不同抗寒性冬小麦品种间冷冻后电导率与成活率比较分析

李卓夫，李莹，王晓楠

（东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）

不同抗寒性冬小麦品种间冷冻后电导率与成活率比较分析

李卓夫，李莹，王晓楠

（东北农业大学农学院，哈尔滨 150030）

为快速准确鉴定冬小麦植株在寒地越冬期间的抗寒性，以返青率不同的3份冬小麦品种为试验材料，冬小麦越冬期内从田间取样，进行人工冷冻处理，测定不同冷冻处理植株电导率及植株栽植后成活率。结果表明，冬小麦电导率与成活率呈显著负相关，相关系数为-0.66；封冻初期田间取样的植株再进行-12℃处理3 d测定植株电导率，可准确鉴定不同基因型间抗寒性水平。而在气温达最低时取回植株栽植，其成活率可直接区别基因型间抗寒性差异。

冬小麦；电导率；存活率；抗寒性

冬小麦是越冬作物，秋季播种，经越冬于翌年夏季收获。目前中国冬小麦主要分布在华北及其以南地区，黑龙江省由于冬季漫长而寒冷，一直为冬小麦种植禁区，在同类高寒地区能否种植冬小麦关键在于冬小麦在当地能否安全越冬。以黑龙江省哈尔滨市为例，哈尔滨市于11月中旬进入封冻期，最低气温出现在1月，可达-30℃以下，平均气温-22.4℃，3月下旬日平均气温稳定高于0℃，封冻期长达4个多月。因此，华北及以南地区的冬小麦品种由于抗寒能力不足，在黑龙江省均不能安全越冬。东北农业大学培育的冬小麦品种“东农冬麦1号”，在黑龙江省高寒地区能够安全越冬，越冬返青率达85%以上[1]，证明遗传改良可以有效提高冬小麦的抗寒性。

抗寒性准确鉴定是冬小麦品种越冬性遗传改良的重要基础，一般是在控温冷冻处理后通过生理生化指标测定鉴定或经田间越冬处理后直接通过越冬返青率鉴定[2-5]。田间越冬返青率测定受年度间温度和降水影响较大、表现为在不同年份间品种的越冬返青率变化大、鉴定时间长，要等到冬小麦返青时才能判定品种抗寒性高低[2]等特点，不能满足冬小麦越冬性育种需要。生理生化鉴定品种抗寒性常与冬小麦真实越冬返青率存在出入。人工模拟低温环境是根据冬小麦生长期气象资料，设置冬小麦一系列低温梯度，人为控制性强且能达较精准程度，是目前进行植物抗寒性评价常用方法。赵玉田等采用田间直接鉴定法和人工气候模拟鉴定法评价冬小麦15个生理、生化和形态性状，证明许多性状与田间成活指数存在密切线性关系[6]。蒋志春分别进行实验室内冬小麦抗寒性鉴定，通过计算枯株、死茎的百分率法和田间目测法鉴定冬小麦抗寒性，根据全田植株所表现的冻结程度分为冻害轻、冻害中等、冻害重3个等级[7-8]。

本试验以不同抗寒性冬小麦品种为试验材料，研究在整个越冬期间分蘖节相对电导率的变化规律，以不同时期冷冻后成活率为冬小麦抗冻性的鉴定标准，分析电导率与成活率间关系，探讨通过电导率准确鉴定冬小麦抗寒性的可行性，实现冬小麦育种材料抗寒性快速准确简便测定。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为冬小麦的3个品种（系），即：抗寒品种东农冬麦1号（东北农业大学培育，第一个在高寒地区安全越冬且返青率高于85%的品种），不抗寒品种济麦22（山东省农业科学院培育，在黑龙江省严寒条件下越冬返青率小于1%）和中等抗寒型品系东农11-633（东北农业大学选育的冬小麦高代品系，越冬返青率在50%～60%）。

试验材料于2012年9月11日播于东北农业大学校内试验田，试验采用随机设计，小区设计9行区，行长8 m，行距0.3 m，每行播种800粒。

于封冻期分3次取样，用于冷冻处理、成活率和电导率分析，分别为封冻后7 d（2012年11月20日，日平均气温-10℃），封冻后25 d（2012年12月15日，日平均气温-16.5℃）和最低气温出现的日期（2013年1月10日，日平均气温-27℃，日最低气温-33℃）。每期取回植株中，各品种留出110株直接栽于盆中，观察田间冷冻后的成活率；其余植株分批冷冻后，再测人工冷冻后各品种的电导率和移栽成活率。

1.2 方法

1.2.1 试验材料的处理

从大田取回的冬小麦植株，水洗后用滤纸吸干水分，取分蘖节，用保鲜膜包裹后放入冰箱进行低温处理。

2012年11月20日取回的麦苗对其分蘖节进行-12℃低温处理21 d，并分别于处理的第3、6、9、12、15、18和21天测定其电导率，同时将不同低温处理时间的麦苗栽至塑料盆中，栽后7 d调查成活率。

