萬(wàn) 燕 馬成瑞 馬前瑞 盛正翔 樂(lè)梨慶 向達(dá)兵 趙 鋼

(1.成都大學(xué)藥學(xué)與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國(guó)家雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610106)

在全球變暖的大背景下，近年來(lái)極端天氣頻發(fā)，而干旱是主要因素之一[1]。干旱增加的主要原因?yàn)檎舭l(fā)量增加、降雨量減少及時(shí)間與空間分布不均[2-3]。干旱造成的作物減產(chǎn)超過(guò)了其它環(huán)境因素的總和，嚴(yán)重影響了我國(guó)糧食安全。模型表明，未來(lái)干旱區(qū)域更大、程度更深[4-5]?？嗍w(Fagopyrumtataricum(L.)Gaerth)是集營(yíng)養(yǎng)、保健、醫(yī)療于一體的天然功能食品，具有極高的食用和藥用價(jià)值，市場(chǎng)需求日益增加[6]?？嗍w主產(chǎn)區(qū)位于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)與高寒山區(qū)，實(shí)際生產(chǎn)中干旱嚴(yán)重影響了苦蕎種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[7]。

作物的抗旱性在不同時(shí)期、不同干旱脅迫程度、不同培養(yǎng)條件都會(huì)有不同的表現(xiàn)，它是多種形態(tài)、生理指標(biāo)的綜合反映[8-9]。種子萌發(fā)期是作物生育的關(guān)鍵時(shí)期，因此常被用作品種抗旱性評(píng)價(jià)[10]。干旱脅迫通過(guò)減少種子萌發(fā)三要素之一的水分來(lái)影響種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，旱害時(shí)幼苗蒸騰失水大于根系吸水，導(dǎo)致其體內(nèi)水分虧缺，從而影響胚根與胚芽的生長(zhǎng)[11-12]?，F(xiàn)已有PEG-6000模擬干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)影響方面的研究[13-14]，賈婷等[15]研究不同PEG-6000濃度對(duì)甜蕎種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚根長(zhǎng)度等影響來(lái)判別不同品種的抗旱性；李偉等[16]研究了不同PEG-6000濃度對(duì)4個(gè)小麥品種種子萌發(fā)及幼苗形態(tài)影響。隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)法通過(guò)多指標(biāo)能綜合評(píng)價(jià)種子的抗旱性[17-18]，譚春燕等[19]研究干旱脅迫對(duì)春大豆材料的種子活力及抗旱性評(píng)價(jià)；溫蕊等[20]研究了干旱脅迫對(duì)向日葵種子萌發(fā)的影響及其抗旱性鑒定。不同植物的萌發(fā)特性及干旱脅迫下的反應(yīng)都有自身的特點(diǎn)，尚無(wú)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法和體系。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，輕度干旱與重度干旱對(duì)不同作物種子萌發(fā)具有不同的影響，表明種子的活力及綜合性的抗旱評(píng)價(jià)至關(guān)重要。干旱對(duì)苦蕎種子活力影響、抗旱性指標(biāo)篩選及抗旱性評(píng)價(jià)研究較少。本試驗(yàn)通過(guò)不同濃度PEG-6000對(duì)苦蕎種子萌發(fā)期各項(xiàng)指標(biāo)的影響、構(gòu)建苦蕎的種子抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)、進(jìn)行綜合抗旱性評(píng)價(jià)，為應(yīng)用種植和抗旱品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及培養(yǎng)

以4個(gè)苦蕎品種為材料(見(jiàn)表1)，設(shè)置4個(gè)濃度(0%、5%、15%、25%)PEG-6000處理，分別標(biāo)記為ck、D 1、D 2、D 3。每個(gè)材料分別選取360顆飽滿種子，1%高錳酸鉀消毒30 min，蒸餾水沖洗3次，泡種12 h，采用培養(yǎng)皿水培培養(yǎng)，每皿墊2層濾紙，分別放入30粒種子，每皿分別加入5 mL PEG-6000溶液處理，3次重復(fù)。放入隔水式恒溫培養(yǎng)箱中20 ℃黑暗條件培養(yǎng)，每天加1 mL對(duì)應(yīng)溶液防止濾紙失水。

