李建平 劉伊凡 王子銘 尹冰雨 李青青 王海穎 郭晉杰

摘要：以農(nóng)單476、農(nóng)單145、先玉335等3個(gè)雜交種及其親本為研究對(duì)象，通過PEG脅迫處理進(jìn)行抗旱性鑒定，在萌芽期對(duì)不同玉米品種及其親本的胚根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、胚根鮮質(zhì)量、胚根干質(zhì)量、苗干質(zhì)量、苗鮮質(zhì)量、種子鮮質(zhì)量、種子干質(zhì)量10個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，在干旱脅迫下，雜交種農(nóng)單476、自交系農(nóng)系3435萌發(fā)期具有較強(qiáng)的抗旱性，其他參試材料萌發(fā)期抗旱性中等。

關(guān)鍵詞：農(nóng)單玉米;萌芽期;抗旱性;PEG脅迫

中圖分類號(hào)：S513.01 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2021）13-0070-04

玉米是作物中需水量較大的作物，是世界上主要的糧食作物、重要的飼料和工業(yè)原料[1-4]。我國(guó)現(xiàn)狀是水資源比較貧乏，并且近些年來極端氣候出現(xiàn)較多，干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅大大增加，所以研究和選育抗旱性較好的玉米新品種對(duì)保障我國(guó)的糧食生產(chǎn)安全具有重要的作用[5-7]。因?yàn)橛衩赘珊涤绊懕容^敏感，而且需水較多，所以干旱會(huì)使玉米減產(chǎn)20%～30%[8-9]。干旱影響種子萌發(fā)、出苗，影響出苗率高達(dá)40%～50%，造成缺苗斷垅，對(duì)玉米的產(chǎn)量造成嚴(yán)重的影響[10-13]。本研究選用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的國(guó)審玉米品種農(nóng)單476（抗旱性鑒定為極強(qiáng)）和河北省審定的玉米品種農(nóng)單145，以及日本先鋒公司選育的玉米品種先玉335為研究對(duì)象，通過PEG脅迫模擬干旱處理，在萌芽期測(cè)定3個(gè)雜交種及其親本表型，從而鑒定其抗旱性差異，為農(nóng)單系列玉米抗旱新品種選育和遺傳機(jī)制的研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料均為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心河北分中心提供：2017年國(guó)審玉米品種農(nóng)單476（PH6WC×農(nóng)系3435），2018年河北省審定的玉米品種農(nóng)單145（PH6WC×農(nóng)系376），對(duì)照品種為先鋒公司選育玉米品種先玉335（PH6WC×PH4CV）。其中玉米品種農(nóng)單476經(jīng)過河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所鑒定表現(xiàn)為極強(qiáng)抗旱性。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

萌芽期處理參考余貴海等的方法[14]，于2019年4月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種室進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)干旱脅迫與非干旱脅迫2種處理，使用濃度為15% PEG-6000溶液進(jìn)行干旱模擬，試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。

1.3 性狀測(cè)定

每天固定時(shí)間調(diào)查每個(gè)培養(yǎng)皿的發(fā)芽種子數(shù)（胚根長(zhǎng) 2 mm 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)），到第8天為止。在第4天調(diào)查發(fā)芽勢(shì)，第7天調(diào)查發(fā)芽率，第8天剪下胚芽、胚根，用游標(biāo)卡尺或直尺測(cè)量胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)（取5粒求平均值），然后把胚芽、胚根和種子分別用濾紙包好標(biāo)號(hào)，置于 105 ℃烘箱中殺青5 min，而后于65 ℃恒溫烘箱中烘干稱質(zhì)量。

發(fā)芽勢(shì)=第4天發(fā)芽的種子數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù)×100%;

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)=處理發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照發(fā)芽勢(shì) ×100%;

發(fā)芽率=第7天發(fā)芽的種子數(shù)/試驗(yàn)種子總數(shù)×100%;

相對(duì)發(fā)芽率=處理發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率×100%;

發(fā)芽指數(shù)（GI）：GI=∑（Gt/Dt）;

