酒用糯高粱萌发期抗旱性鉴定及评价

王睿　李魁印　董俐利　张燕　周光怡　曾桂萍　陈松树　何方　徐如宏　任明见

摘要：为鉴定糯高粱种质资源的抗旱性，建立抗旱评价体系、筛选抗旱指标，首先以4份糯高粱种质为材料，利用6个浓度的聚乙二醇（PEG-6000）溶液模拟干旱胁迫，测定其发芽率和出苗率，确定糯高粱萌发期模拟干旱胁迫的最适浓度。然后在150 g/L PEG-6000溶液干旱胁迫条件下，以根长、芽长、芽鲜重、芽干重、根干重、发芽指标、发芽势、发芽率、萌发指数、出苗率等9个指标为鉴定指标，通过主成分分析、频数分析、关联分析、聚类分析和多元逐步回归分析等方法，对64份糯高粱材料进行综合评价和抗旱等级划分，并对其抗旱指标进行筛选。研究结果表明，干旱胁迫对糯高粱萌发期各指标有极显著影响，对出苗率、芽鲜重和根长的影响较大，而发芽势、发芽率和萌发指数受干旱胁迫的影响较小。通过各指标的综合评价，以D值为主要评价方法，筛选得到高抗旱型材料2份、抗旱型17份、中间型材料21份、敏感型材料16份、极敏感型8份。其中，抗旱性较强的材料分别为R16和R20，可作为糯高粱抗旱育种的基础材料。芽干重、发芽率、萌发指数、出苗率可作为糯高粱萌发期简单、有效的抗旱性评价指标。

关键词：糯高粱；萌发期；抗旱性；抗旱指标；综合评价

中图分类号：S514.037文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）09-0143-08

随着全球气候变暖加剧，干旱问题变得更加严重，全球粮食作物生产面临重大挑战［1-2］。高粱是我国重要的粮食作物之一，在我国农业和人民生活水平提高的背景下，其用途逐渐从食用向酿造方向发展［3］。糯高粱是酿造酱香型白酒的主要原料，在我国区域经济发展中占有重要地位［4］。贵州省是我国酱香型白酒的主产区，也是糯高粱主要栽培区［5-6］。尽管高粱在后期具有较强的抗旱能力，但在播种后遇到春旱会严重影响种子萌发和出苗，不利于高产群体的建立，最终导致产量低［7］。因此，鉴定酒用糯高粱萌发期的抗旱性和筛选抗旱指标对于培育抗旱品种和深入研究抗旱机制至关重要。

作物抗旱性评价旨在建立科学、准确的抗旱性评价方法并筛选出简单、有效的抗旱指标，将其结合可高效、准确地评价作物的抗旱性［8-10］。长期以来，已有不少关于作物抗旱性评价方法和指标筛选的研究报道［11］。聚乙二醇（PEG-6000）水溶液模拟干旱胁迫具有稳定、高效、快速、易操作等优点［12-13］。在高粱研究中，岳丽等确定了12份具有较强抗旱性的材料，结果表明芽鲜重、萌发抗旱指数和干物质转运率可被当作新疆高粱萌发期抗旱性鉴定的重要指标［14］；候文慧等认为，发芽指数和发芽率可被视为饲料高粱萌发期抗旱性鉴定的主要指标［15］；吴奇等通过研究干旱对高粱萌发期的影响，确定发芽率、萌发抗旱指数和根长等指标可作为高粱萌发期抗旱性鉴定的依据［16］；张丽霞等通过评估高粱在不同干旱条件下的抗旱表现筛选出4份抗旱性极强的材料［17］。

贵州春季时有春旱和其他灾害性气候，加之独特的喀斯特地貌降低了土壤的保水能力，严重制约了糯高粱生产［18-19］。因此，迫切需要对糯高粱在萌发期的抗旱性进行评价、找到简便而有效的抗旱指标、加速培育糯高粱抗旱品种的进程。目前，对糯高粱萌发期的抗旱性评价及相关指标筛选的研究相对较少。本试验采用64份不同来源的糯高粱种质，研究其在干旱胁迫下的形态和发芽指标。对糯高粱萌发期种质进行综合评价、建立逐步回归预测方程和确定抗旱性评价关键指标。旨在筛选出抗旱性强的糯高粱种质和易测定的与抗旱性相关的指标，为糯高粱抗旱品种的选育提供基础材料，更好地促进我国糯高粱产业的发展。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为64份不同来源的糯高粱种质，由贵州大学酒用原料产业发展研究院、贵州省农业科学院、中国农业科学院等单位提供，材料详情见表1。

