不同大豆品種（系）萌發(fā)期抗旱性綜合評(píng)價(jià)

陳亞光,昝凱,楊雨陽,牛靜,王鳳菊,牛永鋒

（安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院/河南省優(yōu)質(zhì)大豆改良工程技術(shù)研究中心，河南 安陽 455000）

我國干旱及半干旱地區(qū)面積占全國總耕地面積的47%，近年來，隨著全球氣候變暖，干旱對(duì)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響也越來越大[1]。大豆是我國重要的糧油作物，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，但是大豆整個(gè)生育期會(huì)受到不同程度干旱的影響[2]。種子萌發(fā)期是大豆生長(zhǎng)發(fā)育的重要階段，需要充足的水分，當(dāng)受到干旱脅迫時(shí)，種子的發(fā)芽率、幼苗健壯程度都會(huì)受到影響，最終影響大豆的產(chǎn)量[3-4]。因此，對(duì)大豆種子萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行研究，篩選抗旱種質(zhì)資源對(duì)提高我國大豆產(chǎn)量具有重要意義。

人們?cè)谶M(jìn)行萌發(fā)期抗旱性研究時(shí)，普遍采用低毒、水溶性好的聚乙二醇（PEG-6000）高滲溶液模擬干旱試驗(yàn)，用隸屬函數(shù)法對(duì)種質(zhì)資源的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，但選用的PEG-6000 溶液濃度存在很大差異，用于評(píng)價(jià)抗旱性的鑒定指標(biāo)也不同[5-6]。趙振寧等[7]利用5 個(gè)濃度的PEG-6000 溶液模擬干旱試驗(yàn)，測(cè)量發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)3 個(gè)指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)18%PEG-6000 溶液為最適濃度。謝佳月等[8]利用30%PEG-6000 溶液對(duì)黑龍江96 份大豆品種進(jìn)行芽期抗旱性研究，根據(jù)相對(duì)發(fā)芽率篩選出22 份較耐旱品種。李健平等[9]采用15%PEG-6000 溶液對(duì)113 份早熟大豆種質(zhì)進(jìn)行模擬干旱處理，測(cè)量發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率、芽長(zhǎng)4 個(gè)指標(biāo)，篩選出1 份耐旱型種質(zhì)資源。

本研究選用3 個(gè)濃度梯度的PEG-6000 溶液對(duì)4 個(gè)大豆品種進(jìn)行模擬干旱試驗(yàn)，確定萌發(fā)期干旱脅迫最適濃度，然后對(duì)70 份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行萌發(fā)期模擬干旱試驗(yàn)，探究PEG-6000 溶液對(duì)大豆種子發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)度、胚根鮮質(zhì)量的影響，分析3 個(gè)鑒定指標(biāo)和平均隸屬函數(shù)值之間的相關(guān)性，最后利用隸屬函數(shù)法對(duì)70 個(gè)大豆品種(系)的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選抗旱大豆品種，以期為大豆抗旱品種利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

70 份大豆種質(zhì)資源由安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供（表1），其中14 份為自育品種（系），56 份為收集的黃淮海地區(qū)品種（系）。

表1 供試大豆品種信息

1.2 試驗(yàn)方法

參照王興榮等[10]半封閉蛭石PEG 模擬干旱法，設(shè)置12%、16%、20%3 個(gè)濃度梯度的PEG-6000 溶液對(duì)大豆種子進(jìn)行萌發(fā)期模擬干旱脅迫，以去離子水作為對(duì)照（CK）。每個(gè)大豆品種（系）挑選大小一致、籽粒飽滿、無損傷的種子60 粒，用濕巾反復(fù)擦拭消毒。將直徑為2～4 mm 蛭石配成標(biāo)準(zhǔn)濕度的發(fā)芽基質(zhì)（100 g 蛭石加入120 mL 去離子水或PEG-6000溶液），以65～70 g 混拌蛭石裝入一次性紙杯（7.5 cm×5.3 cm×8.1 cm），鋪平壓實(shí)，每杯均勻擺放10 粒大豆種子，再覆蓋15～20 g 混拌蛭石，用保鮮膜包裹紙杯，并留3～4 個(gè)透氣小孔，置于光照培養(yǎng)箱中，在25 ℃/14 h（光）、25 ℃/10 h（暗）的條件下培養(yǎng)，對(duì)照和處理均設(shè)3 次重復(fù)。

利用篩選出的適宜濃度PEG-6000 溶液對(duì)70份大豆種質(zhì)資源模擬干旱脅迫，方法同上。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

以胚根長(zhǎng)度大于種子長(zhǎng)度的1/2 為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，7 d后調(diào)查發(fā)芽數(shù)，每杯隨機(jī)選5 株測(cè)量胚根長(zhǎng)度和胚根鮮質(zhì)量，并計(jì)算發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量，具體公式如下：

1.4 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

參照張海平等[11]評(píng)價(jià)方法，計(jì)算相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量3 個(gè)鑒定指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。

式中，Rij為第i個(gè)品種的第j個(gè)性狀的隸屬函數(shù)值；Xij、Xmin、Xmax分別為第i個(gè)品種j性狀的測(cè)量值、最小值、最大值。

