牛冰潔，田 超，王永新,李 萍，郭秀萍，喬 棟，高文俊，趙 祥

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 太谷 030801；2.山西省朔州市畜牧獸醫(yī)服務(wù)中心，山西 朔州 036002)

據(jù)統(tǒng)計，全球面積的1/3以上為干旱和半干旱地區(qū)，我國國土面積的47%為干旱半干旱地區(qū)[1]。干旱阻礙了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對作物產(chǎn)量、品質(zhì)甚至植被退化等產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響[2]。利用PEG模擬干旱脅迫，已被廣泛應(yīng)用于植物種子萌發(fā)期的抗旱性研究[3]。但不同植物對PEG的最佳耐受濃度并不相同。季楊等[4]研究認(rèn)為，13%PEG處理為研究鴨茅(DactylisglomerataL.)在萌芽期抗旱性的最佳脅迫濃度。郭郁頻等[5]研究認(rèn)為，早熟禾(PoapratensisL.)幼苗抗旱的關(guān)鍵水勢點(diǎn)是-0.6 MPa，即早熟禾幼苗對21.8%PEG模擬的干旱條件更敏感。孫清洋等[6]研究認(rèn)為，20%PEG濃度為適合老芒麥(ElymussibiricusL.)種子萌發(fā)期的篩選濃度。

燕麥(AvenasativaL.)屬禾本科燕麥屬一年生草本植物，是糧、飼、藥多用途作物，抗逆性較強(qiáng)，在西北、華北、西南等地區(qū)的高海拔、干旱和冷涼地帶多有種植[7]。隨著氣候的變化，季節(jié)性干旱或不定期干旱頻發(fā)，燕麥的抗旱性研究更為重要。本研究以6個燕麥品種為試驗(yàn)材料，用不同濃度PEG模擬干旱條件，對種子萌發(fā)期的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較全面的研究，旨在評價不同燕麥品種的干旱耐受性，為干旱地區(qū)篩選優(yōu)良品種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

6個燕麥品種分別為：貝勒2代、魅力、美達(dá)、領(lǐng)袖、牧王、燕王，均由北京正道生態(tài)科技有限公司惠贈。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)國際種子檢驗(yàn)協(xié)會(ISTA)的種子檢驗(yàn)規(guī)程(2015)[8]規(guī)定發(fā)芽條件，選取籽粒飽滿的燕麥種子，均勻鋪在墊有雙層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑9 cm)中，每皿50粒，分別加入含有0、5%、10%、15%、20%、25%的等量PEG-6000溶液，每個處理4次重復(fù)，每天定時添加蒸餾水以補(bǔ)充水分缺失，保證干旱脅迫程度一致，將培養(yǎng)皿放入氣候培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，溫度20 ℃，光照12 h·d-1，濕度40%[9]。

1.3 指標(biāo)測定

每天記錄發(fā)芽數(shù)，第5天計算發(fā)芽勢(GE)，第10天計算發(fā)芽率(GR)并測定平均苗鮮質(zhì)量、根長(RL)及苗高(SH)。計算幼苗活力指數(shù)(VI)、萌發(fā)抗旱指數(shù)(GDRI)和相對危害率。

GR=(G10/N)×100%[8]；

GE=(G5/N)×100%[8]；

VI=(GR×平均苗鮮質(zhì)量)/100[10]；

GDRI=1.00GR2+0.75GR4+0.50GR6+0.25GR8[4]；

相對危害率[10]=[(GRck-GRtr)/GRck]×100%；

式中：G10為第10天發(fā)芽(胚根至少與種子等長、芽長不短于種子長的1/2)種子數(shù)，G5為第5天發(fā)芽種子數(shù)，N為發(fā)芽種子總數(shù)；GR2、GR4、GR6和GR8分別為2、4、6 d和8 d種子發(fā)芽率，1.00、0.75、0.50和0.25分別為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)所賦予的抗旱系數(shù)[4]；GRck為對照組發(fā)芽率，GRtr為處理組發(fā)芽率。

