豌豆种质资源苗期耐旱鉴定

2017-12-28沈宝宇张天静

辽宁农业科学 2017年6期

关键词：耐旱性秋播豌豆

沈宝宇，张天静，李玲

（辽宁省经济作物研究所，辽宁辽阳 111000）

豌豆种质资源苗期耐旱鉴定

沈宝宇，张天静，李玲

（辽宁省经济作物研究所，辽宁辽阳 111000）

以已87份豌豆种质（基于FIGS方法构建了耐旱和旱敏感两个候选资源组，耐旱资源52份，旱敏感资源35份）为材料，采用盆栽试验，应用苗期反复干旱法，测定叶片萎蔫指数、反复幼苗存活率、株高、植株鲜重、植株干重、根干重、叶片相对含水量的指标，采用隶属函数法综合评价豌豆种质资源耐旱等级，获得苗期高抗材料1份、抗旱材料15份，旱高感资源5份；干旱胁迫下各性状表现和平均隶属值间的相关结果表明叶片萎蔫指数、叶片相对含水量、反复干旱幼苗存活率、株高胁迫指数、植株干物质胁迫指数、根干物质胁迫指数6个指标与平均隶属值间的相关系数均达到极显著水平，所以确定了这6项指标为苗期耐旱鉴定指标。生育期耐旱资源共有16份，其中11份来自耐旱资源组，5份来自非耐旱资源组的春播区；说明豌豆种质的耐旱性与其来源地有一定的相关性。

豌豆；种质资源；抗旱性；隶属函数法

FAO统计数据显示，我国是世界第一大豌豆生产国，在世界豌豆生产中占有举足轻重地位［1］。我国干豌豆生产主要分布在云南、四川、甘肃、内蒙古、青海等省区市。青豌豆主产区位于全国主要大、中城市附近，东部省份沿海地区，以及西南高海拔区域［1］。部分地区干旱现象时有发生，干旱已成为豌豆生产发展的重要限制因素。

筛选耐旱资源、培育耐旱品种是解决这一问题的节本增效的有效途径［2］。国内外对玉米、大豆、小麦等作物抗旱性已经进行了深入系统研究［3～5］，并培育了耐旱品种，耐旱品种的培育和推广有效减少了小麦在旱灾时的损失［6］。抗旱性是受多因素影响的数量性状，耐旱机理复杂多样，不同生育时期表现不同。其中，苗期抗旱鉴定因其周期短、操作方便、结果稳定等特点被广泛采用在玉米、水稻、绿豆、甘薯等作物上［3，7～9］。

本研究以基于FIGS方法构建了耐旱和旱敏感两个候选资源组，耐旱资源52份，旱敏感资源35份，为鉴定材料，采用盆栽试验，在苗期干旱条件下调查豌豆幼苗部分农艺性状的变化。综合评价豌豆种质资源的耐旱性，以期为豌豆苗期耐旱鉴定提供方法和指标，为耐旱基因挖掘及耐旱品种选育提供基础材料。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

供试材料总计87份（表1），来自全国18个省份。其中52份资源原产地降水相对较少（春播区年降水＜500 mm，生育期间＜150 mm；冬播区年降水＜1 200 mm，生育期间＜150 mm），35份资源原产地雨水相对充沛（春播区年降水＞500 mm，生育期间＞200 mm；冬播区年降水＞1 200 mm，生育期间＞500 mm），资源全部由中国农业科学院作物科学研究所提供。

1.2 试验方法

采用盆栽法，于2017年在辽宁省经济作物研究所旱棚内试验。花盆上口径×高＝29 cm×25 cm，全沙基质（过筛细沙），每盆8 kg。浇水1 L，每盆播种20粒，播深3～5 cm。每份材料播种6盆，旱处理和水对照各3盆。

