段義忠，張 雄

（榆林學院陜西省陜北生態(tài)修復重點實驗室，陜西榆林719000）

黑豆（Glycine max var）又名櫓豆、黑大豆、馬料豆等，屬豆科菜豆屬草本植物。黑豆適應生態(tài)環(huán)境的能力極強，所以，在我國從北到南、從東到西都有種植。在我國大豆資源中，黑豆的數(shù)量僅次于黃豆，居第2名，在2 980份黑豆資源中，有1 800余份分布在黃河中下游的山西、陜西、河北、河南、山東諸省，占全部黑豆資源的62.8%，而山西、陜西、河北省又是我國著名的小黑豆產(chǎn)區(qū)；其次是長江流域和西南地區(qū)，分別占10.6%和9.7%；東北和華南地區(qū)，分別占3.4%和6.5%[1]。雖然黑豆種質(zhì)資源很多，但種植面積較小，且呈零散分布狀態(tài)[2]。

我國黑豆多以春播為主，頻發(fā)的春旱造成黑豆出苗不齊或者幼苗長勢較弱。干旱限制了作物的正常生長，種子的萌發(fā)期和苗期都是生長較敏感的時期。干旱對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)、胚根長、葉綠素含量、游離脯氨酸含量、丙二醛含量都有影響[3]。關于干旱對種子萌發(fā)的影響，近年來通常會通過模擬干旱脅迫對作物進行處理，然后對干旱脅迫下作物的抗旱性指標進行分析，從而研究作物的抗旱性[4]。關于干旱對種子苗期的影響研究，水分是植物生長必需的元素，不同程度的水分缺失都會影響植物的生長發(fā)育[5-6]。輕度的干旱會造成植物葉片發(fā)黃，葉面積變小，生長遲緩，生物量減少；重度的干旱會造成葉片脫落，莖根干枯，甚至死亡[7-8]。干旱成為我國黑豆生產(chǎn)一大難題，黑豆種子萌發(fā)期是植物生活史中的重要階段[9]，也是最敏感的時期，萌發(fā)期抗旱性是研究抗旱性重要的內(nèi)容之一，水分對苗期生長也特別重要。

本試驗通過聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱脅迫環(huán)境對黑豆種子在萌發(fā)期和苗期各指標的測定，比較各項指標在不同強度干旱脅迫下的變化，評價干旱脅迫對各指標的影響，為黑豆育種和抗旱性研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試黑豆品種為雞腰白，來源于神木縣。

1.2 試驗方法

1.2.1 黑豆種子萌發(fā)期抗旱性處理 先進行種子預處理，種子先用蒸餾水清洗干凈并浸泡1 h，再用0.1%的高錳酸鉀溶液消毒20 min后沖洗3次以上用濾紙吸干備用。設置質(zhì)量分數(shù)梯度，紙床培養(yǎng)。用不同質(zhì)量分數(shù)的聚乙二醇（PEG-6000）處理黑豆種子，質(zhì)量分數(shù)梯度分別為：0（CK，蒸餾水），5%，10%，15%，20%，3次重復。設置溫度（25±1）℃，濕度75%，光照8 h、暗處理16 h條件下萌發(fā)。試驗過程中2 d換一次濾紙。

1.2.2 黑豆種子苗期抗旱性處理 試驗于2017年4月在榆林學院西區(qū)試驗基地溫棚內(nèi)進行。采用盆栽法，將黃土和農(nóng)家肥按質(zhì)量比1∶1均勻混合，分裝15個花盆，再將準備好的黑豆種子每盆種8顆，前期給所有盆栽進行相同的供水處理，幼苗長出3片子葉時停止供水，進行干旱脅迫處理，設置同萌發(fā)期試驗一樣的脅迫梯度進行處理，每個處理3個重復。在50%幼苗出現(xiàn)萎蔫時測量各項生理指標，在每個處理的3個重復中各取3株進行測量。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 黑豆種子萌發(fā)期抗旱性測定 在種子置床次日起開始觀察記錄，以種子胚根露白為發(fā)芽，以3個重復中第1顆種子發(fā)芽為該處理的種子萌發(fā)始期，以后每天記錄萌發(fā)種子數(shù)。發(fā)芽結(jié)束后稱量每顆鮮質(zhì)量和測量其胚根長和苗長，計算發(fā)芽率（GR）、發(fā)芽勢（GE）、發(fā)芽指數(shù)（GI）、活力指數(shù)（VI）、萌發(fā)抗旱指數(shù)（GDRI）及其相對性狀指標。

式中，GT為逐日發(fā)芽數(shù)；DT為對應發(fā)芽天數(shù)；d2，d4，d6為第 2，4，6 天的種子發(fā)芽率。

1.3.2 黑豆種子苗期抗旱性測定 葉綠素含量參照張麗彬等[10]的乙醇法進行測定；丙二醛含量參照趙世杰等[11]的硫代巴比妥酸法進行測定；脯氨酸含量參照孫學文等[12]的磺基水楊酸法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010分析和制圖，方差分析采用SPSS 17.0軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑豆種子萌發(fā)期的抗旱性研究

