PEG 模擬干旱脅迫下辣椒種子萌發(fā)特性及抗旱性評(píng)價(jià)

廖博通，陳 琳，唐可蘭，文明英，劉劍眉，韓 蓉

（衡陽(yáng)市蔬菜研究所 湖南衡陽(yáng) 421000）

我國(guó)水資源匱缺且分布不均勻，而干旱是影響農(nóng)作物生產(chǎn)的主要非生物脅迫因素之一，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。辣椒（L.）是我國(guó)種植范圍最廣的蔬菜之一，屬于茄科辣椒屬草本植物，對(duì)光周期不敏感，但受有效積溫影響。辣椒具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，富含的辣椒堿不僅具有抗癌、治療炎癥和降低血液膽固醇等功效，還具有較強(qiáng)的抑菌效果。辣椒栽培具有較高的產(chǎn)值和效益，2019 年辣椒種植面積逾226 萬(wàn)hm，是我國(guó)種植面積最大的蔬菜。

種子萌發(fā)是種子生活史中的重要階段，也是作物群體數(shù)量建成的重要時(shí)期，極易受干旱脅迫的影響。聚乙二醇（PEG）是一種親水性強(qiáng)的高分子有機(jī)物，PEG 模擬干旱脅迫試驗(yàn)具有省時(shí)、省力、可控性強(qiáng)、周期短和重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，常作為滲透調(diào)節(jié)劑應(yīng)用到模擬干旱脅迫中，在西瓜、玉米、豌豆、大豆、豇豆等植物耐旱性研究中已有相關(guān)報(bào)道。目前針對(duì)辣椒干旱脅迫的響應(yīng)已有一些研究報(bào)道，主要集中在干旱脅迫對(duì)辣椒幼苗葉片可溶性糖、葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)含量等生理指標(biāo)影響的研究方面。而對(duì)干旱脅迫下辣椒種子萌發(fā)特性和辣椒品種間的抗旱性評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少。筆者以栽培推廣面積較大的12 個(gè)辣椒品種為材料，利用PEG-6000 模擬干旱脅迫，比較12 個(gè)辣椒品種的種子萌發(fā)特性，并采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，旨在篩選出抗旱性強(qiáng)的辣椒品種，為干旱地區(qū)辣椒引種栽培和抗旱性品種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)辣椒品種共12 個(gè)，詳見(jiàn)表1。PEG-6000購(gòu)自無(wú)錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司，試驗(yàn)前，分別稱(chēng)取0、5、10、15、20 g 聚乙二醇溶解于無(wú)菌蒸餾水中并定容至100 mL，得到0%（CK）、5%、10%、15%、20%的PEG 溶液，備用。

表1 12 個(gè)供試?yán)苯菲贩N

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年7 月在衡陽(yáng)市蔬菜研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。從12 個(gè)參試品種中分別選取450 粒飽滿(mǎn)種子，用0.3%的高錳酸鉀溶液消毒15 min，再用無(wú)菌水沖洗5 遍。在每個(gè)無(wú)菌培養(yǎng)皿中放入2 層濾紙，放入30 粒消毒充分的辣椒種子，加入5 mL 配制好的不同濃度PEG 溶液進(jìn)行干旱脅迫，試驗(yàn)共設(shè)5 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30 粒種子，每個(gè)培養(yǎng)皿為1 次重復(fù)。最后將不同處理的培養(yǎng)皿隨機(jī)放入25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱（光照∶黑暗=12∶12）中進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。為保持脅迫濃度相對(duì)穩(wěn)定，發(fā)芽期間每4 d 更換濾紙和PEG 脅迫溶液。

1.3 性狀指標(biāo)測(cè)定

將胚芽突破種皮大于1 mm 定為萌發(fā)，每天統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)，第5 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，培養(yǎng)至第12 天時(shí)，在每個(gè)處理中隨機(jī)選取5株幼苗，用精度為1 mm 的尺子測(cè)量苗高和根長(zhǎng)，相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