表1 4份苦蕎材料編號(hào)、名稱及來(lái)源

編號(hào)品種來(lái)源V1川蕎1號(hào)多倍體 C1D成都大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室V2云南花苦 YK云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所V3晉苦2號(hào) JQ2山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小雜糧研究中心V4黔苦4號(hào) QK4貴州省威寧縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所

1.2 測(cè)定指標(biāo)

以胚根長(zhǎng)度等于種子長(zhǎng)度的1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)、連續(xù)4 d未有種子發(fā)芽時(shí)作為發(fā)芽結(jié)束。每天09：00時(shí)記錄每個(gè)培養(yǎng)皿發(fā)芽種子數(shù)，發(fā)芽結(jié)束時(shí)從25% PEG-6000培養(yǎng)皿中選取未發(fā)芽種子15粒，蒸餾水清洗后正常供水，計(jì)算恢復(fù)發(fā)芽率。發(fā)芽結(jié)束時(shí)從各重復(fù)中隨機(jī)取出5粒發(fā)芽種子測(cè)量胚根、胚芽長(zhǎng)度。分別稱取鮮重，放入60 ℃烘箱烘至恒重，稱取干重。測(cè)定苦蕎種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、種子萌發(fā)指數(shù)、胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)、幼苗活力指數(shù)、胚根含水量、胚芽含水量、儲(chǔ)存物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)性分析確定各個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)(R)。選取5%、15% PEG-6000均為中度相關(guān)的為抗旱次級(jí)指標(biāo)，分別為高度相關(guān)的指標(biāo)為抗旱初級(jí)指標(biāo)。利用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)的方法求出初級(jí)、次級(jí)指標(biāo)隸屬函數(shù)值X，進(jìn)行各指標(biāo)抗旱性綜合評(píng)價(jià)。

干旱脅迫指數(shù)(DRI)=(干旱脅迫處理下測(cè)定值/對(duì)照處理下測(cè)定值)×100%；

種子萌發(fā)指數(shù)=1.00×nd2+0.75×nd4+0.5×nd6+0.25×nd8(式中，nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2、4、6、8天的種子萌發(fā)率)；

儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率=(芽+根)干重 /(芽+根+籽粒)干重；

幼苗活力指數(shù)=胚芽平均長(zhǎng)度×種子萌發(fā)指數(shù)；

隸屬函數(shù)值X=(Xt-Xmin)/(Xmax-Xmin)，式中：X為抗旱隸屬函數(shù)值，Xt為材料的指標(biāo)測(cè)定值，Xmax和Xmin分別表示各種類指標(biāo)的最大和最小測(cè)定值，如果抗性指標(biāo)測(cè)定值與抗性呈負(fù)相關(guān)則用1-X來(lái)表示。

表2 不同濃度PEG-6000對(duì)種子萌發(fā)的影響 單位：%

編號(hào) 發(fā)芽勢(shì)DRI 發(fā)芽率DRI 萌發(fā)指數(shù)DRI D1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD3恢復(fù)發(fā)芽率V191.9±7.2b57.8±18.4c89.0±13.4a81.5±14.2a89.5±14.7a76.0±15.2a16.7±5.7cV2111.9±8.8a66.9±12.9c105.3±8.1a92.5±6.2a116.6±16.7a77.9±10.7a76.7±2.8abV3107.8±10.2a37.2±10.1d101.3±5.8a79.8±7.6b105.6±6.9a58.6±8.6b66.7±2.8bV467.7±3.6c63.1±18.7c95.9±3.8a90.9±11.9a99.2±7.2a92.4±22.6a81.7±12.5a

注:不同小寫字母表示相同指標(biāo)不同品種不同濃度差異顯著 (p<0.05) 。下同。

表3 不同濃度PEG-6000對(duì)幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響 單位：%

編號(hào) 胚芽長(zhǎng)DRI 胚根長(zhǎng)DRI 根莖比DRI 幼苗活力指數(shù)DRI D1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckV1106.3±7.8bb23.2±10.2e118.9±12.6b68.8±7.4c110.0±11.6a340.3±150.7c97.2±13.6b15.9±8.1dV275.6±9.7c8.6±5.7f81.5±8.6c68.1±6.2c111.6±8.9a1123.1±691.7a89.5±14.9b6.7±5.3eV372.0±8.8c9.6±0.2f62.3±8.5c72.7±6.3c86.5±11.3b747.5±61.8d76.3±13.1b5.6±0.9eV4161.3±8.8a39.0±8.9d155.8±13.1a179.8±25.7d98.4±6.1a497.7±107.4d161.2±19.3a37.9±21.1c

