屈佳偉,高聚林,于曉芳,孫繼穎,王志剛,王 振,田 磊
(內蒙古農業(yè)大學農學院,內蒙古呼和浩特 010019)
干旱是氣候變化最不可預測、不可避免的非生物脅迫之一,也是世界范圍內限制作物產量的主要因素之一。每年因干旱造成的糧食減產近乎其他所有非生物脅迫因子的總和[1],干旱嚴重威脅我國糧食安全。玉米是全球種植最廣泛的作物之一,是我國極其重要的糧食、飼料、經濟兼用型作物。進入21 世紀以來,干旱發(fā)生頻次和程度呈加劇趨勢,嚴重影響玉米的生長發(fā)育和產量[2]。因此,研究提高玉米抗旱性的措施,對于保障玉米穩(wěn)產增產具有十分重要的意義。
干旱脅迫對植物的傷害主要表現(xiàn)為細胞脫水、膜系統(tǒng)受破壞以及酶活性受影響,干旱導致細胞代謝紊亂,影響植物的生長發(fā)育[3]。近年來,植物生長調節(jié)劑因其顯著、高效的調節(jié)效應被廣泛應用于農業(yè)生產[4]。在提高作物抗逆能力方面,植物生長調節(jié)劑如脫落酸[5-7]、烯效唑[8]、水楊酸[9-10]、甜菜堿、亞精胺[11]、乙烯利[12]、2-(3,4-二氯苯氧基)三乙胺(DCPTA)[13]等可以通過改變植物生長發(fā)育和生理活性,增強作物對環(huán)境的適應性和資源利用能力。有研究表明,干旱條件下硝普鈉[14]、氯化鈣[15]、氯化鉀[16]等無機鹽處理后的玉米,由于Na+、K+、Ca2+等無機離子的增加能夠顯著提高植物滲透調節(jié)能力,增強植株抗旱性。生長調節(jié)劑不同濃度對不同玉米品種的浸種效果不同。不同化學藥劑及濃度在不同作物上的效果也不一致,且對同一作物、不同類型藥劑的影響也有差異[17-18],對不同類型玉米均有抗旱效果的化學藥劑尚未見報道。
藥劑引發(fā)是一種提高種子抗逆性的有效處理方法。為了提高內蒙古地區(qū)春玉米苗期抗旱能力,提高玉米發(fā)芽率和出苗率,本研究采用不同藥劑對玉米種子進行引發(fā)處理,在聚乙二醇6000(PEG-6000)模擬干旱脅迫條件下,選用14 種藥劑引發(fā),篩選出對不同抗旱性品種均有效果的化控調節(jié)劑,旨在為解決春旱區(qū)玉米種子出苗問題及抗旱種衣劑的研發(fā)提供參考。
試驗所用聚乙二醇6000 (PEG-6000)由BIOSHARP 公司提供;玉米種子先玉335(XY335)由真金種業(yè)提供,科河8 號(KH8)由科河種業(yè)提供;供試14 種化學藥劑來源見表1。
選取籽粒飽滿、均勻一致的玉米種子300 粒,用10%H2O2消毒15 min,蒸餾水沖洗干凈浸泡在不同濃度的供試化學藥劑中,18 ℃下引發(fā)24 h,之后用蒸餾水將種子沖洗干凈,濾紙吸干種子表面水分,室溫下晾干1 d,待用。每種藥劑引發(fā)的種子各取100 粒,50 粒置于發(fā)芽盒中加入濃度為25%的PEG-6000 溶液,進行引發(fā)試驗;50 粒加入適量的蒸餾水,進行發(fā)芽試驗。以蒸餾水引發(fā)處理的種子作對照1(CK1),以未進行引發(fā)處理的種子作對照2(CK2)。置于25 ℃暗培養(yǎng)箱內,每隔1 d 加適量25%PEG-6000 溶液或蒸餾水以保證種子萌發(fā)的濕度,每天記錄發(fā)芽數(shù),連續(xù)8 d。
試驗待篩選的藥劑共14 種,包括生長調節(jié)劑、滲透調節(jié)劑、農藥,選擇農藥的目的是選出既有殺菌效果又有抗旱效果的試劑,每種藥劑3 個濃度(表1),共計42 個處理。試驗通過對相對發(fā)芽率指標的測定進行初篩,初篩分批次進行,每一批次CK1 和CK2數(shù)值不同,為了進行藥劑相互比較,選取相對發(fā)芽率進行分析,初篩結果發(fā)芽率高于CK1 和CK2 的5 個藥劑進行復篩。復篩對種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、萌發(fā)抗旱指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)進行測定,對照為CK1和CK2,每種處理3 次重復。
表1 供試化學藥劑名稱、濃度、代碼和生產企業(yè)
試驗測定指標的計算公式為
式中,種子萌發(fā)指數(shù)=(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8,nd2、nd4、nd6、nd8 分別為第2、4、6、8 天的種子萌發(fā)率。
