PEG不同处理对玉米萌发的影响

李 安， 舒建虹， 刘晓霞， 田 方， 路雪萍， 王小利

(1.贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院，山地植物资源保护与保护种质创新教育部重点实验室，山地生态与农业生物工程协同创新中心， 贵阳 550006； 2.贵州省农业科学院草业研究所， 贵阳 550006)

玉米是我国重要的粮饲作物，在全国大面积种植，可作为工业原料、食品、牲畜饲料，在我国粮饲生产和农业产业结构方面发挥着重要作用。玉米种子糖分和水分较高，干物质较少，籽粒干瘪，致使其种子萌发吸水能力差，出苗困难，苗期生长纤弱，多数作物干旱胁迫反应敏感的关键时期都是芽苗期[1]，干旱胁迫下往往造成作物种子发芽困难，致使幼苗的根系、叶片等形态学特征发生变化，出现叶面积下降、株高变矮现象。玉米种子萌发和出苗困难是制约其在干旱地区生产的关键环节，针对这一问题除在抗旱品种选育方面不断努力外，采用种子保水丸剂[2]及针对特定作物筛选可增强其抗旱性的植物根际促生菌[3]。聚乙二醇(PEG-6000)具有良好的水溶性、润滑性、保湿性、分散性且与多种有机物组分有良好的相容性，常作为玉米萌发期抗旱性研究中模拟自然干旱胁迫的物质[4-8]。因为玉米抗旱种质的筛选以及能促进玉米抗旱性的植物根际促生菌的筛选试验中干旱条件的选择十分重要，所以玉米发芽过程中PEG浓度对于玉米干旱胁迫条件的控制与模拟有重要意义。在筛选促进玉米抗旱性的植物根际促生菌的试验中，控制无菌条件是保证该试验顺利的重要标准。需要针对PEG选择合适的灭菌方式，采用过滤灭菌的方式不会改变PEG的性质，但进行大量灭菌的难度较大，高压蒸汽灭菌的方式虽能够大量进行灭菌，有效减轻试验的工作量，但采用高压蒸汽灭菌是否改变其性质，在试验中能否实现干旱条件的模拟需要进行探索。综上所述，探索不同灭菌方式及不同浓度的PEG对玉米萌发的影响，对于后续玉米抗旱种质的筛选以及促进玉米抗旱性的植物根际促生菌的试验有着指导性的意义。

1 试验材料与方法

1.1 材 料

供试玉米种子为金玉818，由贵州省农业科学院旱粮所提供。

1.2 PEG-6000制备

配制5%、10%、15%、20%的PEG-6000，分别采用过滤灭菌与高压蒸汽灭菌两种方式灭菌。

1.3 种子预处理

选取籽粒饱满、大小均匀的玉米种子浸于10%次氯酸钠溶液中消毒20 min，再用无菌水洗涤3～5遍[9]，自然晾干备用。

1.4 试验处理

采用PEG-6000模拟水分胁迫法，试验设置0(ck，无菌水)、5%、10%、15%、20%等5个浓度过滤除菌及高压蒸汽除菌的PEG溶液。每个处理3次重复，每个重复45粒种子，于(25±1)℃恒温光照培养箱内培养。记录种子起始萌发的时间，每日记录发芽情况，直至不再发芽为止。