1.4 抗旱性綜合評價

利用隸屬函數(shù)法[11-12]綜合評價6個燕麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性。公式為：

若抗旱性與指標(biāo)呈正相關(guān)，則公式為：

(1)

若抗旱性與指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)，則公式為：

(2)

(3)

式中，Xij為i品種j項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果，Xjmax為全部品種j項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果中的最大值，Xjmin為其最小值。μ(Xij)為i品種j項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。Wj表示j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，D表示各品種的抗旱性綜合評價，D值越大，抗旱性越強(qiáng)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007軟件整理數(shù)據(jù)，用SPSS 23.0軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析，用Sigmaplot 12.5軟件制圖。所得結(jié)果均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果分析

2.1 不同濃度PEG對燕麥種子萌發(fā)特性的影響

由表1可見，低濃度PEG對貝勒2代、美達(dá)、牧王和燕王的發(fā)芽有不同程度的促進(jìn)作用，5%的PEG條件下，牧王達(dá)到最高發(fā)芽率，比對照提高12.2%；PEG濃度為10%時，貝勒2代、美達(dá)和燕王的發(fā)芽率達(dá)到最高，分別比對照提高12%(p<0.05)、3.1%和17.9%(p<0.01)。魅力和領(lǐng)袖的發(fā)芽率均隨PEG濃度的升高而降低。PEG濃度為25%時，燕麥各品種種子萌發(fā)率最低，其中，貝勒2代和燕王的發(fā)芽率均明顯低于其他品種。

表1 不同濃度PEG對燕麥種子發(fā)芽率的影響Table 1 Effects of different PEG concentrations on thegermination rate of oat seeds

隨著PEG濃度的升高，貝勒2代、魅力、美達(dá)、牧王和燕王的相對危害率先下降后上升，而領(lǐng)袖的相對危害率隨PEG濃度的升高而升高。PEG濃度大于15%時，魅力的相對危害率為正值，萌發(fā)受到抑制；PEG濃度大于20%時，貝勒2代與燕王種子的萌發(fā)開始受到抑制；PEG濃度大于25%時，開始抑制美達(dá)的萌發(fā)。

由表2可見，在不同濃度PEG條件下，貝勒2代、美達(dá)、牧王和燕王的發(fā)芽勢隨PEG濃度的升高而先升后降，PEG濃度為5%時，牧王的發(fā)芽勢顯著高于對照(p<0.05)；PEG濃度為10%時，貝勒2代、美達(dá)和燕王的發(fā)芽勢均高于對照(p>0.05)。魅力和領(lǐng)袖的發(fā)芽勢均隨PEG濃度的升高而降低。魅力和美達(dá)的發(fā)芽勢均明顯高于其他品種。

表2 不同濃度PEG對燕麥種子發(fā)芽勢和活力指數(shù)的影響Table 2 Effects of different PEG concentrations on germination potential and vigor index of oat seeds

PEG處理均降低了各品種的活力指數(shù)，且隨PEG濃度的升高，活力指數(shù)下降。25%的PEG條件下，美達(dá)活力指數(shù)最高，貝勒2代活力指數(shù)最低。各PEG條件下，魅力和美達(dá)的種子活力指數(shù)明顯高于其他品種，貝勒2代、領(lǐng)袖和燕王的種子活力指數(shù)明顯低于其他品種。

2.2 不同濃度PEG對燕麥幼苗主根長、苗高的影響

由圖1可見，5%的PEG處理對貝勒2代、美達(dá)、領(lǐng)袖和燕王的主根長具有促進(jìn)作用，差異均不顯著。10%的PEG處理對貝勒2代主根長的促進(jìn)作用不顯著，對美達(dá)和燕王的主根長具有顯著的促進(jìn)作用(p<0.05)。15%的PEG處理對貝勒2代、美達(dá)和燕王的主根長具有顯著的促進(jìn)作用(p<0.05)。20%的PEG處理只對貝勒的主根長具有顯著促進(jìn)作用(p<0.05)。

