引进春小麦品种(系)芽期抗旱性评价

张 龑，王永刚，肖 菁，王 莉，徐 麟，任海龙，马艳明

(1.新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091；2.广州市农业科学研究院，广州 510308)

0 引 言

【研究意义】新疆处于欧亚大陆腹地，降水稀少，生态环境脆弱，是我国典型的干旱地区[1]。新疆农业灌溉用水量占到总用水量的95%左右，且用水效率比较低[2]。培育和选择高产的抗旱品种是节约水资源、保障粮食安全的重要途径[3]。小麦是我国第三大粮食作物，新疆小麦种植面积约80×104hm2，占新疆粮食播种面积的53.89%，在新疆农业生产中占有举足轻重的地位[4]。水资源短缺已成为限制新疆小麦生产的关键因素，加强小麦抗旱性的研究有着十分重要的意义[3]。干旱胁迫下植物种子的发芽情况是表征其抗旱能力的重要依据之一，并且与植物的其它生长阶段相比，种子萌发更易遭受干旱胁迫。从小麦品种资源中筛选抗旱性强的品种是抵御干旱、保证产量的有效途径。【前人研究进展】丁晓雯等[4]根据各指标的抗旱系数求出萌发期抗旱能力综合评价值 (D) 。D值与各指标抗旱系数的隶属函数值均呈极显著正相关，胚芽鞘长、胚根数、主胚根长、发芽率可作为小麦种质资源萌发期抗旱性快速鉴定的指标[4]。作物胁迫阶段的响应和胁迫解除后恢复能力综合考虑, 对于抗性品种的选择更有意义[5]。【本研究切入点】抗旱性是由多个因素共同作用的复合性状，全生育期的抗旱性鉴定费时费力，且可鉴定的品种数量有限，芽期鉴定具有耗费时间短 、数量大、重复性强、环境影响小等优点被广泛应用[5-7]。研究评价引进春小麦品种(系)的抗旱性。【拟解决的关键问题】以从哈萨克斯坦引进的105份春小麦品种(系)为材料，采用20%的PEG-6000高渗溶液模拟干旱胁迫，研究不同引进春小麦品种(系)芽期的抗旱能力，为我国新疆地区抗旱春小麦品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

选择引自哈萨克斯坦的105份春小麦品种(系)为材料，由新疆农业科学院农作物品种资源研究所提供，于2018年5月进行发芽试验。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

种子芽期抗旱性鉴定参照小麦抗旱性鉴定评价技术规范(GB/T 21127-2007)。将待测材料种子样品充分混合后，选择籽粒饱满、大小一致、完整无破损、无虫蛀的种子600粒，分成6份，每份100粒。以四层滤纸为发芽床，置于发芽盒(10 cm×7 cm×6 cm)中，分为20%的PEG-6000溶液的处理组和去离子水的对照组，每个处理3次重复。将发芽盒放入培养箱中，20℃条件下培养，第八天停止培养，随机抽取10棵幼苗测定芽长、根长、胚芽鞘长、芽鲜重和根鲜重；芽干重和根干重是鲜重测完后，把幼苗放在烘箱100℃杀青20 min，80℃烘干至恒重，称量根干重、芽干重。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 芽长(Shoot length，SL)

芽顶部到种子的长度。取一个发芽盒中的随机10株调查(精确到0.01 cm)。

1.2.2.2 胚芽鞘长(Coleoptile length，CL)

胚芽鞘顶部到种子的长度。取一个发芽盒中的随机10株调查(精确到0.01 cm)。

1.2.2.3 根长(Shoot length，RL)

取一个发芽盒中的随机10株的最长根长(精确到0.01 cm)。

1.2.2.4 芽鲜重(Shoot green weight，SGW)

取一个发芽盒中的随机10株的芽称重(精确到0.01 g)。

1.2.2.5 根鲜重(Shoot green weigh，RGW)

取一个发芽盒中的随机10株的根部(包括主根和须根)称重(精确到0.01 g)。

1.2.2.6 芽干重(Shoot dry weight，SDW)

于烘箱中105℃杀青0.5 h，80℃烘干48 h至重量恒重，对芽称重(精确到0.001 g)。

1.2.2.7 根干重(Root dry weigh，RDW)

于烘箱中105℃杀青0.5 h，80℃烘干48 h至重量恒重，对根称重(精确到0.001 g)。

1.3 数据处理

耐旱系数的计算公式：性状指标的耐旱系数=干旱胁迫下性状指标值/非胁迫下性状指标值[8]。由各性状指标的耐旱系数，采用累加法可求得综合耐旱系数，可综合评价品种萌发期的耐旱性[9]。

