摘  要：為了評(píng)價(jià)不同亞麻種質(zhì)資源萌發(fā)期的抗旱性以及篩選抗旱品種，研究以26份亞麻種質(zhì)資源為材料，在種子萌發(fā)期利用聚乙二醇溶液（PEG-6000）模擬干旱脅迫。測(cè)定26份亞麻種質(zhì)資源種子萌發(fā)期發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等9個(gè)指標(biāo)。結(jié)果表明：篩選干旱脅迫的最適PEG-6000濃度為15%。通過相關(guān)性分析、主成分分析篩選出4個(gè)綜合抗旱性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)：相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)幼苗重和相對(duì)根長(zhǎng)，建立了亞麻種質(zhì)資源萌發(fā)期抗旱性評(píng)價(jià)體系，同時(shí)通過隸屬函數(shù)分析篩選出2份抗旱的亞麻資源K6540-1和AMINNA。

關(guān)鍵詞：亞麻；萌發(fā)期；干旱脅迫

 

干旱是干擾農(nóng)業(yè)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球由干旱導(dǎo)致的作物減產(chǎn)已超過其他因素的總和^[1]。

亞麻(Linum usitatissimum L.)是一年生草本植物，是世界主要的纖維作物和油料作物，其整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期對(duì)干旱脅迫均較敏感，尤其是萌發(fā)期和苗期。因此，為有效降低干旱問題對(duì)我國亞麻種業(yè)發(fā)展的影響，進(jìn)行亞麻種質(zhì)資源萌發(fā)期抗旱性篩選具有重要意義。其中抗旱性指標(biāo)的測(cè)定是作物抗旱性的重要環(huán)節(jié)，單一抗旱指標(biāo)以及多種分析方法均存在一定的局限性，所以多種分析方法結(jié)合評(píng)價(jià)可以大大提高其準(zhǔn)確性^[2]。對(duì)于如何選擇這些指標(biāo)和分析方法，使得在試驗(yàn)過程簡(jiǎn)潔的基礎(chǔ)上，保證試驗(yàn)結(jié)果的局限性盡可能地小，是抗旱評(píng)價(jià)研究過程中的難點(diǎn)。目前來說，聚乙二醇-6000(PEG-6000)溶液是理想的簡(jiǎn)便的模擬系統(tǒng)，通過配置不同濃度的PEG溶液模擬土壤中的水勢(shì)變化，形成水分脅迫^[3]，在油菜^[4]、棉花^[5]和花生^[6]等作物中已被廣泛應(yīng)用。在作物抗逆性鑒定中，使用逆境脅迫下與正常生長(zhǎng)條件下測(cè)定值的比值，也就是相對(duì)指標(biāo)，能夠更有效地減少不同背景差異^[7]。同時(shí)，利用主成分分析法、隸屬函數(shù)法、聚類分析等方法對(duì)植物萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行綜合分析，可以更加全面地評(píng)價(jià)不同品種的抗旱性。如單云鵬等^[8]通過建立抗旱性鑒定指標(biāo)評(píng)價(jià)體系篩選出15份小豆耐旱資源材料；李景富等^[9]通過隸屬函數(shù)法、主成分分析及聚類分析法綜合評(píng)價(jià)番茄抗旱性；陳衛(wèi)國等^[10]利用綜合抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)和隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值3種方法從211份小麥種質(zhì)資源中鑒定出8個(gè)高抗旱品種。

萌發(fā)期抗旱性是評(píng)價(jià)植物抗旱性的重要指標(biāo)之一^[11]，也是篩選亞麻抗旱品種的重要途徑之一。如果能篩選出并剔除掉萌發(fā)期抗旱性較差的材料，就能有效地縮短鑒定周期和材料數(shù)量^[12]，提高鑒定效率。由于萌發(fā)期的抗旱性測(cè)定易于在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，且具有容量大、周期短、重復(fù)性強(qiáng)、受其他環(huán)境因子影響小等優(yōu)點(diǎn)^[13]，目前已大量應(yīng)用于多種作物。本研究共選取26份亞麻種質(zhì)資源，在種子萌發(fā)期通過PEG-6000溶液模擬干旱處理并測(cè)定多項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)采用主成分分析、隸屬函數(shù)分析等多種分析方法，為建立亞麻萌發(fā)期抗旱評(píng)價(jià)體系、篩選亞麻抗旱品種提供參考。

