孔佳茜，趙銘森，孟曉康，高金虎，馮旭平，薛紅麗，康紅梅

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟作物研究所，山西 汾陽 032200)

眾多非生物脅迫中，干旱作為最重要的逆境因子之一，嚴重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展。我國水資源匱乏且分布不均，特別是近年來連續(xù)遭受嚴重干旱，所以干旱已成為制約我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素之一[1]。

大麻(CannabissativaL.)為一年生草本植物，也被稱為漢麻，國際上把雌株花序中四氫大麻酚(THC)含量低于0.3%的大麻叫工業(yè)大麻。其花、葉、根、籽粒、韌皮纖維及稈芯均有較好的開發(fā)利用價值，是一種經(jīng)濟價值極高的作物[2]。大麻纖維可用于紡織、造紙，稈芯可以用于建筑材料；籽?？捎糜谡ビ汀⒓庸な称返?。大麻籽油可食用、制作化妝品或作為生物柴油[3]。除此之外，大麻還具有極高的藥用價值，在我國已有幾千年藥用歷史，大麻葉、花、皮、根及大麻仁等均可入藥[4]；研究發(fā)現(xiàn)，大麻中的大麻二酚(CBD)具有抗驚厥、抗焦慮、鎮(zhèn)痛等作用[5,6]，對帕金森綜合征、風(fēng)濕等疾病也有一定的治療作用，由此可見，工業(yè)大麻可作為功能食品及藥品的重要原料[7,8]。

近年來，我國耕地面積逐漸減少，為避免與糧食作物爭地，工業(yè)大麻只能在山坡旱地種植發(fā)展[9]，于是干旱逐漸成為限制其產(chǎn)量的主要因素之一。因此，研究大麻抗旱機制，提高大麻抗旱能力對提高山坡旱地大麻種植效益至關(guān)重要。種子萌發(fā)是植物生長周期的起始階段，關(guān)系著植物后期的營養(yǎng)生長和生殖生長，同時也是較易受干旱脅迫影響的時期[10]。所以，對植物種子萌發(fā)期進行抗旱性研究具有重要意義[1]。本研究利用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，對5個大麻品種進行了種子發(fā)芽及幼苗生長期的干旱抗性試驗，初步探究了5個品種大麻種子在不同程度干旱脅迫下的萌發(fā)及幼苗生長情況，為山坡旱地選用適宜種植工業(yè)大麻品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試品種5個：4個選育品種(晉麻1號、汾麻3號、慶麻1號、火麻1號)，1個農(nóng)家品種(臨縣小麻)。晉麻1號、汾麻3號為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所選育。

1.2 PEG模擬干旱脅迫處理

本試驗采用聚乙二醇(PEG-6000)模擬干旱脅迫法[11-13]，設(shè)置PEG質(zhì)量分數(shù)分別為0、5%、10%、15%、20%和25%的6個濃度的PEG溶液，其中0為無菌水，作為對照。每個處理設(shè)3次重復(fù)。

每個品種選取籽粒飽滿、大小均勻的大麻種子540粒，用70%的酒精消毒，然后用無菌水沖洗4～5次(每次沖洗2～3 min)，蒸餾水浸泡過夜，然后放在濾紙上晾干。在直徑9 cm的培養(yǎng)皿(洗凈烘干、雙層濾紙做發(fā)芽床)中分別加入15 mL上述不同濃度的PEG溶液，待濾紙被充分浸潤后，每皿均勻擺放30粒種子，放在25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。

培養(yǎng)期間，每天以稱重法向培養(yǎng)皿中補充PEG溶液[12]，以保持培養(yǎng)皿內(nèi)適宜水分。

1.3 萌發(fā)指標測定

培養(yǎng)期間連續(xù)觀察，每天定時統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)(以胚根突破種皮長度超過種子本身長度作為種子萌發(fā)的標準)，計算種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。各項指標計算公式如下：

發(fā)芽勢(%)=(G3/N)×100%；

發(fā)芽率(%)=(G7/N)×100%；

相對發(fā)芽勢(%)=(處理發(fā)芽勢/對照發(fā)芽勢)×100%；

相對發(fā)芽率(%)=(處理發(fā)芽率/對照發(fā)芽率)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt；

活力指數(shù)=根長×∑Gt/Dt；

相對發(fā)芽指數(shù)(%)=(處理發(fā)芽指數(shù)/對照發(fā)芽指數(shù))×100%；

相對活力指數(shù)(%)=(處理活力指數(shù)/對照活力指數(shù))×100%；

式中：G3為第3天每皿發(fā)芽種子數(shù)；N為每皿種子數(shù)；G7為第7天每皿發(fā)芽種子數(shù)；Gt為第t天發(fā)芽種子數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)。

