PEG模拟干旱胁迫下藜麦萌发期抗旱性评价

姚 庆，秦培友，苗昊翠，陈晓露，张学超，崔宏亮

(1.新疆伊犁州农业科学研究所，新疆伊宁 835000；2.中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081；3.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】藜麦(ChenopodiumquinoaWilld)，属一年生双子叶植物，又称奎藜、南美藜等[1-2]。藜麦具有丰富的遗传多样性以及广泛的生态适应性，对于干旱、盐碱、高寒等逆境环境均有较好的耐受性[3]。国内对藜麦在育种、栽培、抗逆性、生产加工等开展了相关研究。自2007年藜麦在山西高海拔地区试种成功后，迅速在当地发展，目前，甘肃、青海等地区都开始研究藜麦，中国作物协会提出未来藜麦主粮化[4]。干旱是制约农作物生长发育及产量的主要限制因素之一，在世界范围内，由于干旱造成的农作物减产非常严重，远大于其他因素导致产量损失的总和[5]，所以干旱在所有非生物胁迫中占首位[6]，因此，作物抗旱性研究日趋重要，选择优良的抗旱品种是提升旱作土地利用率的重要保证。新疆位于我国西北边陲，面积166.04×104km2，属温带大陆性气候，降水量小且分布不均，80%以上的降水分布在山区，干旱一直制约着新疆农业的发展的因素之一。藜麦由于其广泛的生态适应性，选育藜麦抗旱品种将其运用于改变新疆种植结构的特色作物实际意义。【前人研究进展】Jarvis等[7]发表了藜麦基因组图谱，推动了藜麦研究的进展，在藜麦抗旱性方面有很大的帮助。Liu J等[8]研究发现干旱胁迫可诱导藜麦中70%热休克蛋白基因的表达以提高藜麦自身的耐旱性。黄杰等[9]在陇东旱作区针对4个藜麦品种做了抗旱性方面的试验，并筛选出了抗旱性较强的品种。【本研究切入点】在新疆藜麦作为新型作物，研究只停留在大田适应性方面，对于室内萌发期抗旱性方面的研究几乎没有。实验室模拟干旱胁迫进行种子萌发期试验大多采用聚乙二醇PEG-6000高渗溶液渗透法[10]，PEG-6000是一种高分子量的渗压计，具有试验周期短、易操作等特点，在种质资源评价上为理想材料[11-13]。研究与评价PEG模拟干旱胁迫下10个藜麦品种的萌芽期抗旱性。【拟解决的关键问题】利用PEG-6000高渗溶液渗透法，对10个藜麦品种的种子进行不同梯度的胁迫处理，研究不同藜麦品种的抗旱性，为藜麦品种筛选及推广利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料10份，为新疆伊犁州农业科学研究所近几年引进、筛选出的藜麦品种(系),编号为YL1、YL2、YL3、YL4、YL5、YL6、YL7、YL8、YL9、YL10。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用随机设计，设置6个处理组及一个对照(CK)，处理组为PEG-6000水溶液，体积分数分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%，对照组为蒸馏水，每处理3次重复。

每个品种选择籽粒饱满、大小均匀的藜麦种子冲洗干净，经0.3%KMNO4溶液消毒15 min后用蒸馏水冲洗3遍备用，每品种选择100粒种子放置于直径12 cm、底部放置2层滤纸的2个培养皿中，每皿50粒，浸透上述不同浓度的PEG-6000溶液，盖上皿盖，置于25℃培养箱中培养发芽，发芽期间，每天定时定量滴加胁迫液，每2 d更换一次滤纸，并及时清理发霉腐烂的种子，对照同期更换蒸馏水。

1.2.2 指标测定

从种子置床当天开始观察记录，由于藜麦极易发芽，以胚芽长短大于2 mm作为发芽标准，直至第6 d不再有种子发芽为止，第2 d调查发芽势，第6 d调查其发芽率，第6 d从每皿选择长势较好的20株，分别测其胚芽长、胚根长、称量鲜重及干重，相关指标计算公式如下：

发芽率(germination rate,GR)=正常发芽种子数/供试种子数×100%;

发芽势(germination energy,GE)=第2 d发芽种子数/供试种子数×100%;

