萌发期耐莠去津谷子种质资源筛选及评价

王雨婷 苗兴芬 王 帝

（黑龙江八一农垦大学农学院，163319，黑龙江大庆）

自1942年除草剂2,4-D问世以来，除草剂研制、开发、生产、推广和应用迅速发展起来，除草剂在农田应用中已然必不可少[1]。但在农业生产过程中农药的大量施用产生的问题也逐渐增多[2]。莠去津属三氮苯类除草剂，是具有高选择性的内吸型除草剂，其主要应用于防除玉米、高粱和甘蔗等作物田各种阔叶杂草及禾本科杂草[3-4]。莠去津化学结构比较稳定，在环境中不容易降解，在土壤中的残留期比较长，而残留于土壤中的莠去津对玉米田后茬作物容易造成药害，影响后茬作物的生长[5]。

黑龙江省是我国主要春谷产区之一，栽培历史较久，分布广泛[6]。谷子籽粒营养丰富，耐贮藏，谷草又是牲畜的良好饲草。据联合国世界粮农组织的估计，我国谷子的播种面积占世界谷子播种面积90%以上[7]。黑龙江省谷子农田前茬主要为玉米，而除草剂莠去津广泛应用于玉米种植，田间发现土壤残留莠去津对谷子出苗及生长影响很大，严重时导致谷子减产。王节之等[8]研究表明，在播种后出苗前的谷田喷3 000～6 000mL/hm2的38%莠去津为最佳用量，谷苗均表现正常。喷1 5000mL/hm2莠去津处理，谷子可以正常出苗，但出苗后不久死亡。因此，本研究主要探究谷子种质资源在萌发期对莠去津耐药性，旨在筛选出一些适合黑龙江地区种植的高产、抗逆性强、综合性状优异的谷子品种，为谷子生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

莠去津浓度筛选供试材料为嫩选15号、龙谷25和公矮5号；用于萌发期耐莠去津谷子品种筛选的100份谷子资源（表1）均由黑龙江八一农垦大学谷子研究室提供。38%莠去津购于济南天邦化工有限公司。

表1 供试材料Table 1 Testing materials

1.2 试验方法

1.2.1 萌发期莠去津处理浓度筛选 设置 0.0（对照，CK）、0.5、1.0、2.0和3.0mL/L 5种莠去津浓度。具体步骤：选取大小、形状、色泽一致且饱满成熟无病害的种子，用清水冲洗干净，吸干水分，用75%的酒精将种子浸泡消毒，再用无菌水冲洗3次，放入加有2层滤纸的发芽盒（12cm×12cm）中，分别加各浓度的莠去津10mL进行处理。第7天每个处理加2mL的蒸馏水保持水分，每个处理重复3次，每个重复放50粒种子。置于光照培养箱（温度25℃±1℃，湿度80%）进行发芽培养，每天光照12h，培养15d，培养过程中每天记录不同品种谷子发芽种子数，第3天统计发芽势，第7天统计发芽率，第8天选取每个重复的50粒种子中的10粒测量芽长与根长，并计算平均值。

1.2.2 萌发期耐莠去津谷子品种筛选 用筛选出来的莠去津最适浓度2.0mL/L分别处理100份谷子种质资源，以蒸馏水处理为对照，按照上述培养方法培养，3次重复。于第3天和第7天分别统计发芽势和发芽率，第8天于每皿随机选取10株长势基本一致的幼苗，测定植株芽长和根长，并计算平均值。

1.3 数据处理

发芽势（%）=3d发芽种子数/供试种子数×100

发芽率（%）=7d发芽种子数/供试种子数×100

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）式中，Gt为在不同时间（t）的发芽种子数；Dt为对应的发芽天数