表1 豌豆种质资源信息

序号 ID 品种名称地区省份资源组播期年降水量全生育期降水量55 G0000528 五里店密县河南非耐旱春播683.0 204.0 56 G0000529 白豌豆密县河南非耐旱春播 683.0 204.0 57 G0001130 白豌豆密县河南非耐旱春播 683.0 204.0 58 G0000760 登封白登封河南非耐旱春播 695.0 212.0 59 G0002019 麻豌豆泰安甘肃非耐旱春播 528.0 218.5 60 G0002017 老豌豆天水甘肃非耐旱春播 541.0 227.5 61 G0002018 豌豆天水甘肃非耐旱春播 541.0 227.5 62 G0003595 白豌豆米林西藏非耐旱春播 459.0 227.0 63 G0003678 紫麻豌豆米林西藏非耐旱春播 459.0 227.0 64 G0000369 麦豌豆咸丰湖北非耐旱秋播 1468.0 711.0 65 G0000372 菜豌咸丰湖北非耐旱秋播 1468.0 711.0 66 G0001229 豌豆咸丰湖北非耐旱秋播 1468.0 711.0 67 G0001253 菜豌豆咸丰湖北非耐旱秋播 1468.0 711.0 68 G0000355 鱼眼豌豆蕲春县湖北非耐旱秋播 1419.0 864.0 69 G0000356 豌豆黄梅湖北非耐旱秋播 1410.0 875.5 70 G0000357 白皮豌豆崇阳县湖北非耐旱秋播 1403.0 901.0 71 G0001244 麻中豆崇阳县湖北非耐旱秋播 1403.0 901.0 72 G0003063 豌豆歙县安徽非耐旱秋播 1607.0 849.0 73 G0003064 豌豆歙县安徽非耐旱秋播 1607.0 849.0 74 G0003047 豌豆休宁县安徽非耐旱秋播 1660.0 886.0 75 G0003048 豌豆休宁县安徽非耐旱秋播 1660.0 886.0 76 G0003049 豌豆休宁县安徽非耐旱秋播 1660.0 886.0 77 G0003050 豌豆休宁县安徽非耐旱秋播 1660.0 886.0 78 G0001298 麻豌豆茶陵县湖南非耐旱秋播 1560.0 854.0 79 G0000539 白雪豆南雄广东非耐旱秋播 1598.0 872.0 80 G0001716 壳豌都匀市贵州非耐旱秋播 1298.0 520.0 81 G0001725 小菜豌都匀市贵州非耐旱秋播 1298.0 520.0 82 G0001284 白豌豆永顺县湖南非耐旱秋播 1395.0 596.0 83 G0001295 菜豌豆永顺县湖南非耐旱秋播 1395.0 596.0 84 G0001288 小豌豆临湘县湖南非耐旱秋播 1304.0 710.0 85 G0001283 剥豌豆黔阳县湖南非耐旱秋播 1334.0 716.0 86 G0001298 麻豌豆茶陵县湖南非耐旱秋播 1560.0 854.0 87 G0000758 红花豌豆长乐县福建非耐旱秋播1471.0 676.0

第一次干旱胁迫—复水处理，出苗后正常供水，每隔2 d每盆浇水1 L，第一次浇水时每盆另加营养液200 m l。待材料生长到第一片复叶完全展开时停止供水，每盆留苗10株。测定土壤含水量，当土壤绝对含水量下降至3%时复水，每盆浇水1 L。第二次干旱胁迫—复水处理，第一次复水后不再供水，当土壤绝对含水量降至3%时复水，每盆浇水1 L。

1.3 测定指标及方法

土壤含水量：采用烘干法测量土壤含水量。当30%材料叶片出现萎蔫时，开始隔天取土，旱处理组随机抽取5盆，用直径约2 cm的土钻取0～10 cm深度的土，称土壤湿重，105℃烘箱干燥2 d后称土壤干重。

土壤绝对含水量（SMC）＝（土壤湿重-土壤干重）／土壤干重×100%。

反复干旱幼苗存活率：分别于第一次和第二次复水72 h后调查存活率，幼苗叶片转为鲜绿色为存活。

幼苗干旱存活率：DS＝（DS1＋DS2）／2＝（XDS1／XTT×100＋XDS2／XTT×100）／2。

XDS1为第一次干旱存活率，XDS2为第二次干旱存活率，XTT为第一次干旱前3次重复总苗数的平均值，XDS1为第一次复水后3次重复存活苗数的平均值，XDS2为第二次复水后3次重复存活苗数的平均值。

