不同种质菜豆对PEG渗透胁迫的响应-论文

第3 2卷第 2期2 0 1 4年 4月

科学版) 上海交通大学学报 (农业( AGRI CUI T UR AI S C I E NC E) J OURNAI OF S HANGHAI J I AO TONG UNI VE RS I TY

Vo 1 .3 2 No . 2Apr .2 0 1 4

文章编号：1 6 7 1 9 9 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 2— 0 0 6 2— 0 6

D OI:1 0 . 3 9 6 9/ J . I S S N. 1 6 7 1— 9 9 6 4 . 2 0 1 4 . 0 2 . 0 1 2

不同种质菜豆对 P E G渗透胁迫的响应张凤银，陈禅友，徐小玉(江汉大学生命科学学院，武汉 4 3 0 0 5 6 )

摘要：在种子萌发期间用质量浓度为 1 5 0 g/ L P E G胁迫 8个种质的菜豆，研究不同种质菜豆对 P E G渗透胁迫的响应。结果表明， P E G提高了 8个种质莱豆种子的发芽率，抑制幼苗根和芽的生

长，而对发芽势、发芽指数、活力指数的影响与种质有关，有的提高、有的降低。运用隶属函数法综合评价 8个种质菜豆的抗旱性强弱，依次为大紫袍>红花白荚>双青十二玉豆>美国供给者>泰国架豆王>绿龙架豆>地豆王一号>西杂王。 关键词：菜豆； P E G胁迫；种子萌发期；抗旱性中图分类号： 8 5 0 4 . 1 文献标识码： A

Re s p o n s es o f D i f f er e n t Ger mp l a s ms o f Ph a s e o l u s v u l g ar i s

t O PEG 0s mo t i c St r e s sZHA NG Fe n g— y i n,CH EN C h a n— y o u,XU Xi a o— y u( Co l e g e o f L i f e Sc i e n c e s, J i a n g h a n Un i v e r s i t y, Wu h a n 4 3 0 0 6 5, Ch i n a )

A b s t r a c t:1 5 0 g/ L o f P E G wa s u s e d t o i n d u c e 8 d i f f e r e n t g e r mp l a s ms o f P h a s e o g u s v u l g a r i s t o b e wi t ho s mo t i c s t r e s s d u r i n g s e e d g e

r mi n a t i o n .Th e r e s p o n s e s o f d i f f e r e n t g e r mp l a s ms o f P. v u l g a r i s t o PEG

o s mo t i c s t r e s s we r e s t u d i e d . T h e r e s u l t s s h o we d t h a t 1 5 0 g/ I o f P E G i mp r o v e d t h e g e r mi n a t i o n r a t e a n di n h i b i t e d t h e g r o wt h o f r o o t a n d s h o o t o f 8 g e r mp l a s ms o f P.v u l g a r i s .Th e g e r mi n a t i o n e n e r g y, g e r mi n a t i o n i n d e x a n d v i g o r i n d e x i n c r e a s e d i n s o me g e r mp l a s ms, b u t d e c r e a s e d i n t h e o t h e r s . Us i n g t h e Me mb e r s h i D F u n c t i o n Me t h o d, t h e d r o u g h t r e s i s t a n c e s e q u e n c e o f 8 g e r mp l a s ms o f P. v u l g a r i s f r o m h i g h

t o l o w i s a s f o i l o ws: Da z i p a o￣ Ho n g h u a b a i j i a￣S h u a n g q i n g s h i e r y u d o u￣ Me i g u o g o n g y i n g z h e￣T a i g u o i i a d o u wa n g￣I u l o n g j i a d o u￣ Di d o u wa n g y i h a o￣X i z a wa n g .Ke y wo r d s:Ph a s e o l u s v u l g a r i s I .;P EG s t r e s s;g e r mi n a t i o n s t a g e;d r o u g h t r e s i s t a n c e