1.2 试验设计

试验于2023年6月在贵州大学国家小麦改良中心贵州分中心组培室和实验室内进行。设置不同浓度的PEG-6000水溶液对4份抗旱性不同的糯高粱种质进行模拟干旱处理，以筛选最适浓度。采用150 g/L PEG-6000水溶液来模拟糯高粱萌发期的干旱处理。挑选100粒大小和整齐度较一致的糯高粱种子，放置在垫有2张滤纸的培养皿内，加入150 g/L PEG-6000水溶液模拟干旱胁迫，蒸馏水为对照（CK），每个处理进行3次重复。所有培养皿均放在25 ℃人工气候箱培养7 d，光暗交替为12 h/8 h，

每间隔2 d就进行1次胁迫液或蒸馏水的补充。

1.3 测定指标与方法

自培养的第1天起，每天在同样的时间记录发芽数，统计至第7天，参照GB/T 3543—1995《农作物种子检验规程》中的有关方法，测量64份糯高粱的根长、芽长、芽鲜重、芽干重、根干重，并计算其发芽势、发芽率、萌发指数和出苗率。

1.4 数据统计分析

应用Excel 2016进行数据整理，利用SPSS 25.0 进行配对t检验和各单项抗旱系数的相关性分析、主成分分析、频率分析、灰色关联度分析、系统聚类分析、逐步回归分析，使用Origin 2021进行单项抗旱系数分布箱线图的制作。参考张瑞栋的研究方法［20-22］，计算各单项指标的抗旱系数（DC值）和综合抗旱系数（CDC值）、综合评价值（D值）、加权抗旱系数（WDC值）。

2 结果与分析

2.1 PEG-6000水溶液模拟干旱胁迫最适浓度的确定

从表2可以看出，50 g/L和100 g/L PEG-6000胁迫时，R64的发芽率和R61的出苗率与对照无显著差异，100 g/L PEG-6000胁迫对R64的出苗率有促进作用，不适合抗旱性的鉴定。200 g/L和250 g/L PEG-6000胁迫下，各种质的发芽率和出苗率都较低，说明浓度为200 g/L和250 g/L的PEG-6000水溶液对糯高粱种子的抑制作用大，可能遗漏综合性状良好的种质。在150 g/L PEG-6000胁迫条件下，4份糯高粱种质的发芽率和出苗率与对照组均存在显著差异。因此，可以确认150 g/L是最适合作为糯高粱萌发期模拟干旱胁迫的浓度。

2.2 干旱胁迫对糯高粱萌发期各生长指标的影响

从表3可知，干旱胁迫下，试验中的9个指标均有不同程度的下降，尤其是芽鲜重、出苗率和根长，分别较对照下降了47.071%、 39.275%和38.689%，这说明干旱胁迫导致种子的萌发和生长受到抑制，对不同性状的影响不同。芽鲜重、出苗率和根长对干旱表现出较高的敏感性。通过对照组和干旱胁迫进行配对t检验，结果表明这9个性状在处理和对照间存在极显著差异，再次证实了干旱胁迫抑制了糯高粱的萌发和生长。

2.3 各单项指标抗旱系数（DC值）分析

由图1可以看出，根长、芽鲜重的抗旱系数分布比较一致；而芽长、芽干重、根干重的抗旱系数分布较相近，平均值在0.7左右；发芽势、发芽率、萌发指数的抗旱系数分布相对集中；而出苗率的抗旱系数在不同材料间变化最大，变幅为0.091～0.952。说明糯高粱在萌发期对干旱胁迫的响应表现为不同种质和不同指标的抗旱系数存在差异。

相关性分析结果（表4）显示，芽长的DC值与芽干重、芽鲜重的DC值呈极显著正相关；发芽势与发芽率、萌发指数、出苗率的DC值互相之间也呈极显著正相关；而根长的抗旱系数除了与芽干重、发芽率的DC值呈显著相关外，与其他指标无显著相关性。糯高粱萌发期各指标的抗旱系数之间存在一定程度的相关性，呈现信息相互交叉。

