通过观察玉米杂交种在干旱环境下的生长性状表现,用玉米幼苗期的萌发抗旱指数来评价玉米的抗旱性,为抗旱品种选育提供借鉴。本试验采用PEG-6000水溶液模拟干旱环境,比较4个玉米品种在幼苗期的发芽率、萌发性状的变化。研究表明,随着天数的增加,4个品种的发芽率都表现为先增加后降低,在4%~6%的PEG-6000水溶液浓度下玉米品种的发芽率高于其它浓度;TN1在干旱胁迫下种子萌发指数相对较高,从萌发抗旱指数的差异分析来看,TN1同NT2、TN3、TN4相比差异极显著(p < 0.01)。试验材料的萌发性状表现同抗旱指数差异性表现一致,可以用来鉴定玉米萌发期的抗旱性强弱。 The drought resistance of maize was evaluated by germination drought resistance index at seedling stage, which could be used for reference in breeding drought resistant varieties. In this experiment, PEG-6000 aqueous solution was used to simulate the drought environment to compare the germination rate and germination characteristics of four maize varieties in the seedling stage. The study showed that the germination rate of the four varieties increased first and then decreased with the increase of days. The germination rate of 4% - 6% PEG-6000 aqueous solution was higher than other concentrations. TN1 had higher germination drought-resistant index. From difference analysis of sprout index of drought resisting, the difference was extremely significant compared TN1 with NT2, TN3 and TN4 (p < 0.01). The germination traits of the test materials were consistent with the difference of drought resistance index, which could be used to identify the drought resistance of maize during germination.
高琼,邹原东*
北京农业职业学院,北京
收稿日期:2019年6月4日;录用日期:2019年6月19日;发布日期:2019年6月26日
通过观察玉米杂交种在干旱环境下的生长性状表现,用玉米幼苗期的萌发抗旱指数来评价玉米的抗旱性,为抗旱品种选育提供借鉴。本试验采用PEG-6000水溶液模拟干旱环境,比较4个玉米品种在幼苗期的发芽率、萌发性状的变化。研究表明,随着天数的增加,4个品种的发芽率都表现为先增加后降低,在4%~6%的PEG-6000水溶液浓度下玉米品种的发芽率高于其它浓度;TN1在干旱胁迫下种子萌发指数相对较高,从萌发抗旱指数的差异分析来看,TN1同NT2、TN3、TN4相比差异极显著(p < 0.01)。试验材料的萌发性状表现同抗旱指数差异性表现一致,可以用来鉴定玉米萌发期的抗旱性强弱。
关键词 :PEG-6000水溶液,水分胁迫,苗期
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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
现代玉米育种已经进入到飞速发展阶段,基因工程等技术运用相应地提升了行业的科技创新能力 [
玉米不同品种对土壤和大气干旱条件所具有的适应性和抵御能力是不同的,它们在形态结构特征、生理生化特性、生长发育等方面,形成了一系列抗御干旱的机制和对逆境的适应反应,而对玉米萌芽期抗旱性的鉴定方法和指标的研究仅有零星的报道 [
以4个玉米杂交种为试验材料,各品种名称及本试验代码见表1。
