玉米種子萌發(fā)抗旱藥劑的篩選

屈佳偉，高聚林，于曉芳，孫繼穎，王志剛，王 振，田 磊

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

干旱是氣候變化最不可預(yù)測、不可避免的非生物脅迫之一，也是世界范圍內(nèi)限制作物產(chǎn)量的主要因素之一。每年因干旱造成的糧食減產(chǎn)近乎其他所有非生物脅迫因子的總和[1]，干旱嚴(yán)重威脅我國糧食安全。玉米是全球種植最廣泛的作物之一，是我國極其重要的糧食、飼料、經(jīng)濟(jì)兼用型作物。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，干旱發(fā)生頻次和程度呈加劇趨勢，嚴(yán)重影響玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量[2]。因此，研究提高玉米抗旱性的措施，對于保障玉米穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)具有十分重要的意義。

干旱脅迫對植物的傷害主要表現(xiàn)為細(xì)胞脫水、膜系統(tǒng)受破壞以及酶活性受影響，干旱導(dǎo)致細(xì)胞代謝紊亂，影響植物的生長發(fā)育[3]。近年來，植物生長調(diào)節(jié)劑因其顯著、高效的調(diào)節(jié)效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[4]。在提高作物抗逆能力方面，植物生長調(diào)節(jié)劑如脫落酸[5-7]、烯效唑[8]、水楊酸[9-10]、甜菜堿、亞精胺[11]、乙烯利[12]、2－（3，4－二氯苯氧基）三乙胺（DCPTA）[13]等可以通過改變植物生長發(fā)育和生理活性，增強(qiáng)作物對環(huán)境的適應(yīng)性和資源利用能力。有研究表明，干旱條件下硝普鈉[14]、氯化鈣[15]、氯化鉀[16]等無機(jī)鹽處理后的玉米，由于Na+、K＋、Ca2＋等無機(jī)離子的增加能夠顯著提高植物滲透調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)植株抗旱性。生長調(diào)節(jié)劑不同濃度對不同玉米品種的浸種效果不同。不同化學(xué)藥劑及濃度在不同作物上的效果也不一致，且對同一作物、不同類型藥劑的影響也有差異[17-18]，對不同類型玉米均有抗旱效果的化學(xué)藥劑尚未見報道。

藥劑引發(fā)是一種提高種子抗逆性的有效處理方法。為了提高內(nèi)蒙古地區(qū)春玉米苗期抗旱能力，提高玉米發(fā)芽率和出苗率，本研究采用不同藥劑對玉米種子進(jìn)行引發(fā)處理，在聚乙二醇6000（PEG-6000）模擬干旱脅迫條件下，選用14 種藥劑引發(fā)，篩選出對不同抗旱性品種均有效果的化控調(diào)節(jié)劑，旨在為解決春旱區(qū)玉米種子出苗問題及抗旱種衣劑的研發(fā)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用聚乙二醇6000 （PEG-6000）由BIOSHARP 公司提供；玉米種子先玉335（XY335）由真金種業(yè)提供，科河8 號（KH8）由科河種業(yè)提供；供試14 種化學(xué)藥劑來源見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法

選取籽粒飽滿、均勻一致的玉米種子300 粒，用10%H2O2消毒15 min，蒸餾水沖洗干凈浸泡在不同濃度的供試化學(xué)藥劑中，18 ℃下引發(fā)24 h，之后用蒸餾水將種子沖洗干凈，濾紙吸干種子表面水分，室溫下晾干1 d，待用。每種藥劑引發(fā)的種子各取100 粒，50 粒置于發(fā)芽盒中加入濃度為25%的PEG-6000 溶液，進(jìn)行引發(fā)試驗(yàn)；50 粒加入適量的蒸餾水，進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。以蒸餾水引發(fā)處理的種子作對照1（CK1），以未進(jìn)行引發(fā)處理的種子作對照2（CK2）。置于25 ℃暗培養(yǎng)箱內(nèi)，每隔1 d 加適量25%PEG-6000 溶液或蒸餾水以保證種子萌發(fā)的濕度，每天記錄發(fā)芽數(shù)，連續(xù)8 d。

試驗(yàn)待篩選的藥劑共14 種，包括生長調(diào)節(jié)劑、滲透調(diào)節(jié)劑、農(nóng)藥，選擇農(nóng)藥的目的是選出既有殺菌效果又有抗旱效果的試劑，每種藥劑3 個濃度（表1），共計(jì)42 個處理。試驗(yàn)通過對相對發(fā)芽率指標(biāo)的測定進(jìn)行初篩，初篩分批次進(jìn)行，每一批次CK1 和CK2數(shù)值不同，為了進(jìn)行藥劑相互比較，選取相對發(fā)芽率進(jìn)行分析，初篩結(jié)果發(fā)芽率高于CK1 和CK2 的5 個藥劑進(jìn)行復(fù)篩。復(fù)篩對種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)抗旱指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)進(jìn)行測定，對照為CK1和CK2，每種處理3 次重復(fù)。

表1 供試化學(xué)藥劑名稱、濃度、代碼和生產(chǎn)企業(yè)

