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(貴州省油料研究所， 貴陽 550006)

干旱是我國農(nóng)業(yè)常見的自然災(zāi)害之一，也是影響農(nóng)作物生長的嚴(yán)重災(zāi)害之一，因為水分成為作物生長發(fā)育的主要限制因子之一。我國是世界上最干旱的國家之一，干旱、半干旱地區(qū)占國土面積的50%以上[1]。大豆因其富含蛋白質(zhì)、油分及其它多種生理活性物質(zhì)而成為剛性需求的農(nóng)產(chǎn)品，而我國2012、2013年種植面積僅700萬hm2左右，產(chǎn)量1 200萬t左右，遠(yuǎn)不能滿足年7 000萬t的需求，70%以上需靠進(jìn)口，因此，我國大豆生產(chǎn)與需求矛盾非常突出；而在貴州省的大豆主產(chǎn)區(qū)為西部、北部旱地，干旱(春旱、伏旱)較為頻發(fā)，又無灌溉條件，干旱導(dǎo)致大豆減產(chǎn)時有發(fā)生(如2011年發(fā)生的春旱與伏旱、2013年發(fā)生的伏旱)，如何抗旱減災(zāi)成為貴州省農(nóng)業(yè)科研亟待解決的課題。

目前，國內(nèi)外學(xué)者采用PEG模擬干旱脅迫在牧草、黃麻、黃瓜、亞麻等作物的種子抗旱性方面研究較多[1-9]，作物抗旱性的評價方法也各不同，在大豆抗旱性研究方面有一定的報道[10-13]。由于大豆品種的區(qū)域適應(yīng)性很強(qiáng)，貴州省生產(chǎn)上急需高產(chǎn)、抗旱性強(qiáng)的大豆品種，為此，本研究采用PEG模擬干旱脅迫，對20份春大豆材料種子活力及抗旱性進(jìn)行研究，以期篩選抗旱性較強(qiáng)的大豆育種材料，為抗旱大豆新品種的選育提供室內(nèi)早期抗旱性鑒定參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試材料為貴州省油料研究所自有大豆育種材料，屬于南方春大豆，共20份(表1)，編號為1～20。

1.2 試驗方法

試驗設(shè)計2個處理，即蒸餾水對照(ck)和濃度為15%的PEG溶液模擬干旱脅迫(DS)，每個處理重復(fù)3次。所有參試種子都經(jīng)過精選和消毒，保證參試材料的完好性。每個培養(yǎng)皿中放入大豆種子30粒，分別加入20 mL蒸餾水和濃度為15%的PEG水溶液。參照王東娟等[1]的方法，分別將種子放在濕度為40%，光照為7 200 lx，溫度為18 ℃(8 h)～ 25 ℃(16 h)變溫的人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)。放入培養(yǎng)箱后的第2天開始觀察記載種子發(fā)芽數(shù)量，調(diào)查記載時間截止到第8天。各指標(biāo)計算公式如下：

發(fā)芽勢(%)=第4天的正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[2]；

發(fā)芽率(%)=第6天累積的發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù)×100%[2]；

種子萌發(fā)指數(shù)=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×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[1])；

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)=水分脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對照種子萌發(fā)指數(shù)[6]；

儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率(%)=(芽+根)干重/(芽+根+籽粒)干重×100%[13]；

幼苗活力指數(shù)=胚芽平均長度×種子萌發(fā)指數(shù)[13]；

幼苗活力抗旱指數(shù)=干旱脅迫下幼苗活力指數(shù)/對照幼苗活力指數(shù)[13]；

干旱脅迫傷害度(%)=[(ck-DS)/ck]×100%[14](式中，ck為對照測定值，DS為干旱脅迫處理測定值)。

各指標(biāo)的相對值為干旱脅迫處理測定值和對照測定值的比值。

抗旱綜合評價方法：利用模糊數(shù)學(xué)中求隸屬函數(shù)的方法進(jìn)行各指標(biāo)抗旱性綜合評價。其公式為：

X=(Xt-Xmin)(Xmax-Xmin)[15-16]。

式中：X為抗旱隸屬函數(shù)值，Xt為材料的指標(biāo)測定值，Xmax和Xmin分別表示各種類指標(biāo)的最大和最小測定值，如果抗性指標(biāo)測定值與抗性呈負(fù)相關(guān)則用1-X的值來表示[15-16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用DPSV 7.05統(tǒng)計軟件和Excel軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG干旱脅迫下不同大豆材料的相對發(fā)芽率、發(fā)芽勢