 

1材料與方法

1.1試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選取26份亞麻資源，隨機(jī)選擇其中6份亞麻資源作為PEG濃度篩選的供試材料，每份資源選擇100粒狀態(tài)良好、成熟飽滿、大小均一且種皮完好無病蟲害的種子為一組，試驗(yàn)分別設(shè)置0、5%、10%、15%、20%、25%濃度的PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，確定干旱脅迫篩選的最適濃度。在最適PEG濃度下，26份亞麻資源每組選擇種子50粒均勻平鋪在墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，試驗(yàn)組和對(duì)照組分別加入4mL的PEG-6000溶液和蒸餾水，每處理重復(fù)3次。置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)光照培養(yǎng)16h后黑暗培養(yǎng)8h，溫度設(shè)定在23℃,培養(yǎng)8d。每3天補(bǔ)充1mL的PEG-6000溶液或蒸餾水。

1.2測(cè)定指標(biāo)及方法

以根長(zhǎng)與種子長(zhǎng)相等作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天同一時(shí)間統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，第8天培養(yǎng)結(jié)束之后選擇其中有代表性的6株幼苗測(cè)量其幼苗鮮重、根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)、苗長(zhǎng)、根鮮重，幼苗的根105℃殺青15min，82℃烘干至恒重后稱量干重。計(jì)算各個(gè)亞麻資源的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽數(shù)、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽數(shù)、相對(duì)幼苗重、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)莖長(zhǎng)、相對(duì)苗長(zhǎng)、相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、抗旱指數(shù)，計(jì)算方法如下：

發(fā)芽勢(shì)=n3/N(其中：n為第3天發(fā)芽種子數(shù)，N為總種子數(shù))；發(fā)芽率=n7/N(其中：n為第7天發(fā)芽種子數(shù)，N為總種子數(shù))；

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)=試驗(yàn)組發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照組發(fā)芽勢(shì)×100%；相對(duì)發(fā)芽數(shù)=試驗(yàn)組發(fā)芽數(shù)/對(duì)照組發(fā)芽數(shù)×100%；

相對(duì)幼苗重=試驗(yàn)組幼苗重/對(duì)照組幼苗重×100%；

相對(duì)根長(zhǎng)=試驗(yàn)組根長(zhǎng)/對(duì)照組根長(zhǎng)×100%；相對(duì)莖長(zhǎng)=試驗(yàn)組莖長(zhǎng)/對(duì)照組莖長(zhǎng)×100%；

相對(duì)苗長(zhǎng)=試驗(yàn)組(根長(zhǎng)+莖長(zhǎng))/對(duì)照組(根長(zhǎng)+莖長(zhǎng))×100%；相對(duì)根鮮重=試驗(yàn)組根鮮重/對(duì)照組根鮮重×100%；

相對(duì)根干重=試驗(yàn)組根干重/對(duì)照組根干重×100%；

萌發(fā)指數(shù)=1.00nd2+0.75nd4+0.50nd6+0.25nd8(其中：nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2、4、6、8天的發(fā)芽率)；

抗旱指數(shù)=試驗(yàn)組萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照組萌發(fā)指數(shù)^[14]。

1.3數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過ExcelOffice2019統(tǒng)計(jì)處理，通過SPSSStatistics進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。利用相關(guān)性分析計(jì)算多個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度與顯著性，通過主成分分析篩選評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，建立綜合性抗旱性評(píng)價(jià)體系，通過聚類分析篩選其中較抗旱的種質(zhì)。

 

