徐小玉，張鳳銀，李俊芳（江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢　430056）

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PEG滲透脅迫下12個豇豆品種萌芽期抗旱性評價

徐小玉，張鳳銀*，李俊芳
（江漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，武漢430056）

摘要：以20%聚乙二醇（PEG）溶液為滲透介質(zhì)模擬干旱脅迫條件，研究12個豇豆品種種子萌發(fā)特性及抗旱性。結(jié)果表明，20%PEG作用下，除鄂豇豆12號發(fā)芽勢提高3.9%外，其他供試豇豆品種發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)以及活力指數(shù)均有不同程度下降,且萌發(fā)期豇豆幼苗生長受到抑制。運用隸屬函數(shù)法綜合評價12個豇豆品種種子萌發(fā)期抗旱性，各品種豇豆耐旱級別分別為：1級（耐旱型）為天德一號，2級（較耐旱型）為碧園春貴、鄂豇豆12號，3級（中間型）為海亞特、揚研8號、柳風(fēng)、揚研2號、柳翠，4級（干旱較敏感型）為早翠，5級（干旱敏感型）為美國地豆、紫魁、矮虎。

關(guān)鍵詞：豇豆；PEG滲透脅迫；種子萌發(fā)；抗旱性

徐小玉,張鳳銀,李俊芳. PEG滲透脅迫下12個豇豆品種萌芽期抗旱性評價[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 47(1): 15-20. Xu Xiaoyu, Zhang Fengyin, Li Junfang. Evaluation of drought resistance of 12 cultivars of Vigna unguiculata under PEG osmotic stress during seed germination[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2016, 47(1): 15-20. (in Chinese with English abstract)

干旱是植物最普遍非生物逆境脅迫形式[1]。我國約50%耕地處于干旱和半干旱地區(qū)[2]。干旱脅迫影響植物生長發(fā)育，造成農(nóng)作物嚴重減產(chǎn)。豇豆是一種耐熱性極強蔬菜，我國南北方均有栽培，一般在夏秋季種植，常遭受干旱脅迫。干旱脅迫時，豇豆生理代謝紊亂、形態(tài)畸形、產(chǎn)量和品質(zhì)下降[3]。因此，發(fā)掘抗旱豇豆種質(zhì)資源及選育抗旱品種是干旱條件下減少損失的重要途徑。

PEG高滲溶液模擬干旱脅迫法是目前鑒定植物種子萌發(fā)期抗旱性常用方法之一，已在水稻、小麥、大豆等農(nóng)作物上廣泛應(yīng)用[4-7]。在豇豆耐旱性研究方面，陳禪友等[8]、汪寶根等[9]及張祿等[3]先后采用水分脅迫對豇豆生理及形態(tài)影響展開研究；張鳳銀等采用不同濃度PEG模擬干旱法探討長豇豆種子萌發(fā)及幼苗生理特性[10]。相關(guān)研究均涉及干旱脅迫對豇豆生理及形態(tài)指標影響，而利用PEG模擬干旱脅迫法對不同品種豇豆耐旱性的評價卻鮮見報道。本試驗以長江流域主栽的12個豇豆品種為試驗材料，采用質(zhì)量濃度為20% PEG模擬干旱脅迫環(huán)境，研究豇豆品種種子萌發(fā)期對干旱脅迫響應(yīng)，并采用隸屬函數(shù)法綜合評價其抗旱性，旨在篩選耐旱性強豇豆品種，為干旱地區(qū)或干旱季節(jié)豇豆種植及節(jié)水灌溉提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試12個豇豆品種名稱及來源見表1。其中矮虎及美國地豆屬普通豇豆（Vigna unguiculata ssp.un?guiculata），其余屬長豇豆（Vigna unguiculata ssp. sesquipedalis）。

表1供試品種Table 1 Cultivars tested

1.2方法

1.2.1浸種

挑選籽粒飽滿、大小均勻一致且完整豇豆種子，溫湯浸種法處理15 min后，常溫浸種2 h。

1.2.2發(fā)芽試驗

浸種后豇豆種子置于墊有一層定性濾紙的培養(yǎng)皿中，加20% PEG處理液10 mL，加蓋。以加等量蒸餾水處理作對照。每個培養(yǎng)皿擺放30粒種子，每個處理重復(fù)3次。種子在PYX2DHS型恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)8 d，溫度及濕度分別控制在（25±1）℃及85%。每天更換培養(yǎng)皿中濾紙并重新加入10 mL相同濃度處理液，保持處理濃度相對穩(wěn)定。