發(fā)芽勢(shì)（GE）/%=（第5 天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100；

發(fā)芽率（GR）/%=（第7 天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100；

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

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

發(fā)芽指數(shù)（GI）/%=∑（/）；

活力指數(shù)（VI）/%=根長(zhǎng)×∑（/）；

為發(fā)芽試驗(yàn)終期內(nèi)每日發(fā)芽數(shù)、為發(fā)芽日數(shù)。

相對(duì)發(fā)芽指數(shù)（RGI）/%=（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)（RVI）/%=（處理活力指數(shù)/對(duì)照活力指數(shù)）×100；

相對(duì)苗高（RSH）/%=（處理苗高/對(duì)照苗高）×100；

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

1.4 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

辣椒種子萌發(fā)期的抗旱性評(píng)價(jià)參考崔宏亮等和朱世楊等的方法，采用隸屬函數(shù)法對(duì)12 個(gè)辣椒品種種子萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。利用公式計(jì)算每份材料在不同濃度PEG 溶液脅迫下的具體隸屬函數(shù)值：（）=（-）/（-），式中，為參試品種某一指標(biāo)的測(cè)定值，和分別表示所有參試品種中該指標(biāo)的最大值和最小值。再把每個(gè)指標(biāo)在不同PEG 濃度脅迫下的隸屬函數(shù)值累加并求平均值，根據(jù)各參試品種平均隸屬函數(shù)值大小確定其抗旱性強(qiáng)弱，平均值越大抗旱性越強(qiáng)，反之則抗旱性越弱。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003 和SPSS 22.0 版本進(jìn)行辣椒種子萌發(fā)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析。方差分析采用鄧肯式新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)辣椒品種相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

由表2 可知，除A1 和A11 外，其他參試品種相對(duì)發(fā)芽率均表現(xiàn)出隨干旱脅迫的增強(qiáng)而逐漸減小趨勢(shì)。當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%時(shí)，A5 和A8的RGR 率均超過(guò)100%，表明低濃度脅迫能在一定程度上促進(jìn)這2 個(gè)品種種子的萌發(fā)。當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，A1、A5、A7、A10 和A11 的RGR 均在60%以上，表現(xiàn)為較抗旱。A9 的相對(duì)發(fā)芽率最低，僅為36.27%，明顯低于A(yíng)1、A5、A6、A7、A10 和A11 品種，較不抗旱。

表2 PEG 脅迫對(duì)不同辣椒品種相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響 %

RGE 較RGR 表現(xiàn)更為敏感。由各品種處理間的RGE 可知，除A1、A6 和A7 的RGE 表現(xiàn)出隨脅迫程度加劇先增加后降低的趨勢(shì)，而其他各品種處理RGE 均表現(xiàn)出隨脅迫程度加劇而降低趨勢(shì)。由各品種間的RGE 可知，當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，對(duì)A2、A3、A4、A5、A8 和A10 的RGE 有一定的促進(jìn)作用。10%～15%的PEG 濃度脅迫對(duì)辣椒品種間的RGE 影響較小，其中A9 的RGE 最低。當(dāng)PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，品種間的RGE 為13.97%～55.16%之間，最大值為A1 品種，最小值為A12 品種。

