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        PEG 脅迫對(duì)4 種顏色藜麥種子萌發(fā)的影響

        2024-02-21 07:09:38魏志敏崔紀(jì)菡王京新趙文慶裴美燕劉建軍李順國(guó)
        農(nóng)業(yè)科技通訊 2024年1期
        關(guān)鍵詞:胚根抗旱性發(fā)芽勢(shì)

        魏志敏 呂 瑋 趙 宇 崔紀(jì)菡 王京新 趙文慶 裴美燕 劉建軍 李順國(guó)

        (1.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室/國(guó)家谷子改良中心 河北石家莊 050035;2.河北省科技創(chuàng)新服務(wù)中心 河北石家莊 050000;3.邯鄲市邯山農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 河北邯鄲 050002;4.河北省雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 河北邯鄲 056001)

        全球氣候變遷及人類活動(dòng)的影響使得干旱對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境造成的破壞日益加劇[1]。目前的數(shù)據(jù)分析指出,干旱已經(jīng)波及到全球34.9%的陸地,與此同時(shí),適合灌溉的區(qū)域僅占2.32%~3.49%[2]。在中國(guó),52.5%的地域和17%的耕地都受到干旱的困擾,這導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)居民的生活品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響[3]。為了有效應(yīng)對(duì)干旱問題,在干旱地區(qū)引入低水耗農(nóng)作物是一個(gè)有效的策略。藜麥作為低水耗農(nóng)作物,即使在缺水環(huán)境下也能保持相對(duì)穩(wěn)定的生長(zhǎng)和產(chǎn)量[4]。在本次研究中,利用聚乙二醇(PEG-6000)作為模擬室內(nèi)干旱條件的水分脅迫劑,PEG-6000 是一種廣泛應(yīng)用于模擬干旱脅迫的高分子聚合物,在牧草和其他植物種子的萌發(fā)研究中被廣泛使用。PEG-6000 具有明顯的親水性,可以吸取水分并影響植物的導(dǎo)管組織功能,從而實(shí)現(xiàn)模擬干旱脅迫的效果。目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量關(guān)于使用PEG-6000 模擬干旱脅迫對(duì)各種植物種子萌發(fā)的影響研究。這種方法在控制干旱條件時(shí)表現(xiàn)出了高度的準(zhǔn)確性,具有較小的誤差和良好的可重復(fù)性[5]。本研究選擇了4 種不同顏色的藜麥種質(zhì)材料,并使用PEG-6000 進(jìn)行模擬干旱脅迫試驗(yàn),從多方面研究藜麥種質(zhì)在干旱脅迫下的耐旱性。深入了解藜麥種子在干旱條件下的萌發(fā)特性可以揭示不同品種在抗旱能力上的差異,這為篩選出具有較強(qiáng)抗旱性的優(yōu)良種質(zhì)材料提供了理論支持,對(duì)于在干旱地區(qū)的藜麥種植策略具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        4 種不同顏色的藜麥種子:黑色(bq134-2)、灰色(隴藜1 號(hào))、白色(燕藜1)和紅色(bone-2);PEG-6000、次氯酸鈉;恒溫光照培養(yǎng)箱、培養(yǎng)皿、濾紙。

        1.2 試驗(yàn)方法

        試驗(yàn)于2023 年3 月10 日在河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。此次試驗(yàn)總共設(shè)計(jì)了5 個(gè)處理組,其中PEG-6000 溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%(處理A)、6%(處理B)、9%(處理C)、12%(處理D),此外還設(shè)置了一個(gè)以蒸餾水作為對(duì)照的處理(CK)。從4 個(gè)品種中挑選出健康、飽滿且沒有病蟲害的藜麥種子,經(jīng)過消毒處理后,使用蒸餾水進(jìn)行徹底清洗。將100 顆種子均勻地放置在培養(yǎng)皿上,每個(gè)培養(yǎng)皿上方墊有2 層濾紙,上面均勻滴加5 mL 的處理液,以確保濾紙充分濕潤(rùn)。每種濃度的處理都設(shè)有3 個(gè)獨(dú)立的重復(fù)。將這些培養(yǎng)皿放置在穩(wěn)定的恒溫環(huán)境中,保持在25℃的溫度下進(jìn)行發(fā)芽觀察。發(fā)芽的標(biāo)志是胚根開始變白。在試驗(yàn)中每天記錄并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)量、更換PEG 溶液,以維持其濃度的穩(wěn)定。及時(shí)清理發(fā)霉腐爛的種子,以避免其對(duì)其他種子的污染[6]。

