PEG胁迫对8个不同小麦品种幼苗根系的影响

王稼苜,张志勇,欧行奇,胡杨

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.广西大学,广西南宁530004）

PEG胁迫对8个不同小麦品种幼苗根系的影响

王稼苜1,张志勇1,欧行奇1,胡杨2

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.广西大学,广西南宁530004）

以百农矮抗58、百农207、洛旱7号等8个耐旱性不同的冬小麦品种为材料,以PEG6000为水分胁迫剂,对不同小麦品种在水分胁迫下的根系特性进行比较研究.采用根系图像扫描和WinRHIZO软件进行根系分析,比较不同品种的根长度相对增长率、根面积相对增长率、根系平均直径相对增长率等5个指标,采用方差分析、多重比较、聚类分析等统计分析方法,判别供试品种的抗旱性.结果表明：不同小麦品种在200 g/L质量浓度的PEG6000胁迫下,抗旱性存在一定差异.依抗旱性可将供试小麦品种分成4类：第一类包括矮抗58与百农64；第二类包括百农207、洛旱7号、周麦16和华育198；第三类为周麦22；第四类为周麦18.该结果可为小麦根部性状改良和抗旱性遗传资源利用提供参考.

小麦；抗旱性；PEG；根系特性

随着全球气候变化的加剧和生态平衡的破坏,水资源短缺愈来愈成为全人类面临的一个严重生态问题.干旱是影响小麦产量和品质的重要环境因素之一.河南省地处中原,是全国小麦种植面积最大的省区.当小麦播种时,严重干旱通常影响小麦的正常出苗,直接影响基本苗数.根系是决定小麦抗旱性和产量的重要因素,根系的功能制约着小麦冠层的发展与资源利用效率[1].了解不同小麦品种种子萌发期的抗旱性,有助于根据土壤墒情选择播种量,为获得目标大小的群体打好基础[2].

PEG（聚乙二醇）作为一种高分子渗透剂,不能穿越植物细胞壁进入细胞质,不会引起质壁分离.其亲水性比较强,能使植物组织和细胞处于类似于干旱胁迫的环境之中,可有效模拟土壤干旱环境[3-5].苗期运用PEG模拟干旱胁迫鉴定小麦抗旱性具有时间短、容量大、可重复性强、环境影响小等优点[6-7].有研究表明,质量浓度200 g/L的PEG6000处理后小麦的SOD、POD、丙二醛、脯氨酸等含量变化比较显著,用于预测小麦品种的抗旱性具有较高的准确性[8-11].本试验用PEG6000溶液模拟干旱胁迫,通过根系测定对8个小麦品种进行了苗期抗旱性评价,探讨各品种根系指标对干旱的响应,以期为小麦育种工作和小麦的生产提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验采用8个耐旱性不同的冬小麦品种为试验材料,分别为百农矮抗58、百农64、百农207、周麦16、周麦18、周麦22、洛旱7号和华育198.

1.2 干旱胁迫幼苗生长试验方法

选取大小均匀、子粒饱满的种子,分别置于铺有滤纸的培养皿中,在25℃条件下清水培养5 d,选取36株长势一致的幼苗,移至Hoagland营养液培养.至小麦长出三叶一心时,设置处理和对照,在处理植株中加入PEG6000模拟干旱胁迫,PEG6000每间隔一天加入1次,共加入3次,使加入后PEG6000的质量浓度分别为50 g/L、100 g/L和200 g/L.每个品种处理和对照均设3次重复,25℃条件下培养21 d后取幼苗进行测定.

1.3 测定项目及数据采集处理方法

主要进行幼苗耐旱性试验生长指标的测定.从处理和对照培养器皿中随机选出30株幼苗用于扫描根系数据.采用EPSON perfection V700 photo进行根系图像扫描得到图片,再利用WinRHIZO根系分析系统测定总长、平均直径、表面积、总体积、根系长度等.本次选取所获数据中的5个重要指标,无量纲处理每次重复的相对值数据,得到5个指标的3次重复增长率结果,即根长度相对增长率、根面积相对增长率、根系平均直径增长率、每m3的根系长度增长率和根表面积相对增长率.采用DPS软件进行方差分析与多重比较、聚类分析等.