叶片萎蔫指数：在第一次持续干旱复水前2 d下午14：00开始连续观察并记载萎蔫指数。分5级：1级无萎蔫，2级轻微萎蔫（出现在个别植株），3级萎蔫（一半的植株或较多的植株萎蔫），4级明显萎蔫（多数植株萎蔫），5级严重萎蔫（叶片黄化、褐化或大部分叶片死亡或脱落）。

株高及株高胁迫指数：第一次复水72 h后测量株高，计算平均株高、株高胁迫指数 DPSI＝（PHS／PHC）×100%，PHS为干旱下幼苗的株高，PHC为对照幼苗的株高。

叶片相对含水量：第一次复水前一天下午，分别随机选取每盆的3株幼苗，剪取第3片真叶的3个叶片称鲜重（FW），105℃杀青20 min，80℃烘干至恒重，称干重（DW）。

叶片相对含水量：RWC＝WCS／WCC×100%。WCS为胁迫处理叶片含水量；WCC为水对照叶片含水量。

干物质重及干物质胁迫指数：第2次旱胁迫复水72 h后，将每盆材料的植株连根挖出去掉泥沙，清洗干净，100℃杀青20 min，在80℃烘干至恒重。

干物质胁迫指数：DMSI＝（DMS／DMC）×100%。其中DMS为干旱下幼苗干物质重，DMC为对照幼苗干物质重。

1.4 评价方法的建立

采用隶属函数法对豌豆种质进行芽期耐旱性综合评价，参照龚明等方法计算隶属值［10］。公式如下：

U（Xij）＝（Xij-Xjmin）／（Xjmax-Xjmin），Xi＝ΣU（Xij）／n。

Xij为某一品种某指标的实测值，Xjmax为该指标的最大值，Xjmin为该指标的最小值。U（Xij）为i品种j性状的隶属值。Xi为i，n为测定指标数，Xi值越大，表明该材料抗旱性越强。参考大豆抗旱性鉴定方法划分抗旱级别［11］，分为5个级别，1级：Xi≥0．8，高抗（HR，highly resistant）；2级：0.6≤Xi＜0.8，抗（R，resistant）；3级：0.4≤Xi＜0.6，中抗（MR，moderately resistant）；4级：0.2≤Xi＜0.4，较敏感（S，susceptible）；5级：Xi＜0.2，敏感（HS，highly susceptible）。

1.5 数据分析

采用Excel2007和DPS软件进行数据分析。

2 结果分析

2.1 干旱对豌豆材料的影响及耐旱指标的评估

根据表2计算6个指标的变异系数，结果变异系数由大到小为干物质胁迫指数（根）56.6%＞反复干旱幼苗存活率40.7%＞干物质胁迫指数（植株）40.2%＞叶片相对含水量30.7%＞萎蔫等级30.2%＞株高胁迫指数16.0%。6个指标变异范围较大，说明这87份豌豆种质资源耐旱性存在较大差异，可以从中筛选到耐旱性强的和耐旱性弱的资源。各指标间的变异系数差异大，说明它们对干旱处理的反应机理不同。

6个性状中，萎蔫等级值越小，品种的耐旱性越强；而其他5个性状干物质胁迫指数（根）、反复干旱幼苗存活率、干物质胁迫指数（植株）、叶片相对含水量和株高胁迫指数是随着性状值的增大，品种的耐旱性越强。表2显示，14号、38号、54号和56号材料萎蔫等级均为1，是强耐旱性材料；56号、77号、71号、13号、53号和38号叶片相对含水量值大于0.97，是强耐旱性材料；54号、50号、21号、14号和55号反复干旱幼苗存活率大于0.96，是强耐旱性材料；58号、17号和67号株高胁迫指数大于0.8，是强耐旱性材料；74号和23号植株干物质胁迫指数大于0.9，是强耐旱性材料；35号、18号和53号根干物质胁迫指数大于0.8，是强耐旱性材料。其中，材料14号、38号、53号、54号和56号在两个指标中表现为强耐旱性材料，所以这5份材料耐旱性好。但是，以某个单一指标为标准，87份豌豆种质资源的耐旱性不完全一致，耐旱性判断存在偏差。