由表5可知，同一区间内各指标DC值的分布次数和频率差异较大，当抗旱系数（DC值）大于0.8时，根长、芽长、芽鲜重、芽干重、根干重、发芽势、发芽率、萌发指数、出苗率等9项指标的分布频率分别为9.375%、26.562%、7.812%、28.125%、54.687%、79.437%、73.437%、60.937%、21.875%，说明各指标对干旱胁迫反应的敏感程度表现为发芽势>发芽率>萌发指数>根干重>芽干重>芽长>出苗率>根长>芽鲜重。

对64份糯高粱种质的抗旱系数（DC值）进行主成分分析，结果表明（表6），各特征值中前4个因子的累计贡献率达81.247%，其特征根≥0.731。因此提取前4个因子，将前4个因子作为64份糯高粱种质萌发期抗旱性评价的主要因子（分别用F1、F2、F3和F4表示）。

2.4 糯高粱萌发期抗旱性综合评价

2.4.1 对64份糯高粱种质的抗旱性进行综合评价

采用抗旱性综合评价值（D值）、综合抗旱系数（CDC值）、加权抗旱系数（WDC值）对64份糯高粱种质进行抗旱性评价，数值越大抗旱性越强。3种评价方法的材料顺序相似，部分种质排名不一致。由表7可知，64份糯高粱种质在抗旱性上存在明显差异，CDC值和WDC值分别在0.606～0.900和0.603～0.899之间，平均值分别为0.736和0.737，变异系数分别为0.093和0.095；其中CDC值和WDC值最大的3个材料为R20、R5、R16，最小的3平均值为0.455，变异系数为0.225，其中D值最大3个材料为R20、R5、R16，D值最小的3个材料为R24、R35、R47，其余材料介于其之间，这与CDC值和WDC值的抗旱性结果基本一致。

分别以D值、WDC值为参考序列，各指标的DC值为比较序列进行关联度分析，结果（表8）显示，DC值与D值关联度（γD）大小的排序为发芽率>发芽势>出苗率>萌发指数>芽长>芽干重>根长>芽鲜重>根干重；DC值与WDC值关联度（γWDC）大小排序为发芽率>发芽势>芽干重>萌发指数>芽鲜重>芽长>根长>出苗率>根干重。

2.4.2 对64份糯高粱种质进行聚类分析及抗旱级别的划分

利用D值对64份糯高粱材料进行聚类分析，采用瓦尔德法和欧氏距离，在λ=3.0处，64份材料被分成5类（图2）。这包括高抗旱型（2份，3.1%）、抗旱型（17份，26.6%）、中间型（21份，32.8%）、敏感型（16份，25.0%）、极敏感型（8份，12.5%）。

2.5 糯高粱萌发期抗旱指标的筛选

根据表9可知，x3、x4、x5、x7、x8、x9分别对应芽鲜重、芽干重、根干重、发芽率、萌发指数、出苗率。预测方程的确定系数高，分别为0.900、0.931和0.885，P=0.000 1，均达到极显著水平，这说明上述预测方程的拟合度高， 精度好。这3个回归方程可有效用于评价糯高粱萌发期的抗旱性。预测模型表明，芽干重、发芽率、萌发指数、出苗率等4个指标对抗旱性有显著影响。通过D值与各指标DC值构建的回归方程可知，针对性的测定被引入回归方程的指标，如芽干重、发芽率、萌发指数、出苗率，可以有效鉴定糯高粱种质资源的抗旱性，从而简化鉴定的工作。

3 讨论

3.1 干旱对酒用糯高粱萌发期的影响

干旱对高粱萌发期萌发和生长的影响是复杂的，主要表现在土壤水分不足和高粱种子胚芽生长受限［23-24］。此外，王平等提出干旱条件限制高粱种子的吸水和发芽，导致发芽延迟，使得高粱无法在短时间内形成健康的幼苗，进而使得出苗率显著降低［25］。本研究结果显示，在干旱胁迫下，根长和芽长均受到抑制，糯高粱种子的发芽出现延迟，同时芽鲜重、芽干重等指标均出现不同程度的降低，这与王艺陶等的研究结果［26-28］基本一致。