活力指数（VI）=S∑Gt/Dt式中，S为苗长，Gt和Dt同上

相对发芽势（%）=处理发芽势/对照发芽势×100

相对发芽率（%）=处理发芽率/对照发芽率×100

相对发芽指数（%）=处理发芽指数/对照发芽指数×100

相对活力指数（%）=处理活力指数/对照活力指数×100

相对根长（%）=处理根长/对照根长×100

相对芽长（%）=处理芽长/对照芽长×100

发芽相对莠去津胁迫率（%）=（对照发芽率–处理发芽率）/对照发芽率×100

式(1)中Pj为第j个综合指标贡献率，表示第j个指标在所有指标中的重要程度。式(2)中Xj、Xj,min、Xj,max分别表示j个综合指标的测定值及第j个综合指标的最小值和最大值。根据因子权重Wj和隶属函数值R(Xj)，按式(3)计算各材料的莠去津耐性度量值（T）。

采用Excel 2003软件处理试验数据，采用SPSS 17.0软件和DPS统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 莠去津处理浓度筛选

由表2可见，不同浓度莠去津处理下各品种的发芽势和发芽率存在差异。0.5mL/L浓度处理下，龙谷25的发芽势与0.0mL/L差异极显著，公矮5号的发芽率与0.0mL/L差异极显著。随着莠去津浓度逐渐升高时，差异逐渐增大。当莠去津浓度达到1.0mL/L时，与0.0mL/L相比，除嫩选15的发芽势不显著外，龙谷25和公矮5号的发芽势都达到显著差异，龙谷25和公矮5号的发芽率都达到显著差异。当莠去津浓度达到2.0mL/L时，与0.0mL/L相比，龙谷25和公矮5号的发芽势达到极显著差异，3个品种的发芽率都达到极显著差异。当莠去津浓度达到3.0mL/L时，各品种的发芽势和发芽率均差异极显著，说明高浓度的莠去津抑制了种子的萌发。

表2 不同浓度莠去津处理下3个品种谷子的发芽势和发芽率Table 2 Germination power and germination rate of three varieties of foxtail millet treated with different concentration of atrazine %

由表 3可知，当莠去津浓度在 0.5mL/L和1.0mL/L时，培养15d种子不完全死亡。当莠去津浓度达到2.0mL/L时，3个谷子品种在15d内都已经死亡。当莠去津浓度达到3.0mL/L时，3个谷子品种在12d内都已经死亡。因而将2.0mL/L的莠去津溶液为谷子萌发期耐莠去津筛选的最适浓度。

表3 不同浓度莠去津处理下3个谷子品种的死亡天数Table 3 Death days of three cultivars of foxtail millet under different concentration of atrazine d

2.2 耐莠去津谷子种质资源筛选

2.2.1 2.0mL/L的莠去津胁迫下100份谷子材料萌发期各性状的相对值 由表4可见，在2.0mL/L的莠去津胁迫下，100份谷子材料萌发期各性状相对值的变异系数为发芽相对莠去津胁迫率＞相对发芽势＞相对活力指数＞相对发芽指数＞相对芽长＞相对发芽率＞相对根长。

表4 2.0mL/L的莠去津胁迫下100份谷子材料萌发期各性状的相对值Table 4 Trait relative values of 100 materials of foxtail millet under 2.0mL/L atrazine stress at germination stage %

续表4 Table 4 (continued)

续表4 Table 4 (continued)

100份谷子材料中有 10份材料的发芽相对莠去津胁迫率＜5.00%，41份材料在5.01%～10.00%之间，22份材料在10.01%～15.00%之间，16份材料在15.01%～20.00%之间，8份材料在20.01%～25.00%之间，2份材料在25.01%～30.00%之间，而龙谷31的发芽相对莠去津胁迫率达到了37.88%。

发芽相对莠去津胁迫率＜5.00%的 10份谷子材料相对发芽势均＞80%，相对发芽率均＞95%，相对根长均＞85%，相对芽长均＞90%。发芽相对莠去津胁迫率＞20.01%的谷子材料相对发芽势除龙谷 34外均＜70%，龙谷 34的相对发芽势为76.98%；相对发芽率均＜80%。相对根长除龙谷34外均＜75%，龙谷34的相对根长为83.87%；相对芽长除嫩选15外均＜80%，嫩选15的相对芽长为94.08%。