每个品种选取大小均匀,籽粒饱满的种子各500粒,用75%的酒精消毒10分钟,再用蒸馏水冲洗3次。在准备好的长20 cm、宽10 cm发芽盒中铺上一定质量的细沙,按照处理分别倒入配置好的浓度分别为4%、6%、7.5%和8.75%的PEG-6000水溶液,之后按照一定间距均匀将玉米种子摆放在发芽盒中,每个处理50粒,3次重复,以蒸馏水作为对照,共计200粒种子。并将发芽盒置于SPX-250B-G型光照培养箱中,昼/夜温度为26℃/25℃。采用早晚喷水的方法控制湿度在60%~70%,设定好数值,将光照时间调至白天/夜晚为12 h/12 h,光照强度为2500 lux,连续培养10 d。
序号 | 品种名称 | 本试验所用编号 |
---|---|---|
1 | 先风金糯 | NT2 |
2 | 神狮甜加糯 | TN1 |
3 | 弘大甜白糯 | TN3 |
4 | 北甜玉1号 | TN4 |
表1. 试验品种
发芽率:在第2、4、6、8天调查发芽数,计算发芽率。
发芽势:G4/Gn × 100% (G4为第6天发芽种子数,Gn为供试种子数) [
萌发指数 = 1.00 × nd2 + 0.75 × nd4 + 0.5 × nd6 + 0.25 × nd8 (nd2、nd4、nd6、nd8分别表示第2、4、6、8天的种子发芽率)。
种子萌发抗旱指数 = 水分胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数。
发芽指数(GI) = ∑Gt/Dt (Gt:发芽开始后第t天的发芽数;Dt:相对应的发芽天数) [
活力指数(VI) = GI × S (S:平均根长 (cm)) [
待生长到3叶1心时开始测定如下生长指标:根系长度、根系条数、幼苗高度;幼苗鲜重和根鲜重,测定方法,用吸水纸吸取植株表面水分,用电子天平分别测定 [
实验数据采用wps2019作图、表整理,采用SPSS18.0进行统计分析。
由表2可知,所有试验品种在干旱胁迫下的发芽率都有一致表现,随着PEG-6000水溶液浓度的增加,发芽率降低,下降的趋势在不同品种之间的差异较大,从第八天的表现来看,高低浓度之间发芽率差异最大的是TN4,介于0.87~0.10之间,其它的品种在第八天发芽率的差异由大到小依次为TN1、NT2和TN3。从天数来看,随着天数的延长,NT2、TN1、TN4三个品种4%、6%浓度下的发育率成升高态势,而TN则表现为下降;而随着浓度进一步升高,4个品种的发芽率随着天数增加而下降,尤其在8.75%浓度下下降最多。综合天数和浓度分析,NT2、TN1、TN4在第8天、4%浓度下的发芽率最高,TN3在第6天、4%浓度下的发芽率最高。
品种 | 天数 | CK | 4.00% | 6.00% | 7.50% | 8.75% |
---|---|---|---|---|---|---|
NT2 | 第2天 | 0.10 | 0.00 | 0.10 | 0.00 | 0.00 |
第4天 | 0.40 | 0.30 | 0.25 | 0.23 | 0.00 | |
第6天 | 0.80 | 0.50 | 0.43 | 0.30 | 0.23 | |
第8天 | 1.00 | 0.53 | 0.43 | 0.27 | 0.20 | |
TN1 | 第2天 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.00 |
第4天 | 0.50 | 0.27 | 0.25 | 0.10 | 0.00 | |
第6天 | 1.00 | 0.70 | 0.57 | 0.37 | 0.20 | |
第8天 | 1.00 | 0.90 | 0.70 | 0.33 | 0.20 | |
TN3 | 第2天 | 0.40 | 0.00 | 0.00 | 0.15 | 0.10 |
第4天 | 0.80 | 0.70 | 0.47 | 0.35 | 0.30 | |
第6天 | 0.90 | 0.47 | 0.40 | 0.27 | 0.17 | |
第8天 | 1.00 | 0.43 | 0.27 | 0.27 | 0.17 | |
TN4 | 第2天 | 0.10 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
第4天 | 0.60 | 0.40 | 0.10 | 0.10 | 0.00 | |
第6天 | 0.90 | 0.80 | 0.53 | 0.47 | 0.17 | |
第8天 | 0.90 | 0.87 | 0.50 | 0.40 | 0.10 |
表2. 不同浓度PEG-6000水溶液处理下的玉米种子发芽率的变化
