PEG 脅迫對4 種顏色藜麥種子萌發(fā)的影響

魏志敏 呂 瑋 趙 宇 崔紀(jì)菡 王京新 趙文慶 裴美燕 劉建軍 李順國

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/河北省雜糧研究實驗室/國家谷子改良中心 河北石家莊 050035；2.河北省科技創(chuàng)新服務(wù)中心 河北石家莊 050000；3.邯鄲市邯山農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 河北邯鄲 050002；4.河北省雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 河北邯鄲 056001）

全球氣候變遷及人類活動的影響使得干旱對農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境造成的破壞日益加劇[1]。目前的數(shù)據(jù)分析指出，干旱已經(jīng)波及到全球34.9%的陸地，與此同時，適合灌溉的區(qū)域僅占2.32%～3.49%[2]。在中國，52.5%的地域和17%的耕地都受到干旱的困擾，這導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全面臨著巨大的風(fēng)險，并對居民的生活品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[3]。為了有效應(yīng)對干旱問題，在干旱地區(qū)引入低水耗農(nóng)作物是一個有效的策略。藜麥作為低水耗農(nóng)作物，即使在缺水環(huán)境下也能保持相對穩(wěn)定的生長和產(chǎn)量[4]。在本次研究中，利用聚乙二醇（PEG-6000）作為模擬室內(nèi)干旱條件的水分脅迫劑，PEG-6000 是一種廣泛應(yīng)用于模擬干旱脅迫的高分子聚合物，在牧草和其他植物種子的萌發(fā)研究中被廣泛使用。PEG-6000 具有明顯的親水性，可以吸取水分并影響植物的導(dǎo)管組織功能，從而實現(xiàn)模擬干旱脅迫的效果。目前，國內(nèi)外已經(jīng)進行了大量關(guān)于使用PEG-6000 模擬干旱脅迫對各種植物種子萌發(fā)的影響研究。這種方法在控制干旱條件時表現(xiàn)出了高度的準(zhǔn)確性，具有較小的誤差和良好的可重復(fù)性[5]。本研究選擇了4 種不同顏色的藜麥種質(zhì)材料，并使用PEG-6000 進行模擬干旱脅迫試驗，從多方面研究藜麥種質(zhì)在干旱脅迫下的耐旱性。深入了解藜麥種子在干旱條件下的萌發(fā)特性可以揭示不同品種在抗旱能力上的差異，這為篩選出具有較強抗旱性的優(yōu)良種質(zhì)材料提供了理論支持，對于在干旱地區(qū)的藜麥種植策略具有實際的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

4 種不同顏色的藜麥種子：黑色（bq134-2）、灰色（隴藜1 號）、白色（燕藜1）和紅色（bone-2）；PEG-6000、次氯酸鈉；恒溫光照培養(yǎng)箱、培養(yǎng)皿、濾紙。

1.2 試驗方法

試驗于2023 年3 月10 日在河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所實驗室內(nèi)進行。此次試驗總共設(shè)計了5 個處理組，其中PEG-6000 溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%（處理A）、6%（處理B）、9%（處理C）、12%（處理D），此外還設(shè)置了一個以蒸餾水作為對照的處理（CK）。從4 個品種中挑選出健康、飽滿且沒有病蟲害的藜麥種子，經(jīng)過消毒處理后，使用蒸餾水進行徹底清洗。將100 顆種子均勻地放置在培養(yǎng)皿上，每個培養(yǎng)皿上方墊有2 層濾紙，上面均勻滴加5 mL 的處理液，以確保濾紙充分濕潤。每種濃度的處理都設(shè)有3 個獨立的重復(fù)。將這些培養(yǎng)皿放置在穩(wěn)定的恒溫環(huán)境中，保持在25℃的溫度下進行發(fā)芽觀察。發(fā)芽的標(biāo)志是胚根開始變白。在試驗中每天記錄并統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)量、更換PEG 溶液，以維持其濃度的穩(wěn)定。及時清理發(fā)霉腐爛的種子，以避免其對其他種子的污染[6]。