2.2.2 莠去津胁迫条件下谷子各性状的相关分析 由表 5可知，相对发芽势与相对芽长呈显著正相关，与相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数和相对根长呈极显著正相关，与发芽相对莠去津胁迫率呈极显著负相关。相对发芽率与相对发芽指数、相对活力指数、相对根长和相对芽长呈极显著正相关，与发芽相对莠去津胁迫率呈极显著负相关。相对发芽指数与相对活力指数、相对根长、相对芽长呈极显著正相关，与发芽相对莠去津胁迫率呈极显著负相关。相对活力指数与相对根长、相对芽长呈极显著正相关，与发芽相对莠去津胁迫率呈极显著负相关。相对根长与相对芽长呈极显著正相关，与发芽相对莠去津胁迫率呈极显著负相关。结果表明，发芽相对莠去津胁迫率与其他指标均呈极显著负相关。说明，品种本身活力高，在莠去津胁迫下发芽率高，根长越长，芽长越长，种子受到的抑制作用越小。

表5 2.0mL/L的莠去津胁迫下谷子各性状相对值的相关分析Table 5 Correlation analysis of relative values of foxtail millet traits under 2.0mL/L atrazine stress

2.2.3 莠去津胁迫条件下谷子死亡天数聚类分析 如图1所示，采用最远距离法对死亡天数进行聚类分析，在欧氏距离为0.25处分为3类。晋谷26、汾选3号、紫根谷子等10份材料在15d内未全部死亡，耐药性强；黄沙谷、赤谷10、龙谷33等78个谷子品种在13～15d内死亡，耐药性弱；嫩选15、钻头白、金穗黄金谷等12个谷子品种在10～12d内死亡，耐药性极弱。

图1 100个谷子品种莠去津处理后死亡天数聚类分析Fig.1 Cluster analysis of death days after atrazine treatment in 100 foxtail millet varieties

2.2.4 莠去津胁迫条件下谷子萌发期主成分及因子分析 由表6可知，前2个主成分的特征值＞1，莠去津胁迫条件下 100份谷子材料萌发期的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长和芽长6个指标主要可分为2个主成分，其贡献率分别为59.88%和19.41%，累计贡献率为79.29%。

表6 莠去津胁迫下谷子萌发期各指标的主成分及贡献率Table 6 The main components and contribution rate of each index in the germination period of foxtail millet under atrazine stress

从各个指标在综合指标的贡献率及主成分特征向量值（表7）可以看出，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数与第1主成分密切相关；根长和芽长与第2主成分密切相关。

表7 莠去津胁迫条件下谷子萌发期各指标的因子载荷矩阵Table 7 Factor load matrix of different indexes in germinating stage of foxtail millet under atrazine stress

2.2.5 不同谷子品种萌发期对莠去津的耐药性的综合评价 采用隶属函数法综合评价100份谷子材料萌发期的耐药性（表8）。先根据公式(1)计算出各综合指标的权重，通过公式(2)获得各材料所有综合指标的隶属函数值R(Xj)，再根据公式（3）计算出莠去津胁迫条件下各材料的耐药性综合评价T值，其中T值越大，表明材料的综合耐药性越强。

表8 莠去津胁迫下谷子萌发期耐药性综合评价Table 8 Comprehensive evaluation of resistance to atrazine of foxtail millet during germination period

