不同品种甘蓝型油菜的抗旱性评价

赵彤，余青兰，姚艳梅，徐亮，赵志刚

(青海大学农林科学院，青海省春油菜遗传改良重点实验室，国家油菜改良中心青海分中心，农业农村部春油菜科学观测实验站，青海省春油菜工程技术研究中心，青海 西宁 810016)

菜籽油是我国最重要的食用油，其消费量占食用油的47%[1].自2010年以来，油菜种植面积均在700万hm2以上[2]，在油料作物生产中占有重要的地位.油菜作为一种需水量大的作物，干旱会降低油菜的成苗数，使其生长迟缓，极大地降低油菜的产量和品质[3-4].甘蓝型油菜具产量高、适应性广、抗逆性强等特性，是新中国成立之后的主栽品种[5-6].因此，针对现有的主栽甘蓝型油菜品种，筛选出抗旱油菜资源，对油菜高产、稳产意义重大.

作物的抗旱性是复杂的数量性状，很难直接评定作物的抗旱性强弱，需要采用合理的指标和方法进行综合评价.目前常用的指标有形态指标、产量指标和生理生化指标等，如干旱条件下，抗旱性强的品种根系更长[7-8]，株高更低[9]，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量高[10-11].目前，苗期作物抗旱性测试方法主要采用土壤反复干旱法，即根据品种的反复干旱存活率来评价品种的抗旱性.王兴荣等[12]在苗期采用反复干旱法对39份胡麻资源进行了抗旱评价，根据幼苗存活率将其划分为不同抗旱资源等级.于艳敏等[13]采用苗期反复干旱法，以幼苗存活率等指标为依据，比较了所在地粳稻主栽品种的抗旱性.李龙等[14]通过对323份小麦种质资源抗旱试验，获得了28份苗期抗旱品种.成株期抗旱评价主要是田间直接鉴定，即将试验材料直接种植于大田环境中，通过人为干预灌溉等影响土壤水分的措施来控制干旱胁迫的程度.作物抗旱性评价可用抗旱系数、抗旱指数等进行单指标评价[15-16]，也可根据灰色关联度分析得到的综合抗旱性度量值进行综合性评价[17-19]，但是不同的指标得到的结果会有不同[18,20]，原因可能是不同品种生育期对干旱胁迫的反应不同所致.因此选择合适的抗旱性鉴定方法，对于较准确地评价作物品种抗旱性及选育育种材料具有指导意义.

油菜不同品种不同时期对干旱胁迫反应不同，本研究以19份甘蓝型油菜为试验材料进行成株期抗旱试验，对其中的17份材料进行了苗期反复干旱试验，筛选出强抗旱材料.苗期根据胁迫过程中水分含量和幼苗平均存活率，了解反复干旱胁迫对作物造成不良影响的程度.通过抗旱系数、抗旱指数和综合抗旱性度量值对材料进行成株期抗旱评价，进一步了解不同指标评价结果的差异，为油菜抗旱育种提供合适的指标以及为品种选育提供基础材料.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为19个油菜品种(系)，均为甘蓝型油菜，其中春性杂交种9份，春性常规种3份，半冬性杂交种2份，半冬性常规种5份，详见表1.7份青杂系列、青油14号和AG-7均为青海省农林科学院的特色品种，其余10份则是其他地方的特色栽培种.旱棚和温室实际利用面积的不同致使两个试验材料数目不同，温室试验材料编号为1～17，随机区组设计，同旱棚试验一致.

表1 油菜品种名称及类型Table 1 The varieties and types of experimental rapeseed

1.2 试验方法

1.2.1 苗期存活率试验 试验于青海省农林科学院温室进行.各材料选取饱满均匀的40粒种子种植在装有24 kg营养土的长70 cm、宽45 cm的种植箱里，7 d后记录发芽率，试验重复5次，随机区组设计.每盆播种2份材料.采用反复干旱法，三叶期开始进行3次干旱处理，胁迫期间所有材料不补充水分，3次干旱胁迫，待土壤绝对含水量分别降至4.80%、4.10%和2.30%后，等量复水 2.0 L，复水后第3天调查各品种幼苗存活数.