式中，Ri為平均隸屬函數(shù)值；n 為性狀個(gè)數(shù)。

根據(jù)相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量3 個(gè)鑒定指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值，區(qū)分抗旱等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)如下：

1 級(jí)為抗旱型，平均隸屬值為0.8～1.0;

2 級(jí)為較抗旱型，平均隸屬值為0.6～0.8;

3 級(jí)為中間型，平均隸屬值為0.4～0.6;

4 級(jí)為較敏感型，平均隸屬值為0.2～0.4;

5 級(jí)為敏感型，平均隸屬值為0～0.2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用WPS 軟件整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SPSS 25 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000 溶液適宜濃度的確定

利用3 個(gè)濃度梯度的PEG-6000 溶液對(duì)4 個(gè)大豆品種進(jìn)行萌發(fā)期模擬干旱處理。由表2 可知，隨著PEG-6000 溶液濃度的增大，4 個(gè)品種的發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)度、胚根鮮質(zhì)量整體呈下降的趨勢(shì)。PEG-6000溶液濃度為12%時(shí)，除發(fā)芽率外，4 個(gè)品種的胚根長(zhǎng)度和胚根質(zhì)量與對(duì)照差異顯著（P＜0.05）。PEG-6000溶液濃度為16%時(shí)，安豆1498 和安豆305 的發(fā)芽率與對(duì)照差異顯著，4 個(gè)品種的胚根長(zhǎng)度和胚根質(zhì)量均與對(duì)照差異顯著（P＜0.05）。當(dāng)濃度增加到20%時(shí)，4 個(gè)品種的相對(duì)發(fā)芽率，相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚質(zhì)量均受到顯著抑制（P＜0.05），但胚根質(zhì)量接近于0。由此可見，16%濃度的PEG-6000 為適宜的模擬干旱條件。

表2 不同濃度的PEG-6000 溶液對(duì)4 個(gè)大豆品種相關(guān)指標(biāo)的影響

2.2 PEG-6000 脅迫對(duì)大豆萌發(fā)期各指標(biāo)影響

利用16%PEG-6000 溶液對(duì)70 份大豆品種（系）模擬干旱脅迫。由表3 可知，脅迫組發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)、胚根鮮質(zhì)量的平均值均顯著小于對(duì)照組（P＜0.05），3 個(gè)指標(biāo)的抑制率存在差異，說明不同指標(biāo)受抑制程度不同，其中胚根鮮質(zhì)量受抑制程度最大，其次為胚根長(zhǎng)，發(fā)芽率受抑制程度最小。

另外，對(duì)相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量分析結(jié)果如表4 所示。3 個(gè)鑒定指標(biāo)的變異系數(shù)較大，說明3 個(gè)鑒定指標(biāo)對(duì)干旱脅迫比較敏感，可以很好地區(qū)分不同品種的抗旱性，變異系數(shù)從大到小分別為：相對(duì)胚根長(zhǎng)＞相對(duì)胚根鮮質(zhì)量＞相對(duì)萌發(fā)數(shù)。

表4 70 份大豆種質(zhì)資源3 個(gè)鑒定指標(biāo)的描述統(tǒng)計(jì)

2.3 干旱脅迫下鑒定指標(biāo)的相關(guān)性分析

對(duì)相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量和平均隸屬函數(shù)值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表5 所示。由表5 可知，3 個(gè)鑒定指標(biāo)均與平均隸屬函數(shù)值呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），其中相對(duì)胚根長(zhǎng)與平均隸屬函數(shù)值相關(guān)系數(shù)最大（R=0.979），其次為相對(duì)胚根鮮質(zhì)量（R=0.974），相對(duì)發(fā)芽率與平均隸屬函數(shù)值相關(guān)系數(shù)最?。≧=0.959）。

表5 不同抗旱鑒定指標(biāo)和平均隸屬函數(shù)值的相關(guān)性分析

2.4 70 份大豆種質(zhì)資源抗旱性評(píng)價(jià)

利用隸屬函數(shù)法對(duì)70 份大豆種質(zhì)資源的3 個(gè)鑒定指標(biāo)進(jìn)行萌發(fā)期抗旱性綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果如表6、表7 所示。由表6、表7 可知，70 份材料被分為5 個(gè)抗旱等級(jí)，3 份屬于抗旱型，8 份屬于較抗旱型，7 份屬于中間型，22 份屬于較敏感型，30 份屬于敏感型。由此可見，抗旱材料相對(duì)比較少，抗旱型和較抗旱型材料和只占總數(shù)的15.71%，其中周豆42 平均隸屬函數(shù)值為1，抗旱性最好。

