14个玉米杂交种萌发期抗旱性评价

余贵海，起雪宏，王正启，赵自仙，杨 久

(1.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；2.中种国际种子有限公司， 云南 石林 652200；3.云南种业集团有限责任公司，云南 昆明 650204；4. 禄劝县撒营盘镇农业综合服务中心，云南 禄劝 651506; 5.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205)



14个玉米杂交种萌发期抗旱性评价

余贵海1,2，起雪宏3*，王正启4，赵自仙1**，杨 久5**

(1.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；2.中种国际种子有限公司， 云南 石林 652200；3.云南种业集团有限责任公司，云南 昆明 650204；4. 禄劝县撒营盘镇农业综合服务中心，云南 禄劝 651506; 5.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205)

本研究以20%的聚乙二醇溶液(PEG6000)模拟干旱胁迫条件，对14个玉米品种进行了萌发期抗旱性评价。结果表明，在PEG干旱胁迫条件下，玉米的发芽率降低，胚根、胚芽的生长受到不同程度的抑制，活力指数降低。鉴定玉米萌芽期抗旱性以萌发抗旱指数为主，结合其他各项指标进行综合评价。以相对发芽率、相对发芽势、相对活力指数、相对胚根长、相对胚芽长、萌发抗旱指数和胁迫指数为依据，通过隶属函数法综合评价，14个玉米杂交种抗旱性顺序依次是家佳荣2号>12正组48×1>云瑞88>12正组47×1>路单8号>北玉16>会单4号>海禾2号>迪卡2号>12正组535×534>12正组536×534>珍禾2号>12正组238×141>12元江2号。

玉米；PEG胁迫；抗旱性；种子；活力

研究玉米抗旱性鉴定指标体系及抗旱生理机制，培育出高产抗旱性强的品种，从抗旱生理机制上找到突破口，对于提高抗旱高产玉米品种选择效率，提高水分利用率、节省水资源，缓解和解决干旱危害，实现农业可持续发展，具有重要的战略意义和现实意义[1-4]。玉米不同品种对土壤和大气干旱条件所具有的适应性和抵御能力不同，它们在形态结构特征、生理生化特性、生长发育等方面,形成了一系列抗御干旱的机制和对逆境的适应反应，研究这些反应并寻找其中重要指标，是抗旱育种鉴定和筛选耐旱品种的前提。而对玉米萌芽期抗旱性的鉴定方法和指标的研究仅有零星的报道[5-6]。大量研究结果也表明，用高渗溶液进行干旱模拟可代替土壤水分胁迫处理获得比较可靠的结果。发芽率、发芽势、渗透胁迫下的苗、根数、根长、苗高与萌发抗旱指数有较强的相关性[7-8]。种子发芽势、发芽率是指种子在适宜条件下，在规定时间内的发芽量以百分比表示的发芽指标，常与田间成苗率有一定的差异。由于其不能代表种子的真正活力，故种子的健壮度要用种子活力来加以说明。因此，萌发期的抗旱性以水分胁迫下种子活力大小来评价更为科学[9]。本试验用20%的聚乙二醇(PEG-6000)配制的高渗溶液模拟干旱胁迫条件，研究了胁迫条件下不同杂交玉米品种活力抗旱指数与萌芽期抗旱性的关系，以进一步探讨活力抗旱指数作为萌发期抗旱性鉴定指标的可行性，并筛选出抗旱性好的玉米杂交组合。

表1 14供试玉米杂交种

注：以后文章中出现的品种均用序号代替。

Note: The following corresponding hybrids were replaced with the same number.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验共采用14个玉米品种(表1)，其中海禾2号、云瑞88、北玉16、珍禾2号、迪卡2号、路单8号、会单4号为云南大面积推广品种，从市场上购买或收集；其余品种和组合由云南蓝轲种业有限公司育成。

