培養(yǎng)，均保證盒里溶液高度為種子高度的一半，再鋪一層濾紙減少水分揮發(fā)，發(fā)芽盒上標(biāo)記好自交系編號(hào)及處理水平。于25 ℃，光強(qiáng)度1 000 Lx的光照培養(yǎng)箱內(nèi)萌發(fā)，每個(gè)溫箱3個(gè)重復(fù)，第2天開始計(jì)數(shù)，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽的種子數(shù)。第4天測(cè)種子發(fā)芽勢(shì)，第7天測(cè)種子發(fā)芽率。

1.2.2指標(biāo)測(cè)定

發(fā)芽勢(shì)(%)=(第4天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%[17]；

發(fā)芽率(%)=(第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%[17]；

相對(duì)發(fā)芽率(%)=(脅迫發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率)×100%[17]；

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)(%)=(脅迫發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照發(fā)芽勢(shì))×100%[17]；

種子萌發(fā)抗早指數(shù)(GDRI)=水分脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)(PIS)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)(PIC)[18]。

其中PI=(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8

式中：nd2，nd4，nd6，nd8分別為第2天，第4天，第6天，第8天的種子萌發(fā)率；

發(fā)芽指數(shù)=∑(第7天正常發(fā)芽的種子數(shù)/7)[9]；

萌發(fā)脅迫指數(shù)(GSI)=(處理種子發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照種子發(fā)芽指數(shù))×100%[9]。

1.2.3試驗(yàn)儀器

智能人工氣候箱、電子天平、刻度尺、量筒、自動(dòng)數(shù)粒儀、濾紙、蒸餾水、PEG-6000、醫(yī)用75%的酒精溶液。

1.2.4數(shù)據(jù)分析方法

隸屬值計(jì)算參照侯建華等[19]的方法進(jìn)行，隸屬值(Uij)= (Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)，其中Uij為某玉米自交系對(duì)于第i項(xiàng)指標(biāo)的隸屬值，Xij為某玉米自交系第i項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值，Ximin為全部玉米自交系i項(xiàng)指標(biāo)的最小值，Ximax為全部玉米自交系i項(xiàng)的最大值，i為某項(xiàng)指標(biāo)，j為某個(gè)玉米自交系。并求出各玉米自交系隸屬值平均值。

采用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率的影響

方差分析結(jié)果(表2，表3)表明，在正常供水和干旱脅迫處理下，處理間和品種間差異均達(dá)到極顯著水平，說明干旱脅迫對(duì)不同玉米自交系的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率影響較大。從表4可知，農(nóng)系1315(72.22%)、農(nóng)系2469(70.19%)、YML 581(65.09%)、YML 1615(84.97%)、農(nóng)系2347(66.04%)、京2416(150%)、丹3140(133.93%)的相對(duì)發(fā)芽率較高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱能力，其他自交系屬于中度耐旱或弱耐旱。在相對(duì)發(fā)芽勢(shì)上，SCML 202和農(nóng)系2392的相對(duì)值已經(jīng)達(dá)到0，說明水分脅迫對(duì)它們的生長(zhǎng)造成嚴(yán)重的抑制，而農(nóng)系1315(67.82%)、YML 581(54.49%)、YML 1615(57.26%)、EH 1892(57.89)、LH 8012(51.35%)、丹3140(116.36%)的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)較高，受到的影響較小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐旱性。

表2 發(fā)芽勢(shì)方差分析結(jié)果

差異源SSdfMSFP-valueF crit處理2.72 1.00 2.72 181.96 0.00 4.07 品種1.2542.000.032.00 0.01 1.67 誤差0.6342.000.01總計(jì)4.6085.00

表3 發(fā)芽率方差分析結(jié)果

差異源SSdfMSFP-valueF crit處理2.121.002.12121.390.004.07品種1.5841.000.042.160.011.67誤差0.7341.000.02總計(jì)4.4483.00