表7 70 份大豆種質(zhì)資源抗旱性鑒定

3 討論與結(jié)論

3.1 大豆萌發(fā)期干旱脅迫的PEG-6000 濃度的確定

大豆萌發(fā)期抗旱性鑒定可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量種質(zhì)資源的抗旱性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，人們普遍采用PEG-6000 溶液在種子萌發(fā)期模擬干旱脅迫，由于研究品種和處理方式的差異，選用的PEG-6000 濃度也不盡相同[12-15]。王利彬等[16]研究表明，15%PEG-6000 溶液對(duì)大豆芽期抗旱性鑒定指標(biāo)影響明顯。劉博等[17]發(fā)現(xiàn)，理想的抗旱篩選濃度為15%～20%。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著濃度的增加，發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)度、胚根鮮質(zhì)量受到抑制的作用也隨之增大。PEG-6000 溶液濃度為16%時(shí)，除發(fā)芽率外，其他2 個(gè)指標(biāo)都受到顯著抑制，當(dāng)PEG-6000 溶液濃度增加到20%時(shí)，胚根幾乎不生長(zhǎng)，胚根鮮質(zhì)量也接近于0。因此，16%PEG-6000 溶液最適宜大豆萌發(fā)期抗旱鑒定。筆者還發(fā)現(xiàn)，在PEG-6000 溶液濃度為12%時(shí)，脅迫組鄭196 的發(fā)芽率略高于對(duì)照組，但胚根長(zhǎng)和胚根鮮質(zhì)量受到顯著抑制，這一結(jié)果與徐芬芬等[18]對(duì)4 個(gè)大豆品種耐旱性研究一致，說明抗旱性強(qiáng)的品種發(fā)芽率受低濃度PEG-6000 溶液影響較小。

3.2 大豆萌發(fā)期抗旱指標(biāo)的選擇

作物的抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀，單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)抗旱性，采用多個(gè)指標(biāo)聯(lián)合分析可以真實(shí)地反映作物的抗旱能力[19-20]。熊雪等[21]通過對(duì)谷子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)等6 個(gè)指標(biāo)的調(diào)查，篩選出6 個(gè)抗旱性較強(qiáng)的谷子品種。譚春燕等[22]研究表明，發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、種子抗旱指數(shù)等7 個(gè)指標(biāo)可以反映大豆萌發(fā)期的抗旱性。由于調(diào)查多個(gè)指標(biāo)需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，選用對(duì)干旱脅迫敏感且容易測(cè)量的指標(biāo)可以達(dá)到事半功倍的效果。通過測(cè)量發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)度、胚根鮮質(zhì)量3 個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)，計(jì)算相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量，本研究發(fā)現(xiàn)處理組的3 個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)受到明顯抑制，其中胚根鮮質(zhì)量受抑制程度最高，3 個(gè)鑒定指標(biāo)變異系數(shù)較大，說明對(duì)干旱脅迫比較敏感；相關(guān)性分析結(jié)果也表明，3 個(gè)鑒定指標(biāo)均和平均隸屬函數(shù)值呈極顯著正相關(guān)，說明這3 個(gè)鑒定指標(biāo)可以很好地區(qū)分不同品種的抗旱性。

3.3 大豆種質(zhì)資源的抗旱性評(píng)價(jià)

我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的種質(zhì)資源，但我國干旱及半干旱面積占比較大，篩選抗旱型種質(zhì)資源對(duì)保障糧食安全具有重要意義。萌發(fā)期是作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要階段，前人研究表明，在作物萌發(fā)期進(jìn)行抗旱性鑒定可以快速地篩選抗旱品種[23]。彭玉琳等[24]對(duì)70 份青稞材料進(jìn)行萌發(fā)期抗旱性鑒定，篩選出18 份高度抗旱材料[24]。周國彥等[25]評(píng)價(jià)了33 份旱黃瓜的抗旱性，篩選出4 個(gè)高抗旱品種。杜艷麗等[26]評(píng)價(jià)了38 份大豆種質(zhì)資源，篩選出2 份強(qiáng)耐旱品種。本研究通過隸屬函數(shù)法將70 份大豆種質(zhì)資源分為5 個(gè)等級(jí)，抗旱型品種3 份，較抗旱型品種8 份，中間型品種7 份，輕敏感型品種22份，敏感型品種30 份。其中，周豆42 的平均隸屬函數(shù)值為1，是抗旱性優(yōu)良的種質(zhì)資源。本研究對(duì)大豆萌發(fā)期進(jìn)行了抗旱性鑒定，今后可將篩選出的抗旱性較好的品種進(jìn)行種植，判斷其抗旱性強(qiáng)弱，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

本研究對(duì)3 個(gè)濃度的PEG-6000 溶液進(jìn)行篩選，對(duì)70 份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行干旱脅迫，測(cè)量了3個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)，并對(duì)鑒定指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，通過隸屬函數(shù)法對(duì)70 份種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，確定了16%PEG-6000 溶液在大豆萌發(fā)期模擬干旱效果最好，發(fā)芽率、胚根長(zhǎng)度、胚根鮮質(zhì)量3 個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)都受到顯著抑制，相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)胚根鮮質(zhì)量3 個(gè)鑒定指標(biāo)可以區(qū)分不同品種的抗旱性，篩選出抗旱型大豆品種3 份，較抗旱型8 份。本研究為抗旱品種的綜合利用提供了理論基礎(chǔ)。