2.2 干旱脅迫對(duì)辣椒品種相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)的影響

由表3 可知，在不同PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)脅迫下，除A6 和A11 的RGI 在低濃度脅迫下呈上升趨勢(shì)外，其他辣椒品種的RGI 和RVI 均隨干旱脅迫的增強(qiáng)而呈降低趨勢(shì)。在5%PEG 脅迫下，供試?yán)苯菲贩NRGI 和RVI 分別為76.66%～108.49%和66.37%～96.58%，其中A4 的RGI 和RVI 均最低，此濃度對(duì)A5、A6 和A8 的RGI 具有一定的促進(jìn)作用。在10%的PEG 脅迫下，各辣椒品種RGI 和RVI 分別為63.59%～108.51%和31.55%～82.50%，其中A9 的RGI 和RVI 均最低，A9 的RVI 顯著低于其他品種。在15%PEG 脅迫下，所有辣椒品種的RGI 和RVI 分別為53.53%～90.74%和12.50%～46.31%，其中A9 的RVI 顯著低于其他品種。在20%PEG 脅迫下，各辣椒品種的RGI 和RVI 分別為24.50%～63.50%和5.25%～21.22%。A9 的RVI 最低，僅為5.25%，顯著低于A(yíng)1、A4、A5、A6、A7 和A10 品種。結(jié)果表明A9 的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)相比其他品種較弱，較不抗旱。

表3 PEG 脅迫對(duì)不同辣椒品種相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)的影響 %

2.3 干旱脅迫對(duì)辣椒品種相對(duì)苗高和相對(duì)根長(zhǎng)的影響

由表4 可知，在不同的PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)脅迫下，所有辣椒品種的RSH 和RRL 均隨著干旱脅迫的增強(qiáng)而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，除A7 外，A1 的RSH 顯著高于其他品種。當(dāng)PEG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，A4 的RSH 值表現(xiàn)為最低，僅為17.90%，顯著低于A(yíng)1、A7 和A10 品種。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)PEG 脅迫對(duì)RRL 的影響與RSH 有一定差異，當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，A9 的RRL 值最低，為49.65%，顯著低于A(yíng)1、A2、A6 和A10 品種。隨著脅迫程度加劇，當(dāng)PEG 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，各辣椒品種的RRL 為19.50%～39.95%，A2、A3、A8、A9和A11 的RRL 顯著低于A(yíng)1、A6、A7、A10 和A12，隨著脅迫程度加劇，各品種對(duì)脅迫的響應(yīng)有較大差異。

表4 PEG 脅迫對(duì)不同辣椒品種相對(duì)苗高和相對(duì)根長(zhǎng)的影響 %

2.4 12個(gè)辣椒品種萌發(fā)期抗旱性綜合評(píng)價(jià)

種子萌發(fā)期的抗旱性受多種因素的綜合影響，單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)不同品種間的抗旱性評(píng)價(jià)具有一定的片面性，對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)能提高抗旱性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。本試驗(yàn)采用隸屬函數(shù)法，以RGR、RGE、RGI、RVI、RSH 和RRL 為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)12 個(gè)辣椒品種抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由表5 可知，12 個(gè)辣椒品種平均隸屬函數(shù)值為0.124 5～0.691 2，存在較大差異，最大值和最小值相差5.55 倍。根據(jù)隸屬函數(shù)的平均值進(jìn)行排序，得出12 個(gè)辣椒品種抗旱能力由強(qiáng)到弱依次為：豐源大螺（A1）＞博辣8號(hào)（A5）＞湘研珍麗（A10）＞興蔬早惠（A6）＞興蔬皺皮辣（A7）＞湘妹籽豐抗21（A11）＞興蔬215（A8）＞黃辣1 號(hào)（A3）＞豐源3 號(hào)（A2）＞湘妹籽湘新十五（A12）＞湘椒四號(hào)（A4）＞湘研5 號(hào)（A9）。

表5 12 個(gè)辣椒品種抗旱指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)