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2003軟件和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖和統(tǒng)計(jì)分析。灰色關(guān)聯(lián)分析以萌發(fā)指數(shù)為對(duì)照數(shù)列(Y)，各項(xiàng)指標(biāo)記為Xn。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)種子萌發(fā)的影響

25%PEG-6000脅迫下4個(gè)材料的苦蕎種子均未萌發(fā)。從表2可看出，在0%～15%PEG-6000濃度范圍內(nèi)，隨著PEG-6000濃度增加，V 1號(hào)、V 4號(hào)材料種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和萌發(fā)指數(shù)均降低；V 2號(hào)、V 3號(hào)材料種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和萌發(fā)指數(shù)均呈先上升后降低的趨勢(shì)。不同PEG-6000濃度下各苦蕎材料的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)都受到不同程度的影響，品種不同，其受到影響的程度也不同。5% PEG-6000脅迫下，發(fā)芽勢(shì)DRI和發(fā)芽率DRI最高的是V 2號(hào)材料，分別達(dá)到111.9%和105.3%，其次是V 3號(hào)材料，發(fā)芽勢(shì)DRI和發(fā)芽率DRI都達(dá)到100%以上。15% PEG-6000脅迫下各材料的發(fā)芽勢(shì)DRI和發(fā)芽率DRI均小于100%，最高的是V 2號(hào)材料，分別為66.9%和92.5%；最低的是V 3號(hào)材料，分別為37.2%和79.8%，均顯著低于其它材料。

不同PEG-6000濃度對(duì)各材料的種子萌發(fā)指數(shù)影響也不同，5%PEG-6000脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)DRI大于100%的有V 2、V 3號(hào)材料，分別為116.6%和105.6%，4個(gè)材料均無(wú)顯著性差異。在15% PEG-6000脅迫下，所有材料的種子萌發(fā)指數(shù)DRI均小于100%，其中V 3材料顯著低于其它材料?；謴?fù)發(fā)芽率表明，重度干旱脅迫時(shí)重新復(fù)水時(shí)種子的發(fā)芽率最低為V 1號(hào)材料(僅 16.7%)，其余材料均大于60%，其中最高為V 4號(hào)材料(81.7%)，顯著高于V 1、V 3號(hào)材料。

2.2 對(duì)幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

從表3可看出，0%～15%PEG-6000濃度范圍內(nèi)，隨著PEG-6000濃度增加，苦蕎幼苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和幼苗活力指數(shù)均降低，而根莖比升高。不同干旱脅迫對(duì)各材料胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、根莖比和幼苗活力指數(shù)差異較大，5%PEG-6000脅迫下，V 1號(hào)材料與V 4號(hào)材料的胚芽長(zhǎng)DRI與胚根長(zhǎng)DRI均大于100%，15% PEG-6000脅迫下只有V 4號(hào)材料胚根長(zhǎng)DRI大于100%。在5% PEG-6000干旱脅迫下V 3號(hào)和V 4號(hào)材料根莖比DRI小于100%，其余材料根莖比DRI在5%、15%PEG-6000脅迫下均大于100%。從幼苗活力指數(shù)DRI來(lái)看，5%PEG-6000脅迫下，V 4號(hào)材料大于100%(達(dá)到161.2%)，顯著高于其它材料，其余材料在5%、15%PEG-6000脅迫下均小于100%。

2.3 對(duì)幼苗不同部位含水量與干物重、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

從表4可看出，0%～15% PEG-6000濃度范圍內(nèi)，隨著PEG-6000濃度增加，除V 4號(hào)材料的胚根干物重增加外，其余苦蕎幼苗胚芽、胚根的含水量與干物重、物質(zhì)儲(chǔ)存轉(zhuǎn)運(yùn)率均降低。V 4號(hào)材料在5% PEG-6000脅迫下胚芽含水量DRI大于100%，顯著高于V 3號(hào)材料，其余材料均小于100%，其中最低為V 1號(hào)材料，胚根含水量DRI為77.1%，顯著低于V 2、V 4號(hào)材料。5%、15% PEG-6000脅迫下，V 4號(hào)材料胚根干物重均大于100%，顯著高于其它材料，其余材料均小于100%。儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率DRI僅V 4號(hào)材料在5% PEG-6000脅迫下大于100%，顯著高于其它材料，其余均小于100%。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)性分析篩選抗旱鑒定指標(biāo)