2.2 耐旱性综合评价

2.2.1 计算平均隶属函数值

平均隶属值反映了某豌豆材料各性状受干旱胁迫影响的综合反映程度，平均隶属值越大，干旱对这个豌豆材料造成的伤害越小，该材料的耐旱性越强。对每份资源的隶属值进行分析，结果显示，87份参试豌豆种质资源中平均隶属值大于0.8的有1个，为53号G0000344来自黑龙江哈尔滨，是高抗旱资源；平均隶属函数值小于0.8大于等于0.6的有15个，分别为50号（G0001311）、41号（G0000077）、57号（G0001310）、39号（G0000055）、54 号（G0002293）、23 号（G0000440）、14 号（G0000794）、51 号（G0003724）、55 号（G0000528）、56 号（G0000529）、38 号（G0000129）、37 号（G0000090）、13 号（G0002457）、49 号（G0005848）和 45号（G0001010），为抗旱资源。平均隶属值小于0.2的有5份资源，分别为8号（G0002502）、7 号（G0000927）、10 号（G0002546）、32 号（G0000074）和 69 号（G0000356）（表3），是旱敏感资源，其余为中抗或旱较敏感资源。

表2 干旱胁迫下87份豌豆种质资源各耐旱指标调查结果

序号萎蔫等级叶片相对含水量反复干旱幼苗存活率株高胁迫指数干物质胁迫指数（植株）干物质胁迫指数（根）47 4 0.956 0.444 0.694 0.735 0.411 48 4 0.914 0.556 0.616 0.049 0.049 49 3 0.929 0.793 0.678 0.505 0.454 50 2 0.947 0.981 0.774 0.498 0.719 51 3 0.943 0.86 0.75 0.546 0.492 52 3 0.427 0.763 0.559 0.339 0.302 53 2 0.971 0.813 0.799 0.587 0.815 54 1 0.917 1 0.736 0.381 0.28 55 2 0.968 0.962 0.593 0.426 0.434 56 1 0.984 0.92 0.515 0.328 0.43 57 2 0.969 0.911 0.736 0.645 0.545 58 4 0.901 0.52 0.877 0.29 0.091 59 4 0.91 0.405 0.688 0.368 0.3 60 4 0.946 0.614 0.604 0.387 0.389 61 3 0.865 0.591 0.526 0.262 0.231 62 4 0.876 0.3 0.576 0.277 0.16 63 4 0.929 0.25 0.686 0.505 0.196 64 4 0.871 0.519 0.482 0.348 0.262 65 4 0.891 0.727 0.523 0.373 0.373 66 3 0.81 0.407 0.542 0.309 0.14 67 4 0.85 0.481 0.829 0.384 0.271 68 5 0.832 0.318 0.561 0.214 0.159 69 5 0.679 0.192 0.504 0.256 0.059 70 4 0.848 0.295 0.441 0.359 0.303 71 4 0.976 0.5 0.586 0.436 0.273 72 4 0.958 0.5 0.646 0.184 0.071 73 4 0.922 0.56 0.455 0.347 0.347 74 4 0.837 0.479 0.67 0.991 0.483 75 4 0.961 0.327 0.682 0.296 0.172 76 4 0.541 0.467 0.557 0.48 0.327 77 3 0.982 0.5 0.618 0.39 0.255 78 4 0.919 0.554 0.606 0.411 0.292 79 5 0.901 0.385 0.791 0.293 0.19 80 4 0.71 0.481 0.796 0.388 0.387 81 4 0.907 0.481 0.698 0.422 0.202 82 4 0.924 0.324 0.509 0.191 0.126 83 4 0.649 0.75 0.61 0.428 0.401 84 5 0.489 0.268 0.596 0.312 0.137 85 3 0.967 0.948 0.571 0.367 0.313 86 4 0.8 0.517 0.752 0.445 0.381 87 5 0.455 0.5 0.787 0.337 0.276变异系数（%）30.2 30.7 40.7 16 40.2 56.6

