摘 要：【目的】分析水稻早期耐旱性鉴定指标，筛选水稻耐旱种质资源。
【方法】采用0%、15%、20%的PEG-6000溶液，鉴定31份水稻品种萌发期的抗旱性。
【结果】不同水稻品种的根长、芽长、根数和发芽率随PEG浓度增加呈下降趋势，20% PEG为水稻萌发期耐旱性鉴定浓度。将31份水稻品种划分为3大类群：第 Ⅰ 类群为萌发期抗旱型较优品种，共4份；第 Ⅱ 类群为萌发期抗旱型中等品种，共14份；第 Ⅲ 类群为萌发期抗旱型差品种，共13份。利用主成分分析法仅提取1个综合因子，累计贡献率为74.689%，其相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率均与平均总隶属函数值呈极显著正相关，4个性状为萌发期抗旱性鉴定指标。
【结论】筛选出萌发期耐旱性强的4份水稻材料23H25、23H5、23H20和23H16。
关键词：水稻；萌发期；PEG-6000；耐旱性
中图分类号：S511 ""文献标志码：A
文章编号：1001-4330（2025）01-0095-08
收稿日期（Received）：
2024-07-30
基金项目：
新疆维吾尔自治区科技支疆项目（2022E02062）；国家水稻产业技术体系乌鲁木齐综合试验站（CARS-01-75）
作者简介：
杜孝敬（1993-），男，河南商丘人，助理研究员，硕士，研究方向为稻种资源及水稻栽培，（E-mail）dxjixj@163.com
通信作者：
李冬（1982-），男，陕西商洛人，副研究员，硕士，研究方向为水稻遗传育种及栽培，（E-mail）ld1995789@sina.com
王奉斌（1968-），男，江西萍乡人，研究员，硕士，研究方向为水稻遗传育种及栽培，（E-mail）xjnkywfb@163.com
0 前 言
【研究意义】干旱胁迫是造成农作物经济损失在非生物胁迫的重要因素［1］。水稻（Oryza sativa L.）是我国主要的粮食作物之一，全国约60%的人口以稻米为食［2］。2022年我国水稻种植面积达2.945×107 hm2［3］。在水资源短缺的情况下，对现有保存的丰富水稻种质资源开展抗旱性鉴定评价与创新利用，筛选并培育节水抗旱水稻品种是缓解干旱胁迫的有效策略［4］。【前人研究进展】PEG-6000 作为一种渗透调节剂，能控制水势和模拟真实土壤的水分缺失［5］，通过调节溶液渗透压限制水分进入种子，致使细胞、组织失水，抑制种子萌发［6］，被广泛用于各类植物萌发期耐旱种质资源的鉴定和筛选。刘翔等［7］认为甘蓝型油菜的成苗率可作为芽期抗旱性的鉴定指标；侯森等［8］根据芽期耐旱性将44份谷子品种分为5个等级，并筛选出1级抗旱资源17份；魏良迪等［9］对山西40个主栽小麦品种通过PEG对芽期7个表型性状分析，筛选出抗旱性强品种21个。【本研究切入点】前人通过测定不同浓度PEG下水稻萌发期形态和生理指标的变化，对其抗旱机理的研究并筛选抗旱水稻品种的报道较多［10］，但这些文献报道以内陆省份居多［11］，而有关新疆干旱半干旱稻区萌发期抗旱性综合评价鲜有报道［12］。需分析水稻早期耐旱性鉴定指标，筛选水稻耐旱种质资源。【拟解决的关键问题】利用引进区外31份水稻资源为研究对象，采用PEG-6000模拟干旱胁迫，利用主成分分析法、平均总隶属函数法结合系统聚类分析的方法对水稻萌发期耐旱性综合评价，筛选和鉴定萌发期抗旱性强的水稻品种，为新疆水稻种质创新利用、节水栽培、培育新品种提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2023年在新疆农业科学院核技术生物技术研究所水稻遗传育种重点实验室进行，选用核生所最新培育和引进的31份粳稻资源作为材料。
1.2 方 法
1.2.1 试验设计
采用随机区组试验设计，选取大小一致且籽粒饱满的50粒种子。种子先在50℃恒温培养箱中72 h以打破休眠，然后用5%次氯酸钠溶液浸泡种子1 h，并用蒸馏水冲洗3次，最后放入垫有2 层滤纸、直径为9 cm培养皿中。加入15 mL不同浓度排尽气泡的15%和20% PEG-6000 溶液，对照处理加入15 mL 蒸馏水，每个处理3次重复。28℃温度条件下，培养皿加盖置于昼/夜周期为14 h/10 h 的恒温人工气候箱中培养。每24 h 观察培养皿内液体体积的变化并酌量添加溶液或水，保持培养皿内液体体积的恒定。
1.2.2 测定指标
第10 d调查种子发芽率，发芽以胚根或胚芽达种子长的1/2 为标准。第14 d调查种子芽长、根长和根数，每个重复随机取10 粒萌发期种子调查幼根数，使用直尺测量幼芽长度和幼根长度。
发芽率（%）=（培养第10 d发芽种子数/供试种子总数）×100%；
相对发芽率（%）=处理发芽率/对照发芽率×100%；
相对芽长=胁迫的芽长/对照的芽长×100%；