灰色關(guān)聯(lián)性分析得出各指標(biāo)與抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度系數(shù)及排序，通過(guò)關(guān)聯(lián)系數(shù)確定關(guān)聯(lián)程度，輕度關(guān)聯(lián) (0

表4 不同濃度PEG-6000對(duì)幼苗的含水量與干物重、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響(%)

編號(hào) 胚芽含水量DRI 胚根含水量DRI 胚芽干物重DRI 胚根干物重DRI 儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率DRI D1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckD1/ckD2/ckV199.6±0.2ab93.4±0.3c96.8±1.1ab77.1±7.2b82.0±3.7c39.1±14.2b86.0±10.8b69.6±16.3b86.8±4.5b42.1±15.3cV299.3±1.9ab91.2±9.4bc97.9±7.2b90.6±8.1a81.6±36.7b22.4±17.8b87.2±9.3b45.2±13.9d92.5±0.6ab35.3±13.4cV398.4±0.6b96.8±8.7bc98.0±1.7a79.0±6.8b89.8±8.9c27.1±14.4b98.5±6.5b87.3±14.0b93.7±20.7ab37.2±11.7cV4101.4±0.8a92.5±4.0bc97.8±0.7a82.9±13.3a95.7±16.9ab38.4±2.3b135.6±11.3a234.3±74.4c113.4±12.0a51.1±21.5c

表5 各指標(biāo)的抗旱隸屬函數(shù)

編號(hào) Y X1 X2 X7 X8 X10 X11 平均值 D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2D1D2V10.000.510.000.130.550.690.000.430.031.000.520.380.000.000.160.45V21.000.451.001.001.001.000.220.000.000.000.300.000.921.000.630.49V30.600.000.750.000.910.000.260.120.580.280.001.001.000.140.590.22V40.361.000.430.880.000.871.001.001.000.961.000.230.760.430.650.77

注：所有指標(biāo)均為DRI，Y為萌發(fā)指數(shù)、X 1為發(fā)芽率、X 2為發(fā)芽勢(shì)、X 3為胚芽長(zhǎng)、X 4為胚根長(zhǎng)、X 5為根芽比、X 6為幼苗活力指數(shù)、 X 7為儲(chǔ)存物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、X 8為胚芽干物重、X 9為胚根干物重、X 10為胚芽含水量、X 11為胚根含水量。 圖1 不同濃度PEG-6000下各指標(biāo)與Y的關(guān)聯(lián)系數(shù)及排序

2.5 各指標(biāo)的抗旱隸屬函數(shù)和綜合抗旱性評(píng)價(jià)

選取在5%、15%PEG-6000脅迫下的初級(jí)、次級(jí)指標(biāo)作為抗旱指標(biāo)，用隸屬函數(shù)法對(duì)抗旱指標(biāo)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。根據(jù)表5確定在5%PEG-6000脅迫下材料的抗旱性從大到小為V 4>V 2>V 3>V 1。15%PEG-6000脅迫下材料的抗旱性從大到小為V 4>V 2>V 1>V 3。

3 討 論

輕度干旱提高種子發(fā)芽率主要通過(guò)提高淀粉酶活性，加速淀粉的分解速度，保證種子萌發(fā)所需的能量[21]。李芊夏等研究表明，輕度干旱脅迫提高賽菊芋種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚根長(zhǎng)度和活力指數(shù)[22]。試驗(yàn)結(jié)果表明；輕度干旱脅迫促進(jìn)了苦蕎耐旱性品種的種子萌發(fā)，而對(duì)低耐旱的苦蕎種子呈抑制作用。陳小娜等研究表明，(25 ℃,10%/20%)組合處理下種子發(fā)霉數(shù)較少，萌發(fā)可能性較大[23]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，25% PEG-6000處理下川蕎1號(hào)多倍體種子均未發(fā)芽，導(dǎo)致種子大量染菌，造成結(jié)果不同的原因是不同的種子特性，高溫高濕條件促進(jìn)甘草種子萌發(fā)。多倍體植物通過(guò)提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)活性、增加基因表達(dá)來(lái)增強(qiáng)抗逆性[24]。5% PEG-6000干旱脅迫提高了川蕎1號(hào)多倍體胚根、胚芽長(zhǎng)度。姜文芝等研究表明，四倍體黃瓜和三倍體黃瓜的耐低溫能力比二倍體黃瓜強(qiáng)[25]。