1.2 方法

试验于2013年8月在云南农业大学农学与生物技术学院实验室完成。试验设2个处理，分别是无菌水(对照)和20 %的PEG-6000，4次重复。在试验开始前1 d将试验所用到的所有发芽盒和培养箱用70 %的酒精进行消毒处理，并将处理后的发芽盒用蒸馏水进行清洗，置于培养箱内晾干。试验时每个发芽盒内精选大小均匀一致，籽粒饱满、无破损的40粒种子，用70 %的酒精消毒处理60 s，后用蒸馏水将酒精清洗干净，用滤纸吸干水分，试验组加入40 mL 20 % 的PEG-6000、对照组加入40 mL蒸馏水，试验组和对照组均设4次重复，置于培养箱内发芽，发芽温度25 ℃，光强度1000 lx，第1天将所有种子浸泡于溶液内，待种子充分吸胀，并在每个发芽盒的种子上覆盖1层发芽纸保持种子湿润，第2天将原溶液滤出，于每个试验组添加10 mL 20 % 的PEG-6000溶液，对照组内添加等量蒸馏水，保持种子湿润，每天上午11:00时和下午17:00时对所有发芽盒更换溶液和蒸馏水。于第2天开始对所有种子每天发芽情况作好记录。到第10天，从每个发芽盒内选择10株有代表性植株对其根数、根长、苗高、株鲜重、幼苗鲜重、幼根鲜重进行测定记载。并计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数差异显著性、相对发芽率、相对发芽势、相对胚芽长、相对胚根长、相对活力指数差异、萌发抗旱指数、胁迫指数、抗旱性综合评价以及排名。

1.3 测定内容及方法

1.3.1 种子活力的测定 计算发芽率(GR)、发芽势(GE)、发芽指数(GI)、活力指数(VI)。

GR(%)=发芽总数×100/供试种子总数;

GE(%)=前3 d内发芽种子总数×100/种子总数;

GI=GI=∑Gt/Dt，Dt——发芽日数；Gt——与Dt相对应的每天发芽种子数;

VI=GI×S，S为9 d内正常幼苗的重量(g)。

1.3.2 种子萌发特性测定 种子萌发特性测定包括相对发芽势(RGE)、相对发芽率(RGR)相对活力指数(RVI)、相对胚根长(RERL)、相对胚芽长(RGL)，并按照“相对性状指标(%)=渗透胁迫处理下各性状测定值/对照各性状测定值×100”进行计算。

1.3.3 萌发抗旱指数及胁迫指数计算 计算公式参考王赞[10]和安永平[11]的计算方法。

萌发抗旱指数(GDRI)=渗透胁迫下的萌发指数/对照萌发指数

其中，萌发指数=(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8,式中,nd2、nd4、nd6、nd8分别为第2、4、6、8天的种子发芽率,1.00、0.75、0.50、0.25分别为相应萌发天数所赋予的抗旱系数。

萌发胁迫指数(GSI)=处理种子发芽指数/对照种子发芽指数。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2013和SPSS 10.5中的one-way ANOVA进行玉米品种间各指标的差异性检验。各指标降低率按照/降低率(%)=(对照-处理)/对照×100进行计算。抗旱性综合评定采用隶属函数法[12]进行。在进行抗旱隶属值计算时,需利用下列公式进行标准化处理:

u(Xj) = (Xj- Xmin) /( Xmax- Xmin),j=1,2,3,,,n，式中,Xj表示第j个指标值,Xmin表示第j个指标的最小值,Xmax表示第j个指标的最大值；如某一个指标与抗性为负相关,则用u(Xj)=(Xmax-Xj)/(Xmax-Xmin)进行计算。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。

(1)

(2)

(3)