菜豆( P h a s e o l u s v u l g a r i s L . )是豆科菜豆属一年生缠绕性草本植物l】]。在食用豆类中，菜豆的

之一。菜豆既是我国的一种主要蔬菜，也是我国

出口创汇主要农产品之一 J。影响植物生长的非生物胁迫常见的有水分胁迫 (干旱、涝害)、温度

栽培面积最大，占世界食用豆类种植面积的近 4 0一

。我国是世界上重要的菜豆生产国之,

胁迫 (高温、冷害、冻害)及盐胁迫等

,其中干旱

[

种植面积超过 7 . 3万h m z[。菜豆鲜荚中蛋,是人类植物蛋白质的重要来源

是最普遍的植物逆境胁迫形式 J m],菜豆在种植过程中也常受干旱胁迫。在生长期遇到干旱，菜豆

白质含量为 6

收稿日期： 2 0 1 3 O 6— 2 4

基金项目：武汉市科技攻关项目( 2 0 1 3 0 2 1 0 0 1 0 1 0 ) 作者简介：张凤银 ( 1 9 6 4),女，硕士，副教授，研究方向：园艺植物遗传育种与栽培生理， Ema i l= z h a n g f e n g y i n 0 8 1 1@1 2 6 。。

第2期

张凤银，等：不同种质菜豆对 P E G渗透胁迫的响应

叶片因缺水而萎焉，降低光合效率；在开花期遇到干旱会导致菜豆花粉早衰，柱头干燥，使授粉受精不良而导致花、荚脱落[ 1¨。因此，对不同种质菜豆的抗旱性能进行研究显得尤为重要。种子萌发是

1 . 3 . 3伤害率[坫]

伤害率一(渗透胁迫处理下性状测定值一对照性状测定值 )/ x￣照性状测定值×1 0 0。1 . 3 . 4种子萌发特性指标["]

种子植物生活史中的关键时朗，也是进行植物抗旱性研究的重要时期 E ]。目前， P E G渗透溶液模拟干旱胁迫常被用作种子萌发期抗旱性研究的重要手段[ 1 2 1 4]。本试验中，用 P E C k 6 0 0 0模拟干旱胁迫条件，研究不同种质菜豆对 P E G渗透胁迫的响应，运用隶属函数法对其萌发期的抗旱性进行综合评价，以期为菜豆抗旱种质资源鉴定、评价及抗旱性新品种的选育提供理论依据。

包括相对发芽势 ( R GE)、相对发芽率 ( R GR)、 相对发芽指数 ( RG I )、相对活力指数 ( RVI )、相对根长( R R L)、相对芽长( RS I ),按照“相对性状指标一

渗透胁迫处理下性状测定值/对照

性状测定值×1 0 0”进行计算。1 . 4数据处理

采用隶属函数法综合评定不同种质菜豆的抗旱性。为了减少各材料间固有的差异，利用性状相对

值进行抗旱性的综合评价]。各指标隶属函数值

1材料与方法1 . 1试验材料

计算公式[ "]为：( )一 ( Xj— X )/ ( X~一 X ),一

1, 2,…, n

( 1 )

以西杂王、红花白荚、大紫袍、泰国架豆王、美国供给者、双青十二玉豆、绿龙架豆、地豆王一号等 8个菜豆品种为试验材料。种子由武汉市文鼎农业生物技术有限公司提供。1 . 2试验方法

式中， X表示第 J个指标值， x表示第 J个指标的最小值， x表示第 J个指标的最大值。采用标准差系数法，用公式 ( 2 )计算标准差系

数，,公式 ( 3 )归一化后得到各指标的权重系数 w。厂————————一

精选大小均匀一致、籽粒饱满、无破损的种子，用质量浓度为 1 5 0 g/ I ,与之相对应的水势为一

^/∑(一 X j )一。

2 . 9 5 2 MP a P E G溶液浸泡 2 h,然后取出摆放在

』————一X,一

( 2 )

铺有 2层定性滤纸为发芽床的培养皿中，并加入 1 5 mL处理液，在2 5℃恒温培养箱中培养。每天更换培养皿中的滤纸并加入 1 5 ml 处理液，以保持浓度相对稳定。对照 ( c K)以蒸馏水代替 P E G溶液。每个培养皿放置 3 O粒种子，每处理重复 3次。以胚根突破种皮达种子长度的 l/ 2为发芽标准，每天定时记录各处理发芽种子数。1 . 3测定项目1 . 3 . 1种子的活力指标( 3 )

∑J_ - l

最后用公式 ( 4 )计算反映各材料抗旱能力的综合评价值 D。

D一∑[ ( ) ]

( 4 )

参照王赞等 E 抗旱性评价分级标准对所研究的材料进行分级，即 D> 0 . 8,表示抗旱； D% 0 . 5,表示不抗旱； D在 0 . 5~O . 8之间，属中问型。

发芽势一前 4 d内发芽种子数/供试种子总数× 1 0 0 ;

发芽率一前 8 d内发芽种子数/供试

种子总数× 1 0 0 ;

