萌發(fā)期耐莠去津谷子種質(zhì)資源篩選及評(píng)價(jià)

王雨婷 苗興芬 王 帝

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，163319，黑龍江大慶）

自1942年除草劑2,4-D問世以來，除草劑研制、開發(fā)、生產(chǎn)、推廣和應(yīng)用迅速發(fā)展起來，除草劑在農(nóng)田應(yīng)用中已然必不可少[1]。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)藥的大量施用產(chǎn)生的問題也逐漸增多[2]。莠去津?qū)偃筋惓輨蔷哂懈哌x擇性的內(nèi)吸型除草劑，其主要應(yīng)用于防除玉米、高粱和甘蔗等作物田各種闊葉雜草及禾本科雜草[3-4]。莠去津化學(xué)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，在環(huán)境中不容易降解，在土壤中的殘留期比較長(zhǎng)，而殘留于土壤中的莠去津?qū)τ衩滋锖蟛缱魑锶菀自斐伤幒?，影響后茬作物的生長(zhǎng)[5]。

黑龍江省是我國主要春谷產(chǎn)區(qū)之一，栽培歷史較久，分布廣泛[6]。谷子籽粒營(yíng)養(yǎng)豐富，耐貯藏，谷草又是牲畜的良好飼草。據(jù)聯(lián)合國世界糧農(nóng)組織的估計(jì)，我國谷子的播種面積占世界谷子播種面積90%以上[7]。黑龍江省谷子農(nóng)田前茬主要為玉米，而除草劑莠去津廣泛應(yīng)用于玉米種植，田間發(fā)現(xiàn)土壤殘留莠去津?qū)茸映雒缂吧L(zhǎng)影響很大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致谷子減產(chǎn)。王節(jié)之等[8]研究表明，在播種后出苗前的谷田噴3 000～6 000mL/hm2的38%莠去津?yàn)樽罴延昧?，谷苗均表現(xiàn)正常。噴1 5000mL/hm2莠去津處理，谷子可以正常出苗，但出苗后不久死亡。因此，本研究主要探究谷子種質(zhì)資源在萌發(fā)期對(duì)莠去津耐藥性，旨在篩選出一些適合黑龍江地區(qū)種植的高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)、綜合性狀優(yōu)異的谷子品種，為谷子生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

莠去津濃度篩選供試材料為嫩選15號(hào)、龍谷25和公矮5號(hào)；用于萌發(fā)期耐莠去津谷子品種篩選的100份谷子資源（表1）均由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)谷子研究室提供。38%莠去津購于濟(jì)南天邦化工有限公司。

表1 供試材料Table 1 Testing materials

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 萌發(fā)期莠去津處理濃度篩選 設(shè)置 0.0（對(duì)照，CK）、0.5、1.0、2.0和3.0mL/L 5種莠去津濃度。具體步驟：選取大小、形狀、色澤一致且飽滿成熟無病害的種子，用清水沖洗干凈，吸干水分，用75%的酒精將種子浸泡消毒，再用無菌水沖洗3次，放入加有2層濾紙的發(fā)芽盒（12cm×12cm）中，分別加各濃度的莠去津10mL進(jìn)行處理。第7天每個(gè)處理加2mL的蒸餾水保持水分，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)放50粒種子。置于光照培養(yǎng)箱（溫度25℃±1℃，濕度80%）進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng)，每天光照12h，培養(yǎng)15d，培養(yǎng)過程中每天記錄不同品種谷子發(fā)芽種子數(shù)，第3天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，第8天選取每個(gè)重復(fù)的50粒種子中的10粒測(cè)量芽長(zhǎng)與根長(zhǎng)，并計(jì)算平均值。

1.2.2 萌發(fā)期耐莠去津谷子品種篩選 用篩選出來的莠去津最適濃度2.0mL/L分別處理100份谷子種質(zhì)資源，以蒸餾水處理為對(duì)照，按照上述培養(yǎng)方法培養(yǎng)，3次重復(fù)。于第3天和第7天分別統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，第8天于每皿隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗，測(cè)定植株芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，并計(jì)算平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

發(fā)芽勢(shì)（%）=3d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

發(fā)芽率（%）=7d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）式中，Gt為在不同時(shí)間（t）的發(fā)芽種子數(shù)；Dt為對(duì)應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)

活力指數(shù)（VI）=S∑Gt/Dt式中，S為苗長(zhǎng)，Gt和Dt同上

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（%）=處理發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照發(fā)芽勢(shì)×100