相对发芽率(relative germination rate，RGR)=胁迫处理的发芽率/对照的发芽率×100%;

相对发芽势(relative germination energy,RGE)=胁迫处理的发芽势/对照的发芽势×100%;

发芽指数(germination index，GI)=∑(Gt/Dt)(Gt为时间t日的发芽数，Dt为相应的发芽天数);

活力指数(vitality index，VI)=幼苗鲜重×GI[14]。

1.3 数据处理

为消除不同藜麦品种遗传背景的差异，试验评价品种耐旱性指标将采用性状的相对值[15]。应用隶属函数法对10个藜麦品种种子萌发抗旱性进行综合评价，所用公式为X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin),X为某品种某一指标的测定值，Xmin和Xmax为该指标中的最小值和最大值，总隶属值为各性状隶属值求和后的算数平均值。所得数据利用Exce2003软件和DPS7.05分析软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度PEG-6000处理对藜麦种子萌发的影响

2.1.1 发芽率和发芽势

发芽率和发芽势能够在一定程度上反映种子的抗旱能力，数值越高，代表种子抗旱能力越强，随着PEG-6000浓度的增高，除了品种YL1、YL2发芽率和发芽势变化不大之外，当PEG-6000浓度达到5%～10%时，其他品种发芽率和发芽势较对照均呈上升趋势，适当干旱胁迫对藜麦种子的萌发具有一定的促进作用。当PEG-6000浓度达到15%～25%时，藜麦种子的发芽率和发芽势逐步呈下降趋势，随着PEG-6000浓度不断增高，对种子萌发存在抑制作用，但品种间差异不显著。当PEG-6000浓度达到30%，除YL2差异不显著外，其他品种的发芽率和发芽势均存在明显差异，30%PEG-6000浓度对藜麦种子发芽率和发芽势影响明显，是藜麦种子抑制萌发的敏感点。表1

2.1.2 茎长和根长

研究表明，当藜麦种子萌发后，水分胁迫对藜麦的茎长受到明显抑制，而对藜麦的根长具有明显的促进作用。藜麦茎长相较于对照，除了YL3、YL4、YL7、YL10品种外，其他品种茎长均小于对照，随着PEG-6000浓度不断升高，茎长逐渐缩短,茎长与干旱胁迫呈负相关，即干旱胁迫强度越大，茎长越小。但是品种间茎长降低的幅度不尽相同，可能是由于每个品种对干旱胁迫的敏感程度不同。随着PEG-6000浓度由5%递增到15%，10个藜麦品种的根长明显长于对照并呈上升趋势，由于促进根长且达到峰值的PEG-6000浓度不一致，所以促进根长转为抑制根长的作用的拐点浓度不同，当PEG-6000浓度达到10%时，YL1、YL5、YL6根长到达峰值，当PEG-6000浓度达到15%时，YL3、YL4、YL7、YL8、YL9、YL10根长到达峰值,当PEG-6000浓度达到20%时，YL2根长到达峰值，随着浓度不断增加，胚根长度开始下降，当PEG-6000浓度达到30%时，除品种YL2存活外，其他品种均受到抑制并死亡，可见YL2胚根抵御干旱胁迫能力较强；从茎长与根长的反比关系来看，也充分证明在干旱胁迫下，植株会将各种营养物质最先提供给根部进行生长和发育，对自身地上器官和地下器官进行调节，比如尽量发展根系，吸收水分，缩小地上器官面积，减少蒸发量等。表1

2.1.3 发芽指数和活力指数

种子的发芽指数是衡量植物发芽能力及活力的一项重要指标，而发芽指数和活力指数更能综合反映种子的长势和健壮程度[16]。发芽指数除YL1、YL2外，随着PEG-6000浓度增大，其余品种呈先上升后下降趋势。10个品种的活力指数均呈先上升后下降趋势。而活力指数与发芽指数和幼苗鲜重息息相关，干旱胁迫对藜麦幼苗的鲜重存在一定的影响，随着PEG-6000浓度不断增加，幼苗鲜重呈下降趋势，当浓度达到30%，除YL2外，其他幼苗全部受到抑制并死亡。YL2、YL1的发芽指数占对照的49.21%和45.01%，分别排第一第二位，隶属值在0.8以上，而活力指数占对照16.40%和11.58%，也排在第一第二位，隶属值在0.6以上，YL2、YL1两个品种都属于耐旱品种。表1，图1