1.2.2 成株期抗旱试验 采用随机区组设计，于青海省农林科学院试验田中进行，设置抗旱棚内试验组和棚外对照组两个处理，选取各材料饱满均匀的40粒种子(播1行，行长1.50 m)，每品种各处理种植3行为一小区，出苗后每小区定苗30株.定苗完成之后抗旱棚内试验组保持干旱，棚外对照组正常的浇水及淋雨，试验重复3次.常规田间管理.在绿熟期后期在群体中随机选择10株单株，室内对株高、分枝数、分枝起点、有效角果数、每角果粒数、千粒重和产量等农艺性状进行考察.

1.2.3 抗旱性评价方法 参考李龙等[14]和冀天会等[21]的方法.

反复干旱存活率DS=(DS1+DS2+DS3)/3

抗旱系数DTC=Xi(k)/CXi(k)

抗旱指数DRI=DTC×(GST/GT)

隶属函数μ(x)=(DTC-DTCi,min)/(DTCi,max-DTCi,min)

ξi(k)=

1.2.4 数据处 常规数据处理、相关性及灰色关联度等利用 Microsoft Excel 2007软件、DPS12.5和SPSS23.0软件进行数据分析.

2 结果与分析

2.1 苗期存活率分析

由表2知，3次干旱处理幼苗存活率平均值分别为58.15%、56.52%和38.61%，依次减小，表明反复干旱胁迫对供试材料幼苗造成的不良影响程度不断加深，3次干旱胁迫后幼苗存活率变异系数均在50%以上，说明材料间存活率的差异较大.

表2 反复干旱处理下供试材料的幼苗存活率Table 2 Seedling survival rate of test materials under repeated drought treatments

根据反复干旱存活率结果，17份资源的反复干旱存活率介于26.94%～77.52%.DS>60%的5个品种，分别为青杂12号、陇油11号、中双11号、青杂9号和圣光401，其反复干旱存活率的平均值分别为77.52%、73.23%、69.49%、65.20%和65.13%，抗旱性强.DS介于50%～60%之间的3个品种，抗旱性中等.DS<50%的9个品种，其抗旱性弱(表3).

表3 17份资源的苗期抗旱评价Table 3 Evaluation of drought resistance of 17 resources at seedling stage

2.2 成株期抗旱评价

2.2.1 甘蓝型油菜成株期干旱对产量及产量构成因素的影响 由表4可知，除一次有效分枝数和角果粒数，其他性状均表现出显著或极显著的差异.与对照相比，干旱胁迫下各性状均值较低.例如，株高、一次分枝高度和单株角果数分别下降了22.18%、23.87%和22.04%.在干旱条件下，受干旱影响较小的两个性状为角果粒数和一次有效分枝数，与对照相比分别降低了4.23%和2.50%.在干旱条件下，产量受水分胁迫影响最大，降低了47.89%.干旱胁迫下，构成产量的3个要素中，每株角果数受影响最大，千粒质量次之，每角果粒数最小.受干旱条件的影响，试验组开花期平均提前了3 d，成熟期平均提前了9 d.

表4 甘蓝型油菜成株期干旱胁迫对产量及产量构成因素的影响Table 4 Effects of drought stress on yield and yield components of Brassica napus

2.2.2 19份资源的单株产量抗旱系数(DTC)评价 19份资源的单株产量抗旱系数介于0.42～0.92.由表5可知，单株产量抗旱系数越大，品种抗旱性越强.DTC大于0.70的5个品种，分别为青油14、AG-7、华双5号、圣光401和青杂9号，干旱反应表现为高抗型.DTC在0.60～0.70之间的6个品种，属于中等抗旱的材料.DTC小于0.60的8个品种，其对干旱敏感，抗旱性弱.对干旱最敏感的品种是浙双72，其DTC值最低，为0.42.以青杂5号为对照，抗旱性能优于该品种的有AG-7、青油14、圣光401、华双5号、青杂9号、益油杂1号、青杂12号、青杂15号、青杂6号、青杂11号和伟杰.