灰色关联度分析方法参照文献[10]，将105份春小麦材料的芽长、胚芽鞘长、芽鲜重、芽干重、根长、根鲜重、根干重7个性状的耐旱系数视为一个总体，即灰色系统。取每个性状的耐旱系数最大值的数值组成参考品种数列X0，而参试的105个品种的各性状的耐旱系数组成被比较品种数列Xi(k)，i为品种因素，i= ( 1, 2, 3…105) ，k为性状因素，k=(芽长、胚芽鞘长、芽鲜重、芽干重、根长、根鲜重、根干重)；依照公式计算关联系数。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下芽期性状

研究表明，在去离子水(对照)和20%的PEG-6000溶液处理下。对照处理的芽长为108.63～187.34 mm，平均145.81 mm，旱胁迫处理的芽长为5.25～87.41 mm，平均38.16 mm，芽长明显受到抑制，胁迫处理下C1441、C1439、C1451和C1437的芽长明显高于其它品种，均在80 mm 以上；对照处理的胚芽鞘长为22.13～41.76 mm，平均32.12 mm，胁迫处理的胚芽鞘长为5.25～40.18 mm，平均23.58 mm，胁迫处理下C1348的胚芽鞘长明显高于其它品种，在40 mm以上；对照处理的根长为95.51～151.82 mm，平均122.79 mm，胁迫处理的根长为21.67～98.65 mm，平均61.15 mm，根长受到明显抑制，其中胁迫处理下C1319、C1320、C1321、C1322和C1323的根长明显高于其它品种，在90 mm以上；对照处理的芽鲜重为0.52～1.30 g，平均0.90 g，胁迫处理的芽鲜重为0.02～0.43 g，平均0.21 g，芽鲜重明显受到抑制，胁迫处理下C1438的芽鲜重明显高于其它品种，在0.4 g以上；对照处理的根鲜重为0.17～1.01 g，平均0.63 g，胁迫处理的根鲜重为0.02～0.64 g，平均0.31 g，根鲜重明显受到抑制，其中胁迫处理下C1344、C1340、C1331、C1339和C1437的根鲜重明显高于其它品种，在0.5 以上；对照处理的芽干重为0.08～0.14 g，平均0.11 g，胁迫处理的芽干重为0.004～0.09 g，平均0.04 g，芽干重明显受到抑制，其中胁迫处理下C1458和C1424的芽干重明显高于其它品种，在0.08 g以上；对照处理的根干重为0.05～0.20 g，平均0.08 g，胁迫处理的根干重为0.01～0.16 g，平均0.06 g，胁迫处理下C1455、C1446和C1448的根干重明显高于其它品种，在0.14 g 以上。

在干旱胁迫条件下，芽长、胚芽鞘长、根长、芽鲜重、根鲜重、芽干重、根干重等性状测量值总体上都有所下降。相比对照芽长下降了73.83%、胚芽鞘长下降了26.59%、根长下降了50.20%、芽鲜重下降了 76.87%、根鲜重下降 了50.44%、芽干重下降了61.31%、根干重下降了19.33%。不同性状对干旱胁迫处理的敏感性不同，高渗胁迫显著抑制芽的生长，但对根的生长抑制作用要弱一些。表1

表1 20%PEG胁迫下芽期耐旱性指标比较Table 1 Indices comparison of spring wheat from Kazakhstan treated with 20% PEG solution at germination stage

2.2 干旱胁迫下不同性状耐旱系数

研究表明，参试材料芽长的耐旱系数为0.043～0.643，其中耐旱系数为0.6～0.8的材料有2个，耐旱系数<0.6的材料有103个；参试材料胚芽鞘长的耐旱系数为0.162～1.141，其中耐旱系数≥1的材料有24个，耐旱系数在0.8～0.1材料有21个，耐旱系数在0.6～0.8材料有25个，耐旱系数<0.6的材料有35个；参试材料根长的耐旱系数为0.183～0.931，其中耐旱系数≥0.8的材料有2个，耐旱系数在0.6～0.8材料有26个，耐旱系数<0.6的材料有77个；参试材料芽鲜重的耐旱系数在0.6～0.8材料有2个，耐旱系数<0.6的材料有103个；参试材料根鲜重的耐旱系数为0.049～1.434，其中耐旱系数≥1的材料有3个，耐旱系数在0.8～0.1材料有6个，耐旱系数在0.6～0.8材料有20个，耐旱系数<0.6的材料有76个；参试材料芽干重的耐旱系数为0.035～0.827，其中耐旱系数≥8的材料有6个，耐旱系数在0.6～0.8的材料有16个，耐旱系数<0.6的材料有83个；参试材料根干重的耐旱系数为0.112～1.802，其中耐旱系数≥1的材料有25个，耐旱系数在0.8～0.1材料有29个，耐旱系数在0.6～0.8材料有29个，耐旱系数<0.6的材料有22个。表2

