楊旭東， 聶 慧， 侯建華， 張永虎， 呂 品

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 呼和浩特010019； 2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 呼和浩特010030）

干旱是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響最大、最常見且分布最廣的一種氣候災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計，全球干旱、半干旱土地的總面積約占地球陸地面積的1／3，遍及50多個國家和地區(qū)［1］。干旱往往不只發(fā)生在干旱、半干旱的地區(qū)，降水充沛的地區(qū)也會因雨量分配不均或氣候的變化而出現(xiàn)干旱的情況。干旱不僅影響到農(nóng)作物的生長，還嚴(yán)重威脅到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，已成為影響作物生長發(fā)育以及作物產(chǎn)量和質(zhì)量的一個主要的非生物脅迫因素［2］。我國是一個水資源匱乏、分布不均且水旱災(zāi)害頻發(fā)的國家，尤其是近些年來我國連續(xù)遭受嚴(yán)重干旱，干旱已成為制約我國農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展的一個主要因素［3］。

種子萌發(fā)階段是植物生活周期中對外界環(huán)境變化最為敏感的一個時期［4］。在干旱條件下，種子萌發(fā)作為植物生活史的起始階段，最容易受到干旱的脅迫，這樣就會影響到種子的萌發(fā)速度及萌發(fā)百分率，從而導(dǎo)致幼苗的生長發(fā)育受到制約，進(jìn)一步影響到植株后期的營養(yǎng)生長和生殖生長，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的損失［2］。種子萌發(fā)階段的耐旱狀況能夠在一定程度上反映了該作物的耐旱狀況［5］。因此，研究干旱脅迫下作物種子萌發(fā)的特性具有十分重要的意義。

目前，對干旱脅迫下種子萌發(fā)的研究方法主要采用不同濃度的聚乙二醇（PEG）對種子萌發(fā)進(jìn)行模擬干旱脅迫，通過檢測種子的發(fā)芽能力及各項生理生化指標(biāo)的變化情況，從而研究干旱對種子萌發(fā)的影響及種子材料抗旱性的強(qiáng)弱［6－7］。1973年 Heydecker利用PEG作為抗旱滲透劑處理種子，獲得了較好效果。近些年來，PEG作為水分脅迫劑在水稻、大豆、小麥等多種作物種子的抗旱性研究上得到廣范應(yīng)用［8－10］。

向日葵（Heliauths annuus L.）是世界第二大油料作物，也是我國五大油料作物之一［11］。向日葵主要分布在我國內(nèi)蒙、新疆、山西、吉林、黑龍江等西北、華北、東北的半干旱、干旱地區(qū)，具有較強(qiáng)的耐干旱、耐貧瘠、耐鹽堿等特性，因而在一定的干旱條件下也能夠正常的生長、發(fā)育以及結(jié)實［12－13］。然而，干旱脅迫對向日葵種子萌發(fā)影響的研究報道較少［14－15］。因此，本試驗研究了不同濃度PEG－6000模擬干旱脅迫條件下6個向日葵自交系材料的種子萌發(fā)情況，以期了解干旱脅迫對向日葵種子萌發(fā)的影響，并了解不同向日葵自交系材料種子的抗旱性，從而為向日葵耐旱品種的選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料為自交系 K 55、K 58、K 59、117A、26A、R 15，種子均由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院所提供。

1.2 種子預(yù)處理

選取大小均勻、飽滿、無病蟲害的向日葵種子，先用75%濃度的酒精清洗1min，再用1.0%濃度的次氯酸鈉浸泡消毒3～5min，用蒸餾水沖洗至無味后自然晾干備用。玻璃培養(yǎng)皿（120mm）和濾紙用高壓滅菌鍋（121℃，20～30min）進(jìn)行消毒滅菌。

1.3 發(fā)芽試驗

將2層濾紙鋪入培養(yǎng)皿中，均勻放置25粒種子，分別向培養(yǎng)皿中加入蒸餾水（對照）以及10%、15%、20%、25%濃度的PEG－6000溶液。放入25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽，每個處理重復(fù)3次。

