模擬干旱脅迫下7個黑青稞品種的萌發(fā)特性與抗旱性評價

宋國英 劉國一 邊巴卓瑪

摘要：為選育西藏黑青稞萌發(fā)期抗旱性強的品種，采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，用0～30%的PEG-6000溶液對黑青稞種子進(jìn)行預(yù)處理，研究PEG模擬干旱脅迫對西藏主要地方品種黑青稞各萌發(fā)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，除措美縣和江孜縣黑青稞外，其余參試品種隨著干旱脅迫程度的增大，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、物質(zhì)轉(zhuǎn)移率以及抗旱指數(shù)均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，較高點對應(yīng)的PEG-6000濃度主要集中在5%～10%;當(dāng)PEG-6000濃度超過25%時，各指標(biāo)呈現(xiàn)急劇下降趨勢。綜合各項萌發(fā)指標(biāo)，阿里黑青稞、隆子縣四棱黑青稞和拉孜縣黑青稞的抗旱性較好，而措美黑青稞的抗旱性相對較弱。該項研究對黑青稞在西藏干旱地區(qū)種植，增加藏區(qū)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入和糧食產(chǎn)量起著重要作用。

關(guān)鍵詞：模擬干旱;黑青稞;萌發(fā)期;抗旱性評價

中圖分類號： S512.301 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2021）16-0084-04

干旱作為影響作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要環(huán)境因子，對植物的生長發(fā)育具有重要影響[1]。近年來，青藏高原氣溫逐年升高，降水量逐漸減少[2]，部分耕地存在季節(jié)性缺水問題，而選育抗旱性強的作物品種是解決青藏高原由于干旱引起減產(chǎn)的有效途徑之一。

種子萌發(fā)期作為植物生活史中的關(guān)鍵階段，既是種子對水分最敏感的時期[3]，也是作物適應(yīng)干旱脅迫最為關(guān)鍵的時期，決定著立苗和后期的生長發(fā)育[4]。種子在萌發(fā)和生長初期受到干旱等因素的影響，極易導(dǎo)致作物產(chǎn)量的降低，國內(nèi)外對作物種質(zhì)資源的抗旱性研究主要集中在萌發(fā)期[5]。該時期可間接反映該植株的抗旱程度[6]，是衡量植物抗旱性強弱最重要的時期[7]。對作物萌發(fā)期抗旱性的鑒定常采用聚乙二醇（PEG）[8-9]，它對促進(jìn)種子萌發(fā)、提高種子活力和抗逆性有一定的作用[10]。PEG-6000 作為脅迫物質(zhì)，常用于評價植物的抗旱性[11-15]，在小麥[16]、玉米[17]、大麥[18]、黑麥草[19]等作物上應(yīng)用廣泛。

大麥?zhǔn)枪J(rèn)抗逆性較強的作物之一[20-23]。青稞（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f.）屬于禾本科大麥屬大麥的一個變種，成熟時因其籽粒外稃與穎果分離，又稱為裸大麥[24]，是西藏的主栽作物。在眾多青稞品種中，西藏原有地方品種黑青稞近年來因其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、特色而備受關(guān)注，而目前有關(guān)該青稞的抗旱性研究未見公開報道[25]，主要研究集中在常規(guī)種植品種的抗旱性[26-27]。

本研究利用PEG-6000模擬干旱脅迫，以西藏主要地方黑青稞品種為試驗材料，對種子萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行評價，旨在為青藏高原抗旱青稞品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試的7個西藏地方品種黑青稞分別為浪卡子縣黑青稞、措美縣黑青稞、隆子縣四棱黑青稞、隆子縣六棱黑青稞、拉孜縣黑青稞、江孜縣黑青稞和阿里地區(qū)黑青稞，這7個品種均是從西藏各地收集的黑青稞種質(zhì)資源，均為春性裸大麥。

