彭玉琳，曾凡茹，东 强，次旦卓嘎，2，莫银超，昌 西

(1.西藏农牧学院高原作物分子育种实验室，西藏林芝 860000； 2.日喀则市农业科学研究所，西藏日喀则 857000)

青稞在植物学上属于栽培大麦的变种[1]，大麦因其抗旱和抗盐、抗碱能力比其他禾谷类作物突出，适应性广，再加上兼具食用、饲用、酿造以及医药等多种用途，成为世界性的重要作物之一[2]。其播种面积和产量仅次于小麦、玉米和水稻，居禾谷类作物的第4位。在我国大麦的种植面积和总产量居于水稻、小麦、玉米和粟之后占第5位[3]。随着啤酒工业的发展和人们对大麦的营养保健价值日益重视，全球对大麦的需求也随之迅速增加，特别是对于用于不同用途的大麦品质及其特性的要求，因此，全球大麦的育种研究又进入了一个崭新的阶段。我国从“七五”计划开始，就将“大麦高产、优质、多抗新品种选育技术研究”列为国家攻关课题，并取得了丰硕的成果。与其他作物相比大麦具有更加广泛的生态适应性，被认为是最适宜进行抗旱研究的试验材料[4-5]。

随着全球水资源匮乏的加剧，我国乃至世界农业生产长期面临着干旱的制约[6]。由于降水减少和气温升高，干旱已经成为农作物生产和最终全球粮食安全最重要的限制因素[7]。干旱被认为是一种主要的威胁，限制种子萌发、植物生长和作物产量最严重的非生物胁迫之一[8-9]，水分胁迫是由降雨量不足导致土壤干燥引起的。高温、大气湿度低、缺水是造成干旱的主要原因[10]。植物的抗旱能力，被定义为在缺水时期的生存和生长能力，需要生物机制在干旱事件中保护、维持和支持植物，或者完全避免干旱。这些机制可能因植物种类或发育阶段的不同而不同，一个阶段的抗旱性不一定与另一个阶段的抗旱性相关[11-12]。在粮食作物生产中，阶段性的干旱胁迫会导致作物在形态建成和生殖生长期间发育不完全。发芽和幼苗发育阶段是大麦[13]和其他大多数作物对这些条件最敏感的时期，发育早期的干旱胁迫会延迟种子萌发，降低萌发率[13-14]。本试验以70份青稞为材料，利用PEG模拟干旱胁迫对种子萌发期耐旱指标进行综合鉴定，以明确大麦材料间的抗旱性，并筛选出抗旱性较强的材料。选择和利用准确又简单的抗旱性鉴定指标是抗旱育种工作顺利开展的前提。因此，筛选大麦抗旱指标，对大麦抗旱品种选育、抗旱机制及干旱调控机制的研究均具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年10—12月在西藏农牧学院高原作物遗传育种实验室内进行。选用70份青稞作为供试材料，其中5份来源于青海、四川甘孜州1份、64份来自西藏自治区，试验材料名称及来源见表1。

表1 供试青稞材料名称及来源

1.2 试验方法

选取籽粒大小均匀且饱满的青稞种子，用0.1%浓度的高锰酸钾溶液消毒30 min，捞出后用纯水反复冲洗4～5次，将种子置于垫有2层滤纸的发芽盒(12 cm×12 cm)中，每个盒内放入20粒种子，加入15 mL 质量分数为 19.2%(以预处理结果确定筛选此浓度) 的PEG-6000进行干旱胁迫处理，以加入等量纯水作为对照，每个处理3次重复。培养条件为：前3 d均无光照(昼夜时长12 h/12 h，昼夜温度25 ℃/20 ℃)；后4 d(光照/黑暗=12 h/12 h，昼夜温度25 ℃/20 ℃)。每3 d补充1次溶液，以胚根伸出达种子50%作为发芽标准。

