烟草外引种质资源抗旱性鉴定与评价

丁燕芳，王海涛，孙 焕，孙计平，宋学立，李旭辉，平文丽，李雪君，侯 咏，俎焕新

（河南省农业科学院烟草研究所，河南 许昌 461000）

烟草生长期对水分的要求比较高，如果受到干旱胁迫就会影响烟叶的产量和质量［1］。中国是个水资源短缺的国家，水资源时空分布不均，近年来中国部分烟区连续遭受严重干旱，旱灾发生的频率和影响范围扩大，持续时间和遭受的损失增加，对中国烟叶生产产生了极大影响。研究烟草抗旱性，发掘抗旱种质，培育抗旱烟草新品种，是解决干旱条件对烟草品质影响最简便有效的途径之一［2］。作物抗旱性体现在不同的生育阶段，例如种子萌发期、幼苗期、水分临界期和全生育期等。一般认为，作物在种子萌发期对环境变化最为敏感，也是评价作物抗旱性的重要阶段之一［3］。前人对作物抗旱性研究已有很多报道［4-7］，且证实发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和根长等与抗旱性密切相关。鉴于烟草抗旱种质资源的研究相对较少的现状，本研究借鉴前人的研究方法，以PEG-6000为胁迫物质，对新引进的24份烟草品种在干旱胁迫下的萌发性状指标进行鉴定和分析，以期筛选出烟草萌发期抗旱性的主要鉴定指标和抗旱性较强的烟草种质，为烟草抗旱育种提供种质资源。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验选用24份国外引进烟草品种材料，品种信息见表1。

1.2 试验设计

试验在人工气候培养箱内进行，采用培养皿纸上发芽法，以15%PEG-6000水溶液（W/V）进行干旱胁迫［8］。每个烟草品种挑选大小均匀、子粒饱满、无病虫害的种子，用75%的乙醇浸泡10 min进行消毒处理，然后用去离子水反复冲洗，置于滤纸上摊开自然晾干备用。每个烟草品种设置去离子水对照和PEG-6000渗透胁迫2个处理，3次重复，直径9 cm的培养皿中铺2层滤纸。胁迫处理用移液枪加入10 mL的15%PEG-6000水溶液，对照中加入10 mL去离子水。用镊子（75%乙醇已消毒）将已经晾干的50粒种子均匀摆放在培养皿中，加盖。最后将培养皿一起放入人工气候培养箱，培养条件为20℃恒温，相对湿度（60±5）%，每天12 h光照，光照度1 000 lx。发芽期间每2 d更换一次PEG-6000溶液，对照更换去离子水，保持滤纸湿润。

1.3 测定项目与方法

以胚根长大于等于种子长或胚芽长大于等于1/2种子长作为发芽标准。每天定时观察并记录发芽种子数及发芽状况，培养第3天测定发芽势；第7天测定发芽指数、活力指数；第14天测定发芽率。发芽结束后，每个处理随机挑选30株幼苗，用游标卡尺测量幼苗的根长、苗高、茎长、全苗长等，用万分之一天平称全苗鲜重。随后将幼苗在80℃下烘干24 h，用万分之一天平测定幼苗全苗干重。各指标计算公示如下。

发芽率（GP）=发芽种子数/供试种子数×100%

发芽势（GE）=日发芽种子数达最大时的发芽种子数/供试种子数×100%

发芽指数（GI）=Σ（Gt/Dt）

式中，Gt为t日的发芽数，Dt为相应时间的发芽天数。

活力指数（VI）=GI×S

式中，S为平均芽长。

根长（RL）：处理结束时，用直尺测定从种子胚到最长根尖的长度。

芽长（BL）：处理结束时，用直尺测定从种子胚到最长叶尖的长度。

胁迫系数（K）＝胁迫性状值（DT）/非胁迫性状值（CK）

1.4 抗旱性评价方法

1.4.1 隶属函数计算 参照洪双等［9］的方法求出各品种各指标胁迫系数的隶属函数值（X），取平均值（X）。

式中，X表示某一指标胁迫系数值；Xmax表示该指标最大胁迫系数值；Xmin为该指标最小胁迫系数值。

1.4.2 抗旱性等级划分 采用隶属函数法对烟草外引种质进行萌发期抗旱性评价。参照烟草品种（系）抗旱性鉴定技术规范［10］和大豆抗旱性鉴定方法划分抗旱级别［11］，将烟草抗旱性分为5个级别，1级：Xˉ≥0.8，高度抗旱；2级：0.6≤Xˉ＜0.8，抗旱；3级：0.4≤Xˉ＜0.6，中度抗旱；4级：0.2≤Xˉ＜0.4，不抗旱；5级：Xˉ＜0.2，易干旱。

1.5 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2007和DPS（Data Processing System）进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对烟草种子萌发性状的影响