1.3 測定指標(biāo)

試驗(yàn)測定指標(biāo)的計(jì)算公式為

式中，種子萌發(fā)指數(shù)=（1.00）nd2+（0.75）nd4+（0.50）nd6+（0.25）nd8，nd2、nd4、nd6、nd8 分別為第2、4、6、8 天的種子萌發(fā)率。

式中，Gt為求和發(fā)芽數(shù)；Dt 為發(fā)芽天數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同藥劑初篩結(jié)果分析

2.1.1 不同藥劑處理XY335 種子的相對發(fā)芽率 由圖1 可知，42 個處理組合分布在不同象限，第1 象限的處理組合表示種子相對發(fā)芽率既高于CK1，又高于CK2，符合篩選目標(biāo)，篩選出來的藥劑組合見表2。由表2 可知，8 種藥劑不同濃度處理中XY335的相對發(fā)芽率與CK1 相比，增加幅度最高的藥劑處理為烯效唑100 mg/L（D3），增加22.15%；與CK2 相比，增加幅度最高的處理為氨基寡糖素3.00 mg/L（K2），增加68.97%。

表2 XY335 引發(fā)試驗(yàn)初篩選出的藥劑

圖1 不同藥劑處理對XY335 相對發(fā)芽率的影響

2.1.2 不同藥劑處理KH8 種子的相對發(fā)芽率 由圖2 可知，14 種藥劑不同濃度處理對玉米品種KH8 種子的相對發(fā)芽率存在一定影響，相對發(fā)芽率高于CK1 和CK2 的藥劑處理組合位于第1 象限，初篩得到的藥劑見表3。由表3 可知，6 種藥劑不同濃度處理KH8 的相對發(fā)芽率與CK1 相比，增加幅度最高的處理為吡唑醚菌酯3.00 mg/L（J2），增加16.84%；與CK2 相比，增加幅度最高的處理為水楊酸0.50 mmol/L（C2），增加78.27%。

表3 KH8 引發(fā)試驗(yàn)初篩選出的藥劑

圖2 不同藥劑處理對KH8 相對發(fā)芽率的影響

綜合分析認(rèn)為，在濃度25%聚乙二醇6000（PEG-6000）模擬干旱脅迫條件下，14 種藥劑不同濃度處理2 個玉米品種相對發(fā)芽率均高于CK1 和CK2的藥劑處理包括5 種，分別是100 mg/L 烯效唑（D3）、100 mg/L 乙烯利（E1）、200 mg/L 乙烯利（E2）、0.03 mg/L 吡唑醚菌酯（J1）、0.03 mg/L 氨基寡糖素（K1）。

2.2 不同藥劑復(fù)篩結(jié)果分析

2.2.1 發(fā)芽勢、發(fā)芽率 由表4 可知，在不同藥劑處理下，玉米品種XY335 種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均明顯高于KH8，100 mg/L 乙烯利處理發(fā)芽勢和發(fā)芽率顯著高于其他處理（P＜0.05）；100 mg/L 烯效唑處理對XY335 種子發(fā)芽勢的影響不顯著（P＞0.05），但是顯著提高了種子的發(fā)芽率（P＜0.05）。

表4 不同藥劑處理XY335、KH8 的發(fā)芽勢、發(fā)芽率

在不同藥劑濃度處理下，玉米品種KH8 種子的發(fā)芽勢表現(xiàn)不一致。100 mg/L 乙烯利濃度處理加快了種子的萌發(fā)，發(fā)芽勢和發(fā)芽率提高最明顯，發(fā)芽勢較CK1增加了6.00 個百分點(diǎn)，顯著高于其他處理（P<0.05），較CK2 增加了9.33 個百分點(diǎn)；發(fā)芽率較CK1 增加了6.67 個百分點(diǎn)，較CK2 增加了28.00 個百分點(diǎn)，與其他處理差異顯著（P＜0.05）。100 mg/L 烯效唑處理發(fā)芽勢優(yōu)勢不明顯，與CK1 比較差異不顯著（P＞0.05），但發(fā)芽率顯著高于CK1（P＜0.05），說明烯效唑與乙烯利相比延緩玉米種子的萌發(fā)，但不影響發(fā)芽率。

2.2.2 發(fā)芽指數(shù) 由圖3 可知，在模擬干旱條件下，各處理XY335 種子的發(fā)芽指數(shù)都高于KH8，各藥劑引發(fā)處理種子發(fā)芽指數(shù)都顯著高于CK2（P＜0.05）。100 mg/L 乙烯利（E1）處理種子發(fā)芽指數(shù)最大，2 個品種分別比CK1 增加46.35%（KH8） 和43.39%（XY335）；其次是100 mg/L 烯效唑（D3）處理，發(fā)芽指數(shù)高于200 mg/L 乙烯利（E2）、0.03 mg/L 吡唑醚菌酯（J1）和0.03 mg/L 氨基寡糖素（K1）處理；100 mg/L烯效唑（D3）處理KH8 與CK1 差異不顯著（P＞0.05），100 mg/L 烯效唑（D3）處理XY335 與CK1 差異顯著（P＜0.05），2 個品種吡唑醚菌酯（J1）和氨基寡糖素（K1）處理與CK1 差異均不顯著（P＞0.05）。