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫对杂交玉米品种种子活力的影响

发芽势、发芽率、发芽指数作为种子发芽能力的重要指标，分别反映了种子的发芽速度，发芽能力和幼苗生长情况。而活力指数则是种子活力水平的总体表现。由表2可以看到，PEG胁迫下的种子与对照相比，14份玉米杂交种子的发芽率、发芽势、发芽指数、和活力指数都呈现降低趋势，降低程度存在一定差异。方差分析表明，无论是对照还是PEG渗透胁迫下，各个玉米杂交品种的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数都差异显著(P<0.05)。从发芽率上看V5、V8、V11和V11降低幅度较大都在80 %以上，而V6和V12的降低幅度较小，分别为26.35 %和7.55 %；从发芽势上看降低幅度最大的可以达到100.00 %,包括V2、V4、V5、V7、V9、V10、V11、V12、V13、V14。降低幅度最小的是V1，为80.77。从发芽指数上看V5、V7、V8、V11、V14降低幅度较大，都在80 %以上，而V12的最低，为41.35 %。一般来说，各指标的降低率越大，则该杂交玉米品种的抗旱性越差，但以上结果显示，各个指标间的表现趋势并不一致，说明种子的抗旱性不能靠单一的指标进行评估，须进一步分析。

表2 PEG胁迫下杂交玉米种子的活力

表3 PEG胁迫下杂交玉米种子萌发特性

2.2 PEG胁迫对种子萌发特性影响

各指标的相对值是对PEG胁迫下，种子萌发特性受抑制程度的反映，相对值越高，受抑制程度越低。由表3可以看出，PEG胁迫下，杂交玉米种子的相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对胚芽长、相对活力指数，存在一定差异，方差分析表明，各供试材料间差异显著(P<0.05)。V6(74.00 %)、V12(92.75 %)的相对发芽率高于V8(8.00 %)显示出较强的抗旱能力，其他大多处于中间型。在相对发芽势上，V2、V4、V5、V7、V9、V10、V11、V12、V13、V14品种受到PEG的影响较重，统计3 d仍未发芽，而V3受PEG影响较小，相对发芽势为10.25。在相对胚根长上，V14(8.48 %)、V8(11.15 %)、V5(12.48 %)、V11(17.64 %)、V9(19.15 %)受PEG的抑制程度较小，而V10(52.3 %)、V3(49.65 %)、V4(48.98 %)、V12(43.81 %)、V7(41.43 %)受抑制程度较大。和胚根相比，胚芽的受抑制程度明显较大，其中V8(3.40 %)、V5(5.13 %)、V11(5.36 %)、V14(5.61 %)、V9(7.23 %)、V2(7.97 %)、V7(8.11 %)品种受抑制程度较大，而V12(17.53 %)、V1(15.26 %)、V3(14.99 %)品种受抑制程度较低。在相对活力指数上V12(31.18 %)、V10(19.84 %)、V4(19.16 %)、V6(18.54 %)、品种明显高于V8(4.21 %)、V14(4.38 %)、V5(5.86 %)、V11(6.42 %)品种。表现出较强的抗旱能力。

2.3 PEG胁迫对杂交玉米品种萌发抗旱指数和胁迫指数的影响

由表4可以看出，不同品种间的萌发抗旱指数、胁迫指数差异显著，部分品种间差异极显著。从萌发抗旱指数看，V12最大，V14最小，14个品种萌发抗旱指数顺序为V12>V6>V1(V3)>V10>V4(V13)>V2>V5(V9)>V7>V11>V8>V14，其中V12只与V6差异不显著，与其余12个品种均有显著差异，即V12的萌发抗旱指数均显著大于除V6以外的所有12个参试品种；进一步分析，V12、V6、V1、V3之间未达极显著水平，但V12与其余10个品种差异均达极显著水平。V6、V1、V3、V10这4个品种间无显著差异，V10、V4、V13、V2间无显著差异，V4、V13、V2、V5、V9、V7、V11、V8、V14这9个品种间也无显著差异，但V6 的萌发抗旱指数极显著高于V4、V13、V2、V5、V9、V7、V11、V8、V14这9个品种，V1、V3、V10的萌发抗旱指数极显著高于V5、V9、V7、V11、V8、V14这6个品种，可以看出，V12、V6、V1、V3、V10这5个品种的萌发抗旱指数均极显著高于V5、V9、V7、V11、V8、V14这6个品种。