1.4 指標(biāo)測定及數(shù)據(jù)處理

連續(xù)培養(yǎng)觀察10d，并記錄種子的發(fā)芽數(shù)（以胚根達(dá)到種子長度的一半為準(zhǔn)）。發(fā)芽結(jié)束后，從每個重復(fù)中選取10株幼苗，測定其胚根長和下胚軸長，以其均值作為胚根、胚芽的長度，并測量幼苗鮮重。各項指標(biāo)測定如下：

1）種子發(fā)芽率、相對發(fā)芽率［16］：發(fā)芽率（%）＝ 種子發(fā)芽數(shù)／供試種子數(shù)×100%；相對發(fā)芽率（%）＝ 處理發(fā)芽率／對照發(fā)芽率×100%。

2）發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽指數(shù)［16］：

發(fā)芽指數(shù)GI＝∑ （Gt／Dt）（式中：Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)，Dt為相對應(yīng)的種子發(fā)芽天數(shù)）；

相對發(fā)芽指數(shù)＝處理發(fā)芽指數(shù)／對照發(fā)芽指數(shù)。3）活力指數(shù)、相對活力指數(shù)［17］：

活力指數(shù)VI＝∑ （Gt／Dt）×S（其中：S 為第10天芽的平均長度）；

相對活力指數(shù)＝處理活力指數(shù)／對照活力指數(shù)。4）抗旱指數(shù)［18］：

抗旱指數(shù)＝干旱脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)／對照種子萌發(fā)指數(shù)；式中，種子萌發(fā)指數(shù)＝1.00Rd 2＋0.75Rd 4＋0.5Rd 6＋0.25Rd 8（其中：Rd 2，Rd 4，Rd 6，Rd 8分別為第2，4，6，8天種子的發(fā)芽率）。

5）電導(dǎo)率測定：

將PEG處理后的萌動露白種子用清水沖洗3次，晾15min，取重量一致的萌發(fā)種子（約1g），于30mL蒸餾水中浸泡后，用DDS－11A型電導(dǎo)儀測定其外滲電導(dǎo)率。蒸餾水作空白校正。

6）統(tǒng)計分析：

使用 Excel 2007軟件和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG處理對種子發(fā)芽率的影響

圖1為不同濃度PEG脅迫下各向日葵自交系種子相對發(fā)芽率的變化趨勢。從圖1可以看出，K 58、K 59、R 15和117A這4個自交系材料在10% 濃度的PEG脅迫下相對發(fā)芽率均高于對照，K 55和26A這2個品種相對發(fā)芽率則低于對照，但是差異不是很大，說明10%濃度的PEG溶液對向日葵種子的萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用。而隨著PEG濃度的增加，6個向日葵自交系種子的相對發(fā)芽率均呈降低趨勢，其中K 55、R 15和26A相對發(fā)芽率下降幅度較大，而且在30%PEG濃度下，它們的相對發(fā)芽率為零，其余3個品種的相對發(fā)芽率也達(dá)到了最低，說明高濃度的PEG溶液對向日葵種子的萌發(fā)具有抑制作用，而且隨著PEG濃度的增加抑制作用也隨之加強(qiáng)。在15%PEG脅迫下，K 59和117A相對發(fā)芽率與對照相差較小，說明此濃度的PEG溶液對這2個向日葵種子的萌發(fā)也有一定的促進(jìn)作用。方差分析表明，向日葵自交系間、PEG濃度間以及向日葵基因型和PEG濃度互作間對相對發(fā)芽率的影響具有極顯著性差異（p＜0.01）。說明PEG脅迫對不同基因型向日葵種子的萌發(fā)有著不同程度的抑制作用。從表1可以看出，K 59相對發(fā)芽率的平均值極顯著高于其他品種，而K 58和117A兩者之間的差異較小，但極顯著高于K 55、26A和R 15這3個自交系。因此，可以得出向日葵品種K 59的抗旱能力最強(qiáng)，其次為 K 58和117A，而 K 55、26A和R 15這3個材料抗旱性較弱。