由表3可以看出各个品种的活力指标在不同浓度PEG水溶液下的变化,表4反映了不同品种间活力指标的差异。总体来说,随着PGE水溶液浓度下降,所有品种的发芽势、发芽指数、活力指数都呈现出下降趋势。分别来看,TN1在4%浓度下的发芽势最高,其次为NT2、TN3和TN4,随着溶液浓度升高,在8.75%浓度下TN4的发芽势近乎为零,TN1与其它品种相比发芽势差异极显著(p < 0.01),不同浓度之间差异极显著(p < 0.01)。TN3在4%浓度下的发芽指数高于TN4和TN1,明显高于NT2。随着浓度下降,TN3的发芽指数下降较为平缓,在8.75%浓度下NT2的发芽指数数值最小,达到1.66,TN3的发芽指数与其他品种相比差异极显著(p < 0.01),4%浓度的发芽指数和其它浓度的相比差异极显著(p < 0.01)。TN4在4%浓度下的活力指数最高,为153.45,在8.75%浓度下NT2的活力指数为20.10,数值最小,TN4的活力指数与其他品种相比差异极显著(p < 0.01),不同浓度之间差异极显著(p < 0.01)。
品种 | 浓度 | 发芽势 | 发芽指数 | 活力指数 |
---|---|---|---|---|
NT2 | 4.00% | 0.50 ± 0.02aA | 4.43 ± 0.13aA | 87.28 ± 4.27aA |
6.00% | 0.43 ± 0.02bB | 4.27 ± 0.11aA | 76.63 ± 0.86bB | |
7.50% | 0.30 ± 0.01Cc | 3.69 ± 0.16bB | 61.13 ± 1.67cC | |
8.75% | 0.23 ± 0.02dD | 1.66 ± 0.22cC | 20.10 ± 2.46dD |
TN1 | 4.00% | 0.70 ± 0.08aA | 6.47 ± 0.18aA | 120.75 ± 2.6aA |
---|---|---|---|---|
6.00% | 0.57 ± 0.05bA | 5.61 ± 0.22bA | 76.60 ± 1.8bB | |
7.50% | 0.37 ± 0.07cB | 4.07 ± 0.44cB | 48.83 ± 3.21cC | |
8.75% | 0.20 ± 0.02dB | 2.33 ± 0.17dC | 22.13 ± 3.43dD | |
TN3 | 4.00% | 0.47 ± 0.03aA | 8.93 ± 0.47aA | 130.93 ± 3.19aA |
6.00% | 0.40 ± 0.06aAB | 4.93 ± 0.27bB | 60.93 ± 0.66bB | |
7.50% | 0.27 ± 0.04bBC | 4.83 ± 0.57bB | 57.55 ± 2.40bB | |
8.75% | 0.17 ± 0.05bC | 4.72 ± 0.56bB | 47.86 ± 0.34cC | |
TN4 | 4.00% | 0.40 ± 0.01aA | 6.76 ± 0.12aA | 153.45 ± 5.14aA |
6.00% | 0.10 ± 0.02bB | 4.00 ± 0.10bB | 75.47 ± 4.35bB | |
7.50% | 0.10 ± 0.03bB | 3.94 ± 0.37bB | 56.53 ± 6.36cC | |
8.75% | 0.00 ± 0.00cC | 2.97 ± 0.47cB | 42.41 ± 2.60dC |
表3. 不同浓度PEG-6000水溶液处理下的玉米种子活力指标的变化
注:品种内同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),大写字母表示差异极显著(P < 0.01)。
品种活力指标 | 发芽势 | 发芽指数 | 活力指数 |
---|---|---|---|
NT2 | bB | cC | dC |
TN1 | aA | bB | cC |
TN3 | bB | aA | bB |
TN4 | cC | bB | aA |
表4. 不同品种间玉米种子活力指标差异性分析
注:同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),大写字母表示差异极显著(P < 0.01)。
由表5可以看出,随着PEG-6000水溶液浓度的升高,4个品种的抗旱指数均下降,并且在4%浓度下的抗旱指数最大,8.75%浓度下达到最小,从品种来看,TN4在4%浓度下的抗旱指数为0.75,而在8.75%的时候则达到0.09,在所有品种中下降的幅度最大,达到88.00%;下降最小的当属TN3,达到49.02%。4个品种在6%和7.5%两个浓度下的萌发抗旱指数表现近乎一致,减小的速度较为缓慢,但不同品种之间差异也较为明显。上述两种浓度下萌发抗旱指数差异最小的为TN3、TN4,其次为NT2、TN1。