1.5 测量指标及方法

自播种起每日记录其发芽数和发霉数，待不再发芽时相互比较芽长及根长，并称量其鲜重后置于烘箱105 ℃烘干至恒重。计数发芽指数及活力指数计算公式为：

发芽指数=∑(Gt/Dt)，其中Gt是t天时种子萌发的数量，Dt代表播种后天数。

活力指数=发芽指数×鲜重。

幼苗含水量=[(SL-G)/SL]×100%,SL为幼苗鲜重，G为幼苗干重。

2 数据统计及分析

试验数据采用Excel 2016软件进行统计，方差分析采用SPSS软件分析。分别计算单项指标抗旱系数、综合抗旱系数、抗旱指数、隶属函数值、抗旱性量度值。

3 结果与分析

3.1 两种不同的灭菌方式以及在不同PEG浓度梯度下的玉米萌发情况

图1、图2为采用过滤灭菌以及高压蒸汽灭菌的不同浓度的PEG对玉米种子萌发过程中的干旱胁迫记录图。结果显示，不同浓度梯度的PEG对玉米的萌发有着不同程度的影响，两种灭菌方式对玉米苗的长势均有明显的影响。值得注意的是低浓度的PEG对玉米的萌发影响较小，图中显示，对照组芽尖干枯，而PEG处理下并未出现这种情况，说明两种灭菌方式的低浓度PEG均可作为种子萌发过程中的保水剂，利于种子萌发过程中的生长。

图1 PEG过滤除菌模拟不同干旱梯度下玉米发芽长势

图2 PEG高压蒸汽除菌模拟不同干旱梯度下的玉米发芽长势

3.2 不同的灭菌方式在不同PEG浓度梯度下的玉米发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量

PEG引发种子在干旱胁迫条件下对玉米种子萌发存在较大影响(表1)。不同的PEG浓度梯度，玉米种子的发芽率在处理3 d后，发芽率均显著(p<0.05)小于对照组，高压蒸汽灭菌与过滤除菌的PEG处理下，各相同浓度下的差异不显著，同时各浓度梯度之间差异不显著。处理6 d后，发芽率均显著小于对照组，高压蒸汽灭菌的PEG处理下玉米种子的发芽率随着浓度梯度的增大逐渐显著减小，高压蒸汽灭菌与过滤除菌的PEG处理下，玉米种子发芽率在相同浓度下出现显著性差异。其中在PEG浓度为5%处理下，高压蒸汽灭菌显著高于过滤除菌的PEG处理下玉米种子发芽率，在PEG浓度为15%处理下，高压蒸汽灭菌显著低于过滤除菌的PEG处理下玉米种子发芽率。处理12 d后，PEG浓度为5%处理下与对照组玉米发芽率无显著差异，其余处理下发芽率均显著小于对照组。发芽结束后，测得玉米种子发芽指数、活力指数以及幼苗含水量，结果见表1。玉米种子的发芽指数随着PEG浓度的增加显著减小，高压蒸汽灭菌与过滤除菌的PEG处理下，玉米种子发芽率在各相同浓度下出现显著性差异，其中过滤除菌的PEG浓度在15%、20%处理下均显著高于高压蒸汽灭菌的PEG处理下玉米种子发芽指数，而在PEG浓度为5%处理下，高压蒸汽灭菌的PEG处理下，玉米种子发芽指数显著高于过滤除菌的PEG浓度处理。不同的灭菌方式以及在不同PEG浓度梯度下，对玉米活力指数的影响与对玉米发芽指数的影响存在相同的趋势。不同点在于PEG的保水性，所以实验组活力指数显著高于对照组，同时高压蒸汽灭菌与过滤除菌的PEG处理下，玉米种子活力指数在各相同浓度下出现显著性差异。不同的灭菌方式以及在不同PEG浓度梯度下，对玉米幼苗含水量的影响在低浓度PEG处理下差异不显著，但在15%、20%浓度PEG处理下，其玉米幼苗含水量均显著减小。以上结果表明，不同浓度的PEG处理下玉米发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量均有一定程度的减小。如表2、表3所示，不同灭菌处理的PEG处理下引发种子对干旱胁迫下甜玉米萌发的各项生长指标相关性分析可知，高压蒸汽灭菌与过滤除菌的PEG处理下玉米种子发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量均与PEG浓度呈显著负相关，而发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量等各项指标之间均呈显著正相关。

表1 PEG引发种子对干旱胁迫下甜玉米种子萌发的影响

表2 高压蒸汽灭菌的PEG处理下甜玉米萌发生长指标相关性分析

表3 过滤除菌的PEG处理下甜玉米萌发生长指标相关性分析

3.3 不同的灭菌方式在不同PEG浓度梯度下玉米发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量等指标筛选