圖1 不同PEG濃度下6個向日葵自交系種子的相對發(fā)芽率

表1 向日葵種子萌發(fā)期3個指標(biāo)的均值及其顯著性分析

2.2 PEG處理對種子發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

種子發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)是衡量種子活力大小的2個主要的指標(biāo)［19－20］。不同濃度PEG脅迫對向日葵種子相對發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響如圖2A、圖2B所示。從圖2可以看出，6個向日葵自交系種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨著PEG濃度的增加呈下降趨勢，在30%濃度下達(dá)到了最低值。在同一濃度下，K 59的相對發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)均高于其他幾個自交系材料。由表1可以看出，K 59的平均相對發(fā)芽指數(shù)最高，顯著高于其他幾個品種，其次為K 58和117A，其余自交系間的差異較小。從相對發(fā)芽指數(shù)比較，K 58、K 59、117A 這3個自交系材料的抗旱性優(yōu)于K 55、26A和R 15，與相對發(fā)芽率結(jié)果相同。

2.3 PEG處理對向日葵萌發(fā)生長指標(biāo)的影響

不同濃度PEG脅迫對向日葵萌發(fā)生長指標(biāo)的影響如表2所示。在10%濃度的PEG脅迫下，K 58、K 59、117A和R 15這4個品種的胚根長度、胚芽長度和幼苗鮮重均呈增加趨勢，K 55和26A的胚根長、胚芽長和鮮重均低于對照，但未達(dá)到顯著性差異，說明低濃度的PEG溶液對這4個向日葵自交系材料的種子萌發(fā)具有一定的促進(jìn)作用。但是，隨著PEG濃度升高，6個自交系材料的胚根和胚芽的生長均逐漸變慢，鮮重也隨之降低，而且隨著PEG脅迫強(qiáng)度的增加這種趨勢變化的更加明顯，說明高濃度的PEG脅迫會對向日葵種子萌發(fā)產(chǎn)生明顯的抑制作用。

圖2 6個向日葵自交系種子在不同PEG濃度下的相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)

表2 不同濃度PEG處理下向日葵種子胚根、胚芽長度及幼苗鮮重

2.4 PEG處理對電導(dǎo)率的影響

從不同濃度PEG脅迫下向日葵萌發(fā)期電導(dǎo)率的變化（圖3）可以看出，在10%PEG 濃度下，K 58、K 59、117A 和 R 15均低于對照的電導(dǎo)率，而且在15%濃度下，K 58、K 59這2個自交系材料的電導(dǎo)率仍明顯低于對照，說明低濃度PEG脅迫，有助于種子的活力的提高，這可能與高滲溶液下，通過延緩種子的吸水，從而促進(jìn)種子的活化和修復(fù)有關(guān)。20%濃度以后，隨著PEG濃度的提高，6個自交系材料的電導(dǎo)率均不斷增加，說明高濃度的PEG干旱脅迫能夠降低細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致膜滲漏的增加，從而影響種子的萌發(fā)。

圖3 6個向日葵自交系材料的種子在不同PEG濃度下外滲電導(dǎo)率的變化

圖4 6個向日葵自交系材料在不同PEG濃度下的種子抗旱指數(shù)

2.5 PEG處理對種子抗旱指數(shù)的影響

圖4 為不同濃度PEG脅迫下6個不同基因型向日葵種子抗旱指數(shù)的變化趨勢。從圖4可以看出：隨著PEG濃度的增加，向日葵品種K 59和K 58的抗旱指數(shù)均呈先升高后降低的趨勢，在10%PEG濃度時達(dá)到最高值，而在30%PEG濃度時抗旱指數(shù)幾乎為零。117A的抗旱指數(shù)在10%PEG濃度時與對照幾乎一致，隨著PEG濃度的升高呈下降趨勢，其余3個自交系材料的抗旱指數(shù)均呈下降狀態(tài)，且在30%PEG濃度時，抗旱指數(shù)均達(dá)到最小。從抗旱指數(shù)的平均值來看，萌發(fā)期的耐旱性表現(xiàn)依次為：K 59＞K 58＞117A＞K 55＞26A＞R 15。