表5 19 份资源的单株产量抗旱系数抗旱评价Table 5 Drought resistance evaluation of yield per plant for 19 resources

2.2.3 19份资源的单株产量抗旱指数(DRI)评价 19份资源的单株产量抗旱指数介于0.18～1.04.由表6可知，单株产量抗旱指数越大，品种抗旱性越好.DRI大于0.90的5个品种，分别为青油14、圣光401、青杂12号、青杂9号和益油杂1号，其对干旱反应为高抗型.青杂12号是所有材料最抗旱的品种，其DRI值最高，为1.04.DRI在0.6～0.9之间的有7个中等抗性的品种.DRI小于0.6的有7个品种，其对干旱敏感，抗旱性弱.对干旱最敏感的品种是浙双72，其DRI值最低，为0.18.以青杂5号为对照，抗旱性能优于该品种的有青杂12号、益油杂1号、青杂9号、圣光401、青油14、青杂15号、华双5号、AG-7、青杂6号和青杂11号.

表6 19 份材料的单株产量抗旱指数抗旱评价Table 6 Drought resistance index of individual plant yields of 19 materials

2.3 19份资源的综合抗旱评价

将产量构成三要素每株角果数、千粒质量和每角果粒数分别求抗旱系数，继而进行关联度分析，最终得到每个品种的综合抗旱性度量值见表7.19份资源的综合抗旱性度量值D介于0.12～0.93.由表7可知，综合抗旱性度量值D与品种抗旱性成正比，综合抗旱性度量值D越大，品种抗旱性越好.D大于0.6的有4个品种，分别为华双5号、青杂9号、青油14和AG-7，其对干旱反应为高抗型.D在0.40～0.60之间的有8个中等抗性的品种.D小于0.40的有7个品种，其对干旱敏感，抗旱性弱.对干旱最敏感的品种是浙双72，其综合抗旱性度量值最低，为0.12.以青杂5号为对照，抗旱性能优于该品种的有AG-7、青油14、华双5号、青杂9号、青杂6号、伟杰、圣光401、青杂12号、中双11、青杂15号和中双4号.

表7 19 份材料的综合性抗旱评价Table 7 Comprehensive drought resistance evaluation of 19 materials

对单株产量抗旱系数与综合抗旱性度量值D进行相关分析(图1)，呈极显著正相关，相关系数为0.902；单株产量抗旱指数与综合抗旱性度量值D呈极显著正相关，两者的相关系数为0.588(图2)；单株产量抗旱系数与单株产量抗旱指数的两者的相关系数为0.815，呈极显著正相关，说明 3种评价方法的结果具有较高的一致性.其中青油14和青杂9号在成株期抗旱评价3种方法中均为强抗旱品种，同时青杂9号是待测材料中丰产性和稳产性较好的品种.

图1 单株产量抗旱系数(DTC)与综合抗旱性度量值(D)的相关性Figure 1 Correlation between drought resistance coefficient per plant(DTC) and drought resistance comprehensive values(D)

图2 单株产量抗旱指数(DRI)与综合抗旱性度量值(D)的相关性Figure 2 Correlation between drought resistance index per plant(DRI) and drought resistance comprehensive values(D)

2.4 苗期与成株期抗旱性的关系

表8表明，从苗期不同干旱处理后的存活率与单株产量抗旱系数、单株产量抗旱指数和抗旱性度量值 D的相关系数可以看出，苗期与成株期的抗旱性无显著相关，相关系数仅为 0.313～0.444，所以应根据品种不同生育期和种植地环境特点综合分析.

表8 苗期与成株期抗旱性相关系数Table 8 Correlation coefficients of drought resistance at seedling stage and adult stage

3 讨论

3.1 抗旱性评价

油菜不同时期对干旱胁迫反应不同，应根据发育时期选择合适的鉴定方法.苗期多采用反复干旱法，但选取标准存在差异.刘文萍等[22]采用盆栽反复干旱法评价100份芝麻种质资源，试验以材料出现50%永久萎蔫时进行复水，同时考察总叶片数和萎蔫叶片数.车京玉等[23]评价20个黑龙江省春小麦品种抗旱性时，以材料出现50%永久萎蔫时为复水标准，以幼苗存活率为评价指标.