对不同的灭菌方式以及在不同PEG浓度梯度下的玉米发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量等指标进行主成分分析。本试验高压蒸汽灭菌与过滤除菌的PEG处理都提取了1个主成分(表4和表5)，其第一主成分的特征值分别为5.075、5.395，贡献率分别为84.587%、89.92%，对应特征向量中,数量较大且两种对PEG的灭菌方式共有指标有发芽指数、处理6 d后的发芽率。两种对PEG的灭菌方式的1个主成分的累计贡献率分别为84.587%、89.92%，基本包含了所测指标的全部信息。综上，不同灭菌方式及不同浓度梯度的PEG处理玉米后，主要影响着玉米萌发过程中的发芽指数和处理6 d后的发芽率。

表4 各因子载荷矩阵

表5 主成分分析

3.4 不同灭菌方式在不同PEG浓度梯度下玉米萌发的程度

如图3所示，不同的灭菌方式及不同的PEG浓度下所模拟的干旱胁迫水平，可以大致分为3个胁迫水平，其中过滤灭菌和高压蒸汽灭菌的5%PEG与无菌水为轻微胁迫水平。

注：“*”代表PEG灭菌方式为过滤灭菌，不带“*”表示PEG灭菌方式为高压蒸汽灭菌。图3 聚类分析

4 讨 论

本研究通过记录玉米萌发过程中发芽率、发芽指数、活力指数等种子发芽中的重要评价指标。结果表明，不同的灭菌方式下，PEG对玉米的萌发均存在不同影响。在不同灭菌方式下，玉米种子发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量均与PEG浓度呈显著负相关，发芽率、发芽指数、活力指数以及幼苗含水量等各项指标之间均呈显著正相关，本结果与魏波等[11]对于PEG模拟干旱条件下红花种子萌发特性的比较研究的结果相似，值得关注的是，两种灭菌方式得到的结果相似。玉米的萌发过程中，两种灭菌方式对玉米的发芽指标影响存在显著差异，经过主成分分析结果可知，不同灭菌方式下PEG胁迫对玉米的萌发有着主要影响的是发芽指数和发芽6 d后的发芽率，根据这两个主要影响指标与方差分析结果显示，按照不同字母来区别划分3个不同程度的胁迫水平，由6 d后的发芽率作为指标区分，过滤灭菌和高压蒸汽灭菌，5%PEG可为轻微胁迫水平，10%、15%PEG分为中度胁迫水平，20%PEG可分为重度胁迫水平。由发芽指数作为指标区分结果与根据聚类分析结果一致，过滤灭菌和高压蒸汽灭菌的5%PEG与无菌水为轻微胁迫水平，过滤灭菌和高压蒸汽灭菌的10%PEG与过滤灭菌15%PEG为中度胁迫水平，过滤灭菌和高压蒸汽灭菌的20%PEG与高压蒸汽灭菌15%PEG为重度胁迫水平。值得关注的是，采用过滤灭菌和高压蒸汽灭菌的PEG-6000在相同的浓度梯度下的胁迫基本在同一胁迫水平，对于采用直接高压蒸汽灭菌提高试验效率有较高的参考价值。同时于惠琳等[2]已经对PEG引发种子对干旱逆境下甜玉米萌发及幼苗生长的生理调节进行了研究，结果阐明，PEG引发种子提高了萌发能力，增强了其幼苗对干旱逆境的抵御能力。其原因在于PEG的保水性，使水分的挥发速度减慢，利用PEG作为种子保水剂存在着参考价值，与过滤除菌相比，利用高压蒸汽灭菌的方式更能提高试验以及实际的种子播种效率。设置干旱胁迫浓度梯度PEG-6000的植物干旱试验，需要相对高浓度梯度的实验确保达到适宜干旱条件，本试验中设置15%PEG浓度梯度适应于中度胁迫的具体试验，而对于高度胁迫则需要设置20%PEG浓度梯度，以便于更加明确之后深入的干旱胁迫研究。

5 结 论

综上所述，对PEG进行高压蒸汽灭菌与过滤灭菌都可用于玉米萌发过程中的干旱胁迫模拟，其中15%PEG适合用于模拟中度胁迫，20%PEG适合用于模拟重度胁迫。