發(fā)芽勢和發(fā)芽率是反映種子質(zhì)量優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一，也是反映種子活力的重要指標(biāo)。試驗測定了干旱脅迫下的大豆種子萌發(fā)情況(表2)，從表2可看出，PEG干旱脅迫下，各大豆材料的發(fā)芽率和發(fā)芽勢都受到不同程度的影響，抗旱性不同，其受到影響的程度也不同。相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率最高的是19號材料，達(dá)到216.67%和283.33%，說明其受到干旱脅迫的影響很小，表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐旱性；其次是1、4、8、11、13、14號等材料的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢較高，都達(dá)到100%以上，說明其受到干旱脅迫的影響較小，抗旱性較強(qiáng)；而最低的是17號，僅有56.25%和41.18%，說明其對干旱脅迫較敏感，抗旱性較弱。相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢與萌發(fā)抗旱指數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，二者皆與萌發(fā)抗旱指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(r=0.879 5**，r=0.936 4**)。相對發(fā)芽勢和相對發(fā)芽率較高的材料，其萌發(fā)抗旱指數(shù)也較高，抗旱性越強(qiáng)。

表2 各材料的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢和種子萌發(fā)抗旱指數(shù)

材料編號相對發(fā)芽勢(%)相對發(fā)芽率(%)萌發(fā)抗旱指數(shù)1145.45 163.64 1.3671 280.00 83.33 0.9744375.00 69.23 0.61324166.67 150.00 0.9310587.50 40.00 0.60236100.00 123.08 0.9780790.00 78.95 0.70898126.67 172.73 1.03749100.00 57.14 0.645610 88.89 111.76 0.757111128.57 111.11 1.00001288.89 118.18 0.953813116.67 212.50 1.235314118.75 130.77 1.08491566.67 84.21 0.68571666.67 84.62 0.62261756.25 41.18 0.434418114.29 150.00 1.087719216.67 283.33 2.11902082.35 77.78 0.6187

2.2 PEG干旱脅迫下不同大豆材料的萌發(fā)抗旱指數(shù)

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是一個相對值，體現(xiàn)了種子在干旱脅迫下的萌發(fā)能力以及受到干旱脅迫的影響程度，是評價種子在萌芽期抗旱性強(qiáng)弱的一個重要指標(biāo)，抗旱性越強(qiáng)的材料其萌發(fā)抗旱指數(shù)值也就越大，反之則越小。從表2可看出，PEG脅迫下不同春大豆材料種子的萌發(fā)表現(xiàn)出的抗旱性差異顯著，參試20份大豆材料的種子萌發(fā)抗旱指數(shù)值在0.434 4～2.119 0之間。其中，19號材料萌發(fā)抗旱指數(shù)最高，達(dá)到2.119 0，表明該材料具有較強(qiáng)的抗旱性，1、13、18、14、8、11號這幾個材料的抗旱性較好，分別為1.367 1、1.235 3、1.087 7、1.084 9、1.037 4、1.000 0。

表3 PEG干旱脅迫對胚芽長、幼苗活力指數(shù)的影響

材料編號胚芽長(cm)ckDS傷害度(%)材料編號幼苗活力指數(shù)ckDS幼苗活力抗旱指數(shù)15.264.6711.2213.94503.50250.887825.422.0362.5522.57450.96430.374537.693.653.1936.24812.92500.468142.951.8537.2940.99560.62440.627156.331.4377.4154.19360.94740.225964.772.1654.7265.30662.40300.452876.232.756.6678.72203.78000.433485.933.4242.3387.04194.06130.576795.292.0561.2593.37241.30690.3875108.593.2362.401011.38184.27980.3760114.341.7260.37113.63481.44050.3963122.822.1523.76122.18551.66630.7624134.182.540.19134.38902.62500.5981142.871.7638.68144.12562.53000.6132156.653.0554.14157.98003.66000.4586164.071.9552.09163.35781.60880.4791176.891.6775.76174.56461.10640.2424184.92.3751.63183.79751.83680.4837194.772.939.20195.30663.22630.6080203.681.6355.71203.95601.75230.4429