25%的PEG處理對6個燕麥品種的主根長均具有抑制作用，且抑制作用顯著(p<0.05)。整體來看，貝勒2代的主根長與對照相比沒有受到顯著的抑制作用，其他5個品種的主根長均受到了PEG處理不同程度的抑制作用。6個品種根長耐旱性依次為：貝勒2代>燕王>美達(dá)>領(lǐng)袖>魅力>牧王。

由圖2可見，5%的PEG處理能顯著促進(jìn)魅力、美達(dá)、領(lǐng)袖、燕王和牧王的苗高(p<0.05)。10%的PEG處理對貝勒2代的苗高具有顯著的抑制作用(p<0.05)，對領(lǐng)袖、牧王和燕王的苗高具有顯著促進(jìn)作用(p<0.05)。15%的PEG處理對貝勒2代和魅力的苗高具有顯著的抑制作用(p<0.05)，對領(lǐng)袖、牧王和燕王的苗高具有顯著的促進(jìn)作用(p<0.05)。20%的PEG對貝勒2代、魅力和美達(dá)苗高的抑制作用顯著(p<0.05)，對牧王苗高促進(jìn)作用顯著(p<0.05)。25%的PEG對貝勒2代、魅力、美達(dá)和牧王的苗高的抑制作用顯著(p<0.05)。6個品種苗高耐旱性依次為：貝勒2代>美達(dá)>燕王>領(lǐng)袖>魅力>牧王。

2.3 干旱條件對燕麥種子萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

綜上可見，各品種燕麥種子的萌發(fā)特性對濃度為25%的PEG最敏感，故在25%PEG條件下對燕麥萌發(fā)抗旱性進(jìn)行評價。由表3可見，不同燕麥品種的萌發(fā)抗旱指數(shù)間差異顯著，其中美達(dá)的萌發(fā)抗旱指數(shù)為1.07，極顯著高于其他品種(p<0.01)，表明其抗旱性較強(qiáng)。領(lǐng)袖和燕王的種子萌發(fā)抗旱指數(shù)分別為0.79和0.73，其種子萌發(fā)指數(shù)偏低，說明這2個品種的抗旱性較差。貝勒2代、魅力和牧王的萌發(fā)抗旱指數(shù)在0.80～0.83之間，其抗旱性居中。

表3 干旱脅迫下燕麥種子萌發(fā)抗旱指數(shù)Table 3 Drought resistance index of oat seed germination under drought stress

2.4 萌發(fā)指標(biāo)的相關(guān)性分析及主成分分析

由表4可見，GR和GE，RL和SH，GE和VI，GR和VI之間極顯著相關(guān)(p<0.01)，其他指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系不顯著?？芍?，不同指標(biāo)攜帶的信息有部分重合，且所起作用大小有差異，因此，單項(xiàng)指標(biāo)無法準(zhǔn)確評價燕麥的抗旱性，需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行主成分分析。

表4 各指標(biāo)相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis of each index

由表5可見，對測定指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，第一主成分F 1的貢獻(xiàn)率為76.76%，第二主成分F 2的貢獻(xiàn)率為16.92%，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到93.68%，6個單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為2個綜合指標(biāo)(F 1、F 2)，且保留了原有的絕大部分信息。

表5 萌發(fā)期各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率Table 5 Coefficient and contribution rate of each comprehensive index during germination stage

2.5 不同燕麥品種抗旱性綜合評價

根據(jù)6個鑒定指標(biāo)值及2個綜合指標(biāo)值的相對系數(shù)(表5)，計算可得每個品種的綜合指標(biāo)值。在25%PEG處理下，品種某一綜合指標(biāo)數(shù)值越小，表明在這一綜合指標(biāo)上的抗旱能力越弱，反之則越強(qiáng)。不同燕麥品種的抗旱性均由F 1、F 2兩個主成分共同決定。根據(jù)公式(1)、(2)、(3)可計算出每個綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，各綜合指標(biāo)值的權(quán)重以及每個品種的抗旱性綜合評價值(D值)。由表6可見，6個燕麥品種的抗旱性排序由大到小為：美達(dá)>魅力>牧王>貝勒2代>領(lǐng)袖>燕王。