1.3測定項目及方法

每天定時記錄各處理發(fā)芽情況。以胚根突破種皮達種子長度1/2為發(fā)芽標準。參照GB/T （3543.4-1995）標準，分別利用前5 d和前8 d統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算發(fā)芽勢和發(fā)芽率。發(fā)芽試驗結(jié)束后，每個培養(yǎng)皿中隨機挑選10株幼苗，測量根長、莖長及幼苗鮮重，統(tǒng)計幼苗第一側(cè)根數(shù)。種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及傷害率，計算方法參見文獻[11]。

運用Excel 2007應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)分析，并用隸屬函數(shù)法綜合評定。

1.4抗旱性綜合評價

采用加權(quán)累積隸屬函數(shù)法綜合評定不同種質(zhì)豇豆抗旱性[12]。抗旱隸屬值計算時，首先對各指標變量測定值作標準化處理[12]：

u（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），j = 1, 2 ,…，n

式中，Xj表示第j個指標值，Xmin表示第j個指標最小值，Xmax表示第j個指標最大值。然后按照公式（1）計算標準差系數(shù)Vj，按照公式（2）計算權(quán)重系數(shù)Wj；按照公式（3）計算隸屬函數(shù)值（D）。隸屬函數(shù)值越大，表示抗旱性越強。

同時參照王利彬等抗旱性評價分級標準對不同豇豆耐旱性分級[7]：1級-耐旱型，隸屬函數(shù)值0.8以上；2級-較耐旱型，隸屬函數(shù)值0.6~0.8；3 級-中間型，隸屬函數(shù)值0.4~0.6；4級-干旱較敏感型，隸屬函數(shù)值0.2~0.4；5級-干旱敏感型，隸屬函數(shù)值在0.2以下。

2結(jié)果與分析

2.1 PEG滲透脅迫對不同豇豆品種種子萌發(fā)指標影響

20% PEG滲透脅迫對12個豇豆品種發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)影響見表2。與對照相比，12個豇豆品種種子發(fā)芽率均有不同程度下降。其中矮虎降低幅度最大，為81.8%，其次是美國地豆，降幅最小的天德一號為4.6%。發(fā)芽勢除鄂豇豆12號有一定提高外（較對照增加3.9%），其余11個品種均有所下降，其中以矮虎降低最多，為99.0%，其次是紫魁，降幅最小的天德一號為4.6%。20% PEG滲透脅迫也均不同程度降低12個豇豆品種種子發(fā)芽指數(shù)。其中，矮虎發(fā)芽指數(shù)降幅最大，為95.5%，其次是紫魁，降幅最小的鄂豇豆12號為10.5%。供試豇豆品種種子活力指數(shù)也均有不同程度下降，以矮虎活力指數(shù)降幅最大，為98.6%，其次是紫魁，降幅最小的天德一號為32.9%。

2.2 PEG滲透脅迫對不同豇豆品種萌發(fā)期幼苗生長影響

幼苗鮮重、根長、莖長以及側(cè)根數(shù)反映幼苗生長狀況。PEG滲透脅迫對不同豇豆萌發(fā)期幼苗根長、莖長、側(cè)根數(shù)和鮮重影響見表3。

表2 PEG滲透脅迫對不同豇豆品種種子萌發(fā)影響Table 2 Effect of PEG osmotic stress on seed germination of different cultivars of Vigna unguiculata

表3 PEG滲透脅迫對不同豇豆萌發(fā)期幼苗根長、莖長、側(cè)根數(shù)和鮮重影響Table 3 Effect of PEG osmotic stress on the seedling root length, stem length, number oflateral root and fresh weight during germination of different cultivar of V. unguiculata