作物的抗逆性是多種形態(tài)、生理指標(biāo)的綜合反映，單一、少數(shù)和關(guān)聯(lián)性弱等指標(biāo)均不能反應(yīng)其抗旱能力，需多個(gè)和關(guān)聯(lián)性強(qiáng)指標(biāo)，因此需要有合適的方法來(lái)判斷關(guān)聯(lián)強(qiáng)弱和評(píng)價(jià)抗旱性[26]。本試驗(yàn)通過(guò)萌發(fā)指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)研究不同濃度PEG-6000溶液對(duì)苦蕎種子萌發(fā)期的影響，將灰色關(guān)聯(lián)度分析確定的初、次級(jí)指標(biāo)通過(guò)隸屬函數(shù)法來(lái)綜合評(píng)價(jià)抗旱性。通過(guò)測(cè)定全面的抗旱性相關(guān)指標(biāo)，剔除低度相關(guān)的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)抗旱性，保證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性[27]。結(jié)果表明；不同濃度PEG-6000對(duì)不同苦蕎種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)影響不同，輕度干旱脅迫促進(jìn)干旱耐受型種子萌發(fā)，中度、重度均抑制種子的萌發(fā)。干旱脅迫對(duì)苦蕎胚芽影響大于胚根，中度干旱脅迫下4個(gè)品種苦蕎幼苗根莖比均大于對(duì)照組，可能原因是干旱脅迫改變了種子物質(zhì)的分配策略，更多的分配給根部增加幼苗的吸水能力來(lái)抵御干旱脅迫[28]。本試驗(yàn)研究不同濃度PEG-6000對(duì)苦蕎種子萌發(fā)期影響、確定初、次級(jí)抗旱指標(biāo)和抗旱性評(píng)價(jià)，為研究苦蕎開(kāi)花期、灌漿期等關(guān)鍵時(shí)期打下基礎(chǔ)，后續(xù)應(yīng)將結(jié)實(shí)率、千粒重等關(guān)鍵產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)、生理指標(biāo)納入抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)，增加苦蕎品種，篩選高抗性苦蕎品種做其他關(guān)鍵時(shí)期苦蕎抗旱性評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

不同濃度PEG-6000溶液對(duì)不同苦蕎品種影響、種子抗旱性均不同，5%PEG-6000脅迫促進(jìn)云南花苦和晉蕎2號(hào)的種子萌發(fā)、提高了川蕎1號(hào)多倍體和黔苦4號(hào)的胚芽和胚根長(zhǎng)、川蕎1號(hào)多倍體和云南花苦的根莖比、黔苦4號(hào)的幼苗活力指數(shù)、胚芽含水量、胚根干物重、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率。15%PEG-6000脅迫抑制苦蕎的種子萌發(fā)，降低了苦蕎的胚芽長(zhǎng)、幼苗活力指數(shù)，儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率。提高了苦蕎的根莖比、黔苦4號(hào)的胚根長(zhǎng)和胚根干物重。25%PEG-6000脅迫下4個(gè)材料均未發(fā)芽，復(fù)水后川蕎1號(hào)多倍體恢復(fù)發(fā)芽率僅為16.7%，顯著低于其它3個(gè)材料。灰色關(guān)聯(lián)分析將萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率、儲(chǔ)存物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率作為抗旱鑒定的初級(jí)指標(biāo)；發(fā)芽勢(shì)、胚芽干物重、胚芽含水量、胚根含水量作為抗旱鑒定的次級(jí)指標(biāo)。5%PEG-6000脅迫下綜合抗旱性評(píng)價(jià)從高到低為：黔苦4號(hào)>云南花苦>晉蕎2號(hào)>川喬1號(hào)多倍體，15%PEG-6000脅迫下綜合抗旱性評(píng)價(jià)從高到低為黔苦4號(hào)>云南花苦>川喬1號(hào)多倍體>晉蕎2號(hào)。