相對(duì)發(fā)芽率（%）=處理發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率×100

相對(duì)發(fā)芽指數(shù)（%）=處理發(fā)芽指數(shù)/對(duì)照發(fā)芽指數(shù)×100

相對(duì)活力指數(shù)（%）=處理活力指數(shù)/對(duì)照活力指數(shù)×100

相對(duì)根長(zhǎng)（%）=處理根長(zhǎng)/對(duì)照根長(zhǎng)×100

相對(duì)芽長(zhǎng)（%）=處理芽長(zhǎng)/對(duì)照芽長(zhǎng)×100

發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率（%）=（對(duì)照發(fā)芽率–處理發(fā)芽率）/對(duì)照發(fā)芽率×100

式(1)中Pj為第j個(gè)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率，表示第j個(gè)指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要程度。式(2)中Xj、Xj,min、Xj,max分別表示j個(gè)綜合指標(biāo)的測(cè)定值及第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值和最大值。根據(jù)因子權(quán)重Wj和隸屬函數(shù)值R(Xj)，按式(3)計(jì)算各材料的莠去津耐性度量值（T）。

采用Excel 2003軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SPSS 17.0軟件和DPS統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 莠去津處理濃度篩選

由表2可見，不同濃度莠去津處理下各品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率存在差異。0.5mL/L濃度處理下，龍谷25的發(fā)芽勢(shì)與0.0mL/L差異極顯著，公矮5號(hào)的發(fā)芽率與0.0mL/L差異極顯著。隨著莠去津濃度逐漸升高時(shí)，差異逐漸增大。當(dāng)莠去津濃度達(dá)到1.0mL/L時(shí)，與0.0mL/L相比，除嫩選15的發(fā)芽勢(shì)不顯著外，龍谷25和公矮5號(hào)的發(fā)芽勢(shì)都達(dá)到顯著差異，龍谷25和公矮5號(hào)的發(fā)芽率都達(dá)到顯著差異。當(dāng)莠去津濃度達(dá)到2.0mL/L時(shí)，與0.0mL/L相比，龍谷25和公矮5號(hào)的發(fā)芽勢(shì)達(dá)到極顯著差異，3個(gè)品種的發(fā)芽率都達(dá)到極顯著差異。當(dāng)莠去津濃度達(dá)到3.0mL/L時(shí)，各品種的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均差異極顯著，說明高濃度的莠去津抑制了種子的萌發(fā)。

表2 不同濃度莠去津處理下3個(gè)品種谷子的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率Table 2 Germination power and germination rate of three varieties of foxtail millet treated with different concentration of atrazine %

由表 3可知，當(dāng)莠去津濃度在 0.5mL/L和1.0mL/L時(shí)，培養(yǎng)15d種子不完全死亡。當(dāng)莠去津濃度達(dá)到2.0mL/L時(shí)，3個(gè)谷子品種在15d內(nèi)都已經(jīng)死亡。當(dāng)莠去津濃度達(dá)到3.0mL/L時(shí)，3個(gè)谷子品種在12d內(nèi)都已經(jīng)死亡。因而將2.0mL/L的莠去津溶液為谷子萌發(fā)期耐莠去津篩選的最適濃度。

表3 不同濃度莠去津處理下3個(gè)谷子品種的死亡天數(shù)Table 3 Death days of three cultivars of foxtail millet under different concentration of atrazine d

2.2 耐莠去津谷子種質(zhì)資源篩選

2.2.1 2.0mL/L的莠去津脅迫下100份谷子材料萌發(fā)期各性狀的相對(duì)值 由表4可見，在2.0mL/L的莠去津脅迫下，100份谷子材料萌發(fā)期各性狀相對(duì)值的變異系數(shù)為發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＞相對(duì)發(fā)芽勢(shì)＞相對(duì)活力指數(shù)＞相對(duì)發(fā)芽指數(shù)＞相對(duì)芽長(zhǎng)＞相對(duì)發(fā)芽率＞相對(duì)根長(zhǎng)。

表4 2.0mL/L的莠去津脅迫下100份谷子材料萌發(fā)期各性狀的相對(duì)值Table 4 Trait relative values of 100 materials of foxtail millet under 2.0mL/L atrazine stress at germination stage %

續(xù)表4 Table 4 (continued)

續(xù)表4 Table 4 (continued)

100份谷子材料中有 10份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＜5.00%，41份材料在5.01%～10.00%之間，22份材料在10.01%～15.00%之間，16份材料在15.01%～20.00%之間，8份材料在20.01%～25.00%之間，2份材料在25.01%～30.00%之間，而龍谷31的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率達(dá)到了37.88%。