表4 不同玉米自交系的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率

自交系相對(duì)發(fā)芽勢(shì)/%相對(duì)發(fā)芽率/%農(nóng)系131567.8272.22農(nóng)系343542.7152.08W45825.5845.74農(nóng)系24739.0031.97農(nóng)系376433.9635.19W7746.0554.55農(nóng)系378531.0846.74農(nóng)系384514.8937.50農(nóng)系24599.9220.81農(nóng)系246950.0070.19農(nóng)系248819.7431.40農(nóng)系309821.2823.68農(nóng)系240719.8236.51豫92819.3518.01農(nóng)系247812.3321.18YML58154.4965.09農(nóng)系242441.3542.31農(nóng)系246440.2344.74新自5888.0517.86農(nóng)系38285.568.33DH3066.8215.91自交系相對(duì)發(fā)芽勢(shì)/%相對(duì)發(fā)芽率/%YML161557.2684.97YU939.6838.21EH189257.8954.10LH801251.3552.94SCML2020.0013.54農(nóng)系264133.7745.68Y102724.6246.48雙58-2411210.3455.38鄭H7115.6348.89農(nóng)系23920.005.04農(nóng)系234731.8266.04K525.0038.89農(nóng)系23521.203.57J120713.0460.19HRV33222.0534.88京241630.77150.00農(nóng)系369836.9251.56丹3140116.36133.93農(nóng)系380124.5243.23農(nóng)系380926.0430.84218216.0930.34

從表4可以看出，42份玉米自交系中有11個(gè)自交系的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)在40%以上，分別是農(nóng)系1315、農(nóng)系3435、農(nóng)系3764、W 77、農(nóng)系2469、YML 581、農(nóng)系2424、YML 1615、EH 1892、LH 8012、丹3140。其中農(nóng)系1315和丹3140的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)達(dá)到60%以上，說明其耐旱性較強(qiáng)。農(nóng)系2473、農(nóng)系2459、新自588、農(nóng)系3828、DH 306、YU 93、SCML 202、農(nóng)系2392和農(nóng)系2352的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)在10%以下，說明其耐旱性較弱。

從表4可以看出，42份玉米自交系中有8個(gè)自交系的相對(duì)發(fā)芽率在60%以上，分別是農(nóng)系1315、農(nóng)系2469、YML 581、YML 1615、農(nóng)系2347、J 1207、京2416、丹3140。其中YML 1615、京2416、丹3140的相對(duì)發(fā)芽率達(dá)到80%以上，說明其耐旱性較強(qiáng)。農(nóng)系3828、農(nóng)系2392、農(nóng)系2352的相對(duì)發(fā)芽率在10%以下，說明其耐旱性較弱。

2.2 干旱脅迫對(duì)萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

方差分析結(jié)果(表5)表明，在正常供水和干旱脅迫處理下，處理間差異極顯著，品種間差異顯著，說明干旱脅迫對(duì)不同玉米自交系的抗旱指數(shù)影響較大。從表6可以看出，種子萌發(fā)抗旱指數(shù)為0.02～1.44，萌發(fā)抗旱指數(shù)最高的是丹3140(1.44)，表明該品種具有較強(qiáng)的抗旱性，農(nóng)系1315(0.65)、YML 581(0.59)、YML 1615(0.81)、EH 1892(0.57)、京2416(0.61)、丹3140(1.44)這幾個(gè)品種的抗旱性較好。

表5 萌發(fā)指數(shù)方差分析結(jié)果

差異源SSdfMSFP-valueF crit處理11.511.0011.51159.690.004.07品種5.8441.000.141.930.021.67誤差3.0341.000.07總計(jì)20.3783.00

從表6可以看出，有10份玉米自交系的抗旱指數(shù)在40%以上，分別是農(nóng)系1315、農(nóng)系2469、YML 581、農(nóng)系2464、YML 1615、EH 1892、Y 1027、農(nóng)系2347、京2416、丹3140。其中農(nóng)系1315、YML 1615、丹3140達(dá)到60%以上，說明其抗旱性較強(qiáng)。此外，新自588、農(nóng)系3828、DH 306、SCML 202、農(nóng)系2392、農(nóng)系2352的抗旱指數(shù)在10%以下，說明其抗旱性較弱。

2.3 不同玉米自交系在干旱脅迫下的脅迫指數(shù)

方差分析結(jié)果(表7)表明，在正常供水和干旱脅迫處理下，處理間差異極顯著，品種間差異顯著，說明干旱脅迫對(duì)不同玉米自交系的脅迫指數(shù)影響較大。由表8可以看出，農(nóng)系1315(0.58)、YML 581(0.57)、YML 1615(0.82)、EH 1892(0.56)、農(nóng)系2347(0.58)、京2416(0.56)、丹3140(1.92)的脅迫指數(shù)較大，具有較強(qiáng)的耐旱性；農(nóng)系2478(0.08)、新自588(0.09)、農(nóng)系3828(0.06)、DH 306(0.07)、SCML 202(0.04)、農(nóng)系2392(0.02)、農(nóng)系2352(0.02)脅迫指數(shù)較低，耐旱性較弱。