从胁迫指数上看，也是V12最大，V14最小，胁迫指数从大到小的顺序为V12>V10>V6>V4>V3>V1>V13>V2>V9>V7>V11>V5>V14>V8，其中V12的胁迫指数极显著高于其余13个品种，V10、V6、V4、V3、V1这5个品种间差异不显著，V6、V4、V3、V1、V13这5个品种间差异不显著，V4、V3、V1、V13、V2、V9这6个品种间差异不显著，V13、V2、V9、V7、V11、V5这6个品种间差异不显著，V9、V7、V11、V5、V14、V8这6个品种间差异也不显著，但V10的胁迫指数极显著高于V9、V7、V11、V5、V14、V8这6个品种，V6、V4、V3的胁迫指数极显著高于V11、V5、V14、V8这4个品种。总之，前5个品种V12、V10、V6、V4 、V3的胁迫指数均极显著高于V11、V5、V14、V8这最后4个品种。

综合来看，V12 、V6、 V3、 V10这4个品种的萌发抗旱指数、胁迫指数均排在前5位，V7 、V11、 V5、 V8、V14这5个品种的萌发抗旱指数、胁迫指数均排在最后5名。V2、V13均处于中等水平。

2.4 杂交玉米种子抗旱性综合评价

种子萌发的过程是一个复杂的生理生化过程，而PEG胁迫下对种子萌发的影响因素很多，在对植物萌发抗旱性研究时需要进行多指标的综合考虑，对可能影响种子萌发的各个因素进行分析。本研究采用隶属函数法，以相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对胚芽长、相对种子活力、胁迫指数、萌发抗旱指数，7个指标为依据，对杂交玉米种子的萌发抗旱性进行综合性评价。一般而言，综合性评价值越大，表明其抗旱能力越强。由表5可见，14份杂交玉米种子试验材料间的综合评价值存在较大差异，差异范围为0.032～0.798，这14个玉米杂交种的抗旱能力由强到弱依次是V1>V12>V3>V6>V10>V4>V13>V2>V7>V9>V11>V5>V8>V14。其中前4位品种V1、V12、V3、V6的综合评价值高于0.6，表现出较强的抗旱能力；后4位品种V11、V5、V8、V14的综合评价值低于0.1，表现出较低的抗旱能力；其余6个品种抗旱性居中，综合评价值为0.1～0.6。

表4 PEG胁迫下杂交玉米种子萌发抗旱指数和胁迫指数

表5 PEG胁迫下杂交玉米材料各指标隶属函数值及综合评价值

3 讨 论

有关农作物、牧草、园艺植物种子的种子资源的抗旱性鉴定研究评价的方法很多，有生态、生理生化、形态、遗传等方面的指标[13-15]。由于所选材料不同，材料所处的阶段不同，选用的指标参数及评价体系差异，最终试验结果有一定差异。玉米的抗旱性最终表现产量上，产量是其生理生化代谢的最终表现[16]，但是试验周期长以及各种气候条件的变化对试验结果也会产生误差。玉米种子萌发期抗旱性评价是节水农业研究中的难点和热点问题之一，本试验采用20 %的PEG溶液对杂交玉米种子萌发期抗旱性进行评价，降低了后期各种自然和人为因素的影响，也可以为以后整个玉米生育期的抗旱性提供参考；应用生物延迟发光分析技术，依据干旱胁迫下种子萌发过程中延迟发光积分强度相对变化率的大小可以评价玉米种子萌发期抗旱性的强弱[17]，该方法也值得进一步研究。在玉米抗旱性研究上，前人主要对生育后期进行试验处理[18]，但是整个生育期对玉米抗旱性的影响因素较多，可能试验数据的误差会影响评价指标，最终影响评价结果。当然，作物的抗旱性是不同指标的综合反映，受到很多因素的影响，可以发生在作物的不同生长阶段、不同生理时期，并且植物的不同生长发育阶段对抗旱性的反应也存在一定差异[19]，秃尖、粒宽、穗粗、雄花-雌花间隔、株高等性状可作为抗旱杂种后代早世代抗旱性鉴定指标；穗位高、穗长、单株粒重、穗粒数、单穗重、行粒数、粒长和百粒重等性状可作为抗旱杂种后代晚世代抗旱性鉴定指标[20]。

