煙草外引種質(zhì)資源抗旱性鑒定與評價

丁燕芳，王海濤，孫 煥，孫計平，宋學立，李旭輝，平文麗，李雪君，侯 詠，俎煥新

（河南省農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，河南 許昌 461000）

煙草生長期對水分的要求比較高，如果受到干旱脅迫就會影響煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量［1］。中國是個水資源短缺的國家，水資源時空分布不均，近年來中國部分煙區(qū)連續(xù)遭受嚴重干旱，旱災發(fā)生的頻率和影響范圍擴大，持續(xù)時間和遭受的損失增加，對中國煙葉生產(chǎn)產(chǎn)生了極大影響。研究煙草抗旱性，發(fā)掘抗旱種質(zhì)，培育抗旱煙草新品種，是解決干旱條件對煙草品質(zhì)影響最簡便有效的途徑之一［2］。作物抗旱性體現(xiàn)在不同的生育階段，例如種子萌發(fā)期、幼苗期、水分臨界期和全生育期等。一般認為，作物在種子萌發(fā)期對環(huán)境變化最為敏感，也是評價作物抗旱性的重要階段之一［3］。前人對作物抗旱性研究已有很多報道［4-7］，且證實發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和根長等與抗旱性密切相關。鑒于煙草抗旱種質(zhì)資源的研究相對較少的現(xiàn)狀，本研究借鑒前人的研究方法，以PEG-6000為脅迫物質(zhì)，對新引進的24份煙草品種在干旱脅迫下的萌發(fā)性狀指標進行鑒定和分析，以期篩選出煙草萌發(fā)期抗旱性的主要鑒定指標和抗旱性較強的煙草種質(zhì)，為煙草抗旱育種提供種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗選用24份國外引進煙草品種材料，品種信息見表1。

1.2 試驗設計

試驗在人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)進行，采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，以15%PEG-6000水溶液（W/V）進行干旱脅迫［8］。每個煙草品種挑選大小均勻、子粒飽滿、無病蟲害的種子，用75%的乙醇浸泡10 min進行消毒處理，然后用去離子水反復沖洗，置于濾紙上攤開自然晾干備用。每個煙草品種設置去離子水對照和PEG-6000滲透脅迫2個處理，3次重復，直徑9 cm的培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙。脅迫處理用移液槍加入10 mL的15%PEG-6000水溶液，對照中加入10 mL去離子水。用鑷子（75%乙醇已消毒）將已經(jīng)晾干的50粒種子均勻擺放在培養(yǎng)皿中，加蓋。最后將培養(yǎng)皿一起放入人工氣候培養(yǎng)箱，培養(yǎng)條件為20℃恒溫，相對濕度（60±5）%，每天12 h光照，光照度1 000 lx。發(fā)芽期間每2 d更換一次PEG-6000溶液，對照更換去離子水，保持濾紙濕潤。

1.3 測定項目與方法

以胚根長大于等于種子長或胚芽長大于等于1/2種子長作為發(fā)芽標準。每天定時觀察并記錄發(fā)芽種子數(shù)及發(fā)芽狀況，培養(yǎng)第3天測定發(fā)芽勢；第7天測定發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)；第14天測定發(fā)芽率。發(fā)芽結束后，每個處理隨機挑選30株幼苗，用游標卡尺測量幼苗的根長、苗高、莖長、全苗長等，用萬分之一天平稱全苗鮮重。隨后將幼苗在80℃下烘干24 h，用萬分之一天平測定幼苗全苗干重。各指標計算公示如下。

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

發(fā)芽勢（GE）=日發(fā)芽種子數(shù)達最大時的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)（GI）=Σ（Gt/Dt）

式中，Gt為t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應時間的發(fā)芽天數(shù)。

活力指數(shù)（VI）=GI×S

式中，S為平均芽長。

根長（RL）：處理結束時，用直尺測定從種子胚到最長根尖的長度。

芽長（BL）：處理結束時，用直尺測定從種子胚到最長葉尖的長度。

脅迫系數(shù)（K）＝脅迫性狀值（DT）/非脅迫性狀值（CK）

1.4 抗旱性評價方法

1.4.1 隸屬函數(shù)計算 參照洪雙等［9］的方法求出各品種各指標脅迫系數(shù)的隸屬函數(shù)值（X），取平均值（X）。

式中，X表示某一指標脅迫系數(shù)值；Xmax表示該指標最大脅迫系數(shù)值；Xmin為該指標最小脅迫系數(shù)值。

1.4.2 抗旱性等級劃分 采用隸屬函數(shù)法對煙草外引種質(zhì)進行萌發(fā)期抗旱性評價。參照煙草品種（系）抗旱性鑒定技術規(guī)范［10］和大豆抗旱性鑒定方法劃分抗旱級別［11］，將煙草抗旱性分為5個級別，1級：Xˉ≥0.8，高度抗旱；2級：0.6≤Xˉ＜0.8，抗旱；3級：0.4≤Xˉ＜0.6，中度抗旱；4級：0.2≤Xˉ＜0.4，不抗旱；5級：Xˉ＜0.2，易干旱。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2007和DPS（Data Processing System）進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對煙草種子萌發(fā)性狀的影響