1.2 試驗方法

挑選大小均勻、籽粒飽滿、無病蟲害的種子，用75%的乙醇浸泡15 min作消毒處理，然后用蒸餾水沖洗后晾干備用。用PEG-6000模擬干旱脅迫，設(shè)7個濃度處理，分別為0、5%、10%、15%、20%、25%和30%，設(shè)3次重復(fù)。試驗采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙（直徑為9 cm）。脅迫處理用移液槍向培養(yǎng)皿中加入10 mL不同濃度的PEG-6000水溶液，對照中加入10 mL蒸餾水。將已經(jīng)晾干的種子均勻擺放在培養(yǎng)皿中，加蓋，每個處理30粒。每天固定時間采用稱質(zhì)量法用蒸餾水補充損失的水分以維持溶液濃度，并保持濾紙水分飽和狀態(tài)[28]。試驗在西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所實驗室內(nèi)進(jìn)行。

1.3 試驗測定指標(biāo)與計算方法

從2020年7月11日種子置床起觀察，7月18日試驗結(jié)束。每天按時記錄發(fā)芽種子數(shù)（以胚芽或胚根長≥種子長作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[29]），計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率，各指標(biāo)取其平均值。試驗測定的各項指標(biāo)及計算方法如下：

發(fā)芽率（GR）=第8天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;（1）

發(fā)芽勢（GE）=第3天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;（2）

貯藏物質(zhì)運轉(zhuǎn)率=（芽干質(zhì)量+根干質(zhì)量）/（芽干質(zhì)量+根干質(zhì)量+籽粒干質(zhì)量）×100%。（3）

計算時取試驗結(jié)束時的各項干質(zhì)量。

參照齊華等對燕麥萌發(fā)期抗旱指標(biāo)的測定方法[30]，結(jié)合實際情況稍作修改后，對青稞種子萌發(fā)期抗旱指數(shù)進(jìn)行計算：

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)=干旱脅迫種子萌發(fā)抗旱指數(shù)（PIS）/對照種子萌發(fā)抗旱指數(shù)（PID）。

其中，種子萌發(fā)指數(shù)PI=1.00GR3+0.75GR4+0.5GR6+0.25GR8，GR3、GR4、GR6、GR8分別表示第3天、第4天、第6天、第8天的種子發(fā)芽率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2000對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對西藏主要地方品種黑青稞發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢是檢測種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，反映了種子的發(fā)芽速度和活力。除受環(huán)境因素影響外，主要受種子本身影響，發(fā)芽勢越大，則表明種子抗旱性越好[27]。對不同PEG-6000濃度下7個黑青稞品種在第3天的發(fā)芽情況作圖1。從圖1中可以看出，除措美和江孜黑青稞的發(fā)芽勢隨著PEG-6000濃度的增大而逐漸下降外，其余5個黑青稞品種隨著PEG-6000濃度的增大，發(fā)芽勢均出現(xiàn)先增大后降低的變化;這5個品種中，除浪卡子黑青稞發(fā)芽勢最大時PEG-6000濃度為10%，其余4個黑青稞品種的最大發(fā)芽勢均出現(xiàn)在PEG-6000濃度為5%時。可見，除措美和江孜縣黑青稞外，在低濃度（5%～10%）的干旱脅迫下，其余5個黑青稞品種均對干旱脅迫表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性;在PEG-6000濃度為25%以上時，參試黑青稞品種的發(fā)芽勢急劇下降;從 PEG-6000濃度為5%的發(fā)芽勢來看，抗旱性表現(xiàn)為阿里黑青稞>拉孜黑青稞>隆子四棱黑青稞（或江孜黑青稞）>隆子六棱黑青稞>措美黑青稞>浪卡子黑青稞。

2.2 干旱脅迫對西藏主要地方品種黑青稞發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率的高低影響作物播種后的出苗整齊情況，直接決定其產(chǎn)量的高低。對參試品種在不同PEG-6000濃度下第8天的發(fā)芽率作表1，可以看出，西藏主要地方品種黑青稞對不同濃度PEG-6000干旱脅迫的響應(yīng)有所不同。措美和江孜縣黑青稞隨著PEG-6000濃度的增大發(fā)芽率逐漸下降;其余5個參試品種的發(fā)芽率隨著PEG-6000濃度的增大均表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢，發(fā)芽率較高的品種對應(yīng)的PEG-6000濃度在5%～10%，即一定濃度的干旱脅迫下其發(fā)芽率高于對照，這些品種對5%～10%的PEG-6000濃度具有較好的適應(yīng)性;當(dāng)PEG-6000濃度為25%以上時，參試的黑青稞品種（除隆子縣六棱黑青稞外）發(fā)芽率顯著下降（P<0.05）;當(dāng)PEG-6000濃度達(dá)到30%時，參試品種都表現(xiàn)出較好的干旱適應(yīng)性，隆子縣四棱黑青稞的干旱適應(yīng)性最好，發(fā)芽率高達(dá)54.44%。從PEG-6000濃度為5%的發(fā)芽率來看，西藏主要地方品種黑青稞的抗旱性表現(xiàn)為阿里黑青稞>隆子縣四棱黑青稞>江孜黑青稞>拉孜黑青稞（或措美黑青稞）>隆子縣六棱黑青稞>浪卡子黑青稞。