目前，提高杂交玉米抗旱性的重要途径是充分利用各种资源，对不同地域、血缘的玉米种质进行改良和创新，选育出抗旱性好的亲本，进一步培育出抗旱性强的玉米杂交种。综合运用产量抗旱系、产量抗旱指数和产量抗旱隶属等评价参数并结合主成分分析和聚类分析对玉米自交系的耐旱性进行评价，结果较为可靠[21]。

植物的抗旱性是由多因素相互作用构成的一个复杂的综合性状表现，因此在对作物的抗旱性研究时，不但要从生理生化反应、形态特征、遗传上进行研究，还要对作物的整个生长发育期进行综合性探讨，才能更为全面地评价杂交玉米品种的抗旱性；无论在苗期 、开花期或灌浆期，综合评价D值均可作为鉴定品种抗旱性的指标，单一指标均不能准确判定某品种的抗旱性[22]，针对萌发期本文也得出了相似的结论。

本研究表明，PEG胁迫降低了玉米杂交种子的发芽率、发芽势、发芽指数、发芽活力指数，抑制了杂交玉米种子的胚芽和胚根的生长发育。本研究采用隶属函数法，对相对发芽势、相对发芽率、相对培根长、相对胚芽长、相对种子活力、相对发芽指数、萌发抗旱指数、胁迫指数进行综合性评价，14个杂交组合的抗旱能力由强到弱依次是家佳荣2号、12正组48×1、云瑞88、12正组47×1、路单8号、北玉16、会单4号、海禾2号、迪卡2号、12正组535×534、12正组536×534、珍禾2号、12正组238×141、12元江2号。14个品种中，会单4号曾经是云南推广面积最大的山区杂交种，路单8号是目前云南中南部推广面积最大的杂交种。该研究结果表明，家佳荣2号、12正组48×1、12正组47×1这3个组合或品种的萌发期抗旱性均强于路单8号和会单4号，值得进一步试验、示范，可以为后期评价和示范推广提供参考依据。

[1]顾尉连,沈秀瑛,戴俊英,等.玉米不同品种各生育时期对干旱的生理反应[J].沈阳农业大学学报,1990,21(13):186-190.

[2]黎 裕,王天宇,刘 成,等.玉米抗旱品种的筛选指标研究[J].植物遗传资源学报,2004,5(3):210-215.

[3]席章营,吴克宁,王同朝,等.玉米抗旱性生理生化鉴定指标及利用价值分析[J].河南农业大学学报,2000,34(1):8-11.

[4]胡兴波,曹敏建,王学智,等.不同玉米品种萌芽期及苗期抗旱性初步研究[J].玉米科学,2004,12(3):66-67,70.

[5]宋 碧,曾永德,左乾勇,等.不同玉米品种萌芽期抗旱性研究[J].贵州农业科学,2005,33(1):17-19.

[6]赵丽英,邓西平,山 仑.渗透胁迫对玉米幼苗水分状况及生长的影响[J].华北农学报, 2003,18(2):33-35.

[7]李玉玲,刘华山,台国琴,等.玉米不同基因型种子发芽及幼苗性状分析[J].华北农学报, 1998,13(3):53-58.

[8]徐明慧,关义新,马兴林,等.玉米芽苗期抗旱性研究进展综述[J].玉米科学,2002,10(4):35-38.

[9]王 赞,李 源,吴欣明,等.PEG渗透胁迫下鸭茅种子萌发特性及抗旱性鉴定[J].中国草地学报,2008,30(1):50-55.

[10]安永平,强爱玲,张媛媛,等.渗透胁迫下水稻种子萌发特性及抗旱性鉴定指标研究[J].植物遗传资源学报,2006,7(4):421-426.

[11]席嘉宾,陈 平,张惠霞,等.中国地毯草野生种质资源耐旱性变异的初步研究[J].草业学报,2006,15(3):93-99.