        1.3 指標(biāo)測(cè)定

        形態(tài)指標(biāo)在評(píng)估作物的生長(zhǎng)和發(fā)育狀況時(shí)具有重要作用,特別是在考察干旱對(duì)植株外觀特征的影響時(shí)。在進(jìn)行抗旱性評(píng)估時(shí),有必要選擇與抗旱相關(guān)的指標(biāo),這不僅有助于對(duì)供試材料的抗旱性進(jìn)行全面評(píng)估,還能提高藜麥新品種抗旱性評(píng)價(jià)的效率。通過相關(guān)性分析選取一系列作為評(píng)估藜麥在萌芽階段抗旱性指標(biāo),包括發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長(zhǎng)度、幼苗鮮重等。這些指標(biāo)有助于評(píng)價(jià)藜麥在干旱條件下的生長(zhǎng)適應(yīng)能力。這些指標(biāo)的綜合使用可以更準(zhǔn)確地反映植株對(duì)干旱脅迫的響應(yīng),為藜麥抗旱性的篩選和育種提供有力的依據(jù)[7]。

        1.4 指標(biāo)界定

        自處理開始的每一天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽的種子數(shù)量,將胚根長(zhǎng)達(dá)到或超過2 mm 作為判定萌發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)統(tǒng)計(jì)直到種子的萌發(fā)數(shù)不再增加為止。在此過程中計(jì)算發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽勢(shì)(GF)、發(fā)芽指數(shù)(Gi)及活力指數(shù)(Vi)。發(fā)芽時(shí)間被固定為10 d。同時(shí),在第10 天從每個(gè)品種的各個(gè)培養(yǎng)皿中,選擇出10 株生長(zhǎng)狀態(tài)一致且較為健壯的幼苗。測(cè)量這些幼苗的胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)及幼苗的鮮重[8]。

        GR=(正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%;

        GF=(4 d 內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種數(shù))×100%;

        GI=∑當(dāng)天發(fā)芽數(shù)(Gt)/天數(shù)(Dt);

        Vi=種苗生長(zhǎng)量(S)×發(fā)芽指數(shù)(Gt);

        S=10 株幼苗總重(g)/10。

        式中,Gt為t時(shí)間內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt為相應(yīng)的發(fā)芽日數(shù),Gi為發(fā)芽指數(shù),S為種苗芽的平均鮮重。

        1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

        采用Excel 2007 進(jìn)行處理數(shù)據(jù)、制作表格,觀察和分析數(shù)據(jù)整體的趨勢(shì)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 PEG-6000 模擬干旱脅迫對(duì)藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響

        由表1 可知,不同濃度的PEG-6000 模擬干旱脅迫處理對(duì)藜麥各品種種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)產(chǎn)生了差異性的影響。在未經(jīng)處理的情況下,各品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)存在明顯差異,其中灰色品種的表現(xiàn)最佳,其次是白色、黑色和紅色品種。在PEG-6000 處理?xiàng)l件下,隨著干旱脅迫的加強(qiáng),不同品種表現(xiàn)不同。黑色品種在脅迫逐漸加深時(shí),其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì),處理B(6% PEG-6000 濃度)顯示出明顯較高的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),而其他處理之間的差異則不顯著。在灰色品種和白色品種中,隨著PEG-6000 濃度的增加,發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)呈逐漸下降的趨勢(shì)。紅色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)在干旱脅迫逐漸加強(qiáng)時(shí)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。紅色品種在PEG-6000 處理下的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與未經(jīng)處理的對(duì)照組相比有所提高,而灰色和白色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)則低于對(duì)照組。黑色品種在PEG-6000 濃度為處理C 和D 時(shí),其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)低于對(duì)照組,然而在其他濃度下高于對(duì)照組。這些結(jié)果表明,不同品種對(duì)PEG-6000 模擬干旱脅迫的響應(yīng)具有差異,黑色和紅色品種表現(xiàn)出一定的耐旱性能,而灰色和白色品種則相對(duì)較弱。此外,PEG-6000 在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)紅色品種的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)具有促進(jìn)作用,但不利于灰色和白色品種發(fā)芽。

        表1 不同濃度PEG-6000 處理藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)

        2.2 PEG-6000 模擬干旱脅迫對(duì)藜麥種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

        由表2 可知,不同PEG-6000 濃度處理對(duì)各藜麥品種種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)產(chǎn)生不同影響。在未經(jīng)處理的條件下各品種之間存在差異,發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)表現(xiàn)為灰色品種>白色品種>黑色品種>紅色品種。在PEG-6000 處理的條件下,隨著濃度的增加不同的品種出現(xiàn)差異。黑色品種和紅色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨著濃度的增加先升高后降低,其中處理D 的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著低于其他處理。白色品種和灰色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)逐漸降低。黑色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)A、B、C 3 個(gè)處理均高于對(duì)照組,而處理D 低于對(duì)照組。紅色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)A、B、C、D 4 個(gè)處理均高于對(duì)照組。然灰色和白色品種的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)A、B、C、D 4 個(gè)處理均低于對(duì)照組。

        表2 不同濃度PEG-6000 處理藜麥種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)