2012年12月15日取回的麦苗对其分蘖节进行-20℃低温处理10 d，并分别于处理的第2、4、6、8和10天测定其电导率，同时将不同低温处理时间的麦苗栽至塑料盆中，栽后7 d调查成活率。

2013年1月10日取回的麦苗对其分蘖节进行-27℃低温处理10 h，并分别于处理的2、4、6、8和10 h测定其电导率，同时将不同低温处理时间的麦苗栽至塑料盆中，栽后7 d调查成活率。

1.2.2 分蘖节电导率的测定

将分蘖节剪成1 mm小段，混匀后准确称取0.2 g分别放入3个小烧杯中，向小烧杯中各加入20 mL去离子水，真空泵抽气15 min，当缓缓放入空气时，水即渗入细胞间隙，叶片变成半透明状态，沉入水下，抽真空完成后，将烧杯在室温下放入振荡培养箱中振荡1 h，测定其电导率（C1)，然后将烧杯放入沸水浴中15 min，杀死叶片组织，取出后用自来水冷却至室温，并在室温下静置10 min，摇匀，测其终电导率（C2）。

计算公式：相对电导率=C1/C2。

1.2.3 存活率的测定

将取回的麦苗一部分按照1.2.1中提到的方法进行低温处理，剩余麦苗取100株栽至长50 cm、宽35 cm、高15 cm的塑料盆中，盆中土壤组成为：黑土∶草炭土=10∶1。栽苗后保证土壤相对含水量40%～45%，7 d后调查成活率，以抽出新叶的麦苗为成活植株。

1.2.4 数据分析

采用软件DPS7.05进行数据处理，用Excel 2007作图。

2 结果与分析

2.1 不同温度处理下品种间电导率的比较分析

结果见图1。

图1 -12℃处理不同时间冬小麦品种间相对电导率的变化Fig.1 Change of relative electrical conductivities of winter wheat cultivars in different cold treatment days by-12℃

由于寒地冬小麦越冬成活的部位为分蘖节，而冷冻后测定该部位的电导率可以快速测定冷冻后植株受伤害程度。2012年11月20日取样植株不同冷冻处理后的电导率结果由图1可见，田间取回的植株立即测定电导率，各品种均低于0.3，说明植株基本未受伤害；取回的植株再经过-12℃人工冷冻处理后，各品种的电导率均高于0.5。抗寒品种东农冬麦1号经-12℃低温处理3 d，电导率为0.55，而冷冻6 d以后直至21 d，电导率一直在0.7上下波动，说明东农冬麦1号在-12℃作用6 d后才表现出明显冻害。中等抗寒的东农11-633品系则表现为-12℃处理9 d的植株电导率最高，为0.84，显著高于其他低温处理时间下该品系的相对电导率；不抗寒品种济麦22表现为-12℃低温处理3 d至18 d，电导率均在0.7以上，说明济麦22在-12℃作用3 d后植株即表现出显著冻害。结果说明，田间条件下不同抗寒性品种的幼苗植株达到一定生长量，并经过充分低温驯化后，于封冻初期取样在-12℃下冷冻3～9 d，即可从分蘖节处电导率上检测到其抗寒性水平的差异。

2012年12月15日取样植株各品种不同冷冻处理下的电导率结果见图2。

图2 -20℃处理不同时间冬小麦品种间的相对电导率变化Fig.2 Change of relative electrical conductivities of winter wheat cultivars in different cold treatment days by-20℃

由图2可知，此时日平均气温降至-16.5℃。田间取回3个品种植株直接测得电导率表现为东农冬麦1号最低，其次是东农11-633，最高者为济麦22，说明在自然封冻33 d后，直接测植株的电导率，即可明确分辨出品种抗寒性水平。而另外3个品种植株分别经过-20℃人工冷冻2～10 d，各品种分蘖节的电导率均大幅度提高，说明各品种冻害程度均明显加重。抗寒品种东农冬麦1号和中等抗寒的东农11-633品系分蘖节电导率均在0.55上下波动，而不抗寒品种济麦22则表现为，随着-20℃冷冻处理天数的延长，植株分蘖节电导率显著上升，说明抗寒性弱的品种冻害程度更为严重。

2013年1月10日取样植株各品种冷冻处理后电导率见图3。

图3 -27℃处理不同时间冬小麦品种间的相对电导率变化Fig.3 Change of relative electrical conductivities of winter wheat cultivars in different cold treatment days by-27℃

此时日平均气温已降至-27℃。取回植株直接测的电导率结果显示，东农冬麦1号最低，其次为东农11-633，最高的是济麦22，此时通过测定植株电导率取可明确得出品种间抗寒性差异。各品种植株再经过-27℃处理2～10 h后，3个品种电导率高低表现均为东农冬麦1号最低，始终低于0.5，东农11-633高于东农冬麦1号，低于0.6，济麦22最高，在0.55～0.70波动。说明各处理电导率高低与品种抗寒性水平强弱一致。