每日观察种子生长情况，第7天随机取10株测量芽长、根长、芽鲜质量、芽干质量、根鲜质量和根干质量。按公式(1)～(12)计算发芽势(germination，简称GE)、发芽率(germination rate，简称GR)、发芽指数(germination index，简称GI)、相对发芽率(relative germination rate，简称RGR)、相对发芽势(relative germination，简称RGE)、相对发芽指数(relative germination index，简称RGI)、相对芽长(relative bud length，简称RBL)、相对主胚根长(relative root length，简称RRL)、相对芽鲜质量(relative bud fresh weight，简称RBFW)、相对芽干质量(relative bud dry weight，简称RBDW)、相对根鲜质量(relative root fresh weight，简称RRFW)、相对根干质量(relative root dry weight，简称RRDW)。

GE=第3天发芽的种子数/供试种子总数×100%；

(1)

GR=第7天发芽的种子数/供试种子总数×100%；

(2)

GI=∑Gt/Dt。

(3)

式中：Gt为第t天的发芽数；Dt为相应的发芽天数；

RGR=处理组发芽率/对照组发芽率×100%；

(4)

RGE=处理组发芽势/对照组发芽势×100%；

(5)

GRI=处理组发芽指数/对照组发芽指数×100%；

(6)

RBL=处理组芽长/对照组芽长×100%；

(7)

RRL=处理组主胚根长/对照组主胚根长×100%；

(8)

RBFW=处理组芽鲜质量/对照组芽鲜质量×100%；

(9)

RBDW=处理组芽干质量/对照组芽干质量×100%；

(10)

RRFW=处理组根鲜质量/对照组根鲜质量×100%；

(11)

RRDW=处理组根干质量/对照组根干质量×100%。

(12)

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2013软件进行数据整理，采用SPSS 22进行数据处理，采用R 4.0.5作图。抗旱性综合评价采用模糊数学中的隶属函数值法，因其可对品种的多个性状指标进行综合分析进而对品种作出全面评价[15]。各项指标隶属函数值采用公式如下[16-19]：

式中：X(μ)为性状指标的隶属函数值；X为某一性状指标的测定值；Xmax和Xmin为该指标的最大测定值和最小测定值。最终根据每份材料各项指标的隶属函数值累加，采用公式计算性状指标隶属函数平均值作为其综合评价值：

式中：Xij为i种类j指标的平均隶属函数；n为计算指标总数。

最终根据平均值综合评价其萌发期抗旱性强弱，平均值越大，抗旱性越强；反之，抗旱性越弱。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下萌发期性状指标的变异分析

在处理条件下，70份供试材料萌发期的各项指标均受到抑制。由表2可知，相对于对照，干旱胁迫下发芽势、发芽率、发芽指数、芽鲜质量、芽干质量、根鲜质量、根干质量、芽长、根长等的平均值分别下降了3.91%、2.45%、6.00、0.84 g、0.63 g、0.05 g、0.05 g、7.45 cm、9.94 cm；其中受干旱影响最大的指标为根长，干旱胁迫下平均值较对照减少 9.94 cm，变异系数下降38.65%，可见干旱胁迫下青稞种子的正常生长发育受到一定程度的影响，其中根长可作为青稞萌发期判定抗旱能力的重要指标性状。

表2 干旱胁迫条件下青稞各指标的变异分析

2.2 PEG胁迫对青稞萌发期发芽势、发芽率及其发芽指数的影响

从图1可看出，CK组发芽势(GE)与发芽率(GR)数据很集中，中位数均在100%，而PEG干旱胁迫处理下，GE与GR中位数均低于100%，数据不集中且出现的异常值的数值较CK组的小；发芽指数(GI)在CK处理下结果明显大于干旱处理的数值，发芽指数大部分均处于15以上，PEG处理下大部分在10左右，最小数值为3.43；最终发现PEG主要通过延长萌发时间从而使GE、GR、GI受到干旱胁迫时，数值都将会降低，其中GI尤为明显。