由表3可知，20% PEG滲透脅迫下，與對照相比，12個豇豆品種幼苗主根長和莖長有所縮短，側(cè)根數(shù)減少，幼苗鮮重減輕，表明PEG滲透脅迫抑制所有供試豇豆品種幼苗生長。其中，主根生長受抑制最大的是矮虎，根長僅為對照的4.6%，其次是紫魁。主根生長受抑制最小的是天德一號，根長為對照的86.8%，其次是碧園春貴。在莖長方面，受抑制最大的是矮虎，其種子培養(yǎng)8 d未出芽，其次是紫魁，抑制程度最小的是碧園春貴，莖長為對照的17.6%，其次是天德一號。側(cè)根形成受影響最大的是矮虎、紫魁、美國地豆和早翠，20% PEG脅迫下均未長出側(cè)根，其次是揚研2號，而相對受抑制最小的是天德一號，幼苗側(cè)根數(shù)為對照的66.1%。幼苗鮮重減少最多的是矮虎，為對照的23.5%，其次是紫魁，鮮重減輕最少的是天德一號，為對照的87.3%。

2.3不同豇豆品種抗旱性綜合評價和耐旱級別

為減少各材料固有差異，以性狀相對值，即相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)、相對莖長、相對根長、相對側(cè)根數(shù)、相對幼苗鮮重等，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法計算隸屬函數(shù)值，得出不同豇豆品種抗旱性綜合評價值，結(jié)果列于表4。由表4可知，不同豇豆品種抗旱性存在差異。天德一號抗旱性綜合評價值最大，為0.980，其次是碧園春貴，為0.734，再次依次是鄂豇豆12號、海亞特、揚研8號、柳風(fēng)、揚研2號、柳翠、早翠、美國地豆、紫魁、矮虎。12個豇豆品種耐旱級別分別為：天德一號為1級（耐旱型），碧園春貴、鄂豇豆12號為2級（較耐旱型），海亞特、揚研8號、柳風(fēng)、揚研2號、柳翠為3級（中間型），早翠為4級（干旱較敏感型），美國地豆、紫魁、矮虎為5級（干旱敏感型）。

表4 PEG滲透脅迫下不同豇豆品種各指標隸屬函數(shù)值及綜合評價值Table 4 Value of subordinate function and comprehensive evaluation of different cultivars of V. unguiculata under PEG conditons

3討論與結(jié)論

PEG模擬干旱脅迫是通過調(diào)節(jié)溶液滲透壓而限制水分進入植物種子內(nèi)。PEG處理對種子萌發(fā)，起水分脅迫作用[13]。研究表明，利用PEG模擬水分脅迫鑒定不同品種或種群耐旱性是一種較可靠的方法[4-7,13-15]。PEG脅迫所用質(zhì)量分數(shù)及耐旱指標選擇也因植物種類不同而異，另外，同種植物不同生長階段采用評價體系有所不同。王賀正等用25% PEG溶液鑒定水稻種質(zhì)萌芽期抗旱性，并認為相對芽長，相對芽干重可作為芽期抗旱性鑒定指標[6]；莫庭輝用20% PEG溶液處理柱花草種子，并用胚芽伸長速度、種子吸水速率、種子萌發(fā)脅迫指數(shù)和反復(fù)干旱存活率4項指標鑒定種子苗期抗旱性[16]；張霞等用100 g·L-1PEG溶液鑒定甘藍型油菜種子萌發(fā)期抗旱性，初步提出以種子萌發(fā)抗旱指數(shù)、相對發(fā)芽率、根長脅迫指數(shù)、苗高脅迫指數(shù)和相對根體積為主要抗旱性鑒定指標[17]；而李培英等用20% PEG溶液，并以相對發(fā)芽率、相對胚根長、相對胚芽長、萌發(fā)抗旱指數(shù)、脅迫指數(shù)、相對發(fā)芽勢及相對活力指數(shù)為依據(jù)，鑒定29份偃麥種質(zhì)種子萌發(fā)期抗旱性[18]。本研究預(yù)試驗中，設(shè)定質(zhì)量分數(shù)梯度為5%、10%、15%、20%、25%、30% PEG溶液處理豇豆種子，發(fā)現(xiàn)5% PEG處理對豇豆萌發(fā)無影響，10%～20% PEG處理顯著抑制豇豆種子萌發(fā)，而25%和30% PEG處理下豇豆種子不能發(fā)芽。因此，本試驗以質(zhì)量分數(shù)20% PEG模擬干旱脅迫，并以種子萌發(fā)期8個主要發(fā)芽指標及幼苗生長指標為依據(jù)評價豇豆品種種子萌芽期抗旱性，以期全面反映豇豆抗旱性。