式中,Gt為求和發(fā)芽數(shù);Dt 為發(fā)芽天數(shù)。
2.1.1 不同藥劑處理XY335 種子的相對發(fā)芽率 由圖1 可知,42 個處理組合分布在不同象限,第1 象限的處理組合表示種子相對發(fā)芽率既高于CK1,又高于CK2,符合篩選目標,篩選出來的藥劑組合見表2。由表2 可知,8 種藥劑不同濃度處理中XY335的相對發(fā)芽率與CK1 相比,增加幅度最高的藥劑處理為烯效唑100 mg/L(D3),增加22.15%;與CK2 相比,增加幅度最高的處理為氨基寡糖素3.00 mg/L(K2),增加68.97%。
表2 XY335 引發(fā)試驗初篩選出的藥劑
圖1 不同藥劑處理對XY335 相對發(fā)芽率的影響
2.1.2 不同藥劑處理KH8 種子的相對發(fā)芽率 由圖2 可知,14 種藥劑不同濃度處理對玉米品種KH8 種子的相對發(fā)芽率存在一定影響,相對發(fā)芽率高于CK1 和CK2 的藥劑處理組合位于第1 象限,初篩得到的藥劑見表3。由表3 可知,6 種藥劑不同濃度處理KH8 的相對發(fā)芽率與CK1 相比,增加幅度最高的處理為吡唑醚菌酯3.00 mg/L(J2),增加16.84%;與CK2 相比,增加幅度最高的處理為水楊酸0.50 mmol/L(C2),增加78.27%。
表3 KH8 引發(fā)試驗初篩選出的藥劑
圖2 不同藥劑處理對KH8 相對發(fā)芽率的影響
綜合分析認為,在濃度25%聚乙二醇6000(PEG-6000)模擬干旱脅迫條件下,14 種藥劑不同濃度處理2 個玉米品種相對發(fā)芽率均高于CK1 和CK2的藥劑處理包括5 種,分別是100 mg/L 烯效唑(D3)、100 mg/L 乙烯利(E1)、200 mg/L 乙烯利(E2)、0.03 mg/L 吡唑醚菌酯(J1)、0.03 mg/L 氨基寡糖素(K1)。
2.2.1 發(fā)芽勢、發(fā)芽率 由表4 可知,在不同藥劑處理下,玉米品種XY335 種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均明顯高于KH8,100 mg/L 乙烯利處理發(fā)芽勢和發(fā)芽率顯著高于其他處理(P<0.05);100 mg/L 烯效唑處理對XY335 種子發(fā)芽勢的影響不顯著(P>0.05),但是顯著提高了種子的發(fā)芽率(P<0.05)。
表4 不同藥劑處理XY335、KH8 的發(fā)芽勢、發(fā)芽率
在不同藥劑濃度處理下,玉米品種KH8 種子的發(fā)芽勢表現(xiàn)不一致。100 mg/L 乙烯利濃度處理加快了種子的萌發(fā),發(fā)芽勢和發(fā)芽率提高最明顯,發(fā)芽勢較CK1增加了6.00 個百分點,顯著高于其他處理(P<0.05),較CK2 增加了9.33 個百分點;發(fā)芽率較CK1 增加了6.67 個百分點,較CK2 增加了28.00 個百分點,與其他處理差異顯著(P<0.05)。100 mg/L 烯效唑處理發(fā)芽勢優(yōu)勢不明顯,與CK1 比較差異不顯著(P>0.05),但發(fā)芽率顯著高于CK1(P<0.05),說明烯效唑與乙烯利相比延緩玉米種子的萌發(fā),但不影響發(fā)芽率。
2.2.2 發(fā)芽指數(shù) 由圖3 可知,在模擬干旱條件下,各處理XY335 種子的發(fā)芽指數(shù)都高于KH8,各藥劑引發(fā)處理種子發(fā)芽指數(shù)都顯著高于CK2(P<0.05)。100 mg/L 乙烯利(E1)處理種子發(fā)芽指數(shù)最大,2 個品種分別比CK1 增加46.35%(KH8) 和43.39%(XY335);其次是100 mg/L 烯效唑(D3)處理,發(fā)芽指數(shù)高于200 mg/L 乙烯利(E2)、0.03 mg/L 吡唑醚菌酯(J1)和0.03 mg/L 氨基寡糖素(K1)處理;100 mg/L烯效唑(D3)處理KH8 與CK1 差異不顯著(P>0.05),100 mg/L 烯效唑(D3)處理XY335 與CK1 差異顯著(P<0.05),2 個品種吡唑醚菌酯(J1)和氨基寡糖素(K1)處理與CK1 差異均不顯著(P>0.05)。