2.3 PEG胁迫对青稞萌发期幼苗特性的影响

由图2可见，干旱胁迫对青稞幼苗性状存在抑制，芽鲜质量(BFW)在CK处理下最大值达到 1.94 g，最小值为0.80 g，而PEG处理下最大值为0.69 g，最小值为0.11 g，CK处理下数值明显大于PEG胁迫结果；芽干质量(BDW)结果受到BFW的影响，最终得出数据也表现出CK处理下数值明显大于干旱处理下的数值，结果表明，干旱胁迫严重影响青稞萌发期幼苗的生物量；芽长(BL)在PEG处理下最大值接近CK处理下最小值，干旱胁迫抑制了幼苗的生长。

2.4 PEG胁迫对青稞萌发期根部特性的影响

从图3可看出，根鲜质量(RFW)在CK下数据集中在0.90 g左右，PEG干旱处理下数据集中在0.30 g左右，二者平均值相差0.63 g；根干质量(RDW)在CK处理下数据集中在0.10 g左右，PEG干旱处理下数据集中在0.05 g左右，二者平均值相差0.05 g；根长(RL) 在CK处理下数据集中14 cm左右，PEG干旱处理下数据集中在4.00 cm左右，二者平均值相差9.94 cm，根长对照与干旱处理下二者数据相差较大，根部特征可作为评价干旱的指标，而根长可作为干旱评价的重要指标。

2.5 70份青稞材料萌发期抗旱性综合性评价

多因素综合作用影响种子萌发期的抗旱性，用单个指标不足以反映不同材料的抗旱能力，单一指标所得结果具有片面性且每个指标表示出来的结果也不完全一致，因此，需要进行多项指标综合评价，以提高植物抗旱性评价的准确性和可靠性[20-21]。本次研究运用隶属函数法对70份青稞材料的RGE、RGR、RGI、RBFW、RRFE、RBDW、RRDW、RRL、RBL9个指标进行了综合性评价。由表3可知，70份青稞材料萌发期9个抗旱指标的隶属函数综合评价值的结果为QK-9>QK-14>QK-12>QK-19>QK-10>QK-11>QK-20>QK-6>QK-13>QK-18>QK-61>QK-17>QK-65>QK-8>QK-16>QK-66>QK-57>QK-15>QK-5>QK-3>QK-2>QK-50>QK-54>QK-59>QK-24>QK-56>QK-62>QK-33>QK-58>QK-70>QK-52>QK-68>QK-32>QK-63>QK-40>QK-51>QK-22>QK-60>QK-46>QK-49>QK-55>QK-48>QK-67>QK-44>QK-26>QK-35>QK-37>QK-69>QK-23>QK-29>QK-27>QK-36>QK-38>QK-53>QK-42>QK-64>QK-31>QK-41>QK-45>QK-28>QK-43>QK-39>QK-25>QK-34>QK-21>QK-30>QK-4>QK-47>QK-7>QK-1。

2.6 聚类分析

根据隶属函数综合评价值可以对不同青稞材料进行抗旱排序比较，将隶属函数综合评价值作出圆形的聚类图，还可对不同材料进行分类说明；从图4可看出，70份青稞材料的抗旱性可分为3类，第1类强抗旱材料包括QK-8、QK-16、QK-66、QK-57、QK-15、QK-19、QK-10、QK-12、QK-9、QK-14、QK-13、QK-6、QK-11、QK-20、QK-17、QK-65、QK-18、QK-61；第2类中度抗旱材料包括QK-5、QK-3、QK-2、QK-50、QK-54、QK-56、QK-59、QK-24、QK-52、QK-68、QK-32、QK-63、QK-62、QK-33、QK-58、QK-70、QK-40、QK-51、QK-46、QK-22、QK-60、QK-26、QK-35、QK-67、QK-44、QK-49、QK-55、QK-48；第3类敏感材料包括QK-53、QK-38、QK-36、QK-27、QK-69、QK-37、QK-29、QK-23、QK-41、QK-31、QK-45、QK-64、QK-42、QK-21、QK-34、QK-25、QK-43、QK-28、QK-39、QK-47、QK-4、QK-30、QK-7、QK-1。