图1 不同浓度PEG-6000处理下幼苗鲜重

Fig.1 Fresh weight of seedlings treated with different concentrations of PEG-6000

2.2 萌发期抗旱性综合评价

2.2.1 相对发芽率和相对发芽势

相对发芽率和相对发芽势能够更加准确的反映不同品种间的种子发芽状况，相对发芽率和相对发芽势越大，说明种子的萌发能力越强，整齐度越高[17]。随着干旱胁迫的加剧，参试藜麦品种的相对发芽率和相对发芽势均有所下降，但是差异不显著，其中相对发芽率最高的YL7为1.15%，最低的YL8为0.79%，差异0.36%；相对发芽势最高的YL9比最低的YL5高出0.69%，从排序上来看，相对发芽率排名前四位的依次为YL7﹥YL9﹥YL2﹥YL3、YL10,相对发芽势排名前四位的依次为YL9﹥YL7﹥YL2﹥YL3、YL10。表2

表1 不同浓度PEG-6000处理下10个藜麦品种萌发变化

Table 1 Effects of different concentrations of PEG-6000 on germination of 10 quinoa varieties

品种Varieties浓度Concentration(%)发芽率GR(%)发芽势GE(%)茎长SL(mm)根长RL(mm)活力指数VI发芽指数GIYL1550.00a50.00a27.92b64.46d12.50e50.00a1050.00a50.00a21.30d78.60a15.25c50.00a1550.00a50.00a21.90c75.78b16.10b50.00a2050.00a50.00a16.93f71.04c13.15d50.00a2550.00a50.00a19.48e58.18e12.50e50.00a3031.00b24.00b0.00g0.00g0.00f24.33bCK50.00a50.00a42.37a31.00f17.90a50.00aYL2550.00a50.00a31.33b87.49d18.50d50.00a1050.00a50.00a26.69c92.86c18.80b50.00a1550.00a50.00a23.79d113.21b20.00a50.00a2050.00a50.00a20.40e116.49a18.75c50.00a2550.00a50.00a16.49f86.07e14.55f50.00a3050.00a46.50a12.80g67.85f7.81g45.92bCK50.00a50.00a42.07a67.06g17.70e50.00aYL3538.00ab36.50ab24.07b83.50c10.80b36.75c1039.50ab38.50a19.13d95.97b11.20a37.83b1536.00ab36.00ab24.93a105.25a9.12d35.75d2040.50a40.50a16.50e83.38d8.63e39.75a2527.00c27.00b13.31f56.90f3.71f26.50f3013.50d10.00c0.00g0.00g0.00g10.17gCK33.50b33.00ab22.90c82.65e9.32c33.17eYL4539.00a37.00a25.07b87.38c11.71b37.42a1036.50a36.50a20.22c93.77b9.59c35.25d1537.50a37.50a20.02d94.50a8.90d37.25b2032.50ab32.50a13.20e66.55e6.06e31.75e2527.50b27.50a9.58f40.04f4.15f26.25f3019.50c17.00b0.00g0.00g0.00g17.08gCK38.00a36.50a30.38a85.23d12.36a36.25cYL5536.50ab37.50a31.47c62.10d10.22b35.00b1042.00a37.00a33.19a89.97a14.52a39.67a1532.50b36.50a29.09d85.22b9.66d31.25e2038.00ab32.00a20.21e77.54c10.14c34.25c2526.00c19.50b15.82f48.39f4.74f20.25f3011.00d10.00b0.00g0.00g0.00g4.75gCK38.00ab35.50a32.79b50.62e8.76e33.29d

续表1 不同浓度PEG-6000处理下10个藜麦品种萌发变化

Table1 Effects of different concentrations of PEG-6000 on germination of 10 quinoa varieties