圖3 不同處理下不同玉米品種種子的發(fā)芽指數(shù)

2.2.3 活力指數(shù) 種子活力指數(shù)是判斷種子發(fā)芽質(zhì)量的一項(xiàng)指標(biāo)。由圖4 可知，在模擬干旱條件下，不同處理XY335 種子的活力指數(shù)要高于KH8，2 個品種活力指數(shù)均表現(xiàn)100 mg/L 乙烯利（E1）處理最大，顯著高于CK1 和CK2（P＜0.05），2 個品種比CK1 分別高372.72%（KH8）和155.09%（XY335）；其次是100 mg/L 烯效唑（D3）處理，種子活力指數(shù)高于其他藥劑處理，顯著高于CK1（P＜0.05）；200 mg/L 乙烯利（E2）、0.03 mg/L 吡唑醚菌酯（J1）以及0.03 mg/L 氨基寡糖素（K1）處理間差異不顯著（P＞0.05）。

圖4 不同處理下不同玉米品種種子的活力指數(shù)

2.2.4 萌發(fā)抗旱指數(shù) 種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是萌芽期抗旱性鑒定的常用指標(biāo)。由圖5 可知，不同藥劑處理對XY335 的效果要強(qiáng)于KH8。對于XY335，100 mg/L烯效唑（D3）處理的抗旱效果最好，與100 mg/L 乙烯利（E1）處理差異不顯著（P＞0.05）；對于KH8，100 mg/L 乙烯利（E1）處理的抗旱效果最好，與100 mg/L 烯效唑（D3）處理差異不顯著，說明100 mg/L烯效唑（D3）、100 mg/L 乙烯利（E1）兩個處理對種子萌發(fā)期的抗旱效果較好。

圖5 不同處理下不同玉米品種種子萌發(fā)抗旱指數(shù)

3 討論與結(jié)論

應(yīng)用植物生長調(diào)節(jié)劑進(jìn)行浸種，可以打破種子休眠，促進(jìn)種子萌發(fā)，改善種子在逆境下的生長，提高幼苗的抗逆性和抗倒伏能力。但是，由于生長調(diào)節(jié)劑的濃度和試驗(yàn)材料不同，浸種處理的效果不同。烯效唑，又名優(yōu)康唑、高效唑，代號為S-3307，屬于三唑類調(diào)節(jié)劑，具有延緩生長[20]、壯苗的作用，同時具有保綠效應(yīng)及保護(hù)細(xì)胞膜和細(xì)胞器的作用，能顯著緩解膜質(zhì)過氧化，在提高作物抗逆性方面具有顯著作用。孫麗榮[21]研究表明，烯效唑?qū)τ衩追N子萌發(fā)具有明顯的控制作用。烯效唑通過抑制種子的萌發(fā)速度，降低了發(fā)芽勢，但對發(fā)芽率的影響不大，這表明烯效唑?qū)ΨN子萌發(fā)的影響主要是在萌發(fā)的前期而不是在后期。本研究表明，烯效唑?qū)ΨN子發(fā)芽勢的影響與蒸餾水（CK1）相比，差異不顯著，說明烯效唑沒有促進(jìn)種子的萌發(fā)，對抑制種子的萌發(fā)表現(xiàn)也不明顯，可能由于藥劑濃度過低，沒有抑制種子的萌發(fā)，與劉傳飛等[22]研究結(jié)果一致，但顯著提高了種子的發(fā)芽率，這與孫麗榮[21]研究結(jié)果一致。田文杰[23]研究表明，在乙烯利125 mg/L 和250 mg/L 兩個較低濃度下均可提高農(nóng)禾518 玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。閆秋潔等[24]研究表明，100～800 mg/L的乙烯利能提高PEG-6000 脅迫下玉米種子的發(fā)芽率和幼苗長度，200 mg/L 乙烯利浸種能顯著緩解玉米幼苗在5%～15% PEG-6000 模擬下的干旱脅迫。本研究表明，乙烯利對提高干旱脅迫下種子的發(fā)芽率有顯著效果，對不同抗旱性品種均有效果的乙烯利濃度是100 mg/L，濃度增加，抗旱性降低，這與前人的研究結(jié)果不一致，分析其原因可能是本研究所用的2 個玉米品種抗旱性不同，對不同濃度的藥劑反應(yīng)不同。

PEG-6000 模擬干旱脅迫條件下，各藥劑引發(fā)對先玉335 和科河8 號種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)抗旱指數(shù)均高于不引發(fā)，說明藥劑浸種對提高種子的抗旱性有重要作用，且對先玉335 的效果要強(qiáng)于科河8 號。各藥劑中100 mg/L乙烯利和100 mg/L 烯效唑浸種處理，種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱指數(shù)對先玉335和科河8 號均有較好的效果，可以作為抗旱藥劑進(jìn)一步推廣。