冬小麦芒性状与抗旱性关系研究

2017-10-18张刚刚刘自成

陇东学院学报 2017年5期

关键词：中梁耐旱性丙二醛

杨虓，张刚刚，刘自成

(陇东学院农林科技学院，甘肃庆阳 745000)

冬小麦芒性状与抗旱性关系研究

杨虓，张刚刚，刘自成

(陇东学院农林科技学院，甘肃庆阳 745000)

小麦的抗旱性是指小麦在大气或土壤干早条件下种植生存和生长并形成产量的能力。通过对选取5个无芒小麦品种和5个有芒小麦品种离体叶片保水力、丙二醛含量、失水率、主根个数及分蘖数的测定，发现有芒品种的失水程度、丙二醛含量、叶片失水率显著低于无芒品种，主根长度显著高于无芒品种。这说明小麦的芒性与其抗旱性存在着一定的相关性，且有芒品种的抗旱性显著强于无芒品种，在干旱和半干旱地区以种植有芒品种为主，在湿润和半湿润地区适宜种植无芒品种，在今后的育种工作中应根据品种推广地区的气候条件有选择性地培育有芒或无芒品种。

冬小麦；芒性状；丙二醛含量；失水率；主根个数与分蘖数

Abstract： Drought resistance of wheat refers to the ability of wheat to grow,survive and produce under the condition of early drying of air or soil.Through a test of water holding capacity,MDA content,water loss rate,main root number and tiller number of the selected 5 wheat varieties without awns and 5 wheat varieties with awns,we found that the degree of water loss,MDA content and leaf water loss rate of Miscanthus species are significantly lower than those of non smooth varieties,and the length of taproot was significantly higher than that of non Miscanthus varieties which shows there is a certain correlation between the wheat awn and its drought resistance,and the drought resistance of awn variety is stronger than that of no awn varieties.The varieties of Miscanthus should be mainly planted in arid and semi-arid areas,and those varieties without awns should be planted in the humid and semi humid areas.In future breeding,species with or without awns should be selectively cultivated according to the climatic conditions in the species extension area.

Keywords： winter wheat;awn traits;malondialdehyde content;filtration rate;taproot number and tiller number

小麦的抗旱性是一项极其复杂的生物性状，它反映在一系列生理和形态变化上，并对产量有着一定的影响，在我国北方地区冬季寒冷干燥、降水量稀少，越冬作物经常会受到干旱的影响，在干旱胁迫下不同小麦品种的生理生化特性变化不同。

作物的抗旱性是指作物在干旱条件下具有的适应性和抵抗力，即在土壤干旱或大气干旱下，作物具有的伤害最轻、产量下降最少的能力。小麦在遭受干旱后体内的细胞在结构、生理和生化方面发生一系列变化，并且最终在其形态及生长发育水平上得到充分体现。因此有些形态指标和生长发育指标可以用来鉴定小麦抗旱性的强弱。发达的根系对干旱条件下植株吸水十分有利，根系发达程度与作物抗旱能力呈正相关[1]；茎的输导组织越发达，作物的耐旱能力也越强[2]；叶片茸毛、蜡质层厚度、叶形、叶色、叶片卷曲程度及叶片灼烧程度等叶片形态指标与耐旱性均也有一定的关系；株型在一定程度上反应作物的耐旱性，株型紧凑的品种有利于减少水分蒸发，表现出更强的耐旱性。

干旱对作物的影响是广泛而深远的，不同品种在抗旱性方面所表现出的差异都有其相应的生理生化基础[3]。有学者针对干旱胁迫下幼苗的株高、小麦叶片立体持水率进行了研究，指出干物质胁迫指数和小麦叶片持水率指数可用来评定品种间的耐旱性差异[4]，这一评价指标沿用至今；也有研究人员发现小麦的芒性状与小麦的耐旱性呈正相关，于是得出由单基因控制的芒性状可作为耐旱筛选指标的结论，但研究发现尽管芒可能会提高水分利用效率，但全株水平上水分利用效率的增加与芒的存在并无显著关系[5]。在生产实践中，生产者对小麦芒的有无各有喜好，形成了不同芒性状的种植区域，为研究不同芒性状品种种植区域与小麦的抗旱性关系，本实验选用5个有芒品种和5个无芒小麦品种鉴定其抗旱性。