品种Varieties浓度Concentration(%)发芽率GR(%)发芽势GE(%)茎长SL(mm)根长RL(mm)活力指数VI发芽指数GIYL6539.50ab37.50ab28.31c74.40c10.43b37.92b1042.50a41.00a30.17b83.06a13.63a39.50a1531.00cd29.50bc25.88d77.23b6.46d29.50c2037.50ab26.00c17.73e65.30d5.86e27.50e2525.00d24.50c15.19f48.45f3.58f24.17f303.00e1.50d0.00g0.00g0.00g2.00gCK35.00bc30.50bc34.43a49.98e7.71c28.67dYL7522.00ab21.50a38.32a68.80b6.51b20.85b1024.00a21.00a31.89c65.83c6.57a21.25a1520.00abc17.50ab30.12d80.18a5.08c17.58c2017.50abc12.00ab19.28e55.24d2.55e12.63e2513.50cd13.50ab12.40f29.96f1.40f12.50f3010.00d8.00b0.00g0.00g0.00g8.17gCK15.50bcd15.50ab32.49b34.17e2.97d13.50dYL8522.50a20.50a31.12a46.54d4.09b20.03a1020.00a20.00a28.12c69.33b5.62a19.50b1518.50a15.50ab25.20d70.32a3.35c15.50c2016.00a7.50bc18.58e49.06c1.50e9.12e258.50b8.50bc12.17f29.88e0.91f7.75f305.00b1.00c0.00g0.00g0.00g2.33gCK19.00a14.00ab29.18b29.75f2.32d11.58dYL9535.50ab35.50a29.69b70.93c10.11b34.75b1038.50a38.50a22.87d92.76b11.89a37.75a1532.00b32.00ab26.09c105.03a9.41c31.25c2025.00c23.00bc18.67e59.43e5.52e22.25d2521.50c19.50c0.00f0.00f0.00f18.92e306.00d6.00d0.00f0.00f0.00f5.25gCK24.50c18.00c34.39a60.90d5.67d18.41fYL10521.00a20.50a37.21a64.41a6.80a19.60a1017.00ab16.00ab25.30d59.99c4.09b15.83b1517.00ab15.00ab26.02c63.18b3.39c14.67c2012.00bc8.50bc16.49e41.57d2.02e8.90f2510.00c10.00bc0.00f0.00f0.00f9.50e301.50d1.50c0.00f0.00f0.00f1.50gCK13.50bc12.50ab30.51b25.03e2.23d9.79d

2.2.2 相对茎长和相对根长

YL3的相对茎长排第1位，仅为对照的0.71%，而其相对根长为对照的0.86%排第9位。YL1的相对茎长为对照的0.42%排第10位，而其相对根长为对照的1.87%排第1位，更加验证了随着PEG-6000浓度的不断升高，植株会调节自身根部和地上部位的配比，抗旱性越强的品种，其根部所占的全株比例越大。表2

2.2.3 基于六项指标的综合评价

对10个藜麦品种相对发芽率、相对发芽势、相对茎长、相对根长、发芽指数、活力指数等6个指标，计算隶属函数值，对其进行综合评价，抗旱性强弱顺序为YL2(0.64)>YL1(0.53)>YL7(0.51)>YL3(0.46)>YL9(0.45)>YL5(0.35)>YL10(0.34)>YL6(0.31)>YL8(0.28)>YL4(0.22)。为能够较全面的反映出不同藜麦品种在不同胁迫程度的耐受能力，将10个藜麦品种划分为三个抗旱级别，以供试材料的综合评价值的均值0.43上下浮动0.05为准，将综合评价值大于0.48的YL1、YL2、YL7归为强耐旱品种；将0.38～0.48范围内的YL3、YL9归为中等耐旱品种；将小于0.38的YL4、YL5、YL6、YL8、YL10归为弱耐旱品种。表2

表2 10个藜麦品种耐旱指标隶属函数值及综合评价

Table 2 The subordinate function values of diought resistances and comprehensive evaluation of the ten quinoa varieties