2.3 干旱脅迫對參試品種幼苗生長的影響

物質(zhì)轉(zhuǎn)移率反映了種子萌發(fā)后植物的生長狀態(tài)。通過測定第8天試驗結(jié)束時干旱脅迫下參試品種的種子質(zhì)量和根莖質(zhì)量計算其物質(zhì)轉(zhuǎn)移率，可以更好地反映其在干旱脅迫下幼苗的長勢，從而判定其對干旱的適應(yīng)程度。從圖2可以看出，種子生長至第8天時，物質(zhì)轉(zhuǎn)移率在0.249～0.437;不同品種的物質(zhì)轉(zhuǎn)移率受脅迫程度不同而不同，除措美和江孜黑青稞物質(zhì)轉(zhuǎn)移率隨著干旱脅迫濃度的增加呈下降趨勢外，其余5個品種隨著干旱脅迫濃度的增加其物質(zhì)轉(zhuǎn)移率均呈現(xiàn)出先升高后下降的變化;物質(zhì)轉(zhuǎn)移率最高時對應(yīng)的PEG-6000濃度主要集中在5%～10%。發(fā)現(xiàn)該項結(jié)果與發(fā)芽勢、發(fā)芽勢的結(jié)果一致。

2.4 PEG-6000模擬干旱脅迫下對參試黑青稞品種抗旱指數(shù)的影響

發(fā)芽率和發(fā)芽勢較好地反映了種子活力的高低，抗旱指數(shù)反映了抗旱性的強弱[31]?？购敌詮姷钠贩N萌發(fā)抗旱指數(shù)較大，抗旱性弱的品種萌發(fā)抗旱指數(shù)較小，品種間存在一定的差異[30]。從圖3可以看出，除措美和江孜黑青稞的抗旱指數(shù)隨著PEG-6000濃度的增加呈下降趨勢外，其余參試品種的抗旱指數(shù)均隨著PEG-6000濃度的增加表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢;當(dāng)PEG-6000濃度在25%以上時，參試品種的抗旱指數(shù)急劇下降;參試品種的最大抗旱指數(shù)對應(yīng)的PEG-6000濃度主要集中在5%，即輕度的干旱脅迫能夠促進(jìn)黑青稞種子抗旱性的提高。比較該濃度下參試品種的抗旱指數(shù)高低為阿里黑青稞>浪卡子黑青稞>拉孜黑青稞>隆子四棱黑青稞>隆子六棱黑青稞>措美黑青稞>江孜黑青稞>。當(dāng)PEG-6000濃度為10%時，浪卡子黑青稞的抗旱指數(shù)最高，抗旱性最好。

2.5 PEG-6000 模擬干旱脅迫下抗旱性評價指標(biāo)的相關(guān)性分析

對參試品種在PEG-6000干旱脅迫下各萌發(fā)指標(biāo)作相關(guān)性分析見表2，可以看出，除物質(zhì)轉(zhuǎn)移率與種子發(fā)芽率之間呈顯著正相關(guān)外，其余各項指標(biāo)間均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中抗旱指數(shù)與發(fā)芽率以及發(fā)芽勢的相關(guān)性大于其他各項指標(biāo)之間的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)最高為0.964。

