申潔，衛(wèi)林穎，郭美俊，王玉國，原向陽，郭平毅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

隨著全球氣候的不斷變化，水資源緊缺問題日益突顯。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因干旱導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)占減產(chǎn)總量的50%以上，干旱成為影響糧食作物產(chǎn)量的最主要非生物脅迫，因此，在現(xiàn)代植物科學(xué)研究工作中，提高作物的抗旱性已成為急需解決的關(guān)鍵問題之一[1,2]。在種子植物生活史中，種子萌發(fā)期是衡量植物抗旱性強弱的關(guān)鍵時期，直接影響作物的出苗、齊苗以及壯苗[3]。種子萌發(fā)期對水分最為敏感[4]，這一時期的干旱常使作物缺苗率達20%，嚴重時高達40%～50%，造成大面積減產(chǎn)，因此，作物萌發(fā)期的抗旱性研究越來越受到人們的重視。

谷子[Setariaitalica(L.)Beauv]具有抗旱耐貧瘠、適應(yīng)性強等特性，生長發(fā)育過程中對水分的依賴程度遠遠低于小麥、玉米等作物，谷子種子萌發(fā)需水量為種子重量的26%，小麥玉米等作物需水量則達到43%以上，但谷子在萌發(fā)期對水分較為依賴，水分虧缺可致萌發(fā)受阻，從而使出苗率及幼苗成活率降低，嚴重影響谷子的產(chǎn)量[5]。因此，提高谷子萌發(fā)期的抗旱能力，是谷子大田生產(chǎn)中急需解決的關(guān)鍵問題。

浸種是提高種子抗旱能力的常用方法之一，應(yīng)用植物激素、化學(xué)藥劑等外源物質(zhì)對種子做浸種處理，可提高種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢等萌發(fā)指標(biāo)，從而提高種子的抗旱能力[6,7]。存在于土壤、泥炭、煤、水域等中的腐植酸(humic acid，HA)是一類天然有機物質(zhì)[8]，在緩解多種逆境對作物的脅迫中發(fā)揮了重要作用[9～11]。Hassan等[12]研究腐植酸對小麥種子萌發(fā)的影響，結(jié)果表明，腐植酸可顯著提高發(fā)芽率，促進根的生長?；卣颀埖萚13]研究表明，干旱脅迫下，黃腐酸浸種顯著提高了紫花苜蓿萌發(fā)期的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)以及幼苗株高、生物量，有效緩解了干旱對紫花苜蓿萌發(fā)的影響。目前，腐植酸在谷子上的研究較少，現(xiàn)有相關(guān)報道集中在腐植酸對谷子光合特性、產(chǎn)量等方面的研究[14]，而針對谷子抗旱性方面的研究鮮有報道。鑒于此，本研究以山西省大面積推廣的晉谷21號和張雜10號為材料，研究腐植酸對干旱脅迫下谷子萌發(fā)期的萌發(fā)指標(biāo)及生長指標(biāo)的影響，旨在篩選出促進谷子萌發(fā)的最佳腐植酸濃度，為進一步研究腐植酸對干旱脅迫下谷子幼苗的作用機理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

常規(guī)谷晉谷21 號和雜交谷張雜10號，分別由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所、河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

腐植酸(Humic acid，HA)分子式為C9H9NO6，分子量：227.17 kDa，由山東西亞化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)。PEG-6000，分子式為HO(CH2CH2O)nH，由北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于 2016-2017 年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)除草與化學(xué)調(diào)控實驗室進行，試驗設(shè)CK(蒸餾水浸種)和NT1-NT5處理(HA浸種濃度分別為50、100、200、300、400 mg·L-1)進行腐植酸作用于谷子的萌發(fā)試驗；試驗設(shè)有CK(蒸餾水浸種及培養(yǎng))，T0(蒸餾水浸種，18%的PEG溶液培養(yǎng))和T1-T5處理(不同濃度腐植酸浸種，18%的PEG溶液培養(yǎng))進行腐植酸作用于干旱脅迫下谷子的萌發(fā)試驗。