2結(jié)果與分析

2.1PEG-6000模擬干旱的最適濃度

試驗(yàn)分別設(shè)置了0、5%、10%、15%、20%、25%濃度的PEG-6000，隨機(jī)選擇了晉亞11號(hào)、壩選3號(hào)、ZY2015237-6、黑亞30號(hào)、NEW及黑亞20號(hào)作為篩選濃度的試驗(yàn)材料。如圖1所示，根據(jù)種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢(shì)發(fā)現(xiàn)，低濃度的PEG-6000溶液(5%、10%)在一定程度上會(huì)促進(jìn)種子萌發(fā)，而在較高濃度的PEG-6000溶液(20%、25%)只有極少數(shù)種子萌發(fā)，15%的PEG-6000既適當(dāng)?shù)匾种屏朔N子萌發(fā)，又可以使得各處理之間存在差別，便于后續(xù)進(jìn)行抗旱評(píng)價(jià)，因此選擇15%的PEG-6000溶液作為模擬干旱脅迫的最適濃度。

  

圖1不同 PEG濃度條件下培養(yǎng)7d亞麻種子狀態(tài)

2.2干旱脅迫下各指標(biāo)的相關(guān)性

由表1可知，抗旱指數(shù)與相對(duì)發(fā)芽率的相關(guān)系數(shù)為0.796，呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01）；與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)根長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)雖然高達(dá)0.675和0.643，但未達(dá)到極顯著水平。相對(duì)發(fā)芽率與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)的相關(guān)系數(shù)為0.707，呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01）。相對(duì)根長(zhǎng)與相對(duì)莖長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)為0.737，呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01）。相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)幼苗重和相對(duì)苗長(zhǎng)與其他指標(biāo)無顯著相關(guān)性。

表1干旱脅迫下各指標(biāo)的相關(guān)性

  

注:“**”代表差異極顯著（p＜0.01）。

2.3抗旱指標(biāo)的主成分分析

由表2可知，KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)大于等0.6，巴特利特球形度檢驗(yàn)中顯著性小于0.05，證明因子分析有效。

表2 KMO和巴特利特球形度檢驗(yàn)

  

  

由表3可知，前4個(gè)主成分貢獻(xiàn)率分別為42.417%、25.375%、14.245%和5.274%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了87.311%，即前4個(gè)相互獨(dú)立的主成分代表了9個(gè)指標(biāo)的87.31%的變異信息，可忽略其他成分。因此選擇前4個(gè)主成分作為抗旱評(píng)價(jià)后續(xù)分析的綜合成分，即相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)幼苗重和相對(duì)根長(zhǎng)作為綜合評(píng)價(jià)種質(zhì)資源抗旱性的關(guān)鍵指標(biāo)。

表3成分矩陣及主成分累積貢獻(xiàn)率

  

2.4亞麻各種質(zhì)抗旱性評(píng)價(jià)

利用主成分分析的主成分得分計(jì)算各種質(zhì)的綜合得分，利用隸屬函數(shù)值計(jì)算抗旱性度量值(D值)，得到的結(jié)果見表4。通過主成分得分及D值對(duì)26份試驗(yàn)材料進(jìn)行聚類分析以及抗旱性評(píng)價(jià)。

表4亞麻各品種的D值及綜合得分

  

根據(jù)圖2的結(jié)果將26份試驗(yàn)材料分為5種類型：抗旱型、較抗旱型、中間型、干旱較敏感型及干旱敏感型?？购敌陀?種：K6540-1及AMINNA；較抗旱型有5種：黑亞30號(hào)、D95027-17-6-8、ELISE、K6542-1及COL159；中間型有9種：ZY2015237-6、黑亞20號(hào)、K1732、98057-11-19、H0214-2、J319、原2014-2-3、J091及D93028-1-30；干旱較敏感型有9種：20082-7-4-11-3-1、晉亞11號(hào)、壩選3號(hào)、CN100661、NEW、99055-55-3-1-9、EF油1、JOESTOSTYTRCWELS及H2012-1；干旱敏感型有1種：K4972-1。

  

圖2 26份亞麻品種的種子萌發(fā)期抗旱性聚類

 