3 討論與結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，對西藏主要地方品種黑青稞在種子萌發(fā)期進(jìn)行干旱脅迫，除措美和江孜黑青稞外，其余參試品種各項萌發(fā)指標(biāo)隨著PEG-6000濃度的增加均表現(xiàn)出先上升后下降的變化;各項萌發(fā)指標(biāo)如發(fā)芽率、發(fā)芽勢、物質(zhì)轉(zhuǎn)移率以及抗旱指數(shù)最高時對應(yīng)的PEG-6000濃度主要集中在5%～10%，即一定濃度的干旱脅迫對某些黑青稞品種的萌發(fā)生長產(chǎn)生了積極的影響。該項研究結(jié)果與前人研究的一定程度的干旱可以提高種子發(fā)芽率和幼苗活力的觀點[32-34]較為相似。郁飛燕等對小麥的抗旱性研究認(rèn)為，適度的干旱活化了小麥種子的一些細(xì)胞器和酶[35]。當(dāng)PEG-6000濃度為25%以上時，參試的黑青稞品種（除隆子縣六棱黑青稞外）發(fā)芽率急劇下降，當(dāng)濃度為30%時并沒有完全抑制參試品種的種子活力，發(fā)芽率在37%以上，最高可達(dá)54%，該項研究與李淑梅的研究結(jié)果[18]一致，而與張毅等研究西藏白青稞對干旱的耐受性結(jié)果[27]不太一致，張毅研究得出西拉22號、西拉19號和山青9號在PEG-6000濃度在15%以上時發(fā)芽率急劇下降，20%時已不能正常發(fā)芽，這可能是品種間自身的遺傳因素所致。

綜合參試品種在萌發(fā)期的各項活力指標(biāo)，本研究初步認(rèn)為，阿里黑青稞、隆子縣四棱黑青稞和拉孜縣黑青稞的抗旱性較好，而措美黑青稞的抗旱性相對較弱。但是該項研究結(jié)果只是針對種子萌發(fā)期，后期仍需開展其苗期的抗旱脅迫來綜合評價一個品種的抗旱性。

參考文獻(xiàn)：

[1]Moore P D. The ecology of plants[M]. 2nd ed. Sunderland，MA：Sinauer Associates Inc，2006.

[2]周天財，孫 建，于 歡. 1980―2013年青藏高原氣候時空變化特征研究[J]. 成都信息工程大學(xué)學(xué)報，2017，32（5）：524-531.

[3]Dodd G L，Donovan L A. Water potential and ionic effects on germination and seedling growth of two cold desert shrubs[J]. American Journal of Botany，1999，86（8）：1146-1153.

[4]Ashraf M. Inducing drought tolerance in plants： recent advances[J]. Biotechnology Advances，2010，28（1）： 169-183.

[5]孫歡歡，韓兆雪，譚登峰，等. 新培育玉米自交系苗期生理生化指標(biāo)與其抗旱性綜合評價[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2016，34（5）：9-14，53.

[6]宋麗華，劉雯雯，陳淑芬. PEG處理對臭椿種子萌發(fā)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究，2005，26（4）：25-29.

[7]Kazuo T，Li X，Kenji O. Seed germination and radicle growth of a halophyte，Kalidium capsicum （Chenopodiaceae）[J]. Annals of Botany，2000，85（3）：391-396.

[8]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，2003，4（4）：292-296.

[9]朱學(xué)海，宋燕春，趙治海，等. 用滲透劑脅迫鑒定谷子芽期耐旱性的方法研究[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2008，9（1）：62-67.

[10]鄭淮兵，董 麗，鄭彩霞. 低溫和PEG“滲控”預(yù)處理促進(jìn)石楠種子萌發(fā)的研究[J]. 林業(yè)科學(xué)，2005，41（3）：54-57.

[11]Michel B E，Kaufmann M R. The osmotic potential of polyethylene glycol 6000[J]. Plant Physiology，1973，51（5）： 914-916.

[12]安永平，強愛玲，張媛媛，等. 滲透脅迫下水稻種子萌發(fā)特性及抗旱性鑒定指標(biāo)研究[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2006，7（4）：421-426.

[13]賈壽山，朱俊剛，王曙光，等. 山西小麥地方品種萌發(fā)期的抗旱性[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2011，26（2）：213-217.