2结果与分析2 . 1 P E G渗透胁迫对不同种质菜豆发芽势的影响

发芽指数一∑( Gt/ Dt),式中为第 t天发芽的种子数， D￡为相应的发芽天数；

发芽势的高低表示种子发芽的快慢和整齐度。从表1中可知， P E G胁迫延缓了西杂王和红花白荚种子

活力指数一发芽指数×S,式中 S为幼苗根和芽的总长度；1 . 3 . 2幼苗生长指标

的萌发，而促进其余 6个品种的种子萌发。西杂王和红花白荚种子的发芽势分别较对照降低了 1 4 . 9 和9 . 9% o。

在发芽的第 8天，从每个培养皿中随机抽取 1 0 株幼苗，测量主根长和芽长。

在促进萌发的 6个品种中，发芽势增加的幅度

因品种的不同而不同。其中，以大紫袍的发芽势提高

上海交通大学学报 (农业科学版)

第3 2卷

幅度最大，为4 7,其次是泰国架豆王，为3 4 . 9 9/ 6,提高

最少的是双青十二玉豆，为4 . 4。

表 1 P E G渗透胁迫对不同种质菜豆种子萌发的影响Ta b .1 Ef f e c t s o f PEG o s m ot i c s t r e s s o n s e e d g e r mi na t i o n of d i f f e r e nt g e r mp l a s m P.v ul gar i s

^l z aw a ng

,凹土

9 7 . 8 8 3 . 4—1 4 . 7 * 9 7 . 8 1 0 02 2 . 2 2 o . 0 — 9 . 9 5 5 . 6 7 2

2 . 22 2 .8*

1 4 . 0 8 . 6 - 3 9 . 0 * 2 7 5 . 5 5 8 3 . 2 96 . 0 6 .9 1 5 . 0* 7 3 .2 6 4 6 . 4 6

7 0 . 0 *—3 6 . 6*

组： 白.

H ong￣ua bat] t a

I J a Z l pa o

訾袍

5 1 . 1 7 5 . 1 4 7 . 0 * 6 4 . 7 8 7 . 3 2 5 . 9 * 5 . 7 9 . 5 5 7 . 8 7 8 . 0 3 4 . 9 * 7 1 . 1 8 6 . 4 1 7 . 7 *4 6 .7 6 2 . 2 3 3 . 2* 6 6 . 8 8 2 . 4 1 8 . 9*

6 8 . 0 * 7 9 . 5 5 9 9 . 0 8

2 4 . 5 *

一

l al Ruo

1 l a douw ang

泰饕王美闰供给,

8 . 1 9 . 26 . 5 7 . 1

1 3 . 3 1 5 3 . 6 8 3 . 7 2 — 4 5 . 5 *8 . 4 8 0 . 5 8 4 5 .1 0 —4 4 . 0*

…

i V l e l g u o g o ng y l n g z n e

,

￣huangqm g s hi er yuc l ou

双奇十 壬豆 .

9 5 . 6 9 7 . 8

6 . 7 9 6 . 7 9 8 . 9

2 . 2

1 3 . 8 1 1 . 8 1 4 . 6 2 4 1 . 5 6 1 4 5 . 5 9 — 4 0 . 0 *

1 ul ong l l aoou

譬龙号豆王一号

6 5 . 6 7 o . 0

4 . 4 6 5 . 6 7 3 . 9 1 6 . 9 * 8 . 9 7 . 3

1 8 . 2 * 1 6 0 . 0 2 5 9 . 9 9

6 2 . 5 *

~

1 ) l d o uw a ng Vl hao

4 8 . 9 6 0 . 0 2 2 . 7 * 6 o . 3 6 8 . 6 1 3 . 8 * 7 . 4 6 . 3— 1 4 . 7 1 1 6 . 7 7 3 7 . 8 6 — 6 7 . 6 *

注： C K为对照， T表示处理； *表示处理和相应对照的差异达 0 . 0 5显著水平。下表同。No t e: CK me a ns c o n t r o l, T me a ns t r e a t . * r e pr e s e n t s s i gn i f i c a nt d i f f e r e n c e a t P< O . 05 b e t we e n c o n t r o l a n d t r e a t . The f o l l o w t a b l e i s t h e