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下根长度相对增长率

干旱胁迫下不同小麦品种的根长度相对增长率见表1.

表1 根长度相对增长率Tab.1 The relative growth rate of root length

由表1可知,8个参试小麦品种的幼苗根长度相对增长率自大至小依次为周麦22,华育198,周麦16,百农207,洛旱7号,矮抗58,百农64,周麦18.其中,周麦22、华育198、周麦16、百农207、洛旱7号、矮抗58和百农64在200 g/L PEG6000水分胁迫条件下根长度相对增长率平均值均为正值,表示根的生长大于相应对照,即在200 g/L PEG6000水分胁迫条件下根反而生长加快；周麦18的根长度相对生长率为负值,说明经200 g/L PEG6000处理后,周麦18根系生长变缓.多重比较结果表明,在200 g/L PEG6000水分胁迫条件下,周麦22的根长度相对增长率与洛旱7号、矮抗58差异显著（P＜0.05）,与百农64、周麦18差异极显著（P＜0.01）,周麦18则与其他7个品种差异均极显著（P＜0.01）.

2.2 干旱胁迫下根面积相对增长率

干旱胁迫下不同小麦品种的根面积相对增长率见表2.

表2 根面积相对增长率Tab.2 The relative growth rates of root area

由表2可知,在200 g/LPEG6000水分胁迫条件下,周麦18的根面积相对增长率与其他7个品种在0.05水平和0.01水平上都存在显著差异；在0.05水平上,周麦22与洛旱7号、百农64存在显著差异；周麦22、华育198、矮抗58、周麦16、百农207、洛旱7号和百农64在0.01水平上差不显著异.根据根面积相对增长率的正负性可知,经200 g/L PEG6000处理后,周麦18根系生长变缓,而其他小麦品种的根面积相对增长率则均大于对照.

2.3 干旱胁迫下根系平均直径相对增长率

干旱胁迫下不同小麦品种的根系平均直径相对增长率见表3.

表3 根系平均直径相对增长率Tab.3 The relative growth rates of average root diameter

由表3可知,矮抗58与洛旱7号在0.05和0.01水平上差异均不显著；周麦18、百农64与洛旱7号、周麦16、华育198、百农207、周麦22相较,在0.05水平上有显著差异；周麦18、百农64与周麦16、华育198、百农207、周麦22在0.01水平上差异极显著.根系平均直径相对增长率均为负值,说明经200 g/L PEG6000处理后,各小麦品种的根系在直径生长指标上均受到抑制.

2.4 干旱胁迫下根表面积相对增长率

干旱胁迫下8个小麦品种根系根表面积相对增长率见表4.

表4 根表面积相对增长率Tab.4 The relative growth rate of root surface area

由表4可知,供试的8个小麦品种中,只有周麦18的根面积相对增长率为负值,且与其他7个品种在0.05水平和0.01水平上差异均显著；周麦22与华育198、矮抗58、周麦16、百农207之间在0.05水平上差异不显著,与洛旱7号、百农64在0.05水平上差异显著；除周麦18之外的7个品种在0.01水平上差异不显著.

2.5 干旱胁迫下8个品种根系5个变量的系统聚类分析

以8个品种根系的根长度相对生长率、根面积相对增长率、根系平均直径相对增长率、每m3的根系长度相对增长率和根表面积相对增长率5个指标作为变量,在DPS软件中进行系统聚类分析.结果见图1.

图1 8个小麦品种根系的5个变量系统聚类Fig.1 The 5 variables system clustering of 8 cultivars roots

由图1可知,依据抗旱性可将供试8个小麦品种分为4类：第一类包括矮抗58与百农64；第二类包括百农207、洛旱7号、周麦16和华育198；第三类为周麦22；第四类为周麦18.

周麦22、周麦18分别作为两个单独的分类,其他品种约在0.7~1.0的水平上聚为一类.这与周麦18是冬性品种,抗冬、春寒害,抗旱性比较强的特性是一致的.周麦22作为另一类,耐旱性较好,本结果与该品种的种植特性相一致.矮抗58与百农64为一小类聚在一起,百农64是百农207的父本.华育198品种与周麦16为一小类,接着与百农207、洛旱7号四个品种约在0.7的水平上聚为一类.可能它们的半冬性抗旱基因有一定相关性或有较近遗传关系.同理,百农207、周麦16和洛旱7号聚为一小类,这与百农207属半冬性中晚熟品种,该品种来源于周16/百农64关系密切.冬性的周麦18、周麦22在14.79聚为一小类,冬性的周麦18、周麦22与其他6个半冬性品种在36.99的水平上才聚为一大类.