試驗發(fā)現(xiàn)，20% PEG提高鄂豇豆12種子萌發(fā)發(fā)芽勢，而抑制其他供試豇豆品種種子萌發(fā)。李桌杰[19]、Muhyaddin[20]、莫庭輝[16]等也分別發(fā)現(xiàn)PEG能促進花生、番茄以及柱花草種子萌發(fā)。呂梅等發(fā)現(xiàn)PEG能顯著提高榿木種子發(fā)芽勢，而對發(fā)芽率影響與種子成熟度有關(guān)，PEG對成熟度高種子影響不顯著，但能顯著提高成熟度不高的種子發(fā)芽率[21]。李培英等發(fā)現(xiàn)PEG滲透脅迫抑制偃麥草種子萌發(fā)[18]。說明PEG對種子萌發(fā)影響可能與植物種類、品種及種子成熟度等因素有關(guān)，抗旱性是一個受多基因控制的數(shù)量性狀。不同物種或同一物種不同品種（系）對某一具體指標抗旱性反應(yīng)不同。因此，單一指標難以全面準確反映抗旱性強弱，采用多個指標綜合評價更具可行性和可靠性[22]。本文以12個豇豆品種萌發(fā)期8個指標為基礎(chǔ)，采用隸屬函數(shù)值法（D值）綜合評價不同品種豇豆抗旱性，可消除個別指標帶來的片面性，加之D值是一個無量綱純數(shù)，使各品種（系）間抗旱性差異具有可比性，結(jié)果客觀可靠。本試驗選擇豇豆種子萌發(fā)期，而對于其他生長期是否有同樣影響尚不清楚。李培英等在與其他研究結(jié)果比較時發(fā)現(xiàn)，不同生長期偃麥抗旱評價結(jié)果不同[18]。同時，植物生長受多方面綜合因素影響，而抗旱性也是由多種因素相互作用的復(fù)雜性狀，試驗所選發(fā)芽指標及幼苗生長指標雖相對全面，但未涉及相關(guān)生理生化指標，所得豇豆耐旱結(jié)果僅針對萌發(fā)期，是否能反映整個生長期抗旱性，需進一步探討。

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Evaluation of drought resistance of 12 cultivars of Vigna unguiculata under PEG osmotic stress during seed germination

XU Xiaoyu, ZHANG Fengyin, LI Junfang( School of Life Sciences, Jianghan Uninversity, Wuhan 430056, China)

Abstract:The germination characteristics and drought resistance evaluation of 12 cultivars of Vigna unguiculata were studied by simulated drought stress conditions with 20% PEG-6000 solution. Results showed that the germination rate, germination potential, germination index and vigor index decreased except Ejiangdou12 whose germination potential improved with 3.9%, and the growth of V. unguiculata seedlings was inhibited under 20% PEG osmotic stress. Using the membership function method, the results showed thatthedroughtresistancelevelsof 12varieties of V. unguiculataduringgerminationwereclassifiedas,level 1 (resistant, Tiande1), level 2 (tolerant, Biyuanchungui and Ejiangdou12), level 3 (middle type, Haiyate, Yangyan8, Liufeng, Yangyan2 and Liucui), level 4 (slightly drought sensitive, Zaocui), level 5 (drought sensitive, America Didou, Zikui and Aihu).

Key words:Vignaunguiculata; PEG osmotic stress; seed germination; drought resistance

*通訊作者：張鳳銀，教授，研究方向為園藝植物遺傳育種與栽培生理。E-mail: zhangfengyin0811@126.com

作者簡介：徐小玉（1975-），女，講師，碩士，研究方向為園林植物栽培與應(yīng)用。E-mail: xxiaoyever@sohu.com

基金項目：湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術(shù)研究中心開放基金項目（2015-10）

收稿日期：2015-07-19

中圖分類號：S643.4

文獻標志碼：A

文章編號：1005-9369（2016）01-0015-06