        2.3 PEG-6000 模擬干旱脅迫對(duì)藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重的影響

        由表3 可知,不同濃度的PEG-6000 對(duì)各品種藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重產(chǎn)生了不同的影響。隨著PEG-6000 濃度的增加,黑色和紅色藜麥種子的胚根長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增加后減少,然后再次增加,最后減少的趨勢(shì)。白色和灰色藜麥種子的胚根長(zhǎng)呈現(xiàn)先減小后增加,最后減小的趨勢(shì)。當(dāng)PEG-6000 濃度達(dá)到9%時(shí),4 種顏色的藜麥種子胚根長(zhǎng)均達(dá)到最大值。其中,白色品種的胚根最長(zhǎng),達(dá)到了4.8 cm,相對(duì)于對(duì)照組增加了0.9 cm。其他3 種顏色的藜麥種子胚根長(zhǎng)分別比對(duì)照組黑色增加了1.7 cm、灰色增加了0.3 cm、紅色增加了1.2 cm。然而,隨著濃度的進(jìn)一步增加,各品種的胚根長(zhǎng)均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。幼苗鮮重,隨著PEG-6000 濃度的增加,紅色藜麥表現(xiàn)出先降低后增加,然后再降低的趨勢(shì),而其他3 種藜麥幼苗鮮重均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。在PEG-6000濃度為9%時(shí),所有品種的幼苗鮮重均達(dá)到最大值。其中,灰色和白色品種的幼苗鮮重最高,分別為0.243 g 和0.249 g。隨著濃度繼續(xù)增加,各品種的幼苗鮮重均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì),并且都低于對(duì)照組。這些結(jié)果表明,在9%的PEG-6000濃度處理下,藜麥種子的生長(zhǎng)更為健壯。

        表3 不同濃度PEG-6000 處理藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重

        3 討論與結(jié)論

        PEG-6000 是一種常用的干旱脅迫調(diào)節(jié)劑,在不同植物研究中被廣泛應(yīng)用。本研究旨在探究不同濃度的PEG-6000 對(duì)藜麥種子在萌發(fā)期的影響,了解藜麥種子的抗旱性,并為后續(xù)藜麥研究奠定基礎(chǔ)。在藜麥育種研究中將關(guān)于抗旱性的相關(guān)性納入考慮,以提高對(duì)高抗性藜麥品種的篩選效率。干旱脅迫是一種常見的逆境危害,對(duì)植物的整個(gè)生長(zhǎng)過程都會(huì)產(chǎn)生影響。作為植物生命周期的關(guān)鍵階段,萌發(fā)期對(duì)于研究藜麥種子的抗旱機(jī)理至關(guān)重要。研究結(jié)果顯示,不同濃度的PEG-6000 對(duì)不同顏色(品種)的藜麥種子的萌發(fā)具有不同的影響。其中,黑色品種表現(xiàn)出最強(qiáng)的抗旱能力,且對(duì)不同濃度的PEG-6000 脅迫相對(duì)不敏感。在適宜的濃度條件下,PEG-6000 能夠促進(jìn)黑色和紅色品種藜麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽活力指數(shù)的提高,是因?yàn)镻EG-6000 誘導(dǎo)種子內(nèi)部的防御機(jī)制,減輕種子萌發(fā)中膜系統(tǒng)的損傷,提高α-淀粉酶活性增強(qiáng)其對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)性,此外,PEG-6000 調(diào)節(jié)種子的滲透壓,保持其內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定,促進(jìn)種子發(fā)芽過程。此外,PEG-6000 濃度的增加,可以促進(jìn)藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重的增加,但高濃度會(huì)抑制所有品種的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重。這可能是因?yàn)椴煌伾ㄆ贩N)的藜麥對(duì)PEG-6000脅迫的反應(yīng)能力存在差異。對(duì)于各個(gè)顏色(品種)的藜麥種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)的影響取決于PEG-6000 溶液的濃度。低濃度(3%~9%)的PEG-6000 溶液中,4 個(gè)品種的藜麥種子表現(xiàn)出一定的耐旱能力,尤其是紅色種子表現(xiàn)出最強(qiáng)的耐旱能力。各色藜麥種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)本身也存在差異。當(dāng)PEG-6000 濃度為9%時(shí),紅色藜麥種子的發(fā)芽指標(biāo)達(dá)到最大值。此外,4 個(gè)品種藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重也在該濃度下達(dá)到最大值。然而,當(dāng)PEG-6000 濃度為12%時(shí),4 個(gè)品種藜麥種子的胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重降至最低水平。綜上所述,PEG-6000 模擬干旱脅迫處理對(duì)藜麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽活力指數(shù)及胚根長(zhǎng)和幼苗鮮重產(chǎn)生多樣性的影響。不同品種展現(xiàn)出不同的抗旱性能和生長(zhǎng)適應(yīng)性。因此,在適宜的濃度范圍內(nèi),適度的干旱可以提高藜麥種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)能力。進(jìn)一步的研究還需考慮其他生理指標(biāo)與抗旱性的相關(guān)性,以更全面地了解干旱對(duì)藜麥的影響,并為藜麥的抗旱育種提供科學(xué)依據(jù)。

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