發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＜5.00%的 10份谷子材料相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均＞80%，相對(duì)發(fā)芽率均＞95%，相對(duì)根長(zhǎng)均＞85%，相對(duì)芽長(zhǎng)均＞90%。發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＞20.01%的谷子材料相對(duì)發(fā)芽勢(shì)除龍谷 34外均＜70%，龍谷 34的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)為76.98%；相對(duì)發(fā)芽率均＜80%。相對(duì)根長(zhǎng)除龍谷34外均＜75%，龍谷34的相對(duì)根長(zhǎng)為83.87%；相對(duì)芽長(zhǎng)除嫩選15外均＜80%，嫩選15的相對(duì)芽長(zhǎng)為94.08%。

2.2.2 莠去津脅迫條件下谷子各性狀的相關(guān)分析 由表 5可知，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)與相對(duì)芽長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，與相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)和相對(duì)根長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率呈極顯著負(fù)相關(guān)。相對(duì)發(fā)芽率與相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)根長(zhǎng)和相對(duì)芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率呈極顯著負(fù)相關(guān)。相對(duì)發(fā)芽指數(shù)與相對(duì)活力指數(shù)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率呈極顯著負(fù)相關(guān)。相對(duì)活力指數(shù)與相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率呈極顯著負(fù)相關(guān)。相對(duì)根長(zhǎng)與相對(duì)芽長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率呈極顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)果表明，發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率與其他指標(biāo)均呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明，品種本身活力高，在莠去津脅迫下發(fā)芽率高，根長(zhǎng)越長(zhǎng)，芽長(zhǎng)越長(zhǎng)，種子受到的抑制作用越小。

表5 2.0mL/L的莠去津脅迫下谷子各性狀相對(duì)值的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of relative values of foxtail millet traits under 2.0mL/L atrazine stress

2.2.3 莠去津脅迫條件下谷子死亡天數(shù)聚類分析 如圖1所示，采用最遠(yuǎn)距離法對(duì)死亡天數(shù)進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離為0.25處分為3類。晉谷26、汾選3號(hào)、紫根谷子等10份材料在15d內(nèi)未全部死亡，耐藥性強(qiáng)；黃沙谷、赤谷10、龍谷33等78個(gè)谷子品種在13～15d內(nèi)死亡，耐藥性弱；嫩選15、鉆頭白、金穗黃金谷等12個(gè)谷子品種在10～12d內(nèi)死亡，耐藥性極弱。

圖1 100個(gè)谷子品種莠去津處理后死亡天數(shù)聚類分析Fig.1 Cluster analysis of death days after atrazine treatment in 100 foxtail millet varieties

2.2.4 莠去津脅迫條件下谷子萌發(fā)期主成分及因子分析 由表6可知，前2個(gè)主成分的特征值＞1，莠去津脅迫條件下 100份谷子材料萌發(fā)期的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)6個(gè)指標(biāo)主要可分為2個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率分別為59.88%和19.41%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.29%。

表6 莠去津脅迫下谷子萌發(fā)期各指標(biāo)的主成分及貢獻(xiàn)率Table 6 The main components and contribution rate of each index in the germination period of foxtail millet under atrazine stress

從各個(gè)指標(biāo)在綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率及主成分特征向量值（表7）可以看出，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)與第1主成分密切相關(guān)；根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)與第2主成分密切相關(guān)。

表7 莠去津脅迫條件下谷子萌發(fā)期各指標(biāo)的因子載荷矩陣Table 7 Factor load matrix of different indexes in germinating stage of foxtail millet under atrazine stress

2.2.5 不同谷子品種萌發(fā)期對(duì)莠去津的耐藥性的綜合評(píng)價(jià) 采用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)100份谷子材料萌發(fā)期的耐藥性（表8）。先根據(jù)公式(1)計(jì)算出各綜合指標(biāo)的權(quán)重，通過公式(2)獲得各材料所有綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值R(Xj)，再根據(jù)公式（3）計(jì)算出莠去津脅迫條件下各材料的耐藥性綜合評(píng)價(jià)T值，其中T值越大，表明材料的綜合耐藥性越強(qiáng)。

表8 莠去津脅迫下谷子萌發(fā)期耐藥性綜合評(píng)價(jià)Table 8 Comprehensive evaluation of resistance to atrazine of foxtail millet during germination period