相对根长=胁迫的根长/对照的根长×100%；
相对根数=胁迫的根数/对照的根数×100%；
变异系数=标准差/平均值×100%。
1.3 数据处理
使用Excel 2010整理数据，计算各处理性状平均数和相对指标值等，采用SPSS 26.0 对数据进行方差、主成分和Spearman 相关性分析，采用Origin 2022进行聚类分析。采用平均总隶属函数法综合评价水稻萌发期的耐旱性。
（1）U（Xij）=（Xij-Xmin）/（Xmax-Xmin）.
（2）Xi=∑U（Xij）/n.
公式（1）中，U（Xij）为某种质某一指标的隶属函数值，Xij 为某种质的某一指标测量值，Xmax、Xmin 为该指标的最大值与最小值。
公式（2）中，Xi为i 品种的平均总隶属函数值，总性状数用n 表示，Xi的数值大小与其耐旱性呈正相关。
根据相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率4个指标的总隶属值的大小，耐旱等级的划分标准［13］：1级为高抗（HR），Xi≥0.8；2级为抗（R），0.6≤Xilt;0.8；3级为中抗（MR），0.4≤Xilt;0.6；4级为敏感（S），0.2≤Xilt;0.4；5级为高度敏感（HS），Xilt;0.2。
2 结果与分析
2.1 PEG胁迫对水稻种子萌发及表型特征的影响
研究表明，不同水稻品种萌发期的根长、芽长、根数、发芽率均随PEG浓度增加呈下降趋势，15% PEG和20% PEG处理的值均小于对照CK处理。PEG-6000浓度为15%时，种子的芽长、根长、根数、发芽率变幅分别为0～7.65 cm、0～10.40 cm、0～7.5个、0%～100%，均值分别为4.89 cm、6.34 cm、3.51个、91.18%，较对照CK处理分别降低27.98%、19.44%、25.79%和6.99%。PEG-6000浓度在20%时，种子的芽长、根长、根数、发芽率变幅分别为0～5.65 cm、0～9.50 cm、0～6.15个、0%～100%，均值分别为1.54 cm、3.08 cm、1.81 个、49.89%，较对照CK处理分别降低了77.32%、60.86%、61.73%和48.28%。图1
2.2 PEG胁迫对各性状相对值的描述统计
研究表明，15%PEG时，变异系数依次为相对根长（50.53%）＞相对芽长（48.83%）＞相对根数（45.41%）＞相对发芽率（18.70%）；20%PEG时，变异系数依次为相对芽长（105.48%）＞相对根长（87.47%）＞相对根数（70.62%）＞相对发芽率（67.61%）。相对根长在15%PEG和20%PEG的最大值分别为178.57%和146.15%，其中15%PEG胁迫后有4份材料根长显著增长，至20%PEG胁迫后仅有2份材料显著增长。20% PEG处理下各性状指标变异系数均高于15% PEG，品种间抗旱性差异明显增加，因此，选择20%的PEG-6000溶液作为萌发期耐旱性鉴定的处理浓度。表1
2.3 20% PEG 胁迫下各性状指标的聚类分析
研究表明，31 份水稻材料通过聚类分析分为3大类群。第 Ⅰ 类群4份材料，占总材料数的12.90%，芽长平均值为4.85 cm，根长平均值为4.31 cm，根数平均值为4.66 条，发芽率平均值为79.17%，该类群属于萌发期抗旱型较优品种；第 Ⅱ 类群14份材料，占总材料的45.16%，芽长平均值为1.78 cm，根长平均值为4.90 cm，根数平均值为2.14 条，发芽率平均值为71.67%，该类群属于萌发期抗旱型中等品种；第 Ⅲ 类群13份材料，占总材料的41.94%，芽长平均值为0.27 cm，根长平均值为0.73 cm，根数平均值为0.58 条，发芽率平均值为17.44%，该类群属于萌发期抗旱型差品种。图2
2.4 20% PEG 胁迫下各性状指标的主成分
研究表明，按照特征值大于1的原则，仅提取1个公因子。第1主成分特征值（PC1）为2.988，其成分贡献率为74.689%，在特征向量中，相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率在PC1上均有较高的载荷，分别为0.877、0.807、0.935和0.833，PC1可作为萌发因子。因此，相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率可确定为水稻种质萌发期耐旱性鉴定的综合评价指标。表2
2.5 抗旱性综合评价
