PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)藜麥種子萌發(fā)的影響

陳明君， 蒙柳貝， 李 玥， 敖 芳， 王 澍,2*

(1.西南林業(yè)大學(xué) 園林園藝學(xué)院，云南 昆明 650224； 2.國(guó)家林業(yè)和草原局 西南風(fēng)景園林工程技術(shù)研究中心， 云南 昆明 650224)

0 引言

【研究意義】干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要問(wèn)題之一，其出現(xiàn)頻率高、范圍廣和產(chǎn)生的影響大[1]。干旱嚴(yán)重時(shí)會(huì)抑制植物生長(zhǎng)發(fā)育，造成農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)[2]，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國(guó)每年旱災(zāi)面積達(dá)2 114萬(wàn)hm2，約占全國(guó)播種總面積的14.6%[3]，因此培育和篩選出耐旱的農(nóng)作物品種，有助于降低干旱脅迫給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的巨大損失?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】藜麥(Chenopodiumquinoa)是一種原產(chǎn)于南美洲的[4-5]1年生的雙子葉草本植物，現(xiàn)已有7 000余年的種植歷史[6]。藜麥具有很強(qiáng)的抗鹽堿、抗霜凍和抗旱能力以及較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，富含豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸和不飽和脂肪酸等[7-9]。藜麥種子的顏色主要有黑、紅、白及灰4種，其中黑色、紅色和灰色的子粒較小，而白色品種的口感較好[10]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)為，藜麥?zhǔn)俏ㄒ坏膯误w植物即可滿足人體基本需求的食物。目前，我國(guó)是除原產(chǎn)國(guó)以外藜麥種植面積最大的國(guó)家之一[11]。此外，藜麥由于自身的抗脅迫特性以及獨(dú)特形態(tài)而具有較高的經(jīng)濟(jì)潛力，目前已成為未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ霓r(nóng)作物之一[12-13]。對(duì)多數(shù)植物而言，種子階段是植物生活周期中抗不利環(huán)境脅迫的脆弱階段，而幼苗期則是最為脆弱的時(shí)期[14]，因而種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)是植物生活史中的關(guān)鍵階段[15]，直接關(guān)系到幼苗的成活，并決定著植物種群的建立和更新[16]。已有學(xué)者對(duì)作物種子萌發(fā)期的抗逆性進(jìn)行研究。宿婧等[17]研究PEG-6000模擬干旱脅迫條件下藜麥萌發(fā)期的抗旱性及生理特性發(fā)現(xiàn)，適宜質(zhì)量濃度的PEG-6000溶液能促進(jìn)種子萌發(fā)，提高中游離氨基酸含量及POD活性。張斌等[18]對(duì)7個(gè)不同來(lái)源藜麥品種的萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，低濃度PEG脅迫能夠促進(jìn)部分藜麥品種的萌發(fā)。GARCIA等[19]研究發(fā)現(xiàn)，干旱引起的土壤板結(jié)對(duì)藜麥早期生長(zhǎng)階段幾乎無(wú)影響?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來(lái)，藜麥作為具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的新型作物，被越來(lái)越多地區(qū)引種推廣。前人研究大多針對(duì)不同品種藜麥的產(chǎn)業(yè)發(fā)展[20]、栽培技術(shù)[21]和抗性研究[22-23]等方面，但關(guān)于干旱脅迫對(duì)藜麥種子造成的影響鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】藜麥種子由于其獨(dú)特的生物學(xué)特性，在萌發(fā)期的關(guān)鍵階段篩選并培育出耐旱品種，對(duì)后期提高藜麥產(chǎn)量與品質(zhì)具有十分重要的意義。通過(guò)不同濃度PEG-6000模擬干旱脅迫，對(duì)比分析不同藜麥品種在干旱脅迫條件下種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)等萌發(fā)特性，旨在為篩選高抗旱性藜麥品種及干旱地區(qū)藜麥種植提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

4種不同顏色的藜麥種子：黑色(76)、白色(1-4)、灰色(36-3)和紅色(21-2)，由西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院提供。

