PEG-6000模拟干旱胁迫下3个青稞品种的萌发特性及抗旱性评价

张毅 韩玉娥 张银乐 王建林

摘要：早春干旱已成为青藏高原地区农业生产发展所面临的主要障碍之一。采用质量分数为5%～20%的聚乙二醇（PEG）-6000模拟干旱胁迫，研究不同程度的干旱胁迫对3个青稞品种各活力指标的影响。结果表明，随干旱胁迫程度的增大，发芽率、苗（芽）长、根（胚）鲜质量、发芽指数均呈现不同程度的降低趋势，且当PEG-6000胁迫浓度超过10%时，各指标出现急剧下降趋势;发芽势对胁迫响应下降趋势最小，根（胚）长随干旱胁迫程度的增大呈现先增大后减小的趋势，根冠比随胁迫程度的增大而增大;地下部分比地上部分对干旱胁迫更敏感;发芽指数和苗（芽）鲜质量能较为全面地评价青稞的抗旱能力。综合各项指标，3个青稞品种的抗旱强弱顺序为喜拉22﹥喜拉19﹥山青9号。

关键词：青稞;PEG胁迫;萌发;抗旱性

中图分类号： S512.301

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）15-0139-04

干旱已成为全球范围内农业生产所面临的主要障碍之一，特别是近年来，在全球气候系统普遍变暖的大背景下，青藏高原气温逐年升高，且降水量在逐渐减少[1]，这对于本来就高寒、缺氧、干旱、气温低等气候环境恶劣的青藏高原来讲，无疑对农业生产带来了更大的挑战。西藏是世界上海拔最高的青藏高原的主体部位，其降水时空分布极不均匀，虽然水资源丰富，但受地形、基础设施等限制，可用来灌溉的水资源十分有限。干旱半干旱区域面积占西藏自治区耕地面积的 2/3，降水主要集中在6、7、8、9月份[2]，在作物需水关键期常常存在有效降水量不足的局面。青稞（Hordeum vulgare L.），别称裸大麦、元麦和米大麦，隶属禾本科（Gramineae）大麦属（Hordeum），是世界最古老的粮食作物之一，种植面积仅次于小麦、水稻、玉米[3]，是典型的高原农作物，青稞种植区域主要分布在青藏高原的几个藏族自治州[2-4]。筛选苗期耐旱性的青稞品种，对于青藏高原青稞种植业的生产发展具有非常重要意义。聚乙二醇（PEG）-6000是一种生物大分子，不能被植物直接吸收利用，常用于模拟干旱，控制植物吸水来评价植物的抗旱性。PEG模拟干旱已成为一种人们研究种子抗旱能力的重要手段[5-6]，在小麦[7]、玉米[8]、大麦[9]等作物上均有广泛应用。目前有关青稞的抗旱性研究并不多[10]，针对青藏高原常规种植品种的抗旱性研究更是未见公开报道。本研究利用PEG模拟干旱，以青藏高原常规青稞种植品种为试验材料，对种子萌发期间的抗旱性进行系统评价，旨在为青稞品种的抗旱性研究提供一定的基础资料。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为青稞品种喜拉22、喜拉19、山青9号，种子常温保存。

1.2 研究方法

采用四分法取样，选取籽粒饱满、大小一致、无病虫且种胚色泽一致的种子，用0.5%的高锰酸钾消毒30 min，之后用蒸馏水冲洗4次，用双层滤纸的12 cm×12 cm×6 cm發芽盒垫作为发芽床，用PEG-6000模拟干旱胁迫，共设5个浓度梯度，分别为0%（CK）、5%、10%、15%、20%，将消毒后的种子分别放入盛有相应浓度溶液的发芽盒中，设3次重复，每次重复50粒种子，每天补充适量相应浓度的溶液，以种子周围不出现水膜为标准。置于光照度为10 000 lx，温度为20 ℃，湿度为65%，光—暗周期为12 h—12 h的光照培养箱中培养。为减少水势变动，第4天换发芽床。

1.3 调查及项目测定

从种子置床之日起观察，以胚芽、胚根长、种子等长作为发芽标准，每天定时记录发芽种子数，第4天计算发芽势，第8天结束试验，并进行幼苗生长测定，各重复随机取10株幼苗进行苗（芽）长、根（胚）长、苗鲜质量、根鲜质量测定，并计算根冠比。

1.4 计算方法

1.4.1 种子活力的计算

GR=第8天正常发芽种子数/供试种子数×100%;

GE=第4天正常发芽种子数/供试种子数×100%;