用0.5% 的次氯酸鈉(NaClO)對成熟飽滿、大小均一、谷殼完整的谷子種子消毒5 min，去離子水清洗3次，濾紙吸干其表面的水分后，將種子進行不同濃度腐植酸浸種處理12 h，以蒸餾水作為對照，浸種結(jié)束后，將種子置于濾紙上自然風(fēng)干。

試驗采用PEG-6000分析純?yōu)闈B透劑，模擬干旱脅迫，配制脅迫濃度為18%，使用直徑為9 cm的培養(yǎng)皿并鋪有2層濾紙為發(fā)芽床，將浸種后的晉谷21號和張雜10號種子50粒置于培養(yǎng)皿中，用移液槍加入5 mL蒸餾水或PEG-6000溶液，加蓋后置于25 ℃恒溫箱中黑暗培養(yǎng)，試驗設(shè)3次重復(fù)。定時調(diào)查種子的發(fā)芽數(shù)，以胚根和胚芽的長度均超過種子直徑的一半為發(fā)芽標(biāo)準，分別于第2天和第7天調(diào)查發(fā)芽勢和發(fā)芽率，第8天在培養(yǎng)皿中選取長勢一致的10株幼苗，測其根長、芽長及干鮮重。

1.3 測定指標(biāo)及方法

于處理后第8天測芽長、根長，分別取下根、芽及剩余種子稱其鮮重，后置于105 ℃烘箱內(nèi)殺青15 min，80 ℃烘干至恒重分別稱取干重。參考張智猛等[15]及張健等[16]的方法計算以下各項指標(biāo)。

發(fā)芽勢(Ge)=n /N×100%(n：第2天種子發(fā)芽數(shù)；N：種子總數(shù))

發(fā)芽率(Gr)=n /N×100%(n：第7天種子發(fā)芽數(shù)；N：種子總數(shù))

相對發(fā)芽勢=處理組發(fā)芽勢/對照組發(fā)芽勢×100%

相對發(fā)芽率=處理組發(fā)芽率/對照組發(fā)芽率×100%

我以為，所謂教學(xué)，就是涇渭分明的教師教和學(xué)生學(xué)。于是我賣力地教，想方設(shè)法地教，結(jié)果是，我累出了咽炎和聲帶小結(jié)，常年吃藥；學(xué)生也并沒有學(xué)到太多，學(xué)到的也多是死知識，缺乏創(chuàng)新性。

萌發(fā)指數(shù)(PI)=(1.00)nd1 +(0.75)nd2 +(0.50)nd3 +(0.25)nd4(nd1、nd2、nd3、nd4 分別為第 1、2、3、4 天的種子發(fā)芽率)

活力指數(shù)(VI)=PI×Sx(Sx為第8天芽長平均長度)

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)=干旱脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)(PIS)/對照種子的萌發(fā)指數(shù)(PIC)

種子活力抗旱指數(shù)=干旱脅迫下種子活力指數(shù)(VIS)/對照種子活力指數(shù)(VIC)

1.4 耐旱性綜合評價

采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法[17]，對各濃度腐植酸(HA)處理下晉谷21號和張雜10號2個品種谷子進行抗旱性綜合分析。

隸屬函數(shù)公式為：

U(Xi)=(Xi- Xmin)/(Xmax- Xmin)(指標(biāo)性狀與抗旱性呈正相關(guān))

其中，U(Xi)為隸屬函數(shù)值；Xi為各處理水平下某指標(biāo)的測定值；Xmax和Xmin分別為所有處理水平下某指標(biāo)的最大值和最小值。

1.5 統(tǒng)計分析

利用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用Duncan法進行差異顯著性檢驗(P<0.05)，圖表中數(shù)據(jù)用均值±標(biāo)準誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸浸種對谷子種子萌發(fā)的影響