随着PEG-6000水溶液浓度的升高,4个品种的根系长度、根系条数、幼苗高度、根系鲜重、幼苗鲜重等5个待测指标都呈现出不同程度的下降。仅从最大和最小两个浓度来比较就可以看出,NT2、TN1、TN4的根系长度随着渗透液的浓度升高,下降的幅度要大于TN3;4个品种的根系条数都在4%的浓度达到最大;在不同水溶液浓度下,TN1、TN3的幼苗高于另外两个品种,TN4的幼苗高度在6%~8.75%的浓度下下降幅度最小;从植株的鲜重来看,同一个品种的根系鲜重、幼苗鲜重的变化相同,随着浓度的下降而下降,TN3的根系鲜重、TN4的幼苗鲜重随着浓度的下降而缓慢下降。
品种 | PEG-6000浓度 | 定根系长度(cm) | 根系条数(条) | 幼苗高度(cm) | 根系鲜重(g) | 幼苗鲜重(g) | 萌发抗旱指数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
NT2 | CK | 20.12 ± 3.31aA | 3.98 ± 0.77aA | 13.35 ± 1.78aA | 1.15 ± 0.29aA | 0.57 ± 1.14aA | |
4% | 19.70 ± 3.17aA | 3.83 ± 0.75abA | 12.90 ± 1.52abA | 1.00 ± 0.26abAB | 0.53 ± 0.14aA | 0.58 ± 0003aA | |
6% | 17.93 ± 3.30abA | 3.67 ± 0.52abA | 10.55 ± 2.29bcA | 0.80 ± 0.17bcABC | 0.47 ± 0.21aA | 0.58 ± 0.01aA | |
7.5% | 16.57 ± 2.40bA | 3.33 ± 0.82abA | 9.63 ± 4.16cAB | 0.76 ± 0.09cBC | 0.45 ± 0.13aAB | 0.37 ± 0.03bB | |
8.75% | 12.11 ± 7.44cB | 2.33 ± 0.52cB | 6.03 ± 2.07dB | 0.59 ± 0.10cC | 0.21 ± 0.08bB | 0.16 ± 0.04cC | |
TN1 | CK | 19.56 ± 1.88aA | 4.35 ± 1.35aA | 15.88 ± 1.78aA | 0.98 ± 0.09aA | 0.68 ± 0.24aA | |
4% | 18.67 ± 1.76aA | 4.17 ± 1.33abA | 15.30 ± 1.86abA | 0.81 ± 0.07bB | 0.60 ± 0.24aAB | 0.71 ± 0.05aA | |
6% | 13.65 ± 3.39bB | 3.67 ± 0.52abAB | 14.53 ± 3.72abA | 0.75 ± 0.14cB | 0.39 ± 0.07bBC | 0.61 ± 0.07bA | |
7.5% | 11.98 ± 2.08bBC | 2.83 ± 0.98bcAB | 12.63 ± 0.37bAB | 0.73 ± 0.07cB | 0.34 ± 0.13bC | 0.36 ± 0.01cB | |
8.75% | 9.48 ± 0.9cC | 1.67 ± 1.03cB | 9.17 ± 2.67cB | 0.49 ± 0.04dC | 0.33 ± 0.18bC | 0.12 ± 0.04dC | |
TN3 | CK | 15.11 ± 2.68aA | 5.02 ± 0.57aA | 21.89 ± 4.33aA | 0.81 ± 0.06aA | 0.72 ± 0.09aA | |
4% | 14.67 ± 2.66abA | 4.50 ± 0.55aB | 20.72 ± 4.32aA | 0.76 ± 0.05aAB | 0.66 ± 0.06aAB | 0.51 ± 0.07aA | |
6% | 12.36 ± 3.05bcAB | 3.33 ± 0.82bC | 18.28 ± 0.77bB | 0.62 ± 0.11bB | 0.65 ± 0.03aAB | 0.36 ± 0.02bB | |
7.5% | 11.92 ± 2.15cAB | 3.00 ± 2.37bC | 17.82 ± 2.32bB | 0.45 ± 0.03cC | 0.48 ± 0.07bBC | 0.36 ± 0.01bB | |
8.75% | 10.13 ± 0.92cB | 1.00 ± 0.63cD | 10.83 ± 1.81cC | 0.42 ± 0.11cC | 0.36 ± 0.17bC | 0.26 ± 0.04cB | |