2.1.1 萌發(fā)期各指標特性分析 隨著PEG質(zhì)量分數(shù)的增大，黑豆種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均逐漸降低（表1），5%和10%處理下的降低率較小，15%的降低率高達52%～64%，20%處理下的降低率甚至可達92%～97%。因此，輕度干旱對黑豆種子萌發(fā)影響不大，重度干旱嚴重影響了種子的萌發(fā)，當田間干旱程度同15%PEG同等級以上時黑豆種子萌發(fā)受到嚴重抑制，應該慎重種植或采取補救措施。

發(fā)芽率是種子萌發(fā)的重要指標之一，發(fā)芽率高說明有生活力的種子數(shù)多。通過不同質(zhì)量分數(shù)PEG-6000模擬干旱對黑豆種子萌發(fā)進行7 d的處理后，計算其發(fā)芽率。由表1可知，隨著PEG-6000質(zhì)量分數(shù)的增大，各處理下的黑豆發(fā)芽率逐漸減小，其中，CK發(fā)芽率最高，可以高達98%以上。20%處理下最低，僅有6.67%。在5%和10%處理下的發(fā)芽率基本相同，二者之間沒有明顯的差異，卻明顯小于CK，15%處理下出現(xiàn)更明顯的下降。由此說明，15%PEG干旱脅迫嚴重威脅到種子的發(fā)芽，此質(zhì)量分數(shù)對應的田間干旱程度不適合種植黑豆。

表1 黑豆種子萌發(fā)各指標特性

發(fā)芽勢是鑒別種子發(fā)芽速度和整齊度的主要指標，不同植物種子的發(fā)芽勢規(guī)定天數(shù)不同，黑豆種子發(fā)芽勢規(guī)定為4 d，因此，在種子開始萌發(fā)4 d后對其進行發(fā)芽勢的計算。由表1可知，發(fā)芽勢和發(fā)芽率的變化趨勢大致相同，隨著PEG-6000質(zhì)量分數(shù)的增大，各處理下的黑豆發(fā)芽勢在逐漸減小，CK發(fā)芽勢為93.33%，5%和10%處理下的發(fā)芽勢也大致相同，較CK明顯下降；15%處理下的發(fā)芽勢明顯下降。20%處理下的發(fā)芽勢和發(fā)芽率同樣為6.67%，說明黑豆種子萌發(fā)集中在前4 d，之后種子再萌發(fā)的數(shù)量不多。由此建議，黑豆種植不能在20%PEG同等干旱脅迫下進行。

發(fā)芽指數(shù)比發(fā)芽勢和發(fā)芽率更能靈敏的表現(xiàn)種子的活力，也是種子抗旱性研究的一個重要指標。表1表明，0（CK），5%，10%，15%，20%處理下的發(fā)芽指數(shù)分別是 24.62，22.11，19.65，9.53，1.35，0（CK），5%，10%處理下發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)出較平緩下降；同發(fā)芽率、發(fā)芽勢一樣，15%PEG對黑豆種子有嚴重的威脅，其對應干旱程度不適合黑豆的實際生產(chǎn)。

活力指數(shù)是植物發(fā)芽指數(shù)與幼苗鮮質(zhì)量的乘積，它用來測定植物萌發(fā)生長速度，萌發(fā)整齊度、活性強度的綜合指標，活力指數(shù)越大表明種子迅速萌發(fā)并長成正常幼苗的潛在能力越大。從表1可以看出，除了5%外，其他處理均小于CK，原因是其處理下的幼苗鮮質(zhì)量高于CK，由此說明，5%處理下的干旱脅迫促進了黑豆種子萌發(fā)。

2.1.2 萌發(fā)期各相對指標特性分析 由于黑豆萌發(fā)時各指標表現(xiàn)的抗旱性不一致，不能直觀說明問題，采用各相對指標和萌發(fā)抗旱指數(shù)判斷抗旱性會比較準確。植物萌發(fā)期的各相對指標和萌發(fā)抗旱指數(shù)比發(fā)芽率、發(fā)芽勢等能更有效的說明其抗旱性。本試驗所用的黑豆種子的各相對指標和萌發(fā)抗旱指數(shù)如表2所示，因為15%和20%處理下嚴重抑制了種子的萌發(fā)，所以，5%和10%處理下的值除了相對胚根長在10%處理下為67.16%外，其他指標均在80%以上，說明本試驗所選的黑豆種子抗旱性較強。

表2 黑豆種子萌發(fā)期各相對指標和萌發(fā)抗旱指數(shù)