3 結(jié)論與討論

內(nèi)蒙古是我國向日葵的主要栽培區(qū)域，而春旱是內(nèi)蒙古地區(qū)的頻發(fā)的主要自然災(zāi)害之一，所以研究干旱對向日葵種子萌發(fā)的影響對于春旱田間條件下的出苗和保苗具有重要的現(xiàn)實意義。本研究利用不同濃度的PEG模擬干旱脅迫對6個向日葵自交系材料種子的萌發(fā)特性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在低濃度PEG處理對向日葵種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、抗旱指數(shù)和胚根長度、胚芽長度及幼苗鮮重均有一定程度的提高，說明低濃度的PEG溶液對向日葵種子的萌發(fā)產(chǎn)生了一定的促進(jìn)作用。這可能與聚乙二醇（PEG－6000）作為一種高分子滲透劑，能夠在種子吸脹萌發(fā)過程中通過滲透調(diào)節(jié)作用來促進(jìn)細(xì)胞膜、細(xì)胞器和DNA的修復(fù)以及酶的活化，進(jìn)而提高種子的活力和抗逆性有關(guān)［21］。這與前人關(guān)于PEG引發(fā)可以促進(jìn)種子萌發(fā)、提高種子活力的研究相一致［22－23］。劉長利等以不同濃度的PEG－6000模擬干旱條件，發(fā)現(xiàn)10%濃度的PEG－6000可以提高甘草種子發(fā)芽率，也提高了甘草幼苗的抗旱性［24］。此外，本實驗研究結(jié)果還表明，隨著PEG濃度的增加，不同自交系材料的向日葵種子的芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和胚根長度、胚芽長度及幼苗鮮重均呈降低態(tài)勢，表明高濃度PEG模擬的干旱脅迫會對向日葵種子的萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用，而且抑制效果因種質(zhì)材料的不同而異，反映了不同基因型向日葵材料間耐旱性的差異。

種子發(fā)芽率的高低代表了有生命活力種子的多少以及播種后出苗數(shù)的多少［25］。發(fā)芽指數(shù)可以表明種子萌發(fā)的速度以及整齊程度［25］。種子活力是反映種子具有的潛在的發(fā)芽與出苗能力，以及貯藏性能的性狀［26］，常將發(fā)芽指數(shù)與幼苗生長勢（胚根長、胚芽長及鮮重等）結(jié)合起來衡量種子活力，用活力指數(shù)來說明種子整齊萌發(fā)的發(fā)芽潛勢、生長和生產(chǎn)潛力［23－25］。抗旱指數(shù)表示不同品種的抗旱性的強(qiáng)弱［25］。電導(dǎo)率的高低取決于細(xì)胞膜系統(tǒng)完整與否，而種子細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的受損，就會使得膜的選擇性滲透能力的降低，引發(fā)種子自身的生理失調(diào)，最終導(dǎo)致種子活力的喪失［27］。電導(dǎo)率常被用來研究不同濃度PEG干旱脅迫下對種子萌發(fā)的影響。因此，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗生長勢、電導(dǎo)率以及抗旱指數(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的幾個種子抗旱性鑒定指標(biāo)。結(jié)合本實驗研究結(jié)果，綜合評價6個供試向日葵自交系材料種子萌發(fā)期的抗旱性強(qiáng)弱順序為：K 59＞K 58＞117A＞K 55＞26A＞R 15。

PEG－6000溶液處理種子，低濃度處理種子就是通過利用PEG溶液的滲透壓來引發(fā)種子萌發(fā)，從而提高種子的萌發(fā)率；高濃度處理種子就是通過利用PEG溶液的滲透壓來模擬干旱脅迫，來研究干旱脅迫條件下種子萌發(fā)的情況以及不同基因型對干旱脅迫響應(yīng)的差異。因此，選擇適宜濃度的PEG溶液是問題的關(guān)鍵［28］。從本研究結(jié)果看，10%的PEG－6000溶液可能是向日葵種子引發(fā)的較適宜濃度，15%～20%PEG－6000溶液是模擬干旱脅迫的較適宜濃度范圍。

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