种子萌发期是对干旱胁迫最为敏感的时期，由表1可知，干旱胁迫下烟草种子萌发性状表型值均有不同程度降低。其中发芽率的变化幅度最小，胁迫系数为0.69～1.00，表明干旱胁迫对烟草种子发芽率的影响较小；干旱胁迫下，T.L.706、Virginia Yellow、Cg7900454、MRG-4、NCTG61、OX2101和RG3414的发芽率下降幅度均在1.00%以内。同时，干旱胁迫对发芽势有较大的影响，胁迫系数为0.27～1.00，其中Dixie Bright 101、Virginia Yellow和朝鲜抗赤的发芽势降幅较小，均在1.00%以内。发芽指数和活力指数的胁迫系数变化范围分别为0.28～0.96和0.23～0.95，表明发芽指数和活力指数对干旱胁迫的灵敏度更高。

表1 干旱胁迫对烟草种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数的影响

2.2 干旱胁迫对烟草幼苗素质的影响

干旱胁迫下各个烟草品种幼苗生长均受到抑制（表2），其中干旱胁迫对根长、全苗长影响较小，胁迫系数分别为0.41～1.00、0.49～1.00，烟草品种MC Nair、パィンハルト，MRS-3、NCTG61、和OX2007的根长和全苗长变化幅度较小，均在1.00%以内。幼苗干重胁迫系数为0.48～0.99，其中T.I.706、Vesta 33、MCNair、パィンハルト、CU263和OX2007下降幅度在1.00%以内；干旱对幼苗鲜重有较大的影响，幼苗鲜重胁迫系数为0.21～0.73，变化幅度较大，表明幼苗鲜重对干旱胁迫较为敏感。

表2 干旱胁迫对幼苗根长、全苗长、幼苗鲜重和幼苗干重的影响

2.3 8个指标的相关性分析

从24个供试烟草品种种子8个萌发性状指标的相关系数矩阵（表3）可以看出，干旱胁迫下所有测定指标间都存在着相关性。其中发芽率与发芽指数和活力指数呈极显著正相关，发芽势与发芽指数呈极显著正相关，与活力指数呈显著正相关；活力指数与根长和全苗长呈显著正相关，根长与全苗长呈极显著正相关。

表3 8个指标的相关性系数矩阵

2.4 各烟草品种种子萌发性状平均隶属函数值

将供试烟草品种种子萌发期各指标经隶属函数值法分析后发现（表4），萌发期抗旱性较强的是Virginia Yellow、OX2101、MC Nair、NCTG61和Cg7900454，抗旱性较差的是OX2022、Qual938、I-514、Qual916和TL 106。

表4 各烟草品种种子萌发性状平均隶属函数值及其评价

表5分析了24个烟草品种种子萌发特性指标与隶属函数综合指标评价值的相关性，其中发芽指数、活力指数、根长与综合指标值呈极显著正相关，发芽率、发芽势、全苗长、幼苗鲜重与综合指标值呈显著正相关，这些指标均可作为萌发期抗旱性的鉴定指标。

表5 烟草种子萌发期各指标胁迫系数与隶属函数综合评价值的相关分析

2.5 各品种抗旱性综合评价

通过对24份烟草种子萌发期抗旱性的综合评价（表6），依据隶属函数法计算的24份种质材料综合隶属函数值，根据划分的抗旱性等级标准，共筛选出抗旱种质11个，中度抗旱种质9个，不抗旱种质3个，易干旱种质1个；其中Virginia Yellow、OX2101、MCNair、Cg7900454和RG3414抗旱性最强，平均隶属函数值分别为0.799、0.795、0.785、0.741和0.722；I-514、OX2022、Qual916和Qual938这4个种质材料对干旱胁迫表现比较敏感，尤其是OX2022为易干旱性种质。这些资源为抗旱烟草品种的选育提供了优良种质资源。

表6 各品种抗旱性综合评价

3 小结与讨论

植物的抗旱性是由遗传因子和环境共同控制的一个复杂数量性状，是对干旱环境适应能力的反映，其表现形式及机理复杂多样。不同生育时期抗旱机理存在差异，抗旱能力有所不同［12］。评价种子萌发期抗旱性指标一般用相对发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数等进行综合评价，这些指标反映植物种子发芽速度、整齐度和幼苗健壮的程度［13，14］。以相对发芽率、相对发芽势等相对值来评价植物种质萌发期的抗旱性，可以避免不同基因型的种子在干旱胁迫下萌发水平的不均衡测定［15］。本研究结果表明，15%的PEG-6000模拟干旱胁迫下不同烟草种质间各项萌发性状均有不同程度下降，其中幼苗鲜重的下降幅度较大，幼苗鲜重对干旱胁迫的灵敏度较高。通过隶属函数综合评价值的相关性分析显示，除幼苗干重外，其余指标均与隶属函数值呈显著或极显著相关关系，因此根据各项指标胁迫系数的隶属函数值，共筛选出抗旱种质11个，中度抗旱种质9个，不抗旱种质3个，易干旱种质1个。这些资源为抗旱烟草品种的选育提供了优良种质资源，其发芽指数、发芽率、发芽势、根长、活力指数、全苗长和幼苗鲜重7项指标可作为烟草种子萌发时期抗旱性鉴定指标。