表2 不同性状的耐旱系数值Table 2 Drought-tolerance coefficients of different traits

续表2 表2 不同性状的耐旱系数值Table 2 Drought-tolerance coefficients of different traits

续表2 表2 不同性状的耐旱系数值Table 2 Drought-tolerance coefficients of different traits

研究表明，根干重(0.825)>胚芽鞘长(0.738)>根鲜重(0.517)>根长(0.503)>芽干重(0.398)>芽长(0.264)>芽鲜重(0.246)，即根干重、胚芽鞘长、根鲜重受到胁迫影响较小，其耐旱能力较强，芽鲜重、芽长、芽干重受胁迫影响较大，耐旱能力较差。从各性状耐旱系数的变异系数来看，芽长(0.604)>芽鲜重(0.544)>芽干重(0.585)>根鲜重(0.429)>根干重(0.406)>胚芽鞘长(0.358)>根长(0.292)，受到干旱胁迫时，根长是最稳定的性状，而芽长是最不稳定的性状。C1442、C1429、C1446这3个品种(系)的综合耐旱系数>0.8；C1440、C1428、C1439、C1423、C1441、C1443、C1444、C1431、C1424、C1437、C1422、C1433这12个品种的综合耐旱系数在0.7～0.8；其余的90个品种的综合耐旱系数<0.7。表3

表3 不同品种(系)的综合耐旱系数Table 3 Comprehensive drought-tolerance coefficient of different varieties (lines)

续表3 表3 不同品种(系)的综合耐旱系数Table 3 Comprehensive drought-tolerance coefficient of different varieties (lines)

2.3 灰色关联度

研究表明，各参试品种与参考品种的关联度超过0.8的共有3个品种，大小依次为: C1429、C1442、C1446；关联度在0.7～0.8的有24个品种，其余的78个品种的关联系数<0.7，与综合耐旱系数的结果基本一致。表4

表4 不同品种(系)的关联度值Table 4 Relational grade and rank of different varieties (lines)

续表4 表4 不同品种(系)的关联度值Table 4 Relational grade and rank of different varieties (lines)

3 讨 论

芽期是小麦生长发育的关键时期，也是对干旱胁迫最敏感的时期[11]。抗旱性评价是抗旱栽培的关键环节，前人已筛选出大量的小麦抗旱性鉴定的生理生化或形态指标。根系大、深、密是抗旱作物的基本特征，深根(系)被认为是作物抗旱性的一个可以遗传的重要性状，并已经被应用到抗旱育种中[9]。朱志华等[12]的研究认为干旱胁迫下的根长、根重、株高、根冠比等是评价小麦抗旱能力的重要指标。也有研究认为胚芽鞘长可作为鉴定小麦抗旱性的指标[9]。研究选用被认为与抗旱性关系紧密的7个性状进行分析，采用20%的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫，处理引自哈萨克斯坦的105份品种(系)，经分析可得，不同品种(系)间在抗旱能力上存在明显差异。在旱胁迫处理下，芽长、胚芽鞘长、根长、芽鲜重、根鲜重、芽干重和根干重等性状的测量值都有所下降。耐旱性大小依次为根干重、胚芽鞘长、根鲜重、根长、芽干重、芽长和芽鲜重，说明根干重 、胚芽鞘长、根鲜重受到胁迫影响较小，其耐旱能力较强，芽鲜重、芽长、芽干重受胁迫影响较大，耐旱性较差，与汪妤等[13]的研究结果相一致。

采用单一的方法进行抗旱性评价往往不准确，因此应用多种分析方法进行综合比较，结果更为准确[14]。灰色关联分析的优点是将表象复杂、数据离乱的随机过程当作灰色过程，避开随机过程要用概率统计的弱点。近年来，被广泛应用到品种性状的分析评价中, 该方法可以较为真实和全面地反映人们对客观系统的认知程度, 可以同时给出定性和定量的确切描述[5]，其与综合耐旱系数法相互比较，可以准确地评价耐旱品种(系)[13,15]。研究中有些品种(系)的根干重、胚芽鞘长、根鲜重的耐旱系数超过1，即在干旱胁迫下比正常培养条件下有所增加，这些品种在干旱胁迫下，本身有种自我调节能力，形成了发达的根系，有利于吸收深层土壤的水分。

4 结 论

在干旱胁迫条件下，引进春小麦的芽长、胚芽鞘长、根长、芽鲜重、根鲜重、芽干重和根干重等性状的测量值都有所下降，芽受干旱胁迫的影响比根大。芽期耐旱性较好的品种(系)有11个，分别为C1429(Д 12 Зритроспермнм)、C1442(Д 315)、C1446(Д 320)、C1428(Д Бт-10)、C1439(Д 311)、C1441(Д 314)、C1440(Д 313)、C1444(Д 318)、C1423(54427)、C1443(Д 316)和C1431(Д 254 No6, сар.29)，这些材料可在我国新疆春小麦抗旱品种的选育中加以应用。