1.4 生長指標測定

發(fā)芽結(jié)束后，每個重復(fù)隨機選取10株幼苗測定其莖長、根長、莖重、根重。

1.5 抗旱性綜合評價

采用隸屬函數(shù)法[12,14]對5個大麻品種種子萌發(fā)期抗旱性進行綜合評價。利用公式計算每個品種在不同濃度PEG脅迫下的隸屬函數(shù)值：

Y(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

A=∑Y(μ)/n

式中：X為某一指標的平均值；Xmin為該指標的最小值；Xmax為該指標的最大值，Y(μ)為某一品種某一指標的隸屬函數(shù)值，n為測定指標數(shù)，A為某一品種的平均隸屬函數(shù)值。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件和SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，顯著性檢驗采用Duncan法，用Excel軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PEG對5個大麻品種種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽率和發(fā)芽勢是評定種子發(fā)芽能力及種子質(zhì)量等級的重要指標之一。在不同濃度PEG脅迫下，5個工業(yè)大麻品種的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均呈先增加后降低趨勢(表1)。晉麻1號、臨縣小麻在PEG濃度10%脅迫下，發(fā)芽率和發(fā)芽勢均達到最高，與ck相比，晉麻1號差異不顯著(p>0.05)，臨縣小麻差異顯著(p<0.05)；汾麻3號在PEG濃度為10%和15%脅迫下，發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別達到最高，與ck相比，發(fā)芽勢差異不顯著(p>0.05)，發(fā)芽率差異顯著(p<0.05)；火麻1號在PEG濃度為5%和15%脅迫下，發(fā)芽勢和發(fā)芽率分別達到最高，與ck相比，差異均不顯著(p>0.05)；慶麻1號在PEG濃度為5%脅迫下，發(fā)芽率和發(fā)芽勢均達到最高，與ck相比差異不顯著(p>0.05)。5個品種在高濃度PEG脅迫下，均隨著PEG濃度的增加呈降低的趨勢，均在PEG濃度為25%脅迫下，發(fā)芽率和發(fā)芽勢達到最低，與ck相比差異顯著(p<0.05)。

表1 不同PEG濃度下大麻種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢

相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢可以更加直觀地評定種子發(fā)芽能力及質(zhì)量。從圖1可以看出，5個品種在PEG濃度為5%和10%脅迫下，相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均高于對照；在15%濃度脅迫下，晉麻1號的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均低于對照，其余品種均高于對照，但差異不顯著(p>0.05)，說明低濃度的PEG對這5個大麻品種發(fā)芽率的影響不大，對種子萌發(fā)還有一定的促進作用。而隨著PEG濃度的增加，5個品種種子的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均呈降低趨勢，其中晉麻1號、火麻1號、臨縣小麻下降幅度較大，而且在25%濃度下5個品種的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽勢均最低，說明高濃度的PEG對大麻種子的萌發(fā)具有抑制作用，且抑制作用隨著PEG濃度的增加而增強。

圖1 不同PEG濃度下大麻品種的種子相對發(fā)芽率及相對發(fā)芽勢

2.2 不同濃度PEG對5個大麻品種種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

植物的發(fā)芽指數(shù)可以用來衡量該種植物的發(fā)芽能力及活力。如圖2 A所示，5個品種在PEG濃度為5%和10%脅迫下，相對發(fā)芽指數(shù)均高于對照；在15%濃度脅迫下，晉麻1號的相對發(fā)芽指數(shù)低于對照，其余品種均高于對照；但差異都不顯著(p>0.05)。隨著PEG濃度的增加，5個品種種子的相對發(fā)芽指數(shù)均呈降低趨勢，且在25%濃度下均達到最低值。由圖2 B可知，5個品種在PEG 5%脅迫下，相對活力指數(shù)均高于對照；隨著PEG濃度的增加，5個品種種子的相對活力指數(shù)均呈降低趨勢，且在25%濃度下均為最低值。說明低濃度PEG對種子萌發(fā)具有一定的促進作用，高濃度PEG抑制種子的萌發(fā)。

圖2 不同PEG濃度下大麻品種的種子相對發(fā)芽指數(shù)及相對活力指數(shù)

2.3 不同濃度PEG對5個大麻品種種子萌發(fā)生長指標的影響

如圖3 A、C所示，不同濃度PEG處理下，各品種的莖長、莖重均隨PEG濃度的增加呈降低趨勢，并且與ck相比差異顯著(除汾麻3號PEG 5%濃度外)(p<0.05)。汾麻3號在20%和25%處理間差異不顯著(p>0.05)，其余品種在15%濃度以上各處理間差異均不顯著(p>0.05)，說明PEG濃度達15%或20%時已嚴重抑制莖的生長。圖3 B、D所示，不同濃度PEG處理下，各品種根長在5%PEG脅迫下有所增加，之后隨PEG濃度增加呈降低趨勢，而各品種的根重均隨PEG濃度的增加呈降低趨勢，與根長相比，根重在PEG 10%濃度以上時已嚴重降低，這與檢測時直觀觀察PEG 10%及以上時根部纖細一致。與其他品種相比，晉麻1號的莖最長，慶麻1號根最長，汾麻3號莖最重，慶麻1號根最重。