3 討論與結(jié)論

作物的抗旱性強(qiáng)弱受自身遺傳因素和外部環(huán)境因素的共同影響，干旱脅迫能發(fā)生在作物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段，最終決定產(chǎn)量。種子萌發(fā)是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，對(duì)作物在各種逆境中的生長(zhǎng)具有決定作用。研究表明，不同作物品種間耐旱性具有明顯的差異。因此，篩選出抗旱性強(qiáng)的品種并進(jìn)行推廣對(duì)提高作物產(chǎn)量具有重要意義。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、苗高等指標(biāo)的相對(duì)值能反映種子在逆境脅迫下品種間的抗性差異。筆者利用RGR、RGE、RGI、RVI、RSH 和RRL 6 個(gè)指標(biāo)對(duì)推廣面積較大的12 個(gè)辣椒品種進(jìn)行種子萌發(fā)期抗旱性研究，結(jié)合隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，隨著PEG 脅迫濃度的增加，各辣椒品種的RVI、RSH和RRL 均呈降低趨勢(shì)。在PEG 濃度為5%的模擬干旱脅迫下，A5 和A8 的RGR，A2、A3、A4、A5、A8和A10 的RGE，A5、A6、A8 的RGI 的數(shù)值均大于100%，隨著PEG 干旱脅迫濃度的加大，呈降低趨勢(shì)。這可能是由于低濃度的PEG 溶液通過(guò)滲透調(diào)節(jié)促進(jìn)種子吸收，進(jìn)而提高種子萌發(fā)率和整齊率，這與周芳等的研究結(jié)果基本一致，與張會(huì)靈等研究辣椒種子在干旱脅迫下種子萌發(fā)響應(yīng)有部分差異。在低濃度的PEG 干旱脅迫下，各品種間差異不明顯，隨著PEG 干旱脅迫濃度的增加，各參試品種間的抗旱性有所差異，反映不同品種間的抗旱性具有一定的差異。

隸屬函數(shù)法是在測(cè)定多個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上對(duì)作物抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)的有效方法，可以消除個(gè)別指標(biāo)的片面性，且隸屬函數(shù)值是一個(gè)0～1 之間的數(shù)字，能使品種間的比較變得簡(jiǎn)單，越來(lái)越多的學(xué)者利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行作物抗旱性評(píng)價(jià)。本研究結(jié)果表明，單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)品種間的差異較大，如A5 的RGR 隸屬函數(shù)值在參試品種中最大，為0.954 3，A9的最小，為0.116 8，兩者相差8.17 倍；A10 的RRL隸屬函數(shù)值為0.931 0，A9 的為0.135 4，相差6.88倍。在姚慶等的研究中也有這樣的情況。并且本研究發(fā)現(xiàn)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)同一品種的耐性評(píng)價(jià)也有一定的差異，如A6 的RGI 和RVI 的隸屬函數(shù)值在參試品種中均表現(xiàn)為最大，表現(xiàn)為耐旱，而其RSH 的隸屬函數(shù)值表現(xiàn)為最小，表現(xiàn)為不耐旱，其平均隸屬函數(shù)排序?yàn)榈谒?。A1 的RGR 的隸屬函數(shù)值表現(xiàn)較低，而其RSH 的隸屬函數(shù)值在參試品種中為第一，且其RGE、RGI、RVI 和RRL 的隸屬函數(shù)值均在前三，其平均隸屬函數(shù)值最大，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性。試驗(yàn)采用多指標(biāo)對(duì)辣椒品種的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比單一評(píng)價(jià)更具有可行性和可靠性。

筆者采用RGR、RGE、RGI、RVI、RSH 和RRL 6個(gè)指標(biāo)對(duì)參試的12 個(gè)辣椒品種進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，根據(jù)平均隸屬函數(shù)值排序，12 個(gè)辣椒品種的抗旱性排序依次為豐源大螺＞博辣8 號(hào)＞湘研珍麗＞興蔬早惠＞興蔬皺皮辣＞湘妹籽豐抗21＞興蔬215＞黃辣1號(hào)＞豐源3 號(hào)＞湘妹籽湘新十五＞湘椒四號(hào)＞湘研5號(hào)。豐源大螺、博辣8 號(hào)和湘研珍麗等品種表現(xiàn)為抗旱性強(qiáng)，而湘研5 號(hào)、湘椒四號(hào)和湘妹籽湘新十五表現(xiàn)為抗旱性弱。本研究結(jié)果為干旱地區(qū)辣椒引種栽培和辣椒抗旱性品種選育提供了有效的理論依據(jù)。