3.2 糯高粱萌发期抗旱性评价方法的选择和抗旱性鉴定

评价作物的抗旱性不能采用具有显著性的单一指标，即使某个指标对干旱胁迫非常敏感，也不能独立作为作物抗旱性评价的方法［29］。本研究选取了CDC值、D值、WDC值等3种相互结合的评价方法。研究结果显示，这三者在抗旱性排序方面基本一致。选取D值作为主要的评价方法是因为D值的系统聚类分析结果更加符合各糯高粱种质在试验中的实际抗旱表现，而CDC值和WDC值则可以作为辅助评价方法。

对作物抗旱性的鉴定最终需要落实到对种质资源进行分级。在本研究中，我们采用CDC值、D值、 WDC值等3种方法对64份糯高粱种质进行抗旱性评价，得到基本一致的结果。同时，基于D值对64份糯高粱种质进行聚类分析，在λ=3.0处，将64份糯高粱材料分为5类：高抗旱型（2份，3.1%）、抗旱型（17份，26.6%）、中间型（21份，32.8%）、敏感型（16份，25.0%）、极敏感型（8份，12.5%）。其中，来自陕西的R16和来自云南的R20为2份抗旱性较强的糯高粱种质，可作为糯高粱抗旱育种的基础材料。

3.3 糯高粱萌发期抗旱指标的筛选

筛选用于作物抗旱性评价的关键指标尤为重要。目前对于抗旱性指标的研究非常丰富，不同的作物筛选出了不同的指标［30-32］。王洋等采用主成分分析和逐步回归分析法筛选出藜麦萌发期抗旱性关键指标为根长、活力指数、发芽率［33］。汪灿等通过逐步回归分析法筛选出芽长、芽干重、根长、根鲜重和根干重等5项指标作为薏苡萌发期抗旱性鉴定的关键指标［34］。本研究选取了糯高粱萌发期抗旱性相关的9个指标，并通过逐步回归分析，明确了4个指标（芽干重、发芽率、萌发指数、出苗率）可用于糯高粱萌发期抗旱性鉴定。

参考文献：

［1］Krishnamurthy R P K，Fisher J B，Choularton R J，et al. Anticipating drought-related food security changes［J］. Nature Sustainability，2022，5（11）：956-964.

［2］Harwood J. Was the Green Revolution intended to maximise food production ？［J］. International Journal of Agricultural Sustainability，

2019，17（4）：312-325.

［3］李顺国，刘 猛，刘 斐，等. 中国高粱产业和种业发展现状与未来展望［J］. 中国农业科学，2021，54（3）：471-482.

［4］段有厚，王艳秋，郭晓雷，等. 中国高粱品种登记现状分析及建议［J］. 辽宁农业科学，2022（4）：49-51.

［5］叶 雨，闫松显. 贵州省高粱种植产业发展现状及展望［J］. 河南农业，2023（29）：10-12.

［6］程 度. 酿酒用高粱原料对酱香型白酒品质影响的初步研究［D］. 贵阳：贵州大学，2022.

［7］史红梅，张海燕，杨 彬，等. 种子处理对高粱出苗率的影响［J］. 种子，2017，36（5）：99-100.

［8］张 鸿，李其勇，朱从桦，等. 作物抗旱性鉴定的主要评价方法［J］. 四川农业科技，2017（6）：7-9.

［9］段志龙，王长军. 作物抗旱性鉴定指标及方法［J］. 中国种业，2010（9）：19-22.

［10］蒲伟凤，纪展波，李桂兰，等. 作物抗旱性鉴定方法研究进展（综述）［J］. 河北科技师范学院学报，2011，25（2）：34-39.

［11］路 贵，安海润. 作物抗旱性鉴定方法与指标研究进展［J］. 山西农业科学，1999（4）：39-43.

［12］胡荣海. 农作物抗旱鉴定方法和指标［J］. 作物品种资源，1986（4）：36-39.

［13］Wang Z Y，Pan X，Meng Z J，et al. Response of Chamecytisus palmensis to drought stress induced by polyethylene glycol during germination［J］. Journal of Plant Nutrition，2019，42（20）：2814-2823.

［14］岳 丽，山其米克，王 卉，等. 新疆高粱种质资源萌发期抗旱性综合评价［J］. 草地学报，2024，32（2）：553-561.