品种Varieties相对发芽率RGR(%)隶属值MV相对发芽势RGE(%)隶属值MV相对茎长RSL隶属值MV相对根长RRL隶属值MV发芽指数GI隶属值MV活力指数VI隶属值MV平均总隶属值ATMV耐旱级别DRLYL10.940.400.910.250.420.001.871.0045.010.8911.580.650.532YL21.000.580.990.360.520.341.400.5849.211.0016.401.000.641YL30.970.490.950.310.711.000.860.1030.190.517.240.340.464YL40.840.140.860.170.480.210.750.0029.740.506.740.300.2210YL50.820.060.740.000.660.821.200.4026.280.418.210.410.356YL60.850.160.870.190.570.501.160.3724.910.376.660.300.318YL71.151.001.010.380.680.881.460.6414.600.113.680.080.513YL80.790.000.870.190.660.811.490.6611.100.022.580.000.289YL91.080.801.431.000.470.170.900.1323.410.346.150.260.455YL100.970.490.950.310.570.521.530.6910.340.002.720.010.347

3 讨 论

水分是种子萌发的第一要素，同时也影响着植物的整个生育期，种子萌发是植物生长周期的起点，自然条件下，植物种子在萌发期遇到干旱胁迫时，其抗旱能力的强弱是能否发育成健壮植株的关键，研究种子萌发期抗旱性具有重要的意义[18-19]。利用PEG-6000溶液处理种子是干旱胁迫研究中常用且理想的模拟系统，通过该试验方法检测供试品种的发芽率、发芽势、相对发芽率、相对发芽势、发芽指数、活力指数等指标，判断不同材料在干旱胁迫下的耐旱程度[20]。目前，关于种子萌发能力的研究已经取得了一定的进展。吴桂丽等[21]采用PEG-6000模拟干旱胁迫5个亚麻品种，结果表明，随着PEG浓度的增加，亚麻种子的发芽率、发芽势、萌发指数和活力指数明显降低。刘贵河等[22]发现低浓度的PEG-6000溶液能够较好的促进种子的萌发,这与试验结果相一致。

YL1和YL2的发芽率和发芽势除了PEG-6000浓度达到30%时有所下降外，其他浓度和对照没有发生变化，都达到了100%发芽，这说明耐旱性强的藜麦品种在模拟干旱胁迫下依然保持较高的发芽率和发芽势，这与吕亚慈等[14]研究结果一致。随着PEG-6000浓度不断增加，种子的萌发受到抑制，但不同品种对PEG-6000作用敏感拐点浓度不同，这与秦文静等[22]对白花草木樨种子的研究及孙艳茹等[23]对8种绿肥作物萌发特性与抗旱性评价相一致。研究结果表明，干旱胁迫会一直对藜麦的胚芽造成抑制，随着PEG浓度不断增加，茎长变短直至死亡，而低浓度的PEG-6000胁迫会促进胚根的生长，当PEG浓度增加到一定程度后，根长也受到抑制，这与罗永忠等[24]和杨景宁等[25]研究一致，试验中当PEG-6000浓度到达30%时，除YL2以外的其他品种全部死亡。在发芽指数和活力指数两项指标方面，随着PEG-6000浓度不断升高，10个藜麦品种的发芽指数和活力指数均呈下降趋势，但下降的趋势和程度不同。

近年来，针对植物种子抗旱性研究，国内外学者从不同角度研究发现，作物抗旱性研究的关键是合理选择抗旱性指标[26],但是不同作物的表现也不尽相同，采用单一指标来评价和筛选抗旱品种是片面的，所以鉴定作物抗旱性强弱的最有效方法是综合考虑作物在正常条件和模拟干旱处理下的性状表现[27]。

4 结 论

试验对10个藜麦品种在干旱胁迫条件下的发芽率、发芽势、活力指数等6个指标进行了方差分析，又对其相对发芽率、相对发芽势、相对茎长等6个指标进行隶属值及综合性评价，鉴定出强耐旱品种3个，中等耐旱品种2个，弱耐旱品种5个。从10个供试藜麦品种来看，5%～15%浓度的PEG-6000对大部分供试种子萌发起到了促进作用，发芽率和发芽势均比对照高，但是不同品种对PEG-6000作用响应不同，可能是PEG-6000对其具有促进作用的最佳浓度值不同。试验利用相对耐旱指标及隶属函数值综合分析，对10个藜麦品种进行抗旱性鉴定，并针对其抗旱性划分成3个级别。YL1、YL2、YL7为强耐旱品种； YL3、YL9为中等耐旱品种；YL4、YL5、YL6、YL8、YL10为弱耐旱品种。