表1所示，晉谷21號和張雜10號的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)隨HA濃度的增加均基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，晉谷21號的發(fā)芽率和活力指數(shù)顯著高于CK(蒸餾水浸種)，在HA處理為NT2、NT3時效果最明顯，發(fā)芽率比CK提高了6.43%，活力指數(shù)比CK分別提高了7.96%、13.03%，且差異顯著；張雜10號的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)均顯著高于CK，在HA處理為NT2時效果最好，分別比CK顯著提高了15.58%、17.05%、25.06%、33.80%。說明適宜濃度的腐植酸浸種可明顯提高谷子的萌發(fā)能力，且品種間差異顯著，張雜10號更為敏感、效果更好。

表1 腐植酸浸種對谷子種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of HA on seed germination of foxtail millet

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Small letters mean significant differences at 0.05 level(P<0.05). The same below.

2.2 腐植酸浸種對谷子幼苗生長的影響

表2所示，腐植酸浸種處理后，晉谷21號和張雜10號的芽長、根長、鮮重和干重隨HA濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，且2個品種的各生長指標(biāo)基本均高于CK。HA處理為NT3時，2個品種的芽長和根長均顯著高于CK，晉谷21號分別提高了15.77%、11.46%，張雜10號分別提高了16.67%、36.97%。HA處理為NT2時，2個品種的鮮重較CK分別提高了8.67%、26.45%；晉谷21號的干重較CK顯著增加了13.64%，張雜10號的干重在處理NT3時效果最好、增加了9.22%，但差異不顯著。說明適宜濃度的腐植酸促進了谷子莖和根的生長，并有效提高了谷子的鮮重和干重，促進了幼苗的生長和干物質(zhì)的積累。

表2 腐植酸浸種對谷子幼苗生長的影響Table 2 Effects of HA on seedlings growth of foxtail millet

2.3 腐植酸浸種對干旱脅迫下谷子種子萌發(fā)的影響

由表3可知，干旱脅迫下(T0)，晉谷21號和張雜10號的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)顯著低于正常供水處理(CK)，分別降低了16.50%、9.74%、8.11%、27.86%和45.07%、7.76%、24.09%、31.14%，說明干旱脅迫對2個品種谷子的萌發(fā)能力具有抑制作用。

2個品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)隨HA濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中，T2處理晉谷21號的發(fā)芽勢和活力指數(shù)分別較T0顯著提高18.60%、22.57%，T1-T5發(fā)芽率均高于T0，且在T3時顯著增加了9.8%；T1-T3處理張雜10號的發(fā)芽勢均顯著高于T0，且在T2時效果最好,增加了43.6%，而T1-T5處理萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)均顯著高于T0，且在T4和T2時效果最好,分別增加了13.85%、41.00%。晉谷21號的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)和張雜10號的發(fā)芽率、活力指數(shù)在最佳處理時(T2或T3)，與正常供水CK處理相比差異不顯著，表明適宜濃度的腐植酸顯著緩解了干旱脅迫對種子萌發(fā)的抑制作用。

2.4 腐植酸浸種對干旱脅迫下谷子幼苗生長的影響

由表4可知，干旱脅迫顯著抑制了晉谷21號和張雜10號芽和根的生長，晉谷21號芽長和根長較CK分別降低了21.42%、19.98%，張雜10號分別降低了22.25%、18.62%，且差異顯著；干旱處理后2個品種的鮮重和干重顯著降低，較CK分別降低了19.33%、20.87%和24.73%、10.45%。