式中：GR、GE、GI分别表示发芽率、发芽势、发芽指数;Dt为发芽日数;Gt为Dt相对应的每天发芽种子数。

根冠比=根（胚）长/苗（芽）长。

1.4.2 抗旱指数计算 参照Bouslama等的计算方法[11]，对计算公式稍加改动

抗旱指数=PIS/PIC。

式中：PIS、PIC分别表示干旱胁迫下种子萌发指数、对照种子萌发指数;其中PI=（1.00）Rd3+（0.75）Rd4+（0.5）Rd6+（0.25）Rd8;Rd3、Rd4、Rd6、Rd8分别为第3、4、6、8天的种子发芽率。

1.4.3 抗旱性综合评价 模糊数学隶属函数法已成为评价植物抗旱性的重要方法之一[12-13]。本研究采取此方法对3种青稞种质资源进行抗旱性综合评价。

式中：Xμ为隶属函数值;X为供试植株某一指标值的测定值;Xmax为该指标的最大值;Xmin为该指标的最小值。如果某项指标和抗旱性呈负相关，可以用反隶属函数计算抗旱性隶属函数值，具体计算公式先求出3种青稞各个抗旱指标在不同PEG-6000浓度下的隶属函数值，然后把每一指标在不同PEG-6000浓度下的值相加计算平均值，最后将每一植物各个抗旱指标隶属值相加计算平均值，隶属值越大，则抗旱性越强。

1.5 数据分析

用Excel进行数据整理，用SPSS 22.0进行数据分析，用Origin 8.0作图。

2 结果与分析

2.1 PEG-6000模拟干旱胁迫对3个青稞品种发芽势的影响

质量分数为20%的PEG-6000胁迫下，3个青稞品种第4天均未发芽，因此对该浓度不作讨论。

发芽势的大小能够比发芽率更好地表示种子活力的高低，种子活力的高低，除受环境因素影响外，主要受种子本身的遗传因素影响，发芽势越大，则表明种子抗旱性越好。从表1可以看出，3个青稞品种的发芽势均随PEG-6000浓度的增大而降低，在轻度（PEG-6000浓度≤10%）干旱胁迫下，3个青稞品种均对干旱胁迫有一定的适应性（P>0.05）;在浓度为15%的 PEG-6000胁迫下，3个青稞品种发芽势急剧下降，在此浓度干旱胁迫下，山青9号抗旱性最小;就发芽势来讲，3个青稞品种的抗旱性总体表现为喜拉22﹥喜拉19﹥山青9号。

2.2 PEG-6000模拟干旱胁迫对3个青稞品种发芽率的影响

播种成苗是农业生产成败的首要环节，其发芽率的高低直接影响最终的产量。从表2可以看出，3个青稞品种的发芽率对不同浓度的干旱胁迫响应有所不同，3个青稞品种的发芽率均对轻度（PEG-6000浓度≤10%）干旱胁迫有一定的适应性（P>0.05），但当PEG-6000浓度为20%时，山青9号完全丧失活力;在15% PEG-6000干旱胁迫下，与对照相比，喜拉22和喜拉19发芽率极显著降低（P<0.01），山青9号同样极显著降低（P<0.01）;在20% PEG-6000干旱胁迫下，喜拉22和喜拉19发芽率急剧下降（P<0.01），且表现出喜拉19的发芽率高于喜拉22;就发芽率来讲，3个青稞品种的抗旱性强弱总体表现为喜拉22﹥喜拉19﹥山青9号。

2.3 PEG-6000模拟干旱胁迫对3个青稞品幼苗生长的影响

质量分数为20%的PEG-6000胁迫下，山青9号未萌发，因此对该浓度的山青9号不作讨论。

幼苗生长鉴定种子活力已被列入了国际种子检验协会（ISTA）活力检测手册，我国也将其列入农作物种子检验规程[14]，一般情况下，活力高的种子，其幼苗生长健壮。从表3可以看出，除对照外，根冠比随干旱胁迫程度的增加而增大，苗（芽）长、根（胚）鲜质量均随干旱胁迫程度的增大而降低，其受胁迫程度因品种的不同而不同。就苗（芽）长而言，喜拉22和山青9号对干旱胁迫比喜拉19敏感，喜拉22和山青9号在5% PEG-6000胁迫下已经与对照呈现极显著差异（P<0.01）;在10% PEG-6000干旱胁迫下，喜拉19的苗（芽）长较对照降低11.93%，喜拉22和山青9號均较对照降低15.0%以上;3个青稞品种的根（胚）长与对照相比，均在5%、10% PEG-6000浓度胁迫下根（胚）长有所增长，喜拉22和山青9号未达到显著水平（P>0.05），喜拉19达到极显著水平（P<0.01）;与对照相比，喜拉22苗（芽）鲜质量在5% PEG-6000胁迫下有所增加（P﹥0.01），在其他浓度的干旱胁迫下，3个青稞品种的苗（芽）鲜质量与对照相比，均呈现不同程度的降低趋势，均在10% PEG-6000胁迫下，出现大幅下降（P<0.01）;与对照相比，3品种根（胚）鲜质量均不同程度下降，喜拉22和喜拉19在5% PEG-6000胁迫下已出现极显著差异（P<0.01），山青9号在10% PEG-6000胁迫下呈现极显著差异（P<0.01）;与对照相比，3品种根冠比随PEG-6000浓度的增加，均呈现不同程度的增加趋势，喜拉22和喜拉19的根冠比在15% PEG-6000胁迫下最大，喜拉22在20% PEG-6000胁迫下根冠比最大。

