PEG渗透胁迫下12个豇豆品种萌芽期抗旱性评价

徐小玉，张凤银，李俊芳（江汉大学生命科学学院，武汉　430056）



PEG渗透胁迫下12个豇豆品种萌芽期抗旱性评价

徐小玉，张凤银*，李俊芳
（江汉大学生命科学学院，武汉430056）

摘要：以20%聚乙二醇（PEG）溶液为渗透介质模拟干旱胁迫条件，研究12个豇豆品种种子萌发特性及抗旱性。结果表明，20%PEG作用下，除鄂豇豆12号发芽势提高3.9%外，其他供试豇豆品种发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数均有不同程度下降,且萌发期豇豆幼苗生长受到抑制。运用隶属函数法综合评价12个豇豆品种种子萌发期抗旱性，各品种豇豆耐旱级别分别为：1级（耐旱型）为天德一号，2级（较耐旱型）为碧园春贵、鄂豇豆12号，3级（中间型）为海亚特、扬研8号、柳风、扬研2号、柳翠，4级（干旱较敏感型）为早翠，5级（干旱敏感型）为美国地豆、紫魁、矮虎。

关键词：豇豆；PEG渗透胁迫；种子萌发；抗旱性

徐小玉,张凤银,李俊芳. PEG渗透胁迫下12个豇豆品种萌芽期抗旱性评价[J].东北农业大学学报, 2016, 47(1): 15-20. Xu Xiaoyu, Zhang Fengyin, Li Junfang. Evaluation of drought resistance of 12 cultivars of Vigna unguiculata under PEG osmotic stress during seed germination[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2016, 47(1): 15-20. (in Chinese with English abstract)

干旱是植物最普遍非生物逆境胁迫形式[1]。我国约50%耕地处于干旱和半干旱地区[2]。干旱胁迫影响植物生长发育，造成农作物严重减产。豇豆是一种耐热性极强蔬菜，我国南北方均有栽培，一般在夏秋季种植，常遭受干旱胁迫。干旱胁迫时，豇豆生理代谢紊乱、形态畸形、产量和品质下降[3]。因此，发掘抗旱豇豆种质资源及选育抗旱品种是干旱条件下减少损失的重要途径。

PEG高渗溶液模拟干旱胁迫法是目前鉴定植物种子萌发期抗旱性常用方法之一，已在水稻、小麦、大豆等农作物上广泛应用[4-7]。在豇豆耐旱性研究方面，陈禅友等[8]、汪宝根等[9]及张禄等[3]先后采用水分胁迫对豇豆生理及形态影响展开研究；张凤银等采用不同浓度PEG模拟干旱法探讨长豇豆种子萌发及幼苗生理特性[10]。相关研究均涉及干旱胁迫对豇豆生理及形态指标影响，而利用PEG模拟干旱胁迫法对不同品种豇豆耐旱性的评价却鲜见报道。本试验以长江流域主栽的12个豇豆品种为试验材料，采用质量浓度为20% PEG模拟干旱胁迫环境，研究豇豆品种种子萌发期对干旱胁迫响应，并采用隶属函数法综合评价其抗旱性，旨在筛选耐旱性强豇豆品种，为干旱地区或干旱季节豇豆种植及节水灌溉提供依据。

1材料与方法

1.1材料

供试12个豇豆品种名称及来源见表1。其中矮虎及美国地豆属普通豇豆（Vigna unguiculata ssp.un⁃guiculata），其余属长豇豆（Vigna unguiculata ssp. sesquipedalis）。

表1供试品种Table 1 Cultivars tested

1.2方法

1.2.1浸种

挑选籽粒饱满、大小均匀一致且完整豇豆种子，温汤浸种法处理15 min后，常温浸种2 h。

1.2.2发芽试验

浸种后豇豆种子置于垫有一层定性滤纸的培养皿中，加20% PEG处理液10 mL，加盖。以加等量蒸馏水处理作对照。每个培养皿摆放30粒种子，每个处理重复3次。种子在PYX2DHS型恒温光照培养箱中培养8 d，温度及湿度分别控制在（25±1）℃及85%。每天更换培养皿中滤纸并重新加入10 mL相同浓度处理液，保持处理浓度相对稳定。

1.3测定项目及方法

每天定时记录各处理发芽情况。以胚根突破种皮达种子长度1/2为发芽标准。参照GB/T （3543.4-1995）标准，分别利用前5 d和前8 d统计数据计算发芽势和发芽率。发芽试验结束后，每个培养皿中随机挑选10株幼苗，测量根长、茎长及幼苗鲜重，统计幼苗第一侧根数。种子发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数及伤害率，计算方法参见文献[11]。

运用Excel 2007应用软件数据分析，并用隶属函数法综合评定。

1.4抗旱性综合评价

采用加权累积隶属函数法综合评定不同种质豇豆抗旱性[12]。抗旱隶属值计算时，首先对各指标变量测定值作标准化处理[12]：

u（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），j = 1, 2 ,…，n

式中，Xj表示第j个指标值，Xmin表示第j个指标最小值，Xmax表示第j个指标最大值。然后按照公式（1）计算标准差系数Vj，按照公式（2）计算权重系数Wj；按照公式（3）计算隶属函数值（D）。隶属函数值越大，表示抗旱性越强。