干旱脅迫下，隨著腐植酸濃度的增加，晉谷21號和張雜10號的芽長、根長、鮮重、干重呈先升高后降低的趨勢。在HA處理為T1-T4時，晉谷21號的芽長、根長、干重均顯著高于T0處理，且芽長、根長分別在T2、T4效果最佳，分別提高了17.38%、19.28%，干重在T3顯著提高了23.88%；張雜10號的芽長、根長、鮮重在T3處理效果最佳，分別較T0提高了25.01%、13.65%、10.13%，且差異顯著。干旱脅迫后，腐植酸處理對2個品種根的生長效果最為明顯，與正常供水CK相比差異不顯著，說明腐植酸浸種可提高水分利用效率，促進谷子根的生長，緩解干旱脅迫對谷子生長造成的傷害。

2.5 腐植酸浸種對干旱脅迫下谷子抗旱指數(shù)的影響

如圖1A、圖1B所示，干旱脅迫下，晉谷21號和張雜10號萌發(fā)抗旱指數(shù)、活力抗旱指數(shù)隨著腐植酸濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。晉谷21號萌發(fā)抗旱指數(shù)T2-T3處理高于T0處理，但差異不顯著，其它處理均低于T0處理；張雜10號萌發(fā)抗旱指數(shù)T1-T4處理均顯著高于T0處理， T4處理效果最佳比T0顯著增加了13.76%。晉谷21號活力抗旱指數(shù)T2處理較T0顯著增加了22.49%，張雜10號活力抗旱指數(shù) T1-T5處理均顯著高于T0處理，T2處理效果最佳，較T0顯著增加了40.85%。說明適宜濃度的腐植酸可顯著提高谷子的萌發(fā)抗旱指數(shù)和活力抗旱指數(shù)，有效緩解了干旱脅迫對谷子萌發(fā)的抑制作用。

表3 腐植酸浸種對干旱脅迫下谷子種子萌發(fā)的影響Table 3 Effects of HA on seed germination of foxtail millet under drought stress

表4 腐植酸浸種對干旱脅迫下谷子幼苗生長的影響Table 4 Effects of HA on seedlings growth of foxtail millet under drought stress

圖1 腐植酸對干旱脅迫下谷子抗旱指數(shù)的影響Fig.1 Effects of HA on drought resistance index of foxtail millet

2.6 抗旱性指標(biāo)隸屬函數(shù)值法評價

干旱脅迫下，以不同濃度HA處理谷子萌發(fā)期各萌發(fā)指標(biāo)及幼苗生長指標(biāo)為依據(jù)，采用隸屬函數(shù)值法對晉谷21號和張雜10號分別進行綜合分析。由表5可知，2個品種隸屬函數(shù)平均值隨HA濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，晉谷21號T2處理隸屬函數(shù)平均值達到0.98，張雜10號T2、T3處理的平均值分別達0.90、0.91，明顯高于其它處理。綜合分析，干旱脅迫下腐植酸對谷子的最佳處理濃度為T2(100 mg·L-1)。

3 討論與結(jié)論

種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢是衡量種子品質(zhì)的指標(biāo)，發(fā)芽勢高的種子代表萌發(fā)后發(fā)芽整齊均勻[18]；萌發(fā)指數(shù)綜合了種子的萌發(fā)數(shù)量、速度及整齊度等3個因素[19]；活力指數(shù)代表了種子萌發(fā)的潛勢、生長和生產(chǎn)潛力[20]。種子萌發(fā)后的芽長、根長、鮮重和干重是其幼苗生長的重要指標(biāo)。腐植酸可提高燕麥的發(fā)芽率[21]，可顯著提高小麥種子活力[22]，

表5 谷子抗旱指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評價Table 5 Membership function value of value droughe resistances and comprehensive evaluation of foxtail millet

并促進小麥和玉米等的根系生長[23]。本研究表明，不同濃度腐植酸浸種處理提高了晉谷21號和張雜10號的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)，其中T2-T3處理效果顯著，說明適宜濃度的腐植酸浸種可明顯提高谷子的萌發(fā)能力，但品種間存在差異，張雜10號更為敏感、效果更好，可能的原因在于張雜10號本身的發(fā)芽勢、發(fā)芽率等萌發(fā)指標(biāo)低于晉谷21號。結(jié)果也表明，適宜濃度的腐植酸促進了谷子莖和根的生長，并有效提高了谷子的鮮重和干重，促進了幼苗的生長和干物質(zhì)的積累，對谷子種子萌發(fā)和幼苗生長具有明顯的促進作用。

