吳秀寧，敬樊，張軍，王新軍，于浩世

(1 商洛學(xué)院健康管理學(xué)院，陜西 商洛 726000；2 商洛市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西 商洛 726000；3 商洛學(xué)院生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

小麥?zhǔn)鞘澜缟现饕募Z食作物，是全球約40%人口的主要糧食[1]。在我國(guó)，小麥?zhǔn)堑谌蠹Z食作物[2]。水分是限制作物生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素，在全球變暖和水資源緊缺的背景下，每年因干旱缺水導(dǎo)致的作物減產(chǎn)已超過(guò)其他非生物因素的總和[3]。種子萌發(fā)期是小麥生長(zhǎng)發(fā)育的起始階段，也是對(duì)外界逆境較為敏感的階段，在土壤墑情不足、降水稀少的情況下，小麥種子萌發(fā)及出苗會(huì)受到嚴(yán)重抑制，導(dǎo)致產(chǎn)量下降[4]。培育和篩選抗旱性強(qiáng)的品種是應(yīng)對(duì)干旱逆境的有效途徑[1]。

小麥抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)性狀，是多種因素共同作用的結(jié)果[5]。利用PEG 高滲溶液模擬干旱已成為研究小麥萌發(fā)期抗旱性的重要方法，并篩選出發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)等多個(gè)指標(biāo)[6-8]。在分析方法上，多采用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)品種抗旱性[4，6-7]，這為后續(xù)研究提供了較好的借鑒。黑小麥?zhǔn)瞧胀ㄐ←湹闹匾M成部分，因其含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和特殊的保健功效而被人們關(guān)注[9]。目前有關(guān)黑小麥的研究多集中在品種選育[2，10]和營(yíng)養(yǎng)加工[2，11-12]等方面。有關(guān)小麥抗旱性研究已有大量報(bào)道[4，6，8，13]，這為后續(xù)研究提供了較好的借鑒和參考。本研究以在陜西有一定種植面積的7 份黑小麥品種為材料，PEG-6000 模擬干旱脅迫，測(cè)定其萌發(fā)指標(biāo)，隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)供試材料抗旱性，以期為黑小麥品種選用和萌發(fā)期抗旱性鑒定提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年在商洛學(xué)院進(jìn)行。供試黑小麥品種為珍選1 號(hào)(ZX1)、珍選2 號(hào)(ZX2)、西黑88(XH88)、楊紫1 號(hào)(YZ1)、秦紫1 號(hào)(QZ1)、秦紫2號(hào)(QZ2)、黑優(yōu)1 號(hào)(HY1)。黑優(yōu)1 號(hào)為商洛學(xué)院旱地小麥育種團(tuán)隊(duì)選育，其余材料種子由商洛市秦嶺植物良種繁育中心收集和保存。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)4 個(gè)PEG-6000 濃度進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，分別為10%、15%、20%和25%，篩選出用于抗旱性鑒定的PEG-6000 適宜濃度為15%，蒸餾水作為對(duì)照。參考翟福勤等[14]的方法，精選大小基本一致的黑小麥種子，利用10 mol/L NaClO 溶液消毒1 min，經(jīng)自來(lái)水沖洗，蒸餾水浸泡24 h 進(jìn)行催芽。挑選露白種子，腹溝朝下，放置于鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)培養(yǎng)皿放入30 粒小麥種子，加入10 mL 對(duì)應(yīng)溶液。將培養(yǎng)皿置于恒溫培養(yǎng)箱中(25±2)℃培養(yǎng)，3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

以胚根長(zhǎng)≥種子長(zhǎng)或胚芽長(zhǎng)≥0.5 倍種子長(zhǎng)作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。第3 天測(cè)定發(fā)芽勢(shì)，第7 天測(cè)定發(fā)芽率。隨后每個(gè)培養(yǎng)皿挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，測(cè)定最大主胚根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)。按照根、種子、芽分開(kāi)，用濾紙包裹后105 ℃烘箱中殺青10 min，70 ℃烘12 h，稱取干質(zhì)量。計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根冠比、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率，計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的抗旱系數(shù)。

發(fā)芽勢(shì)＝第3 天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

發(fā)芽率＝第7 天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率＝(芽＋根)干質(zhì)量/(芽＋根＋種子)干質(zhì)量×100%[6]

抗旱系數(shù)＝干旱測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值[8]

綜合抗旱系數(shù)＝品種所有測(cè)定指標(biāo)抗旱系數(shù)的平均值[6]。

1.4 抗旱性評(píng)價(jià)

以供試品種不同指標(biāo)的抗旱系數(shù)為依據(jù)，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)參考文獻(xiàn)[15]計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 18進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)黑小麥發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率的影響