種子萌發(fā)期是對干旱脅迫最為敏感的時期，由表1可知，干旱脅迫下煙草種子萌發(fā)性狀表型值均有不同程度降低。其中發(fā)芽率的變化幅度最小，脅迫系數(shù)為0.69～1.00，表明干旱脅迫對煙草種子發(fā)芽率的影響較小；干旱脅迫下，T.L.706、Virginia Yellow、Cg7900454、MRG-4、NCTG61、OX2101和RG3414的發(fā)芽率下降幅度均在1.00%以內(nèi)。同時，干旱脅迫對發(fā)芽勢有較大的影響，脅迫系數(shù)為0.27～1.00，其中Dixie Bright 101、Virginia Yellow和朝鮮抗赤的發(fā)芽勢降幅較小，均在1.00%以內(nèi)。發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的脅迫系數(shù)變化范圍分別為0.28～0.96和0.23～0.95，表明發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)對干旱脅迫的靈敏度更高。

表1 干旱脅迫對煙草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

2.2 干旱脅迫對煙草幼苗素質(zhì)的影響

干旱脅迫下各個煙草品種幼苗生長均受到抑制（表2），其中干旱脅迫對根長、全苗長影響較小，脅迫系數(shù)分別為0.41～1.00、0.49～1.00，煙草品種MC Nair、パィンハルト，MRS-3、NCTG61、和OX2007的根長和全苗長變化幅度較小，均在1.00%以內(nèi)。幼苗干重脅迫系數(shù)為0.48～0.99，其中T.I.706、Vesta 33、MCNair、パィンハルト、CU263和OX2007下降幅度在1.00%以內(nèi)；干旱對幼苗鮮重有較大的影響，幼苗鮮重脅迫系數(shù)為0.21～0.73，變化幅度較大，表明幼苗鮮重對干旱脅迫較為敏感。

表2 干旱脅迫對幼苗根長、全苗長、幼苗鮮重和幼苗干重的影響

2.3 8個指標的相關性分析

從24個供試煙草品種種子8個萌發(fā)性狀指標的相關系數(shù)矩陣（表3）可以看出，干旱脅迫下所有測定指標間都存在著相關性。其中發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)呈極顯著正相關，發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關，與活力指數(shù)呈顯著正相關；活力指數(shù)與根長和全苗長呈顯著正相關，根長與全苗長呈極顯著正相關。

表3 8個指標的相關性系數(shù)矩陣

2.4 各煙草品種種子萌發(fā)性狀平均隸屬函數(shù)值

將供試煙草品種種子萌發(fā)期各指標經(jīng)隸屬函數(shù)值法分析后發(fā)現(xiàn)（表4），萌發(fā)期抗旱性較強的是Virginia Yellow、OX2101、MC Nair、NCTG61和Cg7900454，抗旱性較差的是OX2022、Qual938、I-514、Qual916和TL 106。

表4 各煙草品種種子萌發(fā)性狀平均隸屬函數(shù)值及其評價

表5分析了24個煙草品種種子萌發(fā)特性指標與隸屬函數(shù)綜合指標評價值的相關性，其中發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長與綜合指標值呈極顯著正相關，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、全苗長、幼苗鮮重與綜合指標值呈顯著正相關，這些指標均可作為萌發(fā)期抗旱性的鑒定指標。

表5 煙草種子萌發(fā)期各指標脅迫系數(shù)與隸屬函數(shù)綜合評價值的相關分析

2.5 各品種抗旱性綜合評價

通過對24份煙草種子萌發(fā)期抗旱性的綜合評價（表6），依據(jù)隸屬函數(shù)法計算的24份種質(zhì)材料綜合隸屬函數(shù)值，根據(jù)劃分的抗旱性等級標準，共篩選出抗旱種質(zhì)11個，中度抗旱種質(zhì)9個，不抗旱種質(zhì)3個，易干旱種質(zhì)1個；其中Virginia Yellow、OX2101、MCNair、Cg7900454和RG3414抗旱性最強，平均隸屬函數(shù)值分別為0.799、0.795、0.785、0.741和0.722；I-514、OX2022、Qual916和Qual938這4個種質(zhì)材料對干旱脅迫表現(xiàn)比較敏感，尤其是OX2022為易干旱性種質(zhì)。這些資源為抗旱煙草品種的選育提供了優(yōu)良種質(zhì)資源。

表6 各品種抗旱性綜合評價

3 小結與討論

植物的抗旱性是由遺傳因子和環(huán)境共同控制的一個復雜數(shù)量性狀，是對干旱環(huán)境適應能力的反映，其表現(xiàn)形式及機理復雜多樣。不同生育時期抗旱機理存在差異，抗旱能力有所不同［12］。評價種子萌發(fā)期抗旱性指標一般用相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等進行綜合評價，這些指標反映植物種子發(fā)芽速度、整齊度和幼苗健壯的程度［13，14］。以相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢等相對值來評價植物種質(zhì)萌發(fā)期的抗旱性，可以避免不同基因型的種子在干旱脅迫下萌發(fā)水平的不均衡測定［15］。本研究結果表明，15%的PEG-6000模擬干旱脅迫下不同煙草種質(zhì)間各項萌發(fā)性狀均有不同程度下降，其中幼苗鮮重的下降幅度較大，幼苗鮮重對干旱脅迫的靈敏度較高。通過隸屬函數(shù)綜合評價值的相關性分析顯示，除幼苗干重外，其余指標均與隸屬函數(shù)值呈顯著或極顯著相關關系，因此根據(jù)各項指標脅迫系數(shù)的隸屬函數(shù)值，共篩選出抗旱種質(zhì)11個，中度抗旱種質(zhì)9個，不抗旱種質(zhì)3個，易干旱種質(zhì)1個。這些資源為抗旱煙草品種的選育提供了優(yōu)良種質(zhì)資源，其發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、根長、活力指數(shù)、全苗長和幼苗鮮重7項指標可作為煙草種子萌發(fā)時期抗旱性鑒定指標。