1 材料来源与试验田概况

1.1材料来源

材料来源于陇东学院农林科技学院小麦育种组，长芒小麦品种为：陇鉴102、90系选3、0914-3、西峰27号、陇育3号。无芒小麦品种：Cardos、Almus、中梁30、GB20、天00102-2-2-1-1。

1.2试验田气候情况

陇东学院农林科技学院小麦育种组试验田位于甘肃省庆阳市西峰区的黄土层最厚的董志塬上，塬面完整，地势平坦，是全国最大的黄土高原区。该地区平均海拔1421米，属温带大陆性半干旱气候，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。年日照总时数2400～2600h，年降水量400～600mm，年平均气温10℃，年无霜期160～180d，光照充足，四季分明。

2 试验方法

2.1材料种植

顺序排列，单粒点播。小区行长4m，行距0.20m，株距0.03m，肥水管理与当地大田相同，2015年9月23日播种。

2.2离体叶片保水力的测定

苗期剪取各品种小麦叶片各10片，迅速将叶鞘插入水中，饱和3h后取出，剪去叶鞘，称叶片重量。然后将叶片悬于室内缓慢脱水，每隔1h称重1次，称3～4次后直接到24h再称重1次，将叶片在80℃下烘干称取干重[6]。

离体叶片持水率=(鲜重-失水24h后重量)/24×干重

2.3丙二醛(MDA)含量测定

参照硫代巴比妥酸的方法，取长势良好的小麦叶片鲜样0.4g将其剪碎，分两次加入10%的三氯乙酸(TCA)4ml和少量石英砂，研磨后在4000r/min下离心10min，取上层清液2ml于一洁净试管，对照试管加入2ml蒸馏水，再加入0.6%的硫代巴比妥酸(TBA)在100℃沸水中加热10min后离心，分别取上清液测定其在450nm、532nm和600nm处的吸光值。

计算方法:

MDA浓度(umol/ml)=6.45(A532-A600)-0.56(A450)

式中：A450、A532、A600分别代表450nm、532nm和600nm波长下的吸光度值。

MDA含量(umol/g Fw)=(MDA浓度×提取液总体积)/植物组织鲜重

2.4小麦叶片失水率的测定

将采集回来的小麦苗期叶片进行称重，记录其数据，然后将其放入105℃的烘箱中进行烘干，一般烘干时间为4h，再将其取出称量其重量并做记录。

其计算公式为：H=Pɑ-P/Pɑ×100%

H：小麦叶片失水率

P:烘干时的小麦叶片重量

Pɑ：未烘干时的小麦叶片重量

2.5小麦主根的长短及分蘖情况测定

通过对参试小麦品种小麦主根的长短及分蘖数的测量得出相应的判断结果。

3 结果与分析

3.1小麦不同芒性状材料自然脱水测定结果

由表1和表2测定结果，对每个品种在不同测定时段内叶片的含水量(每次测得的叶片含水量/叶片干重)作图。由图1可知，在24h内随自然脱水时间的延长，不同品种的叶片含水量均有所下降，但品种不同下降的幅度不尽相同。90系选3的失水程度最低为233.19%，中梁30的失水程度最高为371.46%。保水力强的品种抗旱性强，保水力弱的品种抗旱性弱[7]，因此，参试品种抗旱性由强到弱依次为90系选3>西峰27号>0914-3>陇鉴102>GB20>陇育3号>Almus>Cardos>天00102-2-2-1-1>中梁30。通过对不同芒性状小麦品种群体叶片离体持水率进行测定，并进行方差分析，有芒小麦品种与无芒品种间平均数F值为24.92*(表2)，说明不同芒性状小麦品种群体离体叶片持水率平均数间的差异达到显著水平，有芒品种抗旱性强于无芒品种。

图1 不同品种苗期叶片含水量与自然风干失水时间的关系

3.2小麦不同芒性状材料丙二醛含量测定

对不同品种小麦叶片分别在干旱处理前后MDA含量进行测定，并进行方差分析，处理前后品种间F值分别为224.95**和190.47**,说明不同小麦品种叶片MDA含量均达到极显著差异。干旱处理后的各小麦品种叶片中丙二醛含量都比较高，丙二醛含量由高到低依次为：中梁30>天00102-2-2-1-1>Almus>Cardos>陇育3号>GB20>陇鉴102>0914-3>西峰27号>90系选3，其中中梁30含量最高，为21.457μmol/g，90系选3含量最低，为6.15μmol/g(表3)。

表1 不同品种材料苗期空气中缓慢脱水每隔1h称重结果(g)