研究表明，31份水稻品种的平均总隶属函数值在0～0.779，其中0.6≤平均总隶属函数值lt;0.8的抗旱材料5份，分别为23H25、23H5、23H20、23H16和23H19，占供试种质的16.13%，除23H19外，其他4个材料均为第Ⅰ类群；0.4≤平均总隶属函数值lt;0.6的中抗材料12份，占供试种质的38.71%；0.2≤平均总隶属函数值lt;0.4的敏感材料4份，占供试种质的12.90%；平均总隶属函数值lt;0.2的高度敏感材料10份，占供试种质的32.26%，其中有6份材料的平均总隶属函数值均为0。表3
2.6 20% PEG 胁迫下各性状指标的相关性
研究表明，各鉴定指标之间均呈极显著正相关，其中相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率均与平均总隶属函数值呈现极显著正相关，其相关程度依次为相对芽长（0.944）、相对根数（0.926）、相对根长（0.871）、相对发芽率（0.828）。图3
3 讨 论3.1
目前由于水稻品种、类型和培养方法的不同，尚未有统一的PEG-6000 溶液浓度标准，使用15%［14］、20%［13］、25%［10］PEG浓度在水稻萌发期进行耐旱性鉴定的研究均有报道。研究发现15% PEG处理下水稻品种之间的差异不明显，且多数品种的发芽率为100%，无法筛选区分不同耐旱能力的材料，而20% PEG处理下明显抑制了水稻种子的萌发及胚根的生长，且不同品种受到的抑制程度不一致。由此，研究将20%作为水稻萌发期抗旱性鉴定的最适PEG浓度，这与多数学者［12， 13， 15］研究结论一致。此外，试验发现不同水稻品种的根长、芽长、根数、发芽率基本随PEG浓度的增加呈下降的趋势，在低浓度PEG 胁迫下抑制幼芽生长，促进幼根伸长，而高浓度PEG胁迫下严重抑制幼根生长［16］。
3.2 前人在水稻萌发期抗旱鉴定筛选中对各指标的选择也不尽相同，袁杰等［12］认为相对发芽率、相对幼芽长度和相对幼根长度可作为水稻芽期抗旱性鉴定的关键指标；张娟伟等［17］通过主成分分析法确定相对发芽势、相对芽长、活力指数、萌发耐旱指数为耐旱评价指标；敬礼恒等［18］认为相对发芽率、相对芽长、相对根长、相对根芽干重、萌发耐旱指数作为耐旱性鉴定综合指标较好；杨瑰丽等［19］研究表明，芽鞘长和根长与水稻萌芽期综合抗旱能力极显著相关；研究通过主成分分析发现，所测定的相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率在仅有的第一主成分上均有较高的载荷，分别为0.877、0.807、0.935和0.833，且4个性状均与平均总隶属函数值呈极显著正相关，认为4个性状适合用于水稻萌发期抗旱鉴定指标。3.3
全面、准确地研究作物逆境胁迫，可采用平均总隶属函数法和系统聚类法的综合分析来增强鉴定结果的可靠性［20-21］。研究参考前人平均总隶属函数值的大小评价水稻芽期耐旱性，其平均总隶属函数值在0～0.779，其中0.6≤平均总隶属函数值lt;0.8的抗旱材料5份，同时引入聚类分析方法，综合评价出芽期抗旱性强的品种为23H25、23H5、23H20、23H16。后续还将深入开展全生育期田间试验进一步验证［22］。
4 结 论
20%PEG-6000为水稻萌发期干旱胁迫的最佳浓度，以相对芽长、相对根长、相对根数、相对发芽率作为评价萌发期耐旱性的关键指标。筛选出萌发期耐旱性强的4份水稻材料23H25、23H5、23H20和23H16。
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Identification of drought tolerance and selection of excellent
varieties of rice seeds at germination stage
DU Xiaojing1，2， HOU Tianyu2， LI Dong1， LYU Yuping1， YUAN Jie2，
ZHANG Yanhong2， ZHAO Zhiqiang2，Buhaliqiemu Abulizi2，WANG Fengbin1， 2
（1. Research Institute of Grain Crops，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091，China;2. Xinjiang Key Laboratory of Crop Biotechnology / Institute of Nuclear Technology and Biotechnology， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091，China）
Abstract：【Objective】 To explore the identification index of early drought tolerance of rice and to screen the germplasm resources of rice drought tolerance.