1.3 指標(biāo)測定

形態(tài)指標(biāo)在評估作物的生長和發(fā)育狀況時具有重要作用，特別是在考察干旱對植株外觀特征的影響時。在進行抗旱性評估時，有必要選擇與抗旱相關(guān)的指標(biāo)，這不僅有助于對供試材料的抗旱性進行全面評估，還能提高藜麥新品種抗旱性評價的效率。通過相關(guān)性分析選取一系列作為評估藜麥在萌芽階段抗旱性指標(biāo)，包括發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長度、幼苗鮮重等。這些指標(biāo)有助于評價藜麥在干旱條件下的生長適應(yīng)能力。這些指標(biāo)的綜合使用可以更準(zhǔn)確地反映植株對干旱脅迫的響應(yīng)，為藜麥抗旱性的篩選和育種提供有力的依據(jù)[7]。

1.4 指標(biāo)界定

自處理開始的每一天統(tǒng)計發(fā)芽的種子數(shù)量，將胚根長達到或超過2 mm 作為判定萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)統(tǒng)計直到種子的萌發(fā)數(shù)不再增加為止。在此過程中計算發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GF）、發(fā)芽指數(shù)（Gi）及活力指數(shù)（Vi）。發(fā)芽時間被固定為10 d。同時，在第10 天從每個品種的各個培養(yǎng)皿中，選擇出10 株生長狀態(tài)一致且較為健壯的幼苗。測量這些幼苗的胚芽長、胚根長及幼苗的鮮重[8]。

GR＝（正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

GF＝（4 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）；

Vi=種苗生長量（S）×發(fā)芽指數(shù)（Gt）；

S＝10 株幼苗總重（g）／10。

式中，Gt為t時間內(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。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2007 進行處理數(shù)據(jù)、制作表格，觀察和分析數(shù)據(jù)整體的趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000 模擬干旱脅迫對藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

由表1 可知，不同濃度的PEG-6000 模擬干旱脅迫處理對藜麥各品種種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢產(chǎn)生了差異性的影響。在未經(jīng)處理的情況下，各品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢存在明顯差異，其中灰色品種的表現(xiàn)最佳，其次是白色、黑色和紅色品種。在PEG-6000 處理條件下，隨著干旱脅迫的加強，不同品種表現(xiàn)不同。黑色品種在脅迫逐漸加深時，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，處理B（6% PEG-6000 濃度）顯示出明顯較高的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，而其他處理之間的差異則不顯著。在灰色品種和白色品種中，隨著PEG-6000 濃度的增加，發(fā)芽率和發(fā)芽勢呈逐漸下降的趨勢。紅色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢在干旱脅迫逐漸加強時呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。紅色品種在PEG-6000 處理下的發(fā)芽率和發(fā)芽勢與未經(jīng)處理的對照組相比有所提高，而灰色和白色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢則低于對照組。黑色品種在PEG-6000 濃度為處理C 和D 時，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢低于對照組，然而在其他濃度下高于對照組。這些結(jié)果表明，不同品種對PEG-6000 模擬干旱脅迫的響應(yīng)具有差異，黑色和紅色品種表現(xiàn)出一定的耐旱性能，而灰色和白色品種則相對較弱。此外，PEG-6000 在一定濃度范圍內(nèi)對紅色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢具有促進作用，但不利于灰色和白色品種發(fā)芽。

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

2.2 PEG-6000 模擬干旱脅迫對藜麥種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

由表2 可知，不同PEG-6000 濃度處理對各藜麥品種種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)產(chǎn)生不同影響。在未經(jīng)處理的條件下各品種之間存在差異，發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)表現(xiàn)為灰色品種>白色品種>黑色品種>紅色品種。在PEG-6000 處理的條件下，隨著濃度的增加不同的品種出現(xiàn)差異。黑色品種和紅色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨著濃度的增加先升高后降低，其中處理D 的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著低于其他處理。白色品種和灰色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)逐漸降低。黑色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)A、B、C 3 個處理均高于對照組，而處理D 低于對照組。紅色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)A、B、C、D 4 個處理均高于對照組。然灰色和白色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)A、B、C、D 4 個處理均低于對照組。

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 模擬干旱脅迫對藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重的影響