同时参照王利彬等抗旱性评价分级标准对不同豇豆耐旱性分级[7]：1级-耐旱型，隶属函数值0.8以上；2级-较耐旱型，隶属函数值0.6~0.8；3 级-中间型，隶属函数值0.4~0.6；4级-干旱较敏感型，隶属函数值0.2~0.4；5级-干旱敏感型，隶属函数值在0.2以下。

2结果与分析

2.1 PEG渗透胁迫对不同豇豆品种种子萌发指标影响

20% PEG渗透胁迫对12个豇豆品种发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数影响见表2。与对照相比，12个豇豆品种种子发芽率均有不同程度下降。其中矮虎降低幅度最大，为81.8%，其次是美国地豆，降幅最小的天德一号为4.6%。发芽势除鄂豇豆12号有一定提高外（较对照增加3.9%），其余11个品种均有所下降，其中以矮虎降低最多，为99.0%，其次是紫魁，降幅最小的天德一号为4.6%。20% PEG渗透胁迫也均不同程度降低12个豇豆品种种子发芽指数。其中，矮虎发芽指数降幅最大，为95.5%，其次是紫魁，降幅最小的鄂豇豆12号为10.5%。供试豇豆品种种子活力指数也均有不同程度下降，以矮虎活力指数降幅最大，为98.6%，其次是紫魁，降幅最小的天德一号为32.9%。

2.2 PEG渗透胁迫对不同豇豆品种萌发期幼苗生长影响

幼苗鲜重、根长、茎长以及侧根数反映幼苗生长状况。PEG渗透胁迫对不同豇豆萌发期幼苗根长、茎长、侧根数和鲜重影响见表3。

表2 PEG渗透胁迫对不同豇豆品种种子萌发影响Table 2 Effect of PEG osmotic stress on seed germination of different cultivars of Vigna unguiculata

表3 PEG渗透胁迫对不同豇豆萌发期幼苗根长、茎长、侧根数和鲜重影响Table 3 Effect of PEG osmotic stress on the seedling root length, stem length, number oflateral root and fresh weight during germination of different cultivar of V. unguiculata

由表3可知，20% PEG渗透胁迫下，与对照相比，12个豇豆品种幼苗主根长和茎长有所缩短，侧根数减少，幼苗鲜重减轻，表明PEG渗透胁迫抑制所有供试豇豆品种幼苗生长。其中，主根生长受抑制最大的是矮虎，根长仅为对照的4.6%，其次是紫魁。主根生长受抑制最小的是天德一号，根长为对照的86.8%，其次是碧园春贵。在茎长方面，受抑制最大的是矮虎，其种子培养8 d未出芽，其次是紫魁，抑制程度最小的是碧园春贵，茎长为对照的17.6%，其次是天德一号。侧根形成受影响最大的是矮虎、紫魁、美国地豆和早翠，20% PEG胁迫下均未长出侧根，其次是扬研2号，而相对受抑制最小的是天德一号，幼苗侧根数为对照的66.1%。幼苗鲜重减少最多的是矮虎，为对照的23.5%，其次是紫魁，鲜重减轻最少的是天德一号，为对照的87.3%。

2.3不同豇豆品种抗旱性综合评价和耐旱级别

为减少各材料固有差异，以性状相对值，即相对发芽率、相对发芽势、相对发芽指数、相对活力指数、相对茎长、相对根长、相对侧根数、相对幼苗鲜重等，采用模糊数学隶属函数法计算隶属函数值，得出不同豇豆品种抗旱性综合评价值，结果列于表4。由表4可知，不同豇豆品种抗旱性存在差异。天德一号抗旱性综合评价值最大，为0.980，其次是碧园春贵，为0.734，再次依次是鄂豇豆12号、海亚特、扬研8号、柳风、扬研2号、柳翠、早翠、美国地豆、紫魁、矮虎。12个豇豆品种耐旱级别分别为：天德一号为1级（耐旱型），碧园春贵、鄂豇豆12号为2级（较耐旱型），海亚特、扬研8号、柳风、扬研2号、柳翠为3级（中间型），早翠为4级（干旱较敏感型），美国地豆、紫魁、矮虎为5级（干旱敏感型）。

表4 PEG渗透胁迫下不同豇豆品种各指标隶属函数值及综合评价值Table 4 Value of subordinate function and comprehensive evaluation of different cultivars of V. unguiculata under PEG conditons