【Methods】 The drought resistance of 31 rice varieties during germination was identified by 0%， 15% and 20% PEG-6000 solution.
【Results】 The root length， bud length， root number and germination rate of different rice varieties decreased with the increase of PEG concentration， and 20% PEG was determined as the identification concentration of drought tolerance of rice during germination. The 31 varieties were divided into three categories by systematic cluster analysis： the first category was best drought-resistant variety at germination stage， with 4 cultivars; the second group consisted of 14 medium drought-resistant varieties during germination， the third group consisted of 13 varieties with poor drought resistance during germination. Only one comprehensive factor was extracted by principal component analysis， and the cumulative contribution rate was 74.689%. The relative shoot length， relative root length， relative root number and relative germination rate were significantly positively correlated with the average total membership function value. These four traits were identified as drought resistance identification indicators at germination stage.
【Conclusion】" Four rice materials 23H25， 23H5， 23H20 and 23H16 with strong drought tolerance during germination have been selected by means of average total membership function and cluster analysis.
Key words：rice; germination stage; PEG-6000; drought tolerance
Fund projects：Science and Technology Assisting Xinjiang Project of Xinjiang Uyghur Autonomous Region （2022E02062）；Urumqi Comprehensive Experimental Station of National Rice Industry Technology System（CARS-01-75）
Correspondence author： LI Dong（1982-）， male， from Shangluo，Shaanxi，master， associate research fellow， research direction： rice genetics， breeding and cultivation techniques， （E-mail）ld1995789@sina.com
WANG Fengbin（1968-）， male， from Pingxiang，Jiangxi，master， researcher， research direction：rice genetics， breeding and cultivation techniques， （E-mail）xjnkywfb@163.com