表4 PEG干旱脅迫對大豆種子儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率的影響

材料編號胚芽干質(zhì)量(g)ckDS傷害度(%)材料編號物質(zhì)儲藏轉(zhuǎn)運率(%)ckDS傷害度(%)10.08510.015681.6719.987.8324.1520.06780.022267.26213.545.833.3830.32980.036588.93317.799.6444.9140.12480.016886.5448.965.5647.3250.16450.007695.38510.414.5415.1860.12950.086533.20611.483.8747.2170.23410.03585.05712.775.7414.2580.12950.023581.8589.816.311.1190.14320.030478.7799.954.2514.47100.21690.124342.691013.167.3128.19110.0630.030451.75116.095.086.55120.0670.028357.76126.124.8419.44130.06710.008187.931314.14.936.60140.07710.062818.55148.285.949.42150.28760.033388.421513.225.6262.18160.09760.019280.331610.816.526.11170.14950.027381.741710.74.9426.36180.06480.015675.931811.845.5232.09190.04350.012870.57196.196.471.96200.09820.007892.06208.664.819.52

2.3 PEG干旱脅迫對大豆幼苗活力指數(shù)的影響

幼苗活力指數(shù)是體現(xiàn)種子萌發(fā)后苗期活力的一個重要指標(biāo)，干旱脅迫一般會對種子萌發(fā)過程中的胚根、胚芽都產(chǎn)生影響，胚根胚芽直接影響到幼苗活力指數(shù)的大小。從表3可看出，干旱脅迫對各材料胚芽長度的傷害程度差異較大，傷害范圍在11.22%～75.76%之間，17號材料的傷害度最大，達(dá)到了75.76%，說明該材料的胚芽發(fā)育受到干旱脅迫的影響較大，對干旱脅迫的敏感度較高，抗旱性較弱。只有1、4、12、14、19號這5個材料的胚芽長傷害度在40%以下。從幼苗活力抗旱指數(shù)來看，各材料的指數(shù)在0.225 9～0.887 8之間，1、12、19號材料的活力抗旱指數(shù)較高，說明這幾個材料在干旱脅迫下的種子活力較強(qiáng)，仍然能維持較高的萌發(fā)能力，受到干旱脅迫影響較小，抗旱性較強(qiáng)。通過對幼苗活力指數(shù)、胚芽長、幼苗活力抗旱指數(shù)和胚芽長傷害度與萌發(fā)抗旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，胚芽長傷害度與萌芽抗旱指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r= -0.60*)，幼苗活力抗旱指數(shù)與萌發(fā)抗旱指數(shù)呈極顯著相關(guān)(r=0.60**)，抗旱性越強(qiáng)的材料其幼苗活力抗旱指數(shù)較高，在干旱脅迫下能夠維持較高的種子活力，促進(jìn)萌發(fā)。

2.4 PEG干旱脅迫對大豆種子儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率的影響

試驗測定了不同濃度PEG脅迫下的20份大豆種質(zhì)材料的胚芽干質(zhì)量和儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率(如表4所示)。從表4可看出，PEG干旱脅迫下不同大豆材料的儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率受到不同程度的影響，從傷害度可以看出，不同材料之間對PEG干旱脅迫的敏感程度差異較大，傷害度越小，表明其受到干旱脅迫的影響越小，抗旱性就越強(qiáng)。20個材料的傷害度在1.96%～62.18%之間，其中，15號的傷害度達(dá)到62.18%、4號和6號分別達(dá)到47.32%和47.21%，在正常水分條件下，15，4，6號的平均儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率分別為13.22%、8.96%和11.48%，而PEG干旱脅迫下的平均儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率僅為5.62%、5.56%和5.74%。 相關(guān)分析結(jié)果表明，PEG脅迫條件下，種子的儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率與萌芽抗旱指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系、儲藏物質(zhì)的傷害度與萌芽抗旱指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但都未達(dá)到顯著水平。

2.5 不同春大豆材料的抗旱性綜合評價

對不同處理下種子萌發(fā)多個指標(biāo)(相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、種子萌芽指數(shù)、幼苗活力抗旱指數(shù)、儲藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率、種子萌發(fā)抗旱指數(shù))進(jìn)行測定計算，20份大豆材料不同指標(biāo)之間的抗旱性強(qiáng)弱排序不盡一致，這就需要對多個指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，對影響種子萌發(fā)的各因素進(jìn)行分析，才能正確判斷和評價種子在萌芽期的抗旱性。試驗用隸屬函數(shù)法得到20份大豆材料的抗旱指標(biāo)隸屬函數(shù)值，如表5所示，從表5可看出，20份春大豆材料的綜合評價值存在較大差異，差異范圍在0.066 292～1.600 207之間，20份大豆材料的抗旱性強(qiáng)弱順序依次為：19>13>8>1>4>14>18>6>11>10>12>7>15>20>16>3>2>9>5>17。其中，排在前5位材料的綜合評價值均高于0.7，表現(xiàn)出強(qiáng)抗旱性，17號材料的綜合評價值僅為0.064 472，低于0.1，表現(xiàn)出極弱的抗旱性，而15、20、16、2、3、9、5號的綜合評價值在0.1～0.4之間，表現(xiàn)為弱抗旱性，剩余的14、18、6、11、10、12、7號的綜合評價值在0.4～0.7之間，抗旱性居中。