[12]陈荣敏,杨学举,梁凤山,等.利用隶属函数法综合评价冬小麦的抗旱性[J].河北农业大学学报,2002,25(2):7-9.

[13]孙彩霞,沈秀瑛.作物抗旱性鉴定指标及数量分析方法的研究进展[J].中国农学通报,2002,18(1):49-51.

[14]周久亚,刘建秀,陈树元.草坪草抗旱性研究概述[J].草业科学,2002,19(5):61-66.

[15]王 赞,李 源,高洪文,等.鸭茅苗期抗旱性综合评价[J].干旱地区农业研究,2007,25(6):31-36.

[16] Tollernaar M, Lee E A. Yield potential, yield stability and stress tolerance in maize [J].Field Crop Research,2002,75:161-169.

[17]高 宇,习 岗,刘 锴,等.基于生物延迟发光评价玉米萌发期抗旱性的方法[J].发光学报,2014,35(2):243-250.

[18]朱永波,张仁和,卜令铎,等.玉米苗期抗旱性鉴定指标的研究[J].西北农业学报,2008,17(3):143-146.

[19] Monneveux P, Snchez C, Beck D,et al. Drought tolerance improvement in tropical maize source population: Evidence of progress[J].Crop Science,2006,46(1):180-191.

[20]唐怀君,孙宝成,周芳芝,等.玉米抗旱性状的遗传力分析[J].新疆农业科学,2015，52(11)：2011-2015.

[21]覃永嫒,时成俏,王兵伟,等.48份玉米种质的耐旱性鉴定与评价[J].南方农业学报,2014,45(11):1926-1934.

[22]杜彩艳,段宗颜,张乃明,等.云南主栽玉米品种抗旱性鉴定与评价[J].干旱地区农业研究,2015,33(4):181-189.

(责任编辑 王家银)

Evaluation of Drought Resistance for 14 Corn Hybrids at Seed Germination Stage

YU Gui-hai1,2, Qi Xue-hong3*, WANG Zheng-qi4,ZHAO Zi-xian1**, YANG Jiu5**

(1.College of Agronomy and Biotechnology,Yunnan Agricultural University, Yunnan Kunming 650201, China; 2.International seed Co. Ltd., China Seed Group, Yunnan Shilin 652200, China; 3. Yunnan Seed Group Co. Ltd., Yunnan Kunming 650204,China; 4.Sayingpan Agricultural Comprehensive Service Center in Luquan County, Yunnan Luquan 651506,China；5.Food Crops Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Kunming 650205,China)

The drought-resistance evaluation at seed germination stage for 14 maize hybrids was studied by simulated drought stress with 20% polyethylene glycol (PEG-6000) solution. The results showed that the germination rate and vitality index decrease, the length of radicle and embryonic bud also decreased under PEG stress. Comprehensive evaluation of drought resistance at seed germination stage mainly concerned germination drought-resistance index, then other indexes as well. Based on relative germination rate, the relative germination energy, relative vitality index, relative embryonic root length, relative embryonic bud length, germination drought-resistance index and germination stress index, with membership function method, the drought-resistance sequence of 14 maize hybrids from high to low was Jiajiarong 2>12 normal season 48×1>Yunrui 88>12 normal season 47×1>Ludan 8>Beiyu 16>Huidan 4>Haihe 2>Dekalb 2>12 normal season 535×534>12 normal season 536×534>Zhenhe 2>12 normal season 238×141>12 Yuanjiang 2.

Corn；PEG stress；Drought resistance；Seed；Vitality

1001-4829(2016)07-1499-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.07.002

2015-03-15

云南省技术创新人才培养项目(2011CI061);云南农业大学百名人才培养项目(2012PY03);云南农业大学博士启动基金项目

余贵海(1991-)，男，云南楚雄人，主要从事玉米试验示范、亲本繁殖等工作，*为共同第一作者，**为通讯作者：赵自仙,E-mail:zhaozix@126.com；杨久,E-mail:yaas2003@163.com。

S513

A