2 . 2 P E G渗透胁迫对不同种质菜豆发芽率的影响

降最少的是双青十二玉豆，为 1 4 . 6;而其余的 4 个种质菜豆种子的发芽指数均有不同程度增加。其中，发芽指数增加最多的是大紫袍。为6 8,其次是

发芽率是反映种子使用价值的最重要指标，发芽率高表示有活力的种子多，播种后出苗率高，反之，发芽率低表示有活力的种子少，播种后出苗率低。经过】 5 0 g/ L P E G处理后，均提高了 8个种质

红花白荚，为 l 5 ,增加最少的是美国供给者，为8 . 4 。

菜豆种子的发芽率，但不同种质

菜豆种子发芽率增加的幅度不同 (表 1 )。其中，以大紫袍发芽率增加的幅度最大，为 2 5 . 9;其次是红花白荚，为 2 2 .8 5;增加幅度最小的是西杂王和双青十二玉豆，均为2 . 2。 2 . 3 P E G渗透胁迫对不同种质菜豆发芽指数的

2 . 4 P E G渗透胁迫对不同种质菜豆活力指数的影响

活力指数是种子萌发速率和幼苗生长量的综合反映。与各自对照相比，经过 1 5 0 g/ I P E G溶液处

理后，除了大紫袍的活力指数提高外，其余种质菜豆的活力指数均有不同程度的下降 (表 1 )。其中，下降最多的是西杂王，为7 0,其次是地豆王一号，为 6 7 . 6,下降最少的是红花白荚，为 3 6 . 6。2 . 5 P E G渗透胁迫对不同种质菜豆幼苗生长的影响

影响发芽指数不仅受发芽种子数影响，也受发芽速

度的影响。每天发芽的种子在构成发芽指数中所起的作用都不同，故发芽指数也是评价种子活力的重要指标之一。由表 1可以看出，与对照相比，经过1 5 0 g/ I P E G胁迫后，西杂王、双青十二玉豆、绿龙

幼苗的根长和芽长表明了幼苗的生长状况。经 1 5 0 g/ I P E G渗透胁迫后， 8个种质菜豆幼苗的主

架豆、地豆王一号的发芽指数均有下降，其中西杂王下降最多，为3 9 ,其次是绿龙架豆，为 1 8 . 2,下

根长和芽长均较对照的短 (表 2 ),说明 P E G渗透胁迫抑制幼苗的生长。其中，主根生长受抑制最大的

第2期

张凤银，等：不同种质菜豆对 P E G渗透胁迫的响应

是地豆王一号，其根长为对照的 2 5 . 6,其次是绿龙架豆，为对照的 3 2 . 4 。主根生长受抑制最小的双青十二玉豆，为对照的 6 7 . 4,其次是大紫袍，为对照的 5 2 . 5 。在芽生长方面，受抑制最大的是地

豆王一号，其芽长为对照的 5 4 . 4,其次是美国供应者，为对照的 5 7 . 4 9/ 6,而抑制程度最低的是大紫袍，芽长为对照的 9 5 . 1,其次是红花白荚菜豆，芽长为对照的 7 5 . 2。

表2 P E

G渗透胁迫对不同种质菜豆幼苗根长和芽长的影响Ta b . 2 E f f e c t o f P EG o s mo t i c s t r e s s o n t h e s e e d l i n g r o o t l e n g t h a n d s t e m l e n g t h o f d i f f e r e n t g e r mp l a s m P. v u l g a r i s

2 . 6 P E G渗透胁迫下菜豆萌发期抗旱性的综合评价

数、相对活力指数、相对主根长、相对芽长等 6项指

标为依据，采用隶属函数法对 8个菜豆品种的种子萌发期的抗旱性进行综合评价，其结果列于表 3。

本研究以相对发芽势、相对发芽率、相对发芽指

表3 P E G渗透胁迫下不同种质菜豆各指标隶属函数值及综合评价值Ta b . 3 T h e v a l u e o f s u b o r d i n a t e f u n c t i o n a n d c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n o f d i f f e r e n t g e r mp l a s m P. v u l g a r i s u n d e r P EG c o n d i t i o n s

上海交通大学学报 (农业科学g L )

第3 2卷

从表 3中可知， 8份种质菜豆的抗旱综合评价值差异大，介于 0 . 0 5 9 2~0 . 9 3 4 5之间。其中以大紫袍的抗旱综合评价值最大，为 0 . 9 3 4 5,而西杂王的综合评价值最小，为 0 . 0 2 9 2。综合评价值越大， 表示其抗旱性能越强l 1。因此， 8个菜豆品种的抗旱性强弱依次为大紫袍>红花白荚>双青十二玉豆>美国供给者>泰国架豆王>绿龙架豆>地豆王一号>西杂王。且大紫袍的综合评价值大于 0 . 8,表明抗旱性能强，而其余的品种的综合评价值均小于0 . 5,表明抗旱性能弱。