活力指數(shù)（VI）VI=GI×S;

貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率=（胚芽干質(zhì)量+胚根干質(zhì)量）/（胚芽干質(zhì)量+胚根干質(zhì)量+籽粒干質(zhì)量）×100%;

種子萌發(fā)抗旱指數(shù) =處理種子萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù);

PI=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25×nd8;

式中：Dt表示發(fā)芽時(shí)長(zhǎng)，d;Gt表示與Dt相對(duì)應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù);S為8 d內(nèi)正常幼苗的質(zhì)量，g;nd2、nd4、 nd6、nd8分別為第2、第4、第6、第8天種子的萌發(fā)率;1.00，0.75，0.50，0.25分別為相應(yīng)萌發(fā)時(shí)間所賦予的抗旱系數(shù)。

干旱傷害率=（CK-T）/CK×100%;

式中：CK 為正常水分處理下的性狀值，T為干旱脅迫下的性狀值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016和SPSS 21.0對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)不同玉米品種萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響

不同玉米品種的萌發(fā)抗旱指數(shù)不同，表現(xiàn)出的抗旱性也不同。萌發(fā)抗旱指數(shù)是鑒定不同玉米品種在相同處理下抗旱性能的一個(gè)重要指標(biāo)，數(shù)值越大，品種抗旱性越強(qiáng)，數(shù)值越小，品種抗旱性越弱[15]。從表1可以看出，數(shù)值最高的品種為農(nóng)單476，說明農(nóng)單476具有較強(qiáng)的抗旱性，其他品種抗旱性適中，所以可以用作抗旱品種種植，也可作為其他品種抗旱性分析的對(duì)比材料。

2.2 干旱脅迫對(duì)不同玉米品種相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率的影響

對(duì)比表1、表2可以看出，隨著萌發(fā)抗旱指數(shù)的升高，各個(gè)材料的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率也在逐漸變大，相關(guān)性分析后發(fā)現(xiàn)萌發(fā)抗旱指數(shù)與二者均呈正相關(guān)（r=0.986* *，r=0.963* *），由此可見干旱對(duì)種子萌發(fā)初期影響較大。農(nóng)單476具有較高相對(duì)發(fā)芽率（182.22%）和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)（158.33%），表明其抗旱性較好，抗旱能力較強(qiáng)。

2.3 干旱脅迫對(duì)胚根、胚芽生長(zhǎng)的影響

從表3可以看出，胚芽長(zhǎng)的傷害率相對(duì)胚根長(zhǎng)傷害率高一些，可見胚根、胚芽在干旱脅迫下生長(zhǎng)均受到抑制。筆者對(duì)二者與萌發(fā)抗旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)胚根長(zhǎng)的傷害率與萌發(fā)抗旱指數(shù)呈明顯負(fù)相關(guān)（r=-0.627*，n=7），其中胚根受干旱影響較小。

2.4 干旱脅迫對(duì)物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率的影響

貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)是萌發(fā)種子內(nèi)的貯藏物質(zhì)消耗用來供給胚根、胚芽生長(zhǎng)的過程，貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率越高，說明萌芽期抗旱能力越強(qiáng)[16]。從表4可以看出，在干旱脅迫下，所有品種的貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率均有所降低，與表1對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率傷害率較高的品種萌發(fā)抗旱指數(shù)較高。農(nóng)系376、農(nóng)系3435、農(nóng)單476傷害率較高，說明農(nóng)系376、農(nóng)系3435、農(nóng)單476具有較強(qiáng)的抗旱性。

2.5 干旱脅迫對(duì)種子活力指數(shù)的影響

種子活力是種子品質(zhì)的重要指標(biāo)[17-18]。從表5可以看出，在干旱脅迫下，各個(gè)品種的種子活力均有大幅下降，這與其他文獻(xiàn)報(bào)道[19]一致。對(duì)種子活力指數(shù)與萌發(fā)抗旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，萌發(fā)抗旱指數(shù)與傷害率呈明顯負(fù)相關(guān)（r=-0.921* *，n=7），說明抗旱性強(qiáng)的品種，干旱脅迫對(duì)其種子活力的影響越小。