圖3 不同PEG濃度下大麻品種的種子萌發(fā)生長指標

2.4 抗旱性綜合評價

種子萌發(fā)期的抗旱性是多種因素共同影響的結(jié)果，用單一指標來評價不同品種的抗旱能力存在一定的片面性[15]。本研究利用隸屬函數(shù)法對5個大麻品種種子萌發(fā)期相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)、莖長、根長、莖重、根重8個指標進行抗旱性綜合評價。由表2可知，5個大麻品種種子萌發(fā)期抗旱性表現(xiàn)依次為：汾麻3號>晉麻1號=慶麻1號>臨縣小麻>火麻1號，并且根據(jù)抗旱隸屬函數(shù)平均值的分級標準[16]，火麻1號、臨縣小麻屬于中抗旱型，汾麻3號、晉麻1號和慶麻1號屬于抗旱型。

表2 大麻種子萌發(fā)期抗旱性的綜合評價

3 結(jié)論與討論

聚乙二醇(Polyethyleneglycol，PEG)是一種高分子聚合物，親水性好，加入水中可降低溶液水勢，對植株造成干旱脅迫。PEG-6000分子較大，不能通過植物細胞壁而進入細胞內(nèi)，且對細胞無毒害。因此，PEG-6000模擬干旱脅迫已成為植物種子萌發(fā)期抗旱性研究的重要方法，在水稻[16]、小麥[17]、玉米[18,19]、花生[20,21]、向日葵[1]等多種作物種子的抗旱性研究中得到廣泛應(yīng)用。本研究設(shè)置6個不同濃度PEG溶液來模擬干旱脅迫，對5個大麻品種種子的萌發(fā)特性進行分析，結(jié)果表明，在PEG濃度較低時，大麻的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及根長均有一定程度的增加，表明低濃度PEG溶液有對大麻種子萌發(fā)有一定的促進作用，這可能與PEG能夠作為滲透調(diào)節(jié)劑來調(diào)控細胞吸水的程度和狀態(tài)，能使種子的吸水趨于穩(wěn)定和同步化，進而提高種子萌發(fā)率和整齊率有關(guān)[1]。這與錢森和等[22]、劉新星等[23]、杜光輝等[13]、楊旭東等[1]的研究結(jié)果一致。本研究結(jié)果還表明，隨著PEG濃度的增加，各品種種子的上述指標均有降低趨勢，表明高濃度的PEG溶液會對大麻種子的萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用。且PEG對種子萌發(fā)的影響還因種質(zhì)材料的不同而有所差異，反映不同品種本身抗旱性具有差異性。

種子萌發(fā)后，植物的根、莖生長量是表征植物應(yīng)答干旱脅迫能力的指標之一[24]。本研究中，隨著PEG濃度的提高，5個品種幼苗的莖長、莖重、根重明顯降低，這與耿廣東等[25]、王俊娟等[26]的研究結(jié)果一致。隨著PEG濃度的提高，5個品種幼苗的根長先增加后降低，這與閆春娟等[27]的研究結(jié)果一致。PEG對根、莖生長的影響也因品種的不同而異。

植物種子萌發(fā)期的抗旱性受多種因素影響，不同植物品種對某一具體指標的抗旱反應(yīng)能力均不相同，所以采用單一指標對不同品種的抗旱能力進行評價具有一定的片面性[12,28]。隸屬函數(shù)法可以消除個別指標的片面性，且隸屬函數(shù)值是一個0和1之間的數(shù)字，使品種間的比較變得簡單[29]，越來越多的學(xué)者采用隸屬函數(shù)法對植物的抗旱性進行綜合評價[19,30,12]。本試驗利用8個指標(相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)、莖長、根長、莖重、根重)結(jié)合隸屬函數(shù)法，對5個大麻品種的抗旱性進行評價，結(jié)果5個大麻品種種子在萌發(fā)期的抗旱性表現(xiàn)依次為：汾麻3號>晉麻1號=慶麻1號>臨縣小麻>火麻1號，并且根據(jù)抗旱隸屬函數(shù)平均值的分級標準[16]，火麻1號、臨縣小麻屬于中抗旱型，汾麻3號、晉麻1號和慶麻1號屬于抗旱型。