表6 燕麥品種綜合評價及抗旱性排序Table 6 Comprehensive evaluation and ranking of drought resistance of oat varieties

3 討 論

本試驗(yàn)對6個燕麥品種的萌發(fā)指標(biāo)進(jìn)行了方差分析，各品種間及各處理間均存在一定程度的差異性。當(dāng)PEG模擬脅迫濃度在10%以下時，對燕麥各指標(biāo)的影響較小，這與陳新等[13]的研究結(jié)果一致。本研究表明，魅力和美達(dá)在不同脅迫濃度下發(fā)芽率雖有降低，但差異不顯著，且保持在90%以上，說明該燕麥品種比較耐旱。在6個供試燕麥品種中，發(fā)芽率均不相同，但最低為65%，仍在50%以上，說明設(shè)定的25%脅迫濃度仍高于燕麥發(fā)芽的耐受閾限，還有提高其干旱脅迫的空間。隨著PEG濃度的升高，不同程度地抑制各品種的發(fā)芽勢，說明PEG濃度的升高已經(jīng)對種子的萌發(fā)產(chǎn)生了抑制，但各品種對PEG濃度的敏感度不同，這與譚春燕等[14]、秦文靜等[15]對豆科牧草種子的研究結(jié)果一致。

不同濃度的PEG模擬干旱條件，在不同程度上阻礙了6個燕麥品種種子的萌發(fā)。25%的PEG對燕麥發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗活力指數(shù)、主根長、苗高等6項(xiàng)萌發(fā)指標(biāo)均有不同程度的抑制作用，這與牛奎舉等[16]、孫艷茹等[17]、王燕平等[18]、張樹林等[19]的研究結(jié)果一致，但有些品種的性狀指標(biāo)如苗高表現(xiàn)為優(yōu)于對照，即25%PEG對其有促進(jìn)作用，這與朱學(xué)海等[20]的研究結(jié)果一致，其結(jié)果為-0.50 MPa PEG-6000條件下，谷子(Setariaitalica)的萌發(fā)指數(shù)、胚芽長、胚根長有促進(jìn)效應(yīng)，表明同一物種的不同品種對脅迫濃度的耐受范圍不同。

隸屬函數(shù)法廣泛應(yīng)用于棉花(Gossypiumspp.)[21]、水稻(Oryzasativa)[22]、胡麻(LinumusitatissimumL.)[23]、無芒雀麥(BromusinermisLeyss.)[24]、燕麥(AvenasativaL.)[25]、黑麥草(LoliumperenneL.)[26]等多個物種的抗旱性評價中。本試驗(yàn)采用發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)、主根長和苗高5個指標(biāo)，結(jié)合隸屬函數(shù)法和主成分分析法對6個燕麥品種進(jìn)行抗旱性綜合評價。主成分分析能有效減少信息量的損失，將較多的測量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少量的綜合指標(biāo)[27-30]，本試驗(yàn)將5個單項(xiàng)測量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為2個相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，客觀反映了6個燕麥品種的干旱耐受性。

4 結(jié) 論

本研究采用不同濃度的PEG溶液對6個燕麥品種進(jìn)行干旱模擬，綜合隸屬函數(shù)法與主成分分析結(jié)果顯示，供試材料中美達(dá)的抗旱性較強(qiáng)，燕王的抗旱性最差，抗旱性由強(qiáng)到弱依次為：美達(dá)>魅力>牧王>貝勒2代>領(lǐng)袖>燕王，與萌發(fā)抗旱指數(shù)排序一致。本試驗(yàn)僅從種子萌發(fā)期入手，探討了不同品種燕麥的抗旱情況，但苗期生長階段的抗旱性仍需進(jìn)一步探討，以便更好地選育抗旱品種。