由表1 可知，干旱脅迫后黑小麥種子發(fā)芽勢(shì)出現(xiàn)下降。干旱脅迫后，秦紫2 號(hào)、西黑88 和黑優(yōu)1號(hào)發(fā)芽勢(shì)較對(duì)照極顯著下降，降幅依次為26.39%、23.29%和18.67%；楊紫1 號(hào)發(fā)芽勢(shì)顯著下降，降幅為13.16%；珍選1 號(hào)發(fā)芽勢(shì)降幅最小，為3.66%；其余2 個(gè)品種發(fā)芽勢(shì)降幅介于7.14%～9.88%之間。

發(fā)芽率在干旱脅迫后較對(duì)照均有不同程度下降(表1)。干旱脅迫后，西黑88 發(fā)芽率極顯著低于對(duì)照，降幅為17.57%；秦紫2 號(hào)和黑優(yōu)1 號(hào)發(fā)芽率顯著低于對(duì)照，降幅為17.33%和16.25%；珍選1 號(hào)發(fā)芽率降幅最小，為4.55%；其余品種發(fā)芽率降幅介于6.98%～7.69%之間。

表1 干旱脅迫下的黑小麥種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率Table 1 Seed germination potential and germination percentage of black-grain wheat under drought stress %

2.2 干旱脅迫對(duì)黑小麥主胚根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響

由表2 可知，干旱脅迫后黑小麥種子主胚根長(zhǎng)均低于對(duì)照。干旱脅迫下，秦紫2 號(hào)、黑優(yōu)1 號(hào)和珍選2 號(hào)主胚根長(zhǎng)顯著下降，降幅分別為47.87%、36.61%和35.85%；西黑88 主胚根長(zhǎng)降幅最小，為6.12%；其余品種主胚根長(zhǎng)降幅介于15.08%～28.07%之間。

干旱脅迫后黑小麥種子芽長(zhǎng)較對(duì)照均有所下降(表2)。干旱脅迫下，秦紫2 號(hào)和黑優(yōu)1 號(hào)芽長(zhǎng)顯著低于對(duì)照，降幅為46.88%和37.26%；珍選1 號(hào)和珍選2 號(hào)芽長(zhǎng)降幅較小，分別為2.78%和4.93%；其余品種芽長(zhǎng)降幅介于14.25%～33.72%之間。

表2 干旱脅迫下的黑小麥種子主胚根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)變化Table 2 Changes of main radicle length and bud length of black-grain wheat under drought stress

2.3 干旱脅迫對(duì)黑小麥根干質(zhì)量和芽干質(zhì)量的影響

由表3 可知，供試黑小麥品種根干質(zhì)量在干旱脅迫后均下降。干旱脅迫下，秦紫2 號(hào)根干質(zhì)量降幅最大，為64.38%，顯著低于對(duì)照；珍選1 號(hào)和秦紫1 號(hào)根干質(zhì)量降幅較小，依次為5.08%和8.71%；其余品種根干質(zhì)量降幅介于24.10%～36.17%之間。

干旱脅迫后黑小麥芽干質(zhì)量出現(xiàn)下降(表3)。干旱脅迫下，西黑88 芽干質(zhì)量降幅最大，為36.96%；其次為黑優(yōu)1 號(hào)，降幅為36.07%；秦紫1號(hào)芽干質(zhì)量降幅最小，為11.54%；其余品種芽干質(zhì)量降幅介于20.93%～35.96%之間。

表3 干旱脅迫下的黑小麥種子根干質(zhì)量和芽干質(zhì)量變化Table 3 Changes of root and bud dry weight of black-grain wheat under drought stress

2.4 干旱脅迫對(duì)黑小麥根冠比和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率的影響

由表4 可知，干旱脅迫后黑小麥根冠比呈上升或下降趨勢(shì)。干旱脅迫下，珍選1 號(hào)、珍選2 號(hào)、楊紫1 號(hào)、秦紫1 號(hào)和黑優(yōu)1 號(hào)根冠比較對(duì)照有不同程度增加，珍選1 號(hào)根冠比增幅最大，為26.67%；黑優(yōu)1 號(hào)增幅最小，為2.56%。西黑88 和秦紫2 號(hào)根冠比則下降，降幅分別為3.23%和52.27%，且秦紫2 號(hào)根冠比在處理間呈統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。

干旱脅迫后，除珍選1 號(hào)外，其余供試黑小麥種子貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率均較對(duì)照呈下降趨勢(shì)(表4)。干旱脅迫下，秦紫2 號(hào)貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率降幅最大，為40.58%，顯著低于對(duì)照；秦紫1 號(hào)降幅最小，為3.28%，其余品種降幅介于14.87%～23.62%。珍選1 號(hào)貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率則較對(duì)照增加11.20%。