3 结论与讨论

本研究结果表明：在200 g/L PEG6000胁迫下,8个供试小麦品种根系的5个不同指标存在显著性差异.依据抗旱性表现可将其分为4类：第一类包括矮抗58与百农64；第二类包括百农207、洛旱7号、周麦16和华育198；第三类为周麦22；第四类为周麦200 g/L PEG6000水分胁迫条件下,周麦18测定的5个指标增长变缓,说明周麦18根系生长变缓.同理,周麦22、华育198、周麦16、百农207、洛旱7号、矮抗58和百农64经200 g/L PEG6000处理后,根的生长均大于相应对照,即表示水分胁迫情况下反而根生长加快.

小麦抗旱性育种的实质是适应性育种[5],冬小麦幼苗初生根数目与抗旱系数、抗旱指数间都表现出显著正相关关系[12].本文仅用200 g/L PEG6000水分胁迫处理得到阶段性处理结果,以后可采用不同质量浓度PEG6000水分胁迫处理,来模拟不同耐旱条件下,不同冬小麦品种的根系生长特性.

[1]吴永成,周顺利,王志敏.小麦与抗旱性有关的根系遗传改良研究进展[J].麦类作物学报,2004,24（3）：101-104.

[2]王瑾,刘桂茹,杨学举.PEG胁迫下小麦再生植株根系特性与抗旱性的关系[J].麦类作物学报,2006,26（3）：117-119.

[3]姬俊华,李雪林,璟霍昱,等.水分胁迫对不同基因型小麦种子幼苗生长的影响[J].广东农业科学,2012,39（16）：3-4.

[4]芦静,曹俊梅,周安定,等.PEG处理下新疆冬小麦品种幼苗期生理指标的抗旱性研究[J].新疆农业科学,2014,51（3）：393-402.

[5]丁强强,刘敏,万志兵.PEG胁迫对光皮桦种子萌发和幼苗生长的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报,2013,25（6）：13-16.

[6]李凤珍,马晓岗.PEG处理下青海栽培小麦萌发期及幼苗期抗旱性研究[J].中国农学通报,2011,27（21）：44-48.

[7]吴永成,周顺利,王志敏,等.冬小麦初生根系与抗旱性及产量关系的初步研究[J].青岛农业大学学报：自然科学版,2008,25（3）：168-170.

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[11]姜淑欣,刘党校,庞红喜,等.PEG胁迫及复水对不同抗旱性小麦幼苗脯氨酸代谢关键酶活性的影响[J].西北植物学报, 2014,34（8）：1581-1587.

（责任编辑：邓天福）

Effect of water stress by PEG on the seedling root characteristics of 8 wheat varieties

Wang Jiamu1,Zhang Zhiyong1,Ou Xingqi1,Hu Yang2
（1.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Guangxi University,Nanning 530004,China）

The root characteristics test for 8 wheat varieties was conducted under 20g/L PEG6000 stress.5 indicators of roots was analysed by root image scanning and WinRHIZO software.The results showed that：the drought stress resistance of 8 wheat varieties were evaluated comprehensively by 200 g/L PEG6000 stress；8 wheat varieties can be categorized as four classes,such as the first class includes Bainong AK58 and Bainong 64；the second category includes Bainong 207,Luohan 7,Zhoumai 16 and Huayu 198；the third category includes Zhoumai 22；the fourth is Zhoumai 18 varieties.The results can be used as improved wheat root traits and drought resistance genetic resources to take advantage of reference.

wheat；drought resistance；PEG；root characteristics

S512.1

A

1008-7516（2015）03-0001-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.03.001

2015-04-24

新乡市科技发展计划项目（06N054）

王稼苜（1990―）,女,河南浚县人,硕士研究生.主要从事小麦抗旱性研究.

欧行奇（1964―）,男,河南郸城人,教授.主要从事小麦育种研究.