赤霉素(PHA0003，北京酷萊博公司)，維生素B6(CV11821-5 g，北京酷萊博公司)；SANYO光照恒溫恒濕培養(yǎng)箱(MLR-351H，日本三洋公司)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2.5%(T1)、5.0%(T2)、7.5%(T3)、10.0%(T4)的PEG-6000溶液，以及蒸餾水處理作對(duì)照(CK)。選取每個(gè)品種籽粒飽滿、大小均勻、無(wú)病蟲(chóng)害的藜麥種子，用75%的酒精消毒1 min，再用無(wú)菌水沖洗干凈。將種子均勻擺放在鋪有2層濾紙的各處理培養(yǎng)皿中，每皿50粒，3次重復(fù)。播種后的種子置于25℃恒溫萌發(fā)，每3 d更換1次濾紙，并及時(shí)清理發(fā)霉腐爛的種子，以防止污染其他種子。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 從處理開(kāi)始每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)(胚根長(zhǎng)≥2 mm即判定萌發(fā))，直到種子的萌發(fā)數(shù)不再增加時(shí)，計(jì)算發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽勢(shì)(GF)、發(fā)芽指數(shù)(Gi)和活力指數(shù)(Vi)。發(fā)芽時(shí)間為7 d，同時(shí)在第7天從每個(gè)品種各培養(yǎng)皿中選取20株長(zhǎng)勢(shì)一致且較好的幼苗，測(cè)量胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)及幼苗鮮重。

GR=(正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%

GF=(3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種數(shù))×100%

GI=∑當(dāng)天發(fā)芽數(shù)(Gt)/天數(shù)(Dt)

S=10株幼苗總重(g)/10

式中，Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù)，Gi為發(fā)芽指數(shù)，S為種苗芽的平均鮮重。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、繪圖和表格制作，觀察和分析數(shù)據(jù)整體的趨勢(shì)；采用SPSS 24對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000模擬干旱脅迫處理藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)

由表1看出，不同濃度PEG-6000模擬干旱脅迫處理對(duì)藜麥各品種種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響不同。未處理?xiàng)l件下，各品種也存在差異，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均為白色>黑色>灰色>紅色。PEG-6000處理?xiàng)l件下，同一品種隨濃度增加，黑色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈先降后升趨勢(shì)，T2的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著；白色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)不變，分別為100%和99%；灰色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈先降后升趨勢(shì)；紅色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈先升后降趨勢(shì)。與對(duì)照相比，灰色和紅色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)高于對(duì)照，而白色品種不變。此外，黑色品種在PEG-6000濃度≥5.0%時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)低于對(duì)照，其他濃度差異不顯著。

表1 不同濃度PEG-6000處理藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)

2.2 PEG-6000模擬干旱脅迫處理藜麥種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)

由表2看出，不同PEG-6000濃度處理對(duì)各藜麥品種種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響不同。未處理?xiàng)l件下，各品種也存在差異，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均為白色>黑色>灰色>紅色。PEG-6000處理?xiàng)l件下，同一品種隨濃度增加，黑色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先升高后降低趨勢(shì)，T4發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著低于其余處理；白色品種的發(fā)芽指數(shù)逐漸降低，而活力指數(shù)除T2最低，其余處理差異不顯著；灰色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先降后升趨勢(shì)，T4發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最低。紅色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈先升高后降低趨勢(shì)，T4發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最低。黑色、灰色和紅色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)T1～T3均高于CK，T4低于CK。此外，白色品種的發(fā)芽指數(shù)均低于CK，而活力指數(shù)除T2外，其余處理差異不顯著。

表2 不同濃度PEG-6000處理藜麥種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)