2.6 父本與子代抗旱性對(duì)照分析

本試驗(yàn)意在探究雜交種與親代間的抗旱性關(guān)系，通過對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合，對(duì)3個(gè)雜交種農(nóng)單476、農(nóng)單145、先玉335與其相對(duì)應(yīng)的父本進(jìn)行進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表6。先玉335與其父本PH4CV相關(guān)系數(shù)為0.962，農(nóng)單145與其父本農(nóng)系376相關(guān)系數(shù)為0.971，農(nóng)單476與其父本農(nóng)系3435相關(guān)系數(shù)為0.960，通過分析可以看出3個(gè)雜交種與其父本相關(guān)性較強(qiáng)，且通過雷達(dá)圖分析（圖1）可以看出雜交種與父本差異趨勢(shì)相同。

3 討論與結(jié)論

作物的抗旱性受多方面因素影響，其中產(chǎn)生較大影響為環(huán)境因素與作物本身的遺傳因素，而作物在大田生長(zhǎng)中如水分、天氣等不可控因素較多，很難達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，而室?nèi)模擬干旱環(huán)境較為容易控制。評(píng)價(jià)作物抗旱性，要依據(jù)多指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行綜合分析從而對(duì)作物的抗旱性作出客觀評(píng)價(jià)。通過本試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)單系列玉米具有較好的抗旱性，尤其3個(gè)父本自交系中的農(nóng)系3435具有較強(qiáng)的抗旱性，可以作為未來培育抗旱新品種的父本自交系。同時(shí)通過分子標(biāo)記等基因技術(shù)尋找并定位抗旱基因位點(diǎn)，通過多代回交的方法不斷累加抗旱基因，從而培育出具有更強(qiáng)抗旱性的新品種。

本試驗(yàn)用PEG-6000模擬干旱環(huán)境，對(duì)室內(nèi)發(fā)芽種子的胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率和種子活力指數(shù)進(jìn)行測(cè)定及分析，結(jié)果顯示，干旱脅迫會(huì)影響種子萌發(fā)速度、幼苗生長(zhǎng)和根系發(fā)育，減少干物質(zhì)積累和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率，影像種子活力，從而導(dǎo)致成活率降低[20-21]。在干旱脅迫下，3個(gè)雜交種相比較，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、萌發(fā)抗旱指數(shù)3個(gè)指標(biāo)的變化關(guān)系表現(xiàn)為農(nóng)單476>先玉335>農(nóng)單145，3個(gè)父本自交系變化關(guān)系為PH4CV>農(nóng)系3435>農(nóng)系376。胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)這2個(gè)指標(biāo)在3個(gè)雜交種中表現(xiàn)為先玉335>農(nóng)單476>農(nóng)單145，3個(gè)父本自交系變化關(guān)系表現(xiàn)為農(nóng)系3435>農(nóng)系376>PH4CV。貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)率指標(biāo)在3個(gè)雜交種中表現(xiàn)為農(nóng)單476>農(nóng)單145>先玉335，3個(gè)父本自交系變化關(guān)系表現(xiàn)為農(nóng)系376>農(nóng)系3435>先玉335。種子活力在3個(gè)雜交種中表現(xiàn)為農(nóng)單476>先玉335>農(nóng)單145，3個(gè)父本自交系變化關(guān)系表現(xiàn)為農(nóng)系3435>PH4CV>農(nóng)系376。通過數(shù)據(jù)綜合分析發(fā)現(xiàn)，3個(gè)雜交種中農(nóng)單476的抗旱性最強(qiáng)，3個(gè)父本自交系中農(nóng)系3435的抗旱性最強(qiáng)，其他雜交種及父本自交系抗旱性中等。同時(shí)對(duì)3個(gè)雜交種及其父本進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)3個(gè)雜交種與其父本有較強(qiáng)的的相關(guān)性。由此可見，親本與F1代間的抗旱性具有較強(qiáng)的相關(guān)性，這與前人的研究結(jié)果[22]一致。參考文獻(xiàn)：

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