［15］候文慧，张玉霞，陈卫东，等. 饲用高粱品种种子萌发期抗旱性筛选［J］. 内蒙古民族大学学报（自然科学版），2021，36（1）：67-72.

［16］吴 奇，周宇飞，高 悦，等. 不同高粱品种萌发期抗旱性筛选与鉴定［J］. 作物学报，2016，42（8）：1233-1246.

［17］张丽霞，王春语，王 平，等. 种子萌发期高粱抗旱材料的筛选与鉴定［J］. 分子植物育种，2018，16（17）：5796-5803.

［18］许炳南，陈世平. 贵州农业“两旱”的气候特征及其防御［J］. 灾害学，1997，12（2）：44-48.

［19］于 飞，谷晓平，袁淑杰. 贵州省农业气象灾害致灾因子的风险区划［J］. 贵州农业科学，2016，44（4）：138-141.

［20］张瑞栋，常嘉荣，陈海云，等. 高粱自交系萌发期对干旱胁迫的响应及抗旱性评价［J］. 中国农业大学学报，2023，28（11）：57-68.

［21］汪 灿，周棱波，张国兵，等. 酒用糯高粱资源成株期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选［J］. 中国农业科学，2017，50（8）：1388-1402.

［22］樊 瑀，董淑琦，原向阳，等. 谷子种质资源萌发期抗旱性综合评价及抗旱指标筛选［J］. 中国农业大学学报，2022，27（6）：42-54.

［23］王志恒，魏玉清，邹 芳，等. PEG-6000和盐碱胁迫对甜高粱种子萌发影响研究［J］. 种子，2019，38（5）：39-43.

［24］冯晓东，王 悦，王晓洁，等. 聚乙二醇模拟干旱对甜高粱幼苗生长及抗旱性的影响［J］. 延安大学学报（自然科学版），2015，34（1）：33-36.

［25］王 平，王春语，丛 玲，等. PEG-6000模拟干旱胁迫下高粱种子萌发期抗旱、敏感材料筛选、鉴定［J］. 山西农业大学学报（自然科学版），2020，40（3）：30-36.

［26］王艺陶，周宇飞，李丰先，等. 基于主成分和SOM聚类分析的高粱品种萌发期抗旱性鉴定与分类［J］. 作物学报，2014，40（1）：110-121.

［27］陈冰嬬，徐 宁，李淑杰，等. 高粱亲本系萌发期抗旱性鉴定［J］. 中国农业大学学报，2018，23（8）：17-29.

［28］张瑞栋，梁晓红，刘 静，等. 种子引发对干旱胁迫下高粱种子发芽及生理特性的影响［J］. 作物杂志，2022（6）：234-240.

［29］张笑笑，潘映红，任富莉，等. 基于多重表型分析的准确评价高粱抗旱性方法的建立［J］. 作物学报，2019，45（11）：1735-1745.

［30］刘方明，高玉山，孙云云，等. 高粱抗旱性鉴定研究进展［J］. 东北农业科学，2016，41（3）：5-7.

［31］徐银萍，潘永东，刘强德，等. 大麦种质资源成株期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选［J］. 作物学报，2020，46（3）：448-461.

［32］鞠 乐，陈培育，牛银亭，等. 不同谷子品种（系）萌发期对干旱胁迫的响应及抗旱性评价［J］. 江苏农业科学，2023，51（23）：40-46.

［33］王 洋，杜会石，鲍庆晗. 藜麦种质资源萌发期抗旱性综合评价及抗旱指标筛选［J］. 江苏农业科学，2023，51（19）：62-68.

［34］汪 灿，周棱波，张国兵，等. 薏苡种质资源萌发期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选［J］. 植物遗传资源学报，2017，18（5）：846-859.

收稿日期：2023-12-29

基金项目：贵州省科技计划（编号：黔科合支撑［2022］重点026）；贵州省十大工业（优质烟酒）产业振兴专项资金（编号：黔财工［2020］198）；贵州省基层农技推广补助项目（编号：黔财工［2020］294）；贵州省安顺市科技项目（编号：安顺市科成［2022］1号）。

作者简介：王 睿（1999—），女，贵州毕节人，硕士研究生，研究方向为作物遗传育种。E-mail：18786541959@163.com。

通信作者：任明见，博士，教授，博士生导师，从事小麦、高粱、籽粒苋遗传育种研究。E-mail：rmj72@163.com。