个较为复杂的综合性状 l 1,是一个受多种因素影响的复杂的数量性状 l l引，当植物受到干旱胁迫时，其形态、生理、生化等多个指标会发生一系列的改变， 因此，人们常采用多个指标进行综合评价植物的抗旱性。本试验也是借鉴前人的隶属函数法，依据菜

豆种子萌发期的

6个相对性状指标对 8个不同种质菜豆的抗旱性进行综合评价。但萌发期的鉴定结果，是否能代表幼苗期乃至全生育期结果，还有待进一

步深入的研究。

目前，用隶属函数法评价不同植物材料的抗旱性能强弱的方法有两种。一种是用不同浓度或一种

3讨论P E G是一种大分子有机化合物，不能自由通过植物细胞壁，但能减缓种子萌发初期水分进出种子的速率，常被用作模拟干旱胁迫的渗透胁迫剂。许耀照等l 1]的研究认为，一定浓度的 P E G干旱胁迫

浓度 P E G胁迫不同植物材料，用各指标的具体测定值计算每个材料在每个 P E G浓度下的具体隶属值， 进一步求出每个材料的平均隶属函数值，最后根据平均隶属函数值大小评价材料的抗旱性能强弱 _ 2。另一种方法是用 1种浓度的 P E G胁迫不同材料，用

各指标的相对值计算出隶属函数值，再采用标准差系数法求出各材料的综合评价值，然后根据综合评价值的大小评价材料的抗旱性能大小 _ 1。”]。对于同一组植物材料，采用这两种方法得出的结果是否一

能够启动黄瓜种子内一系列保护机制，减少种子吸胀过程中膜系统的伤害，有利于细胞膜系统的修复， 提高种子发芽率，促进幼苗的生长。杨柳等[ 1 9]在黄麻的研究中发现，在浓度为 5 ~2 5 P E G处理

致，哪个更为准确，未见到这方面的评价报道，为

下，随浓度的增加，种子的萌发率下降，幼苗芽的生长受到抑制，而低浓度 ( 5 )促进根的生长，高浓度 ( 1 0 ~2 5 )则抑制根的生长。荣秀莲等_ _ 2 o]在冷季型草坪的研究中发现，不同浓度 P E G胁迫下，种

此还需要进一步研究。

4 结论综合以上分析， P E G渗透胁迫提高了 8个种质菜豆的发芽率，抑制了幼苗根和芽的生长，对发芽势、发芽指数、活力指数的影响效果因不同菜豆种质而异。采用隶属函数法综合评价 8份种质菜豆的抗旱能力依次为大紫袍>红花白荚>双青十二玉豆>

子的发芽率、发芽势下降，根的生长也受到抑制，抑制的程度随 P E G浓度的增加越发明

显。孙景宽等I _ 2 1 l认为低浓度 P E G对柠条和杠柳的种子萌发有较好的引发作用，而对沙枣和白蜡种子引发作用不明显。刘佳等【一 的研究认为，低浓度的 P E G胁迫

能促进部分紫云英种质的种子萌发，而高浓度 P E G使所有供试紫云英种质种子萌发力显著下降。在本研究中， 1 5 0 g/ L P E G提高了 8个种质菜豆种子发

美国供给者>泰国架豆王>绿龙架豆>地豆王一号>西杂王。其中，大紫袍的抗旱性最强。参考文献：中国农业科学院蔬菜研究所.中国蔬菜栽培学[ M] .北京：中国农业出版社， 1 9 8 7 .Wi l s o n R F,S t a l k e r T H,B r u mme r E C.Le g u me

芽率，而抑制幼苗根和芽的生长。此外，本研究还发现，】 5 0 g/ L P E G对发芽势、发芽指数、活力指数的影响与菜豆种质有关，即在有的种质菜豆中提高这

些指标，而在有的种质菜豆中降低这些指标。P E G对萌发期菜豆幼苗根和茎生长有抑制作用，抑制的程度因不同种质菜豆而异，这结果与李培英等[ 1 j在偃麦草中及王赞等[ 1。]等在鸭茅中的研究结果一致。 因此， P E G作为一种引发剂对植物种子萌发的影响效果与植物种类、品种、 P E G浓度、 P E G处理时问等等有关。

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