表6 不同玉米自交系在干旱脅迫下的種子萌發(fā)抗旱指數(shù)

自交系萌發(fā)耐旱指數(shù)農(nóng)系13150.65農(nóng)系34350.37W4580.25農(nóng)系24730.2農(nóng)系37640.35W770.35農(nóng)系37850.31農(nóng)系38450.2農(nóng)系24590.13農(nóng)系24690.48農(nóng)系24880.22農(nóng)系30980.28農(nóng)系24070.25豫9280.14自交系萌發(fā)耐旱指數(shù)農(nóng)系24780.11YML5810.59農(nóng)系24240.37農(nóng)系24640.40新自5880.10農(nóng)系38280.07DH3060.10YML16150.81EH18920.57LH80120.39SCML2020.06農(nóng)系26410.39Y10270.45雙58-241120.27自交系萌發(fā)耐旱指數(shù)21820.20鄭H710.30農(nóng)系23920.02農(nóng)系23470.45K50.28農(nóng)系23520.02J12070.27HRV3320.35農(nóng)系36980.36丹31401.44農(nóng)系38010.25農(nóng)系38090.26YU930.16京24160.61

表7 脅迫指數(shù)方差分析結(jié)果

差異源SSdfMSFP-valueF crit處理(組間)56456.39 1.00 56456.39 133.64 0.00 4.07 品種(組內(nèi))31604.4141.00 752.49 1.780.03 1.67 誤差17742.64 41.00422.44總計(jì)105803.40 83.00

表8 不同玉米自交系的脅迫指數(shù)

自交系脅迫指數(shù)農(nóng)系13150.58 農(nóng)系34350.33 W4580.22農(nóng)系24730.23農(nóng)系37640.45W770.30農(nóng)系37850.32農(nóng)系38450.18農(nóng)系24590.13農(nóng)系24690.47農(nóng)系24880.23農(nóng)系30980.30農(nóng)系24070.24豫9280.16自交系脅迫指數(shù)農(nóng)系24780.08 YML5810.57 農(nóng)系24240.38 農(nóng)系24640.39 新自5880.09 農(nóng)系38280.06 DH3060.07YML16150.82 EH18920.56 LH80120.40 SCML2020.04 農(nóng)系26410.43 Y10270.51 雙58-241120.24 自交系脅迫指數(shù)21820.19鄭H710.30 農(nóng)系23920.02 農(nóng)系23470.58 K50.23 農(nóng)系23520.02 J12070.23HRV3320.42 農(nóng)系36980.36 丹31401.92 農(nóng)系38010.25農(nóng)系38090.24 YU930.16京24160.56

從表8可以看出，有13份玉米自交系的脅迫指數(shù)在0.40以上，分別是農(nóng)系1315、農(nóng)系3764、農(nóng)系2469、YML 581、YML 1615、EH 1892、LH 8012、農(nóng)系2641、Y 1027、農(nóng)系2347、HRV 332、京2416、丹3140。其中農(nóng)系1315、YML 581、YML 1615、EH 1892、Y 1027、農(nóng)系2347、京2416、丹3140的脅迫指數(shù)在0.50以上，說明其抗旱性較強(qiáng)。此外，農(nóng)系2478、新自588、農(nóng)系3828、DH 306、SCML 202、農(nóng)系2392、農(nóng)系2352的脅迫指數(shù)在0.10以下，說明其抗旱性較弱。

2.4 PEG脅迫下42份玉米自交系各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值

本試驗(yàn)采用隸屬函數(shù)法對(duì)萌發(fā)期的玉米自交系進(jìn)行抗旱性綜合性評(píng)價(jià)，用相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、脅迫指數(shù)和萌發(fā)抗旱指數(shù)這5項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)依據(jù)。綜合性評(píng)價(jià)值越大，說明其抗旱性越強(qiáng)。根據(jù)候建華等[19]隸屬值計(jì)算方法和付鳳玲等[20]的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，隸屬值≥0.7的為高抗自交系，0.7>隸屬值≥0.4的為中抗自交系，隸屬值<0.4的為弱抗自交系(表9)。本試驗(yàn)玉米自交系綜合評(píng)價(jià)為高抗旱的是丹3140(0.973)；綜合評(píng)價(jià)為中度抗旱的材料有3份，分別是農(nóng)系1315(0.448)、YML 1615(0.506)和京2416(0.491)；綜合評(píng)價(jià)為弱抗旱的材料有39份，包括農(nóng)系3435(0.277)、W 458(0.195)、農(nóng)系2473(0.128)等玉米自交系。