種子萌發(fā)對水分虧缺較為敏感，干旱脅迫會顯著抑制種子的萌發(fā)及幼苗的生長。研究表明，滲透脅迫條件下萌發(fā)率可作為快速鑒定谷子抗旱性的篩選指標(biāo)[24]。高汝勇等[25]利用PEG模擬干旱脅迫對12個谷子品種進行抗旱性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干旱脅迫對谷子各品種的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根長、苗高、鮮質(zhì)量、活力指數(shù)等均有明顯的抑制作用，且這6個指標(biāo)可作為谷子萌發(fā)期抗旱性的鑒定指標(biāo)。研究也表明，黃腐酸浸種可顯著提高干旱脅迫下紫花苜蓿種子的抗旱性[13]，且在大田生產(chǎn)中，黃腐酸浸種可有效促進燕麥和谷子的出苗，提高大田出苗率，可補償干旱造成的水分缺失[26]。本研究表明，與正常水分條件相比，干旱脅迫對晉谷21號和張雜10號的種子萌發(fā)有明顯的抑制作用，腐植酸浸種處理后2個品種的種子發(fā)芽勢、活力指數(shù)、芽長、根長均有所提高，其中HA 100 mg·L-1和200 mg·L-1處理濃度效果最佳，表明適宜濃度的腐植酸對晉谷21號和張雜10號種子萌發(fā)及幼苗生長具有明顯的促進作用，腐植酸能促進種子萌發(fā)和幼苗生長，在于腐植酸具有親水性的官能團，對水分有較強的吸附能力[27]，為種子萌發(fā)提供了更多的水分保證。

抗旱指數(shù)是衡量作物抗旱性的重要指標(biāo)，包括萌發(fā)抗旱指數(shù)和活力抗旱指數(shù)，張宇君等[28]利用萌發(fā)抗旱指數(shù)、活力抗旱指數(shù)等7個指標(biāo)構(gòu)建了燕麥萌發(fā)期抗旱性評價體系。本研究表明，干旱脅迫后，腐植酸浸種可顯著提高晉谷21號和張雜10號2個品種的萌發(fā)抗旱指數(shù)和活力抗旱指數(shù)，腐植酸濃度為100 mg·L-1時對晉谷21號效果最佳，而腐植酸濃度為50～300 mg·L-1對張雜10號作用均差異顯著。但要準確定義谷子的抗旱性單靠抗旱指標(biāo)還遠遠不夠，本研究采用隸屬函數(shù)值法，進行多指標(biāo)的綜合評價，可消除單一指標(biāo)的片面性，更具可行性和可靠性[29]，結(jié)果表明100 mg·L-1的腐植酸對晉谷21號效果最佳，100～200 mg·L-1的腐植酸對張雜10號的效果最佳，更為準確地確定了腐植酸提高谷子抗旱性的最佳作用濃度。隸屬函數(shù)值法在篩選抗性品種[30]、評價作物抗性[31]等方面都有廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，腐植酸可明顯提高谷子的萌發(fā)能力和幼苗生長。干旱脅迫下，腐植酸浸種明顯提高了谷子種子發(fā)芽勢、活力指數(shù)、芽長、根長。結(jié)果表明，100 mg·L-1腐植酸對干旱脅迫下谷子萌發(fā)及幼苗生長有明顯的促進作用，提高水分利用效率，有效緩解了干旱脅迫對谷子萌發(fā)和幼苗生長的抑制作用，提高了谷子的抗旱性，為腐植酸在大田生產(chǎn)中的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。