3讨论与结论

PEG模拟干旱胁迫是通过调节溶液渗透压而限制水分进入植物种子内。PEG处理对种子萌发，起水分胁迫作用[13]。研究表明，利用PEG模拟水分胁迫鉴定不同品种或种群耐旱性是一种较可靠的方法[4-7,13-15]。PEG胁迫所用质量分数及耐旱指标选择也因植物种类不同而异，另外，同种植物不同生长阶段采用评价体系有所不同。王贺正等用25% PEG溶液鉴定水稻种质萌芽期抗旱性，并认为相对芽长，相对芽干重可作为芽期抗旱性鉴定指标[6]；莫庭辉用20% PEG溶液处理柱花草种子，并用胚芽伸长速度、种子吸水速率、种子萌发胁迫指数和反复干旱存活率4项指标鉴定种子苗期抗旱性[16]；张霞等用100 g·L-1PEG溶液鉴定甘蓝型油菜种子萌发期抗旱性，初步提出以种子萌发抗旱指数、相对发芽率、根长胁迫指数、苗高胁迫指数和相对根体积为主要抗旱性鉴定指标[17]；而李培英等用20% PEG溶液，并以相对发芽率、相对胚根长、相对胚芽长、萌发抗旱指数、胁迫指数、相对发芽势及相对活力指数为依据，鉴定29份偃麦种质种子萌发期抗旱性[18]。本研究预试验中，设定质量分数梯度为5%、10%、15%、20%、25%、30% PEG溶液处理豇豆种子，发现5% PEG处理对豇豆萌发无影响，10%～20% PEG处理显著抑制豇豆种子萌发，而25%和30% PEG处理下豇豆种子不能发芽。因此，本试验以质量分数20% PEG模拟干旱胁迫，并以种子萌发期8个主要发芽指标及幼苗生长指标为依据评价豇豆品种种子萌芽期抗旱性，以期全面反映豇豆抗旱性。

试验发现，20% PEG提高鄂豇豆12种子萌发发芽势，而抑制其他供试豇豆品种种子萌发。李桌杰[19]、Muhyaddin[20]、莫庭辉[16]等也分别发现PEG能促进花生、番茄以及柱花草种子萌发。吕梅等发现PEG能显著提高桤木种子发芽势，而对发芽率影响与种子成熟度有关，PEG对成熟度高种子影响不显著，但能显著提高成熟度不高的种子发芽率[21]。李培英等发现PEG渗透胁迫抑制偃麦草种子萌发[18]。说明PEG对种子萌发影响可能与植物种类、品种及种子成熟度等因素有关，抗旱性是一个受多基因控制的数量性状。不同物种或同一物种不同品种（系）对某一具体指标抗旱性反应不同。因此，单一指标难以全面准确反映抗旱性强弱，采用多个指标综合评价更具可行性和可靠性[22]。本文以12个豇豆品种萌发期8个指标为基础，采用隶属函数值法（D值）综合评价不同品种豇豆抗旱性，可消除个别指标带来的片面性，加之D值是一个无量纲纯数，使各品种（系）间抗旱性差异具有可比性，结果客观可靠。本试验选择豇豆种子萌发期，而对于其他生长期是否有同样影响尚不清楚。李培英等在与其他研究结果比较时发现，不同生长期偃麦抗旱评价结果不同[18]。同时，植物生长受多方面综合因素影响，而抗旱性也是由多种因素相互作用的复杂性状，试验所选发芽指标及幼苗生长指标虽相对全面，但未涉及相关生理生化指标，所得豇豆耐旱结果仅针对萌发期，是否能反映整个生长期抗旱性，需进一步探讨。

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Evaluation of drought resistance of 12 cultivars of Vigna unguiculata under PEG osmotic stress during seed germination

XU Xiaoyu, ZHANG Fengyin, LI Junfang( School of Life Sciences, Jianghan Uninversity, Wuhan 430056, China)

Abstract:The germination characteristics and drought resistance evaluation of 12 cultivars of Vigna unguiculata were studied by simulated drought stress conditions with 20% PEG-6000 solution. Results showed that the germination rate, germination potential, germination index and vigor index decreased except Ejiangdou12 whose germination potential improved with 3.9%, and the growth of V. unguiculata seedlings was inhibited under 20% PEG osmotic stress. Using the membership function method, the results showed thatthedroughtresistancelevelsof 12varieties of V. unguiculataduringgerminationwereclassifiedas,level 1 (resistant, Tiande1), level 2 (tolerant, Biyuanchungui and Ejiangdou12), level 3 (middle type, Haiyate, Yangyan8, Liufeng, Yangyan2 and Liucui), level 4 (slightly drought sensitive, Zaocui), level 5 (drought sensitive, America Didou, Zikui and Aihu).

Key words:Vignaunguiculata; PEG osmotic stress; seed germination; drought resistance

*通讯作者：张凤银，教授，研究方向为园艺植物遗传育种与栽培生理。E-mail: zhangfengyin0811@126.com

作者简介：徐小玉（1975-），女，讲师，硕士，研究方向为园林植物栽培与应用。E-mail: xxiaoyever@sohu.com

基金项目：湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心开放基金项目（2015-10）

收稿日期：2015-07-19

中图分类号：S643.4

文献标志码：A

文章编号：1005-9369（2016）01-0015-06