2.2.2 对各性状隶属值进行聚类分析

对87份豌豆资源各性状的隶属值进行聚类分析，划分为5个类群，类群1包含23份豌豆种质资源（1，13，55，38，56，29，37，45，21，85，34，40，42，43，14，54，39，57，41，50，53，49，51），为耐旱资源组，平均隶属值最高0.64，其中萎蔫等级、叶片相对含水量、反复干旱幼苗存活率的隶属值为5个类群中最高值。类群3包含13份豌豆种质资源（3，10，12，32，7，8，4，84，68，69，15，33，76），为旱较敏感资源组，平均隶属值最高0.26，除植株干物质胁迫指数隶属值外，其余5个指标的隶属值为5个类群中最低值。类群 2（2，20，17，87，58，79，67，80，86）、类群 4（9，28，31，83，19，30，52，25，27，18，35，23，47，74）和类群 5（5，60，65，71，78，26，36，64，73，70，6，24，62，82，48，72，11，66，46，16，61，22，75，59，81，63，44，71）分别包含9份、14份和28份资源，平均隶属值分别为0.42、0.50和0.41，为耐旱资源组，其中，类群2株高胁迫指数隶属值最高，类群4植株和根的干物质胁迫指数隶属值最高。而类群5植株干物质胁迫指数隶属值最低（表4，图1）。

表3 干旱胁迫下87份豌豆种质资源的平均隶属值

表4 旱胁迫下87份豌豆种质资源聚类分析结果

图1 旱胁迫下87份豌豆种质资源聚类

2.2.3 各性状表现与平均隶属值的相关分析

计算干旱胁迫下各性状表现和平均隶属值间的相关系数，结果显示在干旱处理下萎蔫等级、叶片相对含水量等6个指标与平均隶属值间的相关系数均达到极显著水平（表5），所以这6个指标可以作为豌豆苗期鉴定耐旱性的指标。

表5 各指标与平均隶属值间的相关分析

3 结论与讨论

3.1 豌豆种质资源耐旱性与来源地之间的关系

耐旱资源来源地分析：由表6可知：苗期耐旱资源共有16份，其中11份来自耐旱资源组，5份来自非耐旱资源组的春播区，结果说明耐旱资源多来自耐旱资源组，少部分来自非耐旱资源组的春播区南界，该区域理论上虽然降水量能够满足豌豆生长，但可能豌豆生长期间温度较高，植株土壤空气环境水分增发快，也间接导致缺水。由此推断豌豆种质为了适应干旱高温的生长环境，经过长期的进化而形成了一定的抗旱性。因此，耐旱性与来源地有一定的相关性。结果还需要进一步验证。

表6 苗期基于形态指标鉴定筛选的耐旱种质资源

3.2 耐旱鉴定指标的确定

通过耐旱性鉴定指标与平均隶属值之间的相关的分析，确定豌豆种质资源苗期耐旱鉴定关键评价指标有6个，分别为叶片萎蔫指数、根干物质胁迫指数、植株干物质胁迫指数、反复干旱幼苗存活率、叶片相对含水量、株高胁迫指数。

3.3 耐旱及旱敏感种质资源的筛选

采用盆栽试验基于形态指标鉴定筛选出高抗材料1份、抗旱材料15份，旱高感资源5份（表3）；其中耐旱资源G0002293和G0002457在芽期耐旱性鉴定中也表现耐旱［12］。所以这2份资源是强耐旱资源。植物的耐旱性是由遗传因子和环境共同控制的一个复杂的数量性状，是对干旱环境的适应能力，其表现形式及机理复杂多样，不同生育时期耐旱机理存在差异，耐旱能力不同［13］，本试验仅对豌豆苗期耐旱性进行了鉴定，筛选出的耐旱种质在全生育期的耐旱性还有待进一步试验鉴定，不同时期耐旱性相关性还值得深入研究。

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