由表3 可知，不同濃度的PEG-6000 對各品種藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重產(chǎn)生了不同的影響。隨著PEG-6000 濃度的增加，黑色和紅色藜麥種子的胚根長呈現(xiàn)出先增加后減少，然后再次增加，最后減少的趨勢。白色和灰色藜麥種子的胚根長呈現(xiàn)先減小后增加，最后減小的趨勢。當(dāng)PEG-6000 濃度達到9%時，4 種顏色的藜麥種子胚根長均達到最大值。其中，白色品種的胚根最長，達到了4.8 cm，相對于對照組增加了0.9 cm。其他3 種顏色的藜麥種子胚根長分別比對照組黑色增加了1.7 cm、灰色增加了0.3 cm、紅色增加了1.2 cm。然而，隨著濃度的進一步增加，各品種的胚根長均呈現(xiàn)減小的趨勢。幼苗鮮重，隨著PEG-6000 濃度的增加，紅色藜麥表現(xiàn)出先降低后增加，然后再降低的趨勢，而其他3 種藜麥幼苗鮮重均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。在PEG-6000濃度為9%時，所有品種的幼苗鮮重均達到最大值。其中，灰色和白色品種的幼苗鮮重最高，分別為0.243 g 和0.249 g。隨著濃度繼續(xù)增加，各品種的幼苗鮮重均呈現(xiàn)減小的趨勢，并且都低于對照組。這些結(jié)果表明，在9%的PEG-6000濃度處理下，藜麥種子的生長更為健壯。

表3 不同濃度PEG－6000 處理藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重

3 討論與結(jié)論

PEG-6000 是一種常用的干旱脅迫調(diào)節(jié)劑，在不同植物研究中被廣泛應(yīng)用。本研究旨在探究不同濃度的PEG-6000 對藜麥種子在萌發(fā)期的影響，了解藜麥種子的抗旱性，并為后續(xù)藜麥研究奠定基礎(chǔ)。在藜麥育種研究中將關(guān)于抗旱性的相關(guān)性納入考慮，以提高對高抗性藜麥品種的篩選效率。干旱脅迫是一種常見的逆境危害，對植物的整個生長過程都會產(chǎn)生影響。作為植物生命周期的關(guān)鍵階段，萌發(fā)期對于研究藜麥種子的抗旱機理至關(guān)重要。研究結(jié)果顯示，不同濃度的PEG-6000 對不同顏色（品種）的藜麥種子的萌發(fā)具有不同的影響。其中，黑色品種表現(xiàn)出最強的抗旱能力，且對不同濃度的PEG-6000 脅迫相對不敏感。在適宜的濃度條件下，PEG-6000 能夠促進黑色和紅色品種藜麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力指數(shù)的提高，是因為PEG-6000 誘導(dǎo)種子內(nèi)部的防御機制，減輕種子萌發(fā)中膜系統(tǒng)的損傷，提高α-淀粉酶活性增強其對干旱環(huán)境的適應(yīng)性，此外，PEG-6000 調(diào)節(jié)種子的滲透壓，保持其內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定，促進種子發(fā)芽過程。此外，PEG-6000 濃度的增加，可以促進藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重的增加，但高濃度會抑制所有品種的胚根長和幼苗鮮重。這可能是因為不同顏色（品種）的藜麥對PEG-6000脅迫的反應(yīng)能力存在差異。對于各個顏色（品種）的藜麥種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)的影響取決于PEG-6000 溶液的濃度。低濃度（3%～9%）的PEG-6000 溶液中，4 個品種的藜麥種子表現(xiàn)出一定的耐旱能力，尤其是紅色種子表現(xiàn)出最強的耐旱能力。各色藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢本身也存在差異。當(dāng)PEG-6000 濃度為9%時，紅色藜麥種子的發(fā)芽指標(biāo)達到最大值。此外，4 個品種藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重也在該濃度下達到最大值。然而，當(dāng)PEG-6000 濃度為12%時，4 個品種藜麥種子的胚根長和幼苗鮮重降至最低水平。綜上所述，PEG-6000 模擬干旱脅迫處理對藜麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽活力指數(shù)及胚根長和幼苗鮮重產(chǎn)生多樣性的影響。不同品種展現(xiàn)出不同的抗旱性能和生長適應(yīng)性。因此，在適宜的濃度范圍內(nèi)，適度的干旱可以提高藜麥種子的萌發(fā)和生長能力。進一步的研究還需考慮其他生理指標(biāo)與抗旱性的相關(guān)性，以更全面地了解干旱對藜麥的影響，并為藜麥的抗旱育種提供科學(xué)依據(jù)。