3 讨论与结论

作物抗旱研究，首要任务便是对作物的耐旱性做出鉴定及评价，由于鉴定的目的和要求不同，采用鉴定的方法也有所不同，鉴定方法以人工模拟鉴定法、田间直接鉴定法、实验室鉴定法为主。田间直接鉴定法是将鉴定品种种植于灌水和干旱2种处理条件下，干旱处理即在作物整个生长发育过程中仅靠自然降水供给水分需求，灌水处理是在自然降水的基础上再进行灌溉 3～6 次，作为非胁迫处理。人工模拟鉴定法是将鉴定品种种植在一些可人为控制水分、光照和温度等环境条件的抗旱池、生长箱或人工气候室等可人工控制的辅助设施中。实验室鉴定法是通过使用不同浓度的高渗溶液(如蔗糖、甘露醇、PEG-6000等)模拟干旱环境，使作物产生一系列胁迫反应，用正常营养液处理的种子或幼苗作为对照，测定一些和抗旱相关的形态指标来鉴定作物品种在生长发育前期过程中的抗旱特性。

表3 70份青稞材料9个抗旱指标隶属函数值及综合评价

表3(续)

萌发期主要采用实验室鉴定法，在众多研究中，使用聚乙二醇(PEG)在种子阶段进行诱导渗透胁迫，PEG溶液用于鉴定在逆境和非逆境条件下都表现良好的材料[22-26]，主要调查发芽率、发芽势、发芽指数及活力指数等指标来比较不同材料的萌发能力，胁迫条件下高的发芽率、发芽势等对作物的生长至关重要。在植物生命周期的各个阶段中，种子萌发、幼苗出苗和建立是植物生存和生长的关键过程[19]。但干旱胁迫下将会影响植物的发芽率和早期幼苗生长[27]。在水分缺乏条件下，发芽率、芽和根的鲜质量和干质量显著降低[28]。

本研究结果表明，PEG胁迫下青稞萌发期GE、GR、GI、RFW、BFW、RDW、BDW、RL、BL这9个指标中RL变异程度较大，所有指标均会受到抑制作用，PEG模拟干旱胁迫明显抑制青稞种子萌发生长。对70份青稞材料的抗旱指标进行了隶属函数分析以及聚类分析，结果显示，可将70份青稞材料分为3类，强抗旱材料包括藏青311、ZDM4953、喜拉10号、北青5号、ZDM5103、ZDM4701、藏青2000、ZDM4714、ZDM5074、ZDM4940、ZDM5030、ZDM4739、ZDM4377、农家品种2、藏青148、ZDM4812、昆仑13号、ZDM4585这18份材料；中度抗旱材料包括北青3号、ZDM4985、ZDM4890、ZDM5036、农家品种13、ZDM4780、山青24、康青1号、农家品种14、ZYM493、区试841、农家品种15、ZDM4941、曲水柏林、农家品种5、地方品种3、藏青690、冬青17号、ZYM1867、昆仑8号、ZDM4584、日喀则11、喜拉11号、农家品种12、藏青85、农家品种10、农家品种6、地方品种2这28份材料；敏感材料包括农家品种8、B1勾芒紫、农家品种3、喜拉22、ZDM4817、农家品种7、B5-1-冬绒勾芒、ZDM4699、B4冬对芒、北青4号、ZDM4733、农家品种9、农家品种11、农家品种4、ZDM4447、ZDM4384、ZDM5140、藏青3179、隆子县黑青稞4、B7、藏青80、舍么、哲鲁玛、农家品种1这24份材料。不同种质材料的抗旱性具有差异性，但完整的评价需要结合实验室苗期、抽穗期、孕穗期、成熟期等以及田间的试验数据结果，这样才能使所得最终结果更加准确，更好推广应用于生产实践。