发芽指数能够较好地反映种子活力的高低，可信度高[15]，抗旱指数可以评价抗旱性的强弱。从图1-A可以看出，发芽指数随着PEG-6000胁迫浓度的增加呈下降趋势，3个青稞品种均在15% PEG-6000浓度胁迫下，发芽指数急剧下降;从抗旱指数（图1-B）可以看出，其基本趋势与发芽指数一致，均在15% PEG-6000胁迫下急剧下降，不同的是，在5% PEG-6000胁迫下，3个青稞品种的抗旱指数均较对照有所提高，表明轻度的干旱胁迫能够促进青稞种子抗旱性的提高，这与在轻度的干旱胁迫下，根（胚）的伸长结果相同。

2.5 PEG-6000模拟干旱胁迫对3个青稞品种发芽指数、抗旱指数的影响

种子苗期抗旱性的强弱除受种子本身遗传因素的影响外，还受多项指标的综合影响，仅仅以某一指标难以全面地评价抗旱性的强弱，因此采用模糊数学隶属函数对3个青稞品种的主要指标进行综合评价。从表4可以看出，喜拉22的抗旱性最强，其隶属平均值为0.63，其次为喜拉19，山青9号的抗旱性最弱。

从表5可以看出，根冠比与其他6项指标均呈极显著负相关关系，其余各项指标间均呈现极显著正相关关系，其中发芽指数与其他各项指标间的相关性均大于其他各项指标之间相关性，发芽指数能够较为全面地评价青稞种子的抗旱性，另外根（胚）长与其他指标之间的相关性也能够较好地反映其抗旱性的大小。

3 结论与讨论

早春干旱已成为青藏高原地区农业生产发展所面临的主要障碍之一，常常存在作物生长前期有效降水严重不足，生长后期降水过多的现象，常导致作物大面积发生倒伏，特别是近年来，降水的时空分布明显不均匀。充分挖掘青稞自身抗旱遗传潜力，选育抗旱品种，在一定程度上可以缓解早春干旱问题。

PEG-6000是一种很好的渗透调节剂，能够模拟不同程度的干旱胁迫，同时，PEG-6000还可作为引发剂来使用，其主要原理在于控制种子缓慢吸水，使种子内的各种细胞、酶处于活化状态[16-17]。研究表明，PEG-6000胁迫浓度的增加能够抑制种子的萌发[18]，且因品种的不同响应程度不同[5，8]，在本试验中，PEG-6000浓度为10%的干旱胁迫对3个青稞品种发芽势不存在明显抑制效应，在15% PEG-6000胁迫下，发芽势极显著降低，这与江绪文等研究的研究结果[19]一致，但李淑梅等研究发现，大麦品种秀麦11在5% PEG-6000干旱胁迫下，发芽势就已经存在抑制效应，但在25% PEG-6000胁迫下，第4天还有正常萌发，这可能是品种自身的遗传因素所致[9];发芽率随模拟干旱程度的增加，均不同程度地降低，在PEG-6000浓度≤10%时，3个青稞品种的发芽率与对照相比虽下降，但未达到显著水平，说明青稞种子对适度的干旱胁迫有一定的适应性，这与李淑梅等的研究结果[9，19]一致，但郁飞燕等研究发现，一些小麦种子在适度的干旱胁迫下，其发芽率提高，这可能是适度的干旱胁迫，能够活化小麦种子的一些细胞器、酶所致，而青稞种子的细胞器、酶等对干旱胁迫反应比较迟钝;苗（芽）长随胁迫程度的增加，均减小，根（胚）长先增大后减小，说明青稞种子的苗（芽）长对干旱胁迫更敏感，而根（胚）长对干旱胁迫有一定的适应性[18]，这与孙艳茹等研究的干旱胁迫下几种绿肥作物根系变化特征[20]一致，但李淑梅等研究发现，大麦品种秀麦11随干旱胁迫程度的增加，根系伸长均受到抑制，这可能是由于秀麦11的根系对干旱胁迫更敏感，而青稞品种对干旱胁迫有一定的适应性;苗（芽）鲜质量、根（胚）鲜质量基本都随干旱胁迫的增加而降低[9]，这与江绪文等的研究结果[19]一致;根冠比均随干旱胁迫程度的增加而增大，表明在干旱胁迫下，青稞的地下部分比地上部分对干旱更为敏感，这与孙艳茹等的研究结果[20]一致;发芽指数、抗旱指数，均随干旱胁迫程度的增加总体而降低，在15% PEG-6000干旱胁迫下，均急剧下降，说明发芽指数、抗旱指数在所有的指标中，对干旱胁迫更敏感，这与刘佳等的研究结果[5]一致。