本试验苗期干旱-复水进行3次，以土壤绝对含水量降到5%以下为重度干旱复水标准，3次干旱结束，幼苗存活率平均值由58.15%降至38.67%，说明连续缺水会加剧干旱对油菜机体的不良影响，只有干旱条件下保水能力强，且复水后能迅速恢复活力的幼苗材料存活率高，这也是苗期耐受能力评价的依据.

成株期多用田间直接鉴定法[24-25].对19份油菜进行成株期抗旱性评价，本试验采用了单指标和综合性抗旱评价两种方法，前者采用了单株产量抗旱系数和单株产量抗旱指数，后者综合了产量构成的三要素，且两种方法具有较高的一致性，与李龙等[14]和祁旭升等[20]研究结果一致.综合评价考察性状多，所需人力物力较多，本试验中结果与单指标评价高度一致，因此可用单株产量抗旱系数或者单株产量抗旱指数直接评价，然而单株产量抗旱系数只能反映品种的稳产性，无法兼具丰产性，单株产量抗旱指数改进了此不足，稳产性和丰产性兼具，同时考量了同组品种产量平均值，因此认为单株产量抗旱指数适合于大规模油菜品种直接抗旱性鉴定.

受干旱条件的影响，试验组开花期平均提前了3 d，成熟期平均提前了9 d，推测可能是油菜遭受干旱胁迫，发生了适应性的改变[26].黄倩[27]以半冬性油菜品种为试验材料，在研究不同生育时期干旱胁迫时发现开花期平均提前了8 d，成熟期平均提前了32 d.张吉顺等[28]同样发现，在干旱条件下，部分植物提前进入生殖生长，如拟南芥.

本试验AG-7和青油14号两个品种在抗旱系数评价与综合评价中均排名第1和第2，但在抗旱指数评价中分别排名第8和第5，最好的是青杂12号.进一步比较这3个品种，发现抗旱指数评价中青杂12号的优势主要是其在干旱胁迫下单株产量较高，而AG-7和青油14号在抗旱指数评价中等级较低，但是综合表现佳，因此，在今后的育种工作中，如果偏向于提高品种的单株产量，可优先考虑青杂12号，但其发展空间较小；若想获得更多变异后代，可以综合性评价结果为依据，两者有机结合，可使亲本材料的选择更加客观和准确.

3.2 油菜苗期和成株期相关性

作物的抗旱性是一个复杂的数量性状，包含多种生理生化反应.作物受到干旱胁迫时，光合速率降低，脯氨酸积累并且清除活性氧等[29-31]，最终影响产量.农业生产追求稳产和高产，若存活率高，但产量低，无法达到预期目标.王兰芬等[32]发现有2份绿豆资源苗期抗旱，而成株期敏感，不同品种生育期反应不同.路贵和[33]以玉米自交系为试验材料发现，部分材料只在生育期某阶段抗旱.本试验中苗期反复干旱存活率与单指标评价和综合评价相关性在0.05水平上差异均不显著，因此在对油菜品种进行抗旱性评价时应对不同生育期进行全面考察，并且结合青海地区的环境特点，做到因地制宜.

4 结论

油菜不同生育期对干旱胁迫的反应不同，因此要根据油菜生育期这一特点，选择合适的抗旱性鉴定方法，本文采用苗期反复干旱法，用反复干旱幼苗存活率为指标能够减少环境对材料评价的影响，成株期田间直接鉴定，单指标评价和综合评价一致性较高.苗期和成株期抗旱评价结果综合分析，以青杂5号为对照，抗旱性能优于该品种的有AG-7、青油14、圣光401、华双5号、青杂9号、青杂12号、青杂15号和青杂6号.在筛选到的8个抗旱品种中，综合不同发育期和不同干旱胁迫方法下的各项抗旱性评价指标，青杂9号为强抗旱品种，且其在干旱胁迫下仍具有一定丰产性和稳产性，可为后期育种工作抗旱亲本材料的选择提供理想资源.