圖3 不同處理下不同玉米品種種子的發(fā)芽指數(shù)
2.2.3 活力指數(shù) 種子活力指數(shù)是判斷種子發(fā)芽質量的一項指標。由圖4 可知,在模擬干旱條件下,不同處理XY335 種子的活力指數(shù)要高于KH8,2 個品種活力指數(shù)均表現(xiàn)100 mg/L 乙烯利(E1)處理最大,顯著高于CK1 和CK2(P<0.05),2 個品種比CK1 分別高372.72%(KH8)和155.09%(XY335);其次是100 mg/L 烯效唑(D3)處理,種子活力指數(shù)高于其他藥劑處理,顯著高于CK1(P<0.05);200 mg/L 乙烯利(E2)、0.03 mg/L 吡唑醚菌酯(J1)以及0.03 mg/L 氨基寡糖素(K1)處理間差異不顯著(P>0.05)。
圖4 不同處理下不同玉米品種種子的活力指數(shù)
2.2.4 萌發(fā)抗旱指數(shù) 種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是萌芽期抗旱性鑒定的常用指標。由圖5 可知,不同藥劑處理對XY335 的效果要強于KH8。對于XY335,100 mg/L烯效唑(D3)處理的抗旱效果最好,與100 mg/L 乙烯利(E1)處理差異不顯著(P>0.05);對于KH8,100 mg/L 乙烯利(E1)處理的抗旱效果最好,與100 mg/L 烯效唑(D3)處理差異不顯著,說明100 mg/L烯效唑(D3)、100 mg/L 乙烯利(E1)兩個處理對種子萌發(fā)期的抗旱效果較好。
圖5 不同處理下不同玉米品種種子萌發(fā)抗旱指數(shù)
應用植物生長調節(jié)劑進行浸種,可以打破種子休眠,促進種子萌發(fā),改善種子在逆境下的生長,提高幼苗的抗逆性和抗倒伏能力。但是,由于生長調節(jié)劑的濃度和試驗材料不同,浸種處理的效果不同。烯效唑,又名優(yōu)康唑、高效唑,代號為S-3307,屬于三唑類調節(jié)劑,具有延緩生長[20]、壯苗的作用,同時具有保綠效應及保護細胞膜和細胞器的作用,能顯著緩解膜質過氧化,在提高作物抗逆性方面具有顯著作用。孫麗榮[21]研究表明,烯效唑對玉米種子萌發(fā)具有明顯的控制作用。烯效唑通過抑制種子的萌發(fā)速度,降低了發(fā)芽勢,但對發(fā)芽率的影響不大,這表明烯效唑對種子萌發(fā)的影響主要是在萌發(fā)的前期而不是在后期。本研究表明,烯效唑對種子發(fā)芽勢的影響與蒸餾水(CK1)相比,差異不顯著,說明烯效唑沒有促進種子的萌發(fā),對抑制種子的萌發(fā)表現(xiàn)也不明顯,可能由于藥劑濃度過低,沒有抑制種子的萌發(fā),與劉傳飛等[22]研究結果一致,但顯著提高了種子的發(fā)芽率,這與孫麗榮[21]研究結果一致。田文杰[23]研究表明,在乙烯利125 mg/L 和250 mg/L 兩個較低濃度下均可提高農禾518 玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。閆秋潔等[24]研究表明,100~800 mg/L的乙烯利能提高PEG-6000 脅迫下玉米種子的發(fā)芽率和幼苗長度,200 mg/L 乙烯利浸種能顯著緩解玉米幼苗在5%~15% PEG-6000 模擬下的干旱脅迫。本研究表明,乙烯利對提高干旱脅迫下種子的發(fā)芽率有顯著效果,對不同抗旱性品種均有效果的乙烯利濃度是100 mg/L,濃度增加,抗旱性降低,這與前人的研究結果不一致,分析其原因可能是本研究所用的2 個玉米品種抗旱性不同,對不同濃度的藥劑反應不同。
PEG-6000 模擬干旱脅迫條件下,各藥劑引發(fā)對先玉335 和科河8 號種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)、萌發(fā)抗旱指數(shù)均高于不引發(fā),說明藥劑浸種對提高種子的抗旱性有重要作用,且對先玉335 的效果要強于科河8 號。各藥劑中100 mg/L乙烯利和100 mg/L 烯效唑浸種處理,種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱指數(shù)對先玉335和科河8 號均有較好的效果,可以作為抗旱藥劑進一步推廣。