2.2 品种间成活率与电导率的比较分析

各取样时期各品种在不同冷冻温度下的成活率与电导率见表1。

表1 不同取样时间及冷冻处理3个冬小麦品种电导率与成活率Table 1 Conductivity and survival rate of 3 winter wheat cultivars under frozen treatments

2012年11月20日取回的各品种植株直接栽种，其成活率均为100%。植株再经过经过-12℃冷冻处理后，3个品种的成活率变化明显。冷冻3 d后，东农冬麦1号、东农冬麦11-633、济麦22的成活率分别为96%、82%、14%；而冷冻6 d后，东农冬麦1号和东农11-633品系成活率分别为53%和46%，济麦22成活率为0；冷冻9 d后，东农冬麦1号和东农11-633品系成活率分别为23%和8%；冷冻12 d后东农冬麦1号成活率为8%，东农11-633品系成活率为0；冷冻15 d后3种参试品种的成活率均为0。

另外2个时期取回各品种植株直接栽植的成活率差异较大，东农冬麦1号分别为98%和82%；东11-633为84%和32%；济麦22为72%和30%。这两个时期取样植株再经-17和-27℃冷冻处理后再栽植，各品种均没有植株成活。

对冷冻处理下冬小麦各品种植株电导率与成活率之间进行相关性分析，二者间相关系数为：r=-0.66**，相关性达极显著水平，说明尽管不同品种在冷冻条件下电导率与成活率间平行关系存在一定程度变化，但总体上存在负相关关系。

3 讨论与结论

相对电导率是反映植物组织受冻后细胞原生质膜透性大小的重要指标，以相对电导率表示植物在低温伤害下细胞质膜透性变化是鉴定植物抗寒性常用方法[9-10]。低温下细胞膜透性增大，造成电解质外渗，温度愈低，电解质渗透率越大，相对电导率越大[11]。张静会以燕山板栗为材料，采取不同低温处理，测定其电导率等生理指标及嫁接成活率，结果表明板栗枝条电解质渗出率、伤害率均随处理温度降低而增加，成活率随处理温度降低而降低，并确定材料致死温度为-20℃[12]。

本研究对冬小麦分蘖节测定得出，充分冷驯化后再以-12℃冷冻3 d，抗寒品种东农冬麦1号分蘖节相对电导率为0.559，但植株成活率为96%，抗寒性中间型东农11-633电导率为0.6251，植株成活率为82%，不抗寒品种济麦22经历-12℃3 d后电导率为0.8059，成活率仅为14%[13]。说明冬小麦植株分蘖节部位活力鉴定，不能用电导率数值0.5作为标准，抗寒品种东农冬麦1号电导率为0.75时，相对应的成活率为53%，接近一半死亡。抗寒性中间型东农11-633电导率为0.71时，成活率为46%，已经有一半的植株死亡，因此用分蘖节部位电导率进行品种死亡判定时，数值至少要达到0.7以上才能说明植株有一半出现死亡。

通过不同冷冻处理下冬小麦植株电导率测定与栽植后成活率鉴定。结果表明，冬小麦抗寒性水平应在充分完成冷驯化后进行。在土壤封冻后10 d内取回植株，经-12℃冷冻3 d测定植株电导率可准确鉴定不同基因型间抗寒性水平。在气温达最低时取回植株直接栽植，测成活率可直接区分不同基因型间抗寒性差异。

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Comparative analysis of electrical conductivity and survival rate on winter wheat varieties with different cold resistances after freezingtreatment/

LI Zhuofu,LI Ying,WANG Xiaonan(School of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

Three winter wheat cultivars which were different in overwintering survival rates were used to measure electrical conductivities and survival rates of field samples and artifitial freezing treatment parts of the same ones in every stages of winter season,in order to test the levels of cold resistance in winter wheat rapidly and accurately during overwintering period in frigid region.The results showed that electrical conductivity of winter wheat was significantly negative correlated with survival rate,the correlation coefficient was-0.66;plants sampled from early stage during frozen period were treated by-12℃for 3 d,the freezing tolerant levels of winter wheat cultivars could be accurately identified with the electrical conductivities.And the plants which were sampled from field when temperature reached lowest in the winter season and then replanted in the laboratory could be used to distinquish directly the difference of antifreezing levels among winter wheat cultivars in survival rate.

winter wheat;electrical conductivity;survival rate;cold resistance

S512.1+1

A

1005-9369（2014）06-0001-05

时间 2014-6-11 16:16:06 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140611.1616.015.html

李卓夫,李莹,王晓楠.不同抗寒性冬小麦品种间冷冻后电导率与成活率比较分析[J].东北农业大学学报,2014,45(6):1-5.

Li Zhuofu,Li Ying,Wang Xiaonan.Comparative analysis of electrical conductivity and survival rate on winter wheat varieties with different cold resistances after freezing treatment[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(6):1-5.(in Chinese with English abstract)

2013-08-03

黑龙江省教育厅研究生创新科研资金项目（YJSCX2012-036HLJ）

李卓夫（1957-），男，教授，博士，博士生导师，研究方向为小麦遗传育种。E-mail:zflicn@163.com