2.2 黑豆種子苗期抗旱性研究

2.2.1 不同PEG質(zhì)量分數(shù)處理對黑豆幼苗葉片中丙二醛含量的影響 丙二醛是常用的植物干旱脅迫的生理指標，在本試驗中，通過不同質(zhì)量分數(shù)PEG模擬干旱脅迫對黑豆種子幼苗進行控水10 d后測定其葉片中丙二醛的含量，結(jié)果表明，各處理中的丙二醛含量都高于對照，黑豆種子在一定干旱脅迫下，隨著干旱程度的增加，作為植物抗逆性指標的丙二醛含量也在增加（圖1-a）。

2.2.2 不同PEG質(zhì)量分數(shù)處理對黑豆幼苗葉片中葉綠素含量的影響 葉綠素是植物體內(nèi)與光合作用有關的最重要的色素，而光合作用又關系到植物中營養(yǎng)物質(zhì)的積累，因此，葉綠素含量決定著植物能否正常生長。從圖1-b可以看出，黑豆種子隨著干旱程度的增加，葉綠素含量出現(xiàn)先減小再增大的趨勢，15%處理下的葉綠素含量增加的原因是在干旱脅迫下葉綠素a增加，而消耗因為干旱導致的過剩光能，避免對植株造成更大的傷害。

2.2.3 不同PEG質(zhì)量分數(shù)處理對黑豆種子幼苗葉片中脯氨酸含量的影響 游離脯氨酸干旱時增加可以幫助細胞吸水，植物在干旱脅迫下會大量積累，以調(diào)節(jié)植物的缺水現(xiàn)狀，是水分虧損的生理反應。

由圖1-c可知，黑豆種子在干旱脅迫下的游離脯氨酸含量均大于CK，而且游離脯氨酸增加的程度和干旱脅迫濃度呈正相關。

3 討論

由于植物的多樣性，植物生理過程的復雜性，環(huán)境條件的易變形和綜合性，形成了植物適應干旱的多樣性，因此，作物的抗旱性研究不能針對一兩個指標進行，單一指標都具有片面性，這種方法研究的抗旱性與作物實際的抗旱能力雖有一點的相關性，但不完全相關，甚至有很大的出入[13-14]。多個指標評價作物的抗旱性，評價出的結(jié)果與實際結(jié)果較接近。因此，本試驗通過測定多個指標研究黑豆種子的抗旱性，這樣不僅可以有較全面的數(shù)據(jù)判斷黑豆在實際生產(chǎn)中是否遭受著干旱脅迫并可及時實施補救措施，而且可以提前根據(jù)土壤的含水量判斷某區(qū)域土地是否適合黑豆的種植生產(chǎn)，以提高我國黑豆在旱作農(nóng)業(yè)地區(qū)的生產(chǎn)效率，來發(fā)展黑豆的節(jié)水、旱作栽培，這對加速我國節(jié)水旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

本試驗結(jié)果表明，當PEG質(zhì)量分數(shù)大于等于5%時，黑豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)都有明顯的下降，說明本試驗設置PEG質(zhì)量分數(shù)偏高，但這些數(shù)據(jù)也可說明干旱脅迫抑制了黃秋葵、黑豆和胡麻種子活力和幼苗的正常生長。但黑豆種子的抗旱性要強于胡麻種子，在5%處理下的活力指數(shù)比CK稍微增加，說明5%處理同等干旱程度有利于黑豆種子的萌發(fā)。

顏麗麗[15]研究認為，MDA含量的變化動態(tài)與植物的抗旱性存在一定關系。豌豆和黑豆苗期葉片中丙二醛（MDA）含量均會增加，而且重度脅迫的增加幅度大于輕度脅迫，這與張紅萍[16]研究干旱脅迫對豌豆葉片生理指標的影響結(jié)果基本一致，且豌豆和黑豆幼苗在干旱的脅迫下游離脯氨酸都表現(xiàn)出了增加，且增加幅度和干旱程度呈正相關，這與劉美珍[17]研究干旱脅迫對豌豆葉片生理指標的影響結(jié)果基本一致；而在葉綠素含量測定中，豌豆葉片中葉綠素含量均高于對照水平，其原因在于干旱脅迫下葉綠素a增加，進而消耗因干旱導致的過剩光能，避免對植株造成更大的傷害，在本試驗中黑豆葉片中的葉綠素含量均低于CK，這一結(jié)論與一般在不同質(zhì)量分數(shù)PEG模擬的干旱脅迫下植物葉綠素含量變化大致相同，主要是由于干旱脅迫造成葉綠素合成受阻和分解加快導致的葉綠素含量減少。本試驗結(jié)果對榆林地區(qū)黑豆生產(chǎn)具有現(xiàn)實意義，在實際生產(chǎn)中可根據(jù)土壤含水量和干旱程度判斷此區(qū)域是否合適種植黑豆，推測黑豆的出苗率和長勢情況，也可大致推斷出種植黑豆品種的抗旱性。

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