如圖2所示，采用最遠(yuǎn)距離法對(duì)T值進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離為0.35處共分為4類。第Ⅰ類屬于高耐品種，T值的變化范圍在0.975～0.730之間，包括汾選3號(hào)、紫根谷子和河北香谷等24份材料，占供試材料的24%；第Ⅱ類屬于中耐品種，T值變化范圍在0.720～0.582之間，包括黃沙谷、赤谷10和千斤紅等28份材料，占供試材料的28%；第Ⅲ類為中感品種，T值變化范圍在0.567～0.312之間，包括龍谷23、超小粒51和宇谷1號(hào)等31份材料，占供試材料的31%；第Ⅳ類為高感品種，T值變化范圍在0.287～0.108之間，包括嫩選15號(hào)、龍谷25和金穗黃金谷等17份材料，占供試材料的17%。

圖2 莠去津脅迫下谷子萌發(fā)期耐藥性綜合評(píng)價(jià)聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis of comprehensive evaluation of resistance to atrazine of foxtail millet during germination period

高耐的24份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率均＜10%，有 6份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＜5%，且這6份材料在15d內(nèi)均未完全死亡；中耐的28份材料中有4份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＜5%，且這4份材料在15d內(nèi)均未完全死亡；中感的31份材料中有5份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＞20%；高感的17份材料中，有12份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＞15%，有5份材料的發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＞20%。說明莠去津脅迫對(duì)高耐品種的發(fā)芽率影響較小，對(duì)高感品種的發(fā)芽率影響較大。

3 討論

隨著化學(xué)除草劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，雜草對(duì)化學(xué)除草劑的耐性增強(qiáng)，化學(xué)除草劑的使用量大幅度增加，非合理使用導(dǎo)致化學(xué)除草劑在土壤中的殘留越來越多，對(duì)種子萌發(fā)的影響越來越大。不同作物或同一作物的不同品種對(duì)除草劑敏感性不同[9-14]，植物存在天然耐性基因，通過除草劑的選擇，可篩選出耐除草劑作物[15]。莠去津作為玉米田的常用除草劑，在土壤中殘留可能影響谷子種子萌發(fā)。本研究得到相似結(jié)論，在莠去津脅迫條件下，所有供試谷子種質(zhì)指標(biāo)均受到不同程度的影響。

續(xù)表8 Table 8 (continued)

張文芳[16]研究表明，3種除草劑對(duì)5種藥用植物種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)均有抑制作用，與本研究結(jié)果基本相同，除草劑莠去津?qū)茸臃N子萌發(fā)具有抑制作用，且隨著濃度的增加抑制程度也增加。林靜雯等[17]研究表明，發(fā)芽前期草甘膦對(duì)杉木種子的發(fā)芽率無顯著影響，發(fā)芽后期高濃度草甘膦作用下的種子明顯受到抑制作用。呂雙雪等[18]對(duì)西瓜種子發(fā)芽試驗(yàn)表明，除草劑莠去津和拿捕凈對(duì)西瓜種子發(fā)芽率有一定的影響。本研究表明，莠去津?qū)茸拥陌l(fā)芽率有顯著影響，發(fā)芽明顯受到抑制。范潤(rùn)珍[19]研究表明，不同濃度莠去津處理后的白菜苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)與對(duì)照相比均受到不同程度的抑制。這與本研究結(jié)果相同，不同濃度莠去津處理后的谷子芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)與對(duì)照相比均受到不同程度的抑制。近年來，隨著作物耐逆性研究的深入，采用多種方法綜合評(píng)價(jià)，可以避免單一指標(biāo)的片面性和不穩(wěn)定性，而目前作物耐除草劑研究中評(píng)價(jià)方法較單一[20]。本研究采用T值綜合評(píng)價(jià)谷子種子對(duì)莠去津耐性，進(jìn)行較確切的聚類分析和耐藥型劃分，據(jù)此綜合評(píng)價(jià)選出耐性強(qiáng)的谷子品種。

4 結(jié)論

篩選出2.0mL/L的莠去津溶液為谷子萌發(fā)期耐莠去津篩選的最適濃度。在2.0mL/L莠去津脅迫下，100份谷子材料萌發(fā)期各性狀相對(duì)值的變異系數(shù)為發(fā)芽相對(duì)莠去津脅迫率＞相對(duì)發(fā)芽勢(shì)＞相對(duì)活力指數(shù)＞相對(duì)發(fā)芽指數(shù)＞相對(duì)芽長(zhǎng)＞相對(duì)發(fā)芽率＞相對(duì)根長(zhǎng)。根據(jù)T值篩選出汾選3號(hào)、紫根谷子、公矮2號(hào)、山西烏谷、河北香谷和草谷子6個(gè)谷子品種在莠去津脅迫下綜合性狀表現(xiàn)良好，可以作為耐莠去津品種選育和莠去津耐性機(jī)理研究的優(yōu)質(zhì)資源。