表5 各材料的抗旱指標(biāo)隸屬函數(shù)值及抗旱性綜合排序

編號相對發(fā)芽勢相對發(fā)芽率種子萌芽指數(shù)幼苗活力抗旱指數(shù)物質(zhì)儲藏轉(zhuǎn)運率萌發(fā)抗旱指數(shù)平均值抗旱性位次11.43093.00850.45380.43810.002280.000160.888963420.38101.05430.15130.09840.001110.000090.2810261730.30080.71130.52250.16030.003330.000030.2830351641.77142.67660.00000.26560.000970.000080.785767550.50130.00000.35750.00000.000390.000030.1432051960.70182.02160.85250.15020.000000.000090.621033870.54140.94781.16880.13730.001080.000050.4660681281.12973.22970.93500.23220.001400.000100.921349390.70180.41710.33000.10700.000220.000040.25935418100.52361.74611.08630.09940.001980.000050.57623110111.16021.73030.55000.11280.000700.000100.5923439120.52361.90240.48130.35510.000560.000090.54382811130.96934.19740.78380.24640.000590.000131.0329232141.00262.20871.21000.25640.001190.000110.7798316150.16721.07580.94880.15400.001010.000040.39112413160.16721.08570.53630.16760.001530.000030.32638315170.00000.02870.35750.01090.000620.000000.06629220180.93112.67660.48130.17060.000950.000110.7101097192.57355.92090.85250.25290.001500.000281.6002671200.41870.91930.81130.14360.000540.000030.38224114

3 討論與結(jié)論

大豆是大田作物，其抗旱性的鑒定方法基本上來源于田間，抗旱性強(qiáng)弱除了受自身遺傳因素影響外，還與外界環(huán)境息息相關(guān)，會受到田間小環(huán)境(如天氣、水分或其他環(huán)境因子)的影響[17]，由于不可控因素太多，導(dǎo)致操作困難，很難達(dá)到預(yù)期目的。通過室內(nèi)鑒定，采用PEG脅迫人工模擬干旱脅迫環(huán)境，簡單易操作，環(huán)境容易控制，不失為一個好的抗旱性初級鑒定方法。作物的抗旱性在不同作物、同一作物不同時期都會有不同的表現(xiàn)[7-12,19]，是多個形態(tài)、生理、生化指標(biāo)的綜合反映，受到很多環(huán)境因素和遺傳因子的影響，因而不能進(jìn)行單一性的評價。而種子萌發(fā)是作物生命周期的起點，是作物全生育期生命力比較旺盛的一個時期[20]，萌芽期抗旱性的鑒定基于其簡單易操作，可以用來進(jìn)行作物抗旱性評價的初級鑒定和抗旱性品種的初步篩選。

本試驗結(jié)果表明，萌芽期抗旱性較強(qiáng)的有黔豆08014、黔豆2014-47、黔豆2014-36、黔豆2014-107、黔豆2014-108等5個材料；萌芽期抗旱性較弱的材料有黔豆2014-31、黔豆2014-134、黔豆2014-171、黔豆2014-155、黔豆2014-198等5個；其余材料在萌芽期抗旱性居中。

萌芽期抗旱性鑒定是早期室內(nèi)抗旱鑒定的一個重要內(nèi)容，也是最基礎(chǔ)最簡單可操作的評價時期，由于作物抗旱機(jī)理十分復(fù)雜，要真正明確評價大豆抗旱性還需要結(jié)合大豆各生長時期的抗旱性，下一步將結(jié)合盆栽和田間試驗對大豆生育期中對水分最敏感的生育時期進(jìn)行抗旱性鑒定評價，對其形態(tài)生長、生理生化等進(jìn)行深入研究，以期更全面的篩選出抗旱性強(qiáng)的大豆品種。