3討論

種子萌發(fā)期是植物生命周期的開始，也是最關(guān)鍵的時(shí)期，易受非生物脅迫的影響^[15]，導(dǎo)致萌發(fā)受阻，種子萌發(fā)期展現(xiàn)的抗旱能力對(duì)幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的參考意義。本試驗(yàn)在篩選PEG-6000模擬干旱的最適濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)，低濃度的PEG-6000溶液(5%、10%)在一定程度上會(huì)促進(jìn)種子萌發(fā)，提高亞麻種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)，這與劉新星等^[16]用低濃度PEG-6000溶液(3%、4%、5%、6%和7%)測(cè)試亞麻種子萌發(fā)期抗旱性的試驗(yàn)結(jié)果一致，可能在低濃度脅迫下種子內(nèi)的某些酶活性發(fā)生了變化，從而提升了種子的萌發(fā)能力。在較高濃度的PEG-6000(20%、25%)下只有極少數(shù)種子萌發(fā)，表明隨著水分脅迫的增加，亞麻種子的萌發(fā)受到明顯抑制，不能有效反映品種間抗旱性的差異，這與前人研究結(jié)果^[1,10]基本一致。最終選擇15%的PEG-6000作為模擬干旱脅迫的濃度，這與汪磊等^[17]對(duì)胡麻種子萌發(fā)的研究結(jié)果一致，但略低于閆文亮等^[18]得出的20%PEG為適宜脅迫濃度的研究結(jié)果，究其原因可能

是供試亞麻品種的差異所致。通過比較前人試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用來評(píng)價(jià)萌發(fā)期抗旱性的PEG-6000濃度因作物的變化而變化，如李志博等^[19]認(rèn)為5%的PEG-6000濃度最適宜進(jìn)行棉花種子抗旱性鑒定，裴帥帥等^[20]研究表明，18%的PEG-6000為谷子種子的最適干旱脅迫濃度。由此可見，選出最適宜的PEG-6000濃度是進(jìn)行種子萌發(fā)期抗旱性鑒定的重要前提。

植物抗旱性是復(fù)雜的數(shù)量遺傳性狀，對(duì)其評(píng)價(jià)往往涉及遺傳、生理、生化指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)^[21]。本試驗(yàn)雖未測(cè)定亞麻種子萌發(fā)期的生理生化指標(biāo)，但所測(cè)萌發(fā)指標(biāo)是亞麻種子內(nèi)部一系列生理生化綜合反應(yīng)的宏觀體現(xiàn)，能在很大程度上反應(yīng)亞麻的抗旱能力。然而本試驗(yàn)僅對(duì)這些亞麻種質(zhì)資源萌發(fā)期的抗旱能力進(jìn)行了分析，李龍等^[22]通過評(píng)價(jià)323份小麥種質(zhì)苗期和成株期的抗旱性，發(fā)現(xiàn)二者無顯著相關(guān)性，可見種子萌發(fā)期的抗旱能力也難以全面反映作物的抗旱性，雖然本研究對(duì)亞麻種子萌發(fā)期的9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了多種方法分析，但是亞麻不同生育期的抗旱性表現(xiàn)仍需進(jìn)一步的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

 

4結(jié)論

本研究以26份亞麻種質(zhì)資源為材料，選擇萌發(fā)期的9個(gè)指標(biāo)通過相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)計(jì)算及聚類分析建立抗旱性評(píng)價(jià)體系，篩選出評(píng)價(jià)抗旱性的4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：相對(duì)根鮮重、相對(duì)根干重、相對(duì)幼苗重和相對(duì)根長(zhǎng)，將26份亞麻種質(zhì)資源劃分為抗旱型、較抗旱型、中間型、干旱較敏感型及干旱敏感型5個(gè)等級(jí)，得到2份抗旱型亞麻K6540-1和AMINNA。

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文章摘自：楊洌,陶雷,程莉莉,等.亞麻萌發(fā)期種質(zhì)資源抗旱性評(píng)價(jià)及抗旱資源篩選[J/OL].中國麻業(yè)科學(xué),1-7[2024-06-11].http://kns.cnki.net/kcms/detail/43.1467.S.20240523.1815.008.html.