[14]劉 佳，徐昌旭，曹衛(wèi)東，等. PEG脅迫下15份紫云英種質(zhì)材料萌發(fā)期的抗旱性鑒定[J]. 中國草地學(xué)報，2012，34（6）：18-25.

[15]李 晶，馬書榮，閻秀峰，等. 干旱脅迫對紅松幼苗針葉超微結(jié)構(gòu)的影響[J]. 植物研究，2000，20（3）：324-327.

[16]王 瑾，劉桂茹，楊學(xué)舉. PEG脅迫下小麥再生植株根系特性與抗旱性的關(guān)系[J]. 麥類作物學(xué)報，2006，26（3）：117-119.

[17]趙玉坤，高根來，王向東，等. PEG模擬干旱脅迫條件下玉米種子的萌發(fā)特性研究[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報，2014，4（7）：1-4，12.

[18]李淑梅，董麗平，王付娟. PEG模擬干旱脅迫對大麥種子萌發(fā)及生理特性的響應(yīng)[J]. 種子，2016，35（10）：99-101.

[19]孫艷茹，石 屹，陳國軍，等. PEG 模擬干旱脅迫下8種綠肥作物萌發(fā)特性與抗旱性評價[J]. 草業(yè)學(xué)報，2015，24（3）：89-98.

[20]González A，Martn I，Ayerbe L，et al. Barley yield in water-stress conditions[J]. Field Crops Research，1999，62（1）：23-34.

[21]Sinebo W. Trade off between yield increase and yield stability in three decades of barley breeding in a tropical highland environment[J]. Field Crops Research，2005，92（1）：35-52.

[22]Katerji N，Mastrorilli M，van Hoorn J W V，et al. Durum wheat and barley productivity in saline-drought environments[J]. European Journal of Agronomy，2009，31（1）：1-9.

[23]汪軍成，孟亞雄，徐先良，等. 大麥苗期抗旱性鑒定及評價[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31（4）：135-143.

[24]郭本兆. 青海經(jīng)濟(jì)植物志[M]. 西寧：青海人民出版社，1987.

[25]姚曉華，吳昆侖. PEG預(yù)處理對青稞種子萌發(fā)和幼苗生理特性的影響[J]. 西北植物學(xué)報，2012，32（7）：1403-1411.

[26]王玉林，徐齊君，原紅軍，等. PEG模擬干旱脅迫處理對青稞幼苗生長和生理特性的影響[J]. 大麥與谷類科學(xué)，2018，35（1）：6-12，42.

[27]張 毅，韓玉娥，張銀樂，等. PEG-6000模擬干旱脅迫下3個青稞品種的萌發(fā)特性及抗旱性評價[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（15）：139-142.

[28]陳 新，宋高原，張宗文，等. PEG-6000脅迫下裸燕麥萌發(fā)期抗旱性鑒定與評價[J]. 植物遺傳資源學(xué)報，2014，15（6）：1188-1195.

[29]姚曉華，吳昆侖. PEG預(yù)處理對青稞種子萌發(fā)、幼苗生長和抗旱性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，18（6）：80-87.

[30]齊 華，許 晶，孟顯華，等. 水分脅迫下燕麥萌芽期抗旱指標(biāo)的研究[J]. 種子，2009，28（7）：7-10.

[31]Sharma A D，Rathore S，Srinivasan K，et al. Comparison of various seed priming methods for seed germination，seedling vigour and fruit yield in okra （Abelmoschus esculentus L.Moench）[J]. Scientia Horticulturae，2014，165（22）：75-81.

[32]赫福霞，李柱剛，閻秀峰，等. 滲透脅迫條件下玉米萌芽期抗旱性研究[J]. 作物雜志，2014（5）：144-147.

[33]楊子光，張燦軍，冀天會，等. 小麥抗旱性鑒定方法及評價指標(biāo)研究IV萌發(fā)期抗旱指標(biāo)的比較研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（12）：173-176.

[34]敬禮恒，陳光輝，劉利成，等. 水稻種子萌發(fā)期的抗旱性鑒定指標(biāo)研究[J]. 雜交水稻，2014，29（3）：65-69.

[35]郁飛燕，李保峰，李 巍，等. PEG-6000脅迫對不同品系小麥種子萌發(fā)的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，44（10）：51-53.