TN4 | CK | 23.88 ± 3.15aA | 4.85 ± 0.53aA | 18.21 ± 2.16aA | 0.91 ± 0.09aA | 0.52 ± 0.11aA | |
4% | 22.70 ± 3.13aA | 4.67 ± 0.52aAB | 16.27 ± 2.02aA | 0.81 ± 0.07aAB | 0.46 ± 0.09aAB | 0.75 ± 0.03aA | |
6% | 18.85 ± 1.78bAB | 4.33 ± 0.82aAB | 9.42 ± 2.00bB | 0.75 ± 0.14bBC | 0.37 ± 0.19bBC | 0.38 ± 0.03bB | |
7.5% | 14.33 ± 5.55cB | 3.50 ± 0.55bBC | 8.78 ± 0.79bB | 0.73 ± 0.07bcBC | 0.35 ± 0.03bC | 0.33 ± 0.04bB | |
8.75% | 14.27 ± 7.38cB | 3.00 ± 0.00bC | 8.42 ± 0.60bB | 0.49 ± 0.04cC | 0.34 ± 0.20bC | 0.09 ± 0.04cC |
表5. 不同浓度PEG-6000处理下的玉种子萌发性状的变化
注:品种内同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),大写字母表示差异极显著(P < 0.01)。
表6显示出不同浓度PEG-6000水溶液处理下4个品种之间的萌发性状差异,可以看出,NT2、TN4的根系长度与TN3相比差异极显著(p < 0.01);TN4的根系条数和其它品种相比差异显著(p < 0.05);TN1、TN3的幼苗高度和NT2相比差异极显著(p < 0.01);NT2、TN1的根系鲜重和TN3相比差异极显著(p < 0.01);TN3在幼苗鲜重上的表现与其它品种之间差异极显著(p < 0.01);从萌发抗旱指数的差异分析来看,TN1同TN3、TN4相比差异极显著(p < 0.01)。
品种 | 性状 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
根系长度 | 根系条数 | 幼苗高度 | 根系鲜重 | 幼苗鲜重 | 萌发抗旱指数 | |
NT2 | AB | b | C | A | B | AB |
TN1 | BC | b | B | B | B | A |
TN3 | C | b | A | C | A | B |
TN4 | A | a | BC | BC | B | B |
表6. 不同浓度PEG-6000水溶液处理下品种间的萌发性状差异
注:同列不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),大写字母表示差异极显著(P < 0.01)。
很多研究人员发现,在玉米遭受干旱胁迫条件下,能科学地对其抗旱性指标进行鉴定,并采取相应的方法来进行评价,在筛选玉米新品种特别是对选育抗旱性品种具有重要的现实意义。对于大多数植物来说,在自然条件下,种子萌发期受到水分胁迫,会使植物体内循环、代谢受到影响,更严重的会抑制植物生长并致死。PEG-6000模拟干旱胁迫,是通过降低植物生长环境中的水势,从而对植物生长产生影响 [
本研究表明,随着PEG-6000水溶液浓度的升高,4个品种根系长度、根系条数、幼苗高度、根系鲜重、幼苗鲜重、发芽势、发芽指数、活力指数呈现出不同程度的下降,使用此浓度梯度来检验玉米种子在干旱条件下的萌发是可行的。从上述性状指标的表现来看,干旱抑制了玉米的萌发,从不同品种来看,TN4的定根系长度、根系条数的数值高于其它两个品种,并且在干旱胁迫下数值下降较小。TN3的幼苗高度优于其它品种,TN3的根系鲜重随着干旱胁迫的加强,下降幅度缓慢,NT2在各浓度下的数值大于其它品种。NT2和TN4两个品种的幼苗鲜重随着干旱程度的加剧,数值相差较小,在不同浓度梯度下的数值差别较小。可见,利用抗旱剂对玉米种子进行处理,有效提高了种子萌发及苗期抗旱能力,可改善干旱胁迫下玉米幼苗生长状况,从而筛选出抗旱能力较强的玉米品种,这与王学智,石汝杰,王军辉等人 [
玉米生产中,苗期是实现苗全、苗齐、苗壮的关键时期 [
北京农业职业学院科技研发推广类项目;电泳技术在鉴定糯玉米品种及纯度上的应用(编号:XY-YF-18-12)。
高 琼,邹原东. 水分胁迫对玉米苗期生长性状的影响 Effects of Water Stress on Growth Traits of Maize Seedling[J]. 农业科学, 2019, 09(06): 474-481. https://doi.org/10.12677/HJAS.2019.96071