表4 干旱脅迫下的黑小麥種子根冠比和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率變化Table 4 Changs of root-shoot ratio and storage substance transport rate of black-grain wheat under drought stress

2.5 干旱脅迫下黑小麥萌發(fā)指標(biāo)間相關(guān)性分析

基于供試品種的抗旱系數(shù)，進(jìn)行萌發(fā)指標(biāo)間的相關(guān)性分析(表5)。發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率極顯著正相關(guān)。發(fā)芽率與芽長(zhǎng)極顯著正相關(guān)，與根干質(zhì)量、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率顯著正相關(guān)。芽長(zhǎng)與根干質(zhì)量、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率顯著正相關(guān)。根干質(zhì)量與貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率極顯著正相關(guān)。

表5 黑小麥萌發(fā)指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of germination indexes of black-grain wheat

2.6 黑小麥萌發(fā)期抗旱性綜合評(píng)價(jià)

由表6 可知，除芽干質(zhì)量權(quán)重較小外，其余7 個(gè)指標(biāo)均占有較大權(quán)重。以單個(gè)萌發(fā)指標(biāo)的權(quán)重及對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)值，加權(quán)求得抗旱性綜合評(píng)價(jià)值(D值)。根據(jù)D值進(jìn)行聚類分析，供試黑小麥品種萌發(fā)期抗旱性可劃分為3 類。珍選1 號(hào)、秦紫1 號(hào)和珍選2 號(hào)為一類，屬?gòu)?qiáng)抗旱型；楊紫1 號(hào)、西黑88 和黑優(yōu)1 號(hào)為一類，屬中等抗旱型；秦紫2 號(hào)為一類，屬弱抗旱型。

3 討論

普通小麥中，籽粒顏色為紫色、藍(lán)色、藍(lán)紫色和紫黑色的小麥統(tǒng)稱為黑小麥[2]。黑小麥籽粒Ca、Zn、Se 和Mn 含量均遠(yuǎn)高于普通白粒小麥[13，16]，具有較好的保健功效。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，黑小麥越來(lái)越受到人們關(guān)注。開(kāi)展黑小麥抗旱性品種篩選，可為黑小麥品種選用和區(qū)域作物布局提供參考。

種子萌發(fā)期是作物生命歷程的起點(diǎn)[17]，萌發(fā)進(jìn)程與作物后期生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。安欣慧等[6]研究表明，PEG-6000 模擬干旱脅迫后，普通小麥發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽長(zhǎng)、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率等均受到抑制，表現(xiàn)為干旱脅迫后黑小麥發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、主胚根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、芽干質(zhì)量和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率較對(duì)照均有不同程度下降，但降幅存在差異，說(shuō)明不同性狀指標(biāo)對(duì)干旱脅迫響應(yīng)存在差異[18]。根冠比在干旱脅迫后上升，這和王志恒等[19]研究結(jié)果基本一致。這表明干旱對(duì)地上部的抑制強(qiáng)于對(duì)根系的抑制程度。此外，根冠比和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率在干旱脅迫后也占有較大權(quán)重，可將其作為黑小麥萌發(fā)期干旱鑒定的指標(biāo)。

多個(gè)指標(biāo)可從不同角度反映作物抗旱性，隸屬函數(shù)法可綜合多個(gè)指標(biāo)，得到的D值是介于[0，1]區(qū)間上的無(wú)量綱的純數(shù)，使品種間抗逆性具有可比性[20]。張軍等[21]通過(guò)隸屬函數(shù)分析，篩選出晉麥47 和小偃22 為強(qiáng)抗旱型品種。本研究中，基于D值和聚類分析，將供試黑小麥品種分為3 類，其中珍選1 號(hào)、秦紫1 號(hào)和珍選2 號(hào)為強(qiáng)抗旱型。而作物抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)性狀，供試品種在其他生育階段的抗旱性以及其遭受干旱脅迫后和產(chǎn)量品質(zhì)的關(guān)系，還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

在濃度為15%的PEG-6000 干旱脅迫下，黑小麥發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、主胚根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、芽干質(zhì)量和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率有不同程度下降，根冠比上升。變幅因品種而異，除芽干質(zhì)量外，秦紫2 號(hào)在其余指標(biāo)間變幅均呈統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、主胚根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、根冠比和貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率在干旱脅迫后占有較大權(quán)重，可作為黑小麥萌發(fā)期干旱鑒定的指標(biāo)?；贒值和聚類分析，可將供試黑小麥品種分為3 類，珍選1 號(hào)、秦紫1 號(hào)和珍選2 號(hào)為強(qiáng)抗旱型，楊紫1 號(hào)、西黑88 和黑優(yōu)1 號(hào)為中等抗旱型，秦紫2 號(hào)為弱抗旱型。