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)期是玉米生長(zhǎng)的初始時(shí)期，也是評(píng)價(jià)玉米抗旱性強(qiáng)弱的重要時(shí)期[21]。本研究采用PEG-6000模擬干旱脅迫進(jìn)行試驗(yàn)，與前人相關(guān)研究方法相同[8-9，12-21]。所選用的42份玉米自交系均為新育成自交系，特別是“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目提供的18份共享自交系，這18份共享自交系在選育單位均培育出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)玉米雜交種。對(duì)這些材料的研究具有重要的應(yīng)用意義。

本研究結(jié)果表明:不同玉米自交系的耐旱性存在較大差異；丹3140為萌發(fā)期強(qiáng)抗旱自交系，農(nóng)系1315、YML 1615、京2416為萌發(fā)期中等耐旱自交系，這4份自交系可作為耐旱育種資源進(jìn)行抗旱育種應(yīng)用；其余38份材料為萌發(fā)期弱耐旱性自交系。

表9 PEG脅迫下42份玉米自交系各指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值

自交系隸屬函數(shù)值相對(duì)發(fā)芽率相對(duì)發(fā)芽勢(shì)脅迫指數(shù)萌發(fā)抗旱指數(shù)平均值抗旱性農(nóng)系13150.4690.5830.2960.4440.448MR農(nóng)系34350.3310.3670.1620.2460.277LRW4580.2880.220.1080.1620.195LR農(nóng)系24730.1940.0770.1120.1270.128LR農(nóng)系37640.2160.2920.2260.2320.242LRW770.3480.3960.1510.2320.282LR農(nóng)系37850.2950.2670.1600.2040.232LR農(nóng)系38450.2320.1280.0850.1270.143LR農(nóng)系24590.1180.0850.0590.0770.085LR農(nóng)系24690.4550.4300.2400.3240.362LR農(nóng)系24880.1900.1700.1100.1410.153LR農(nóng)系30980.1370.1830.1470.1830.163LR農(nóng)系24070.2250.1700.1170.1620.169LR豫9280.0990.1660.0760.0850.107LR農(nóng)系24780.1200.1060.0330.0630.081LRYML5810.4200.4680.2880.4010.394LR農(nóng)系24240.2650.3550.1900.2460.264LR農(nóng)系24640.2810.3460.1980.2680.273LR新自5880.0980.0690.0380.0560.065LR農(nóng)系38280.0330.0480.0250.0350.035LRDH3060.0840.0590.0260.0560.056LR自交系隸屬函數(shù)值相對(duì)發(fā)芽率相對(duì)發(fā)芽勢(shì)脅迫指數(shù)萌發(fā)抗旱指數(shù)平均值抗旱性YML16150.5560.4920.4210.5560.506MRYU930.2370.0830.0750.0990.124LREH18920.3450.4980.2830.3870.378LRLH80120.3370.4410.2040.2610.311LRSCML2020.0680.0000.0110.0280.027LR農(nóng)系26410.2880.2900.2180.2610.264LRY10270.2930.2120.2570.3030.266LR雙58-241120.3540.0890.1170.1760.184LR21820.1830.1380.0890.1270.134LR鄭H710.3090.1340.1490.1970.197LR農(nóng)系23920.010.0000.0020.0000.003LR農(nóng)系23470.4270.2730.2950.3030.325LRK50.2410.2150.1100.1830.187LR農(nóng)系23520.0000.010.0000.0000.003LRJ12070.3870.1120.1110.1760.197LRHRV3320.2140.1890.2120.2320.212LR京24161.0000.2640.2860.4150.491MR農(nóng)系36980.3280.3170.1810.2390.266LR丹31400.8901.0001.0001.0000.973HR農(nóng)系38010.2710.2110.1240.1620.192LR農(nóng)系38090.1860.2240.1160.1690.174LR

注：LR表示低抗;MR表示中抗；HR表示高抗。