如图2所示，采用最远距离法对T值进行聚类分析，在欧氏距离为0.35处共分为4类。第Ⅰ类属于高耐品种，T值的变化范围在0.975～0.730之间，包括汾选3号、紫根谷子和河北香谷等24份材料，占供试材料的24%；第Ⅱ类属于中耐品种，T值变化范围在0.720～0.582之间，包括黄沙谷、赤谷10和千斤红等28份材料，占供试材料的28%；第Ⅲ类为中感品种，T值变化范围在0.567～0.312之间，包括龙谷23、超小粒51和宇谷1号等31份材料，占供试材料的31%；第Ⅳ类为高感品种，T值变化范围在0.287～0.108之间，包括嫩选15号、龙谷25和金穗黄金谷等17份材料，占供试材料的17%。

图2 莠去津胁迫下谷子萌发期耐药性综合评价聚类分析图Fig.2 Cluster analysis of comprehensive evaluation of resistance to atrazine of foxtail millet during germination period

高耐的24份材料的发芽相对莠去津胁迫率均＜10%，有 6份材料的发芽相对莠去津胁迫率＜5%，且这6份材料在15d内均未完全死亡；中耐的28份材料中有4份材料的发芽相对莠去津胁迫率＜5%，且这4份材料在15d内均未完全死亡；中感的31份材料中有5份材料的发芽相对莠去津胁迫率＞20%；高感的17份材料中，有12份材料的发芽相对莠去津胁迫率＞15%，有5份材料的发芽相对莠去津胁迫率＞20%。说明莠去津胁迫对高耐品种的发芽率影响较小，对高感品种的发芽率影响较大。

3 讨论

随着化学除草剂在农业生产中的广泛应用，杂草对化学除草剂的耐性增强，化学除草剂的使用量大幅度增加，非合理使用导致化学除草剂在土壤中的残留越来越多，对种子萌发的影响越来越大。不同作物或同一作物的不同品种对除草剂敏感性不同[9-14]，植物存在天然耐性基因，通过除草剂的选择，可筛选出耐除草剂作物[15]。莠去津作为玉米田的常用除草剂，在土壤中残留可能影响谷子种子萌发。本研究得到相似结论，在莠去津胁迫条件下，所有供试谷子种质指标均受到不同程度的影响。

续表8 Table 8 (continued)

张文芳[16]研究表明，3种除草剂对5种药用植物种子的萌发和生长均有抑制作用，与本研究结果基本相同，除草剂莠去津对谷子种子萌发具有抑制作用，且随着浓度的增加抑制程度也增加。林静雯等[17]研究表明，发芽前期草甘膦对杉木种子的发芽率无显著影响，发芽后期高浓度草甘膦作用下的种子明显受到抑制作用。吕双雪等[18]对西瓜种子发芽试验表明，除草剂莠去津和拿捕净对西瓜种子发芽率有一定的影响。本研究表明，莠去津对谷子的发芽率有显著影响，发芽明显受到抑制。范润珍[19]研究表明，不同浓度莠去津处理后的白菜苗长、根长与对照相比均受到不同程度的抑制。这与本研究结果相同，不同浓度莠去津处理后的谷子芽长、根长与对照相比均受到不同程度的抑制。近年来，随着作物耐逆性研究的深入，采用多种方法综合评价，可以避免单一指标的片面性和不稳定性，而目前作物耐除草剂研究中评价方法较单一[20]。本研究采用T值综合评价谷子种子对莠去津耐性，进行较确切的聚类分析和耐药型划分，据此综合评价选出耐性强的谷子品种。

4 结论

筛选出2.0mL/L的莠去津溶液为谷子萌发期耐莠去津筛选的最适浓度。在2.0mL/L莠去津胁迫下，100份谷子材料萌发期各性状相对值的变异系数为发芽相对莠去津胁迫率＞相对发芽势＞相对活力指数＞相对发芽指数＞相对芽长＞相对发芽率＞相对根长。根据T值筛选出汾选3号、紫根谷子、公矮2号、山西乌谷、河北香谷和草谷子6个谷子品种在莠去津胁迫下综合性状表现良好，可以作为耐莠去津品种选育和莠去津耐性机理研究的优质资源。