2.3 PEG-6000模擬干旱脅迫處理藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重

從圖1看出，不同濃度PEG-6000處理對(duì)各品種藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重影響不同。1) 胚根長(zhǎng)。白色和紅色藜麥種子的胚根長(zhǎng)隨PEG-6000濃度增加呈先增后減再增再減趨勢(shì)，黑色和灰色藜麥種子的胚根長(zhǎng)則呈先減后增再減趨勢(shì)，當(dāng)濃度達(dá)7.5%時(shí)，4種顏色藜麥種子的胚根長(zhǎng)均達(dá)最大，其中，以白色品種的胚根最長(zhǎng)，為8.14 cm，較CK增加3.91 cm，另外3個(gè)品種的胚根長(zhǎng)分別較對(duì)照增加2.49 cm、1.03 cm和1.23 cm；當(dāng)濃度繼續(xù)增加時(shí)各品種的胚根長(zhǎng)均呈減小趨勢(shì)。2) 幼苗鮮重。隨PEG-6000濃度增加，4種藜麥幼苗鮮重均呈先增后減再增再減趨勢(shì)，且均在PEG-6000濃度為7.5%時(shí)達(dá)最大，其中，以灰色和白色品種的幼苗鮮重較高，分別為0.28 g和0.27 g；當(dāng)濃度繼續(xù)增加時(shí)各品種的幼苗鮮重均呈減小趨勢(shì)，且均低于CK。表明，在PEG-6000濃度7.5%處理下藜麥種子生長(zhǎng)更健壯。

圖1 不同濃度PEG-6000處理藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重

Fig.1 Radicle length and seedling fresh weight ofC.quinoaseed at germination stage treated with different concentrations of PEG-6000

3 討論

PEG脅迫是一種常見(jiàn)的逆境危害，影響植物的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程。而萌發(fā)期作為植物生活史的關(guān)鍵階段，適宜濃度PEG溶液可提高種子發(fā)芽率[24]。研究結(jié)果表明，不同濃度的PEG-6000對(duì)不同顏色(品種)藜麥種子的萌發(fā)影響不同，其中，白色品種抗旱能力最強(qiáng)，不受不同PEG-6000濃度的影響。而適宜的濃度條件下，PEG能促進(jìn)黑色、紅色和灰色品種藜麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽活力指數(shù)的提高。與史鋒厚等[24]的研究結(jié)果不完全一致，但與李芊夏等[25-26]輕度干旱脅迫可提高種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的研究結(jié)果相近。可能是適宜的PEG-6000濃度增加了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，并修復(fù)膜系統(tǒng)損傷[27]，與其在極端環(huán)境下對(duì)種子的高度保護(hù)結(jié)構(gòu)有關(guān)[28]。此外，隨著PEG-6000濃度的增加，可促進(jìn)藜麥胚根長(zhǎng)及幼苗鮮重的增大，但高濃度對(duì)4個(gè)品種藜麥的胚根長(zhǎng)及幼苗鮮重均有一定抑制作用。與陳錦坤等[29-31]對(duì)大豆、光皮樺種子的研究結(jié)果相似?？赡苁怯捎诓煌伾?品種)的藜麥對(duì)PEG-6000的脅迫能力反應(yīng)存在差異。

PEG-6000作為常用的干旱脅迫調(diào)節(jié)劑，已廣泛應(yīng)用于不同植物中[32-33]。通過(guò)研究不同濃度PEG-6000對(duì)不同顏色(品種)藜麥種子萌發(fā)期的影響，增加對(duì)藜麥種子抗旱性的了解，為后期藜麥的相關(guān)研究打下基礎(chǔ)，后續(xù)應(yīng)將生理指標(biāo)以及抗旱性的相關(guān)程度納入研究，提高對(duì)高抗性藜麥品種的篩選。

4 結(jié)論

不同濃度PEG-6000溶液對(duì)各色藜麥種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)的影響不同，低濃度(2.5%～7.5%)的PEG-6000溶液中藜麥種子的萌發(fā)能力強(qiáng)于對(duì)照，4種顏色藜麥種子均具有一定耐旱能力，尤其以紅色種子的耐旱能力最強(qiáng)；各色藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)本身存在差異。PEG-6000濃度為7.5%時(shí)紅色藜麥種子發(fā)芽指標(biāo)均達(dá)最大；且各色藜麥種子的胚根長(zhǎng)及幼苗鮮重均達(dá)最大。濃度為10.0%時(shí)各色藜麥種子的胚根長(zhǎng)及幼苗鮮重均降至最低。