表2 不同品种苗期叶片含水量与自然风干失水时间的关系(%)

表3 不同小麦品种叶片中丙二醛含量(μmol/g)

芒性品种名称经干旱处理未经干旱处理无芒中梁3021.457aA10.843aA无芒天00102-2-2-1-117.307bB10.497aA无芒Cardos16.853bB8.767bB无芒Almus12.047cC6.97cCD有芒陇育3号11.333cCD7.143cC无芒GB2011.023cdCDE6.457dD有芒0914-310.17deDE5.79eE有芒陇鉴1029.617eE4.753fF有芒西峰27号6.387fF4.487fgF有芒90系选36.15fF4.163gF

注:同列数字后不同小写字母表示0.05水平差异,不同大写字母表示0.01水平差异。

表4 不同芒性状品种群体间丙二醛含量结果

由于丙二醛含量越高作物的抗旱性越差[8]，因此90系选3的抗旱性最强、中梁30最差。

通过对不同芒性状小麦品种叶片中丙二醛含量进行测定，并进行方差分析，结果表明：干旱处理和未经处理的有芒小麦品种与无芒品种平均数间F值分别为59.81*和17.78，说明经干旱处理后不同芒性状小麦品种叶片中丙二醛含量平均数间的差异达到显著水平(表4)；因此小麦的芒性状与其抗旱性存在着一定的相关性，且有芒品种的抗旱性强于无芒品种。

3.3小麦不同芒性状材料失水率测定

通过对不同芒性状小麦品种叶片失水率进行测定，并进行方差分析，得知有芒小麦品种与无芒品种间平均数F值为46.01*(表5),说明不同芒性状小麦品种间叶片失水率平均数的差异达到显著水平；有芒品种抗旱性强于无芒品种。失水率越高抗旱性越差，失水率越低抗旱性越高[9]。其抗旱性由强到弱依次是：90系选3、西峰27号、0914-3、陇鉴102、GB20、陇育3号、Cardos、Almus、天00102-2-2-1-1、中梁30。

表5 不同品种的叶片失水率测定

3.4不同品种材料抗旱性形态观察

通过对不同芒性状小麦品种苗期主根长度测定并进行方差分析，得知参试品种间平均数F值为36.75(表6),差异达到显著水平，有芒品种抗旱性强于无芒品种，但有芒与无芒品种间没有差异。就主根长度而言，长度越长越能吸收较深土壤中的水分，抗旱性能越好。测定结果中主根长度和分蘖个数由大到小依次为：90系选3>西峰27号>0914-3>陇鉴102>GB20>陇育3号>Cardos>Almus>天00102-2-2-1-1>中梁30；90系选3的主根系最长，分蘖数最多；中梁30的主根系最短，分蘖数相比较少。

表6 不同品种材料主根系分蘖数的测定

4 结论与讨论

植物叶片离体条件下具有保持原有水分的能力，其保水力的大小与植物遗传性、细胞特性和原生质胶体性质有关[10]。因此，离体叶片的保水力可反映植物原生质的耐脱水能力和叶片角质层的保水能力。在一定的时间内，叶片含水量越高，表明叶片保水力越强，抗旱性越强。通过试验，有芒品种失水程度显著低于无芒品种，说明有芒品种抗旱性显著高于无芒品种。

用小麦叶片中丙二醛(MDA)含量的高低可以较好地评判不同品种抗旱性的强弱。MDA含量越高小麦的抗旱能力就越弱[8]，MDA含量越低小麦抗旱能力越强。经干旱处理，有芒品种丙二醛(MDA)含量显著高于无芒品种，说明有芒品种抗旱性显著高于无芒品种。

耐旱性强的品种90系选3、西峰27号、0914-3、陇鉴102等有芒品种在干旱逆境下根系发达、分蘖数多，渗透调节能力强，从而保证了较好的植株水分情况，进而削弱了干旱逆境下气孔关闭的程度，降低了气孔限制对光合作用的抑制效应。长期干旱胁迫下，植株光合作用的降低主要受非气孔限制影响。抗旱品种在干旱逆境下相对具有较高的光合作用，保障了其干物质的积累，体现了较强的耐旱性。

在干旱和半干旱地区以种植有芒品种为主，在湿润和半湿润地区适宜种植无芒品种，所以在今后的育种工作中应根据品种推广地区的气候条件有选择性地培育有芒或无芒品种，以获得最大的经济效益。

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【责任编辑赵建萍】