综合隶属值及其他指标，本研究初步认为，喜拉22抗旱性最强，其次为喜拉19，山青9号抗旱能力最弱，苗（芽）鲜质量、抗旱指数、发芽指数对干旱胁迫响应较为敏感，青稞在干旱胁迫下，其地下部分比地上部分更敏感，但在干旱胁迫下，萌发阶段的一些酶及激素等的变化还有待进一步研究。

参考文献：

[1]周天财，孙 建，于 欢. 1980—2013年青藏高原气候时空变化特征研究[J]. 成都信息工程大学学报，2017，32（5）：524-531.

[2]关卫星. 浅谈西藏高寒农区发展旱作农业生产存在的问题及建议[J]. 西藏农业科技，2017，39（2）：1-2，23.

[3]王建林. 西藏高原作物栽培学[M]. 北京：中国农业出版社，2012：133-145.

[4]卢良恕. 中国大麦学[M]. 北京：中国农业出版社，1996：1-2.

[5]刘 佳，徐昌旭，曹卫东，等. PEG胁迫下15份紫云英种质材料萌发期的抗旱性鉴定[J]. 中国草地学报，2012，34（6）：18-25.

[6]李 晶，马书荣，阎秀峰，等. 干旱胁迫对红松幼苗针叶超微结构的影响[J]. 植物研究，2000（3）：324-327，365.

[7]王 瑾，刘桂茹，杨学举. PEG胁迫下小麦再生植株根系特性与抗旱性的关系[J]. 麦类作物学报，2006，26（3）：117-119.

[8]赵玉坤，高根来，王向东，等. PEG模拟干旱胁迫条件下玉米种子的萌发特性研究[J]. 农学学报，2014，4（7）：1-4，12.

[9]李淑梅，董丽平，王付娟. PEG模拟干旱胁迫对大麦种子萌发及生理特性的响应[J]. 种子，2016，35（10）：99-101.

[10]姚晓华，吴昆仑. PEG预处理对青稞种子萌发和幼苗生理特性的影响[J]. 西北植物学报，2012，32（7）：1403-1411.

[11]Bouslama M，Schapaugh W T. Stress tolerance in soybeans. I：Evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance 1[J]. Crop Science，1984，24（5）：933-937.

[12]李培英，孙宗玖，阿不来提. PEG模拟干旱胁迫下29份偃麦草种质种子萌发期抗旱性评价[J]. 中国草地学报，2010，32（1）：32-39.

[13]孙景宽，张文辉，张洁明，等. 种子萌发期4种植物对干旱胁迫的响应及其抗旱性评价研究[J]. 西北植物学报，2006，26（9）：1811-1818.

[14]国家技术监督局. 农作物种子检验章程：GB/T 3543.4—1995[S]. 北京：中国标准出版社，1995.

[15]Sharma A D，Rathore S，Srinivasan K，et al. Comparison of various seed priming methods for seed germination，seedling vigour and fruit yield in okra （Abelmoschus esculentus L. Moench）[J]. Scientia Horticulturae，2014，165：75-81.

[16]胡 晉. 种子生物学[M]. 北京：高等教育出版社，2006：316-349.

[17]Khan A A，Tao K L，Knypl J S，et al . Osmotic conditioning of seeds：physiological and biochemical changes[J]. Acta Horticulture，1978，83：267-278.

[18]郁飞燕，李保峰，李 巍，等. PEG-6000胁迫对不同品系小麦种子萌发的影响[J]. 山东农业科学，2012，44（10）：51-53.

[19]江绪文，李贺勤，王晓琨，等. PEG-6000模拟干旱胁迫对5个玉米品种种子萌发及活力的影响[J]. 种子，2015，34（5）：5-8.

[20]孙艳茹，石 屹，陈国军，等. PEG模拟干旱胁迫下8种绿肥作物萌发特性与抗旱性评价[J]. 草业学报，2015，24（3）：89-98.周 博，嵇 云，蔡国华，等. 电子鼻检测农作物病虫害的研究进展[J]. 江苏农业科学，2019，47（15）：143-148.