不同麦类种质抗旱性评价及优异种质筛选

2022-10-19王振平吕迎春虎梦霞马小乐杨芳萍

麦类作物学报 2022年10期

郭莹，王振平，吕迎春，虎梦霞，马小乐，杨芳萍

(1.甘肃省农业科学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 730070；3.新疆天浩种业有限公司，新疆昌吉 831100)

干旱胁迫是限制小麦产量潜力有效发挥的关键因素，抗旱节水品种在农业生产中发挥了重要作用；但因种质资源的重复性应用，使优异育种亲本的选择变得日渐困难，从小麦近缘种或其他物种发掘优异资源显得非常迫切。小黑麦生物学产量高、抗旱、抗寒、耐盐、耐瘠薄，籽粒和秸秆含有较高的蛋白质和赖氨酸含量；硬粒小麦品质好，蛋白质含量较普通小麦高，有较高的湿面筋和类胡萝卜素含量；人工合成小麦具有广泛适应性，谷蛋白遗传变异丰富。研究人员利用这些小麦近缘种和普通小麦杂交，选出许多具有抗病、抗虫等优良特性的小麦新品系、附加系、代换系和易位系等新种质。

因此，本研究以引自CIMMYT的普通小麦、合成小麦、硬粒小麦和小黑麦为材料，在水分胁迫和正常灌溉条件下，测定其叶绿素荧光参数、产量及其构成因素，并用灰色关联度分析抗旱指数与荧光参数间的关系，以期筛选叶绿素荧光参数中评价抗旱性的有效指标，揭示不同麦类种质间抗旱性差异及其原因所在，发掘丰产、抗旱性突出的材料，为小麦遗传改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料和设计

试验所用材料引自CIMMYT，包括灌溉圃小麦(BW)12份、干旱半干旱圃小麦(AW)12份、合成小麦(HC)12份、硬粒小麦(YL)12份、小黑麦(XHM)12份，以上材料能代表CIMMYT各类种质的特征特性。用当地主栽小麦品种宁春4号(CK)、西旱2号(CK)为对照。试验设在兰州新区上川镇(北纬36°42′14″、东经103°38′29″，海拔1 880 m，生育期降雨量为186.9 mm)和甘肃省农科院黄羊镇试验场(北纬37°40′8″、东经102°51′19″，海拔1 760 m，生育期降雨量113.4 mm)，设正常灌溉(W，即在拔节期和抽穗期灌溉，兰州总灌溉量为3 000 m·hm，黄羊总灌溉量为 3 750 m·hm)和水分胁迫(D，即全生育期不灌溉)两个处理，每品种播种5行，行长5 m，行距 0.2 m，3次重复，随机区组排列。田间肥、水、草管理同当地大田。

1.2 性状和参数测定方法

农艺性状鉴定：记载出苗期、抽穗期、成熟期；成熟后每份材料随机取20茎，考查株高、穗长、可育小穗数、穗粒数和千粒重，按品种单收记产。

1.3 数据分析

采用Excel 2010整理数据并做图，用DPSv 7.05进行灰色关联度分析，用SPSS 18.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同麦类作物农艺性状、产量与抗旱指数比较分析

由表1可知，黄羊点的株高明显低于兰州点，这可能与兰州点降水量高有关；兰州点的小穗数、穗粒数也明显高于黄羊点，这是因为兰州点生育前期温度低，利于幼穗分化。黄羊点千粒重为44.96～60.80 g，显著高于兰州点(36.24～48.20 g)，这可能因黄羊点纬度较兰州点高，光照充足，日温差较兰州大，有利于籽粒灌浆。水分胁迫下，供试材料的农艺性状整体均下降，黄羊点株高、穗粒数、千粒重的降幅较兰州点大，而小穗数的降幅较兰州点小；兰州点麦类作物减产主要由小穗数减少而引起，而黄羊点主要由千粒重降低而导致。水分胁迫主要影响灌溉圃小麦、小黑麦的穗粒数，硬粒小麦的千粒重，干旱半干旱圃小麦的穗粒数和千粒重；而在兰州点水分胁迫主要影响合成小麦的穗长和小穗数，在黄羊点主要影响合成小麦的穗粒数和千粒重，说明水分胁迫对不同麦类作物产量构成因素的影响程度不同。

由表2可知，与正常灌溉相比，水分胁迫下所有参试材料均减产，黄羊点减产幅度较兰州点大，这与生育期兰州点降雨量高有关。小黑麦正常灌溉下籽粒产量为6 548.00～ 8 860.00 kg·hm，水分胁迫下产量为 4 842.00～ 7 137.00 kg·hm，两种处理下产量均居参试作物第一位，其次为干旱半干旱圃小麦，硬粒小麦在水分胁迫下产量最低。在水分胁迫下，兰州点仅合成小麦、硬粒小麦的产量低于对照宁春4号，其他麦类种质产量均高于对照；黄羊点仅小黑麦产量高于宁春4号，其余类型材料均低于对照或与对照相当。兰州点供试材料的抗旱指数 (0.684～0.946)整体高于黄羊点(0.516～ 0.825)。兰州点抗旱指数从高到低依次为小黑麦、灌溉圃小麦、干旱半干旱圃小麦、合成小麦、硬粒小麦，黄羊点依次为干旱半干旱圃小麦、小黑麦、灌溉圃小麦、合成小麦、硬粒小麦。从两试点平均抗旱指数来看，小黑麦抗旱指数最高，合成小麦和硬粒小麦最低。在水分胁迫程度较高的黄羊点，干旱半干旱圃小麦的抗旱指数较灌溉圃小麦高，并且变异系数较小，说明干旱半干旱圃小麦在水分胁迫下的稳产性较灌溉圃小麦好。总体评价5种麦类作物，小黑麦、干旱半干旱圃小麦抗旱性较强，其次为灌溉圃小麦、合成小麦、硬粒小麦。

2.2 水分胁迫对麦类种质叶绿素荧光参数的影响

W：正常灌溉；D：水分胁迫；JS:拔节期；HS：抽穗期；GS：灌浆期。图柱上不同字母表示不同水分处理和麦类种质间差异显著(P<0.05)。下同。

表1 不同水分处理下麦类作物农艺性状Table 1 Agronomic traits of different Triticeae crops under different treatments

表2 不同处理下麦类作物产量与抗旱指数Table 2 Grain yield and drought tolerance index of different Triticeae crops under different treatments

图2 不同麦类作物Fv/Fm的变化

2.2.2 对非光化学淬灭系数(NPQ)的影响

兰州点NPQ变化范围为0.22～0.60，黄羊点变化范围为0.35～0.75，均随生育进程推移呈上升趋势，说明在生育后期作物的光能利用率下降，光合电子传递率降低，耗散的热能增加(图4)。水分胁迫下各麦类种质在不同生育时期的NPQ均高于正常灌溉，表明水分亏缺会导致NPQ的升高；灌浆期的升幅普遍高于抽穗期；各类型材料灌浆期NPQ上升幅度不同，灌溉圃小麦、干旱半干旱圃小麦、合成小麦、硬粒小麦上升幅度较大，分别为 20.45%、19.85%、12.90%、13.50%，小黑麦和CK、CK的上升幅度较小，分别为4.03%、 5.89%、5.22%。各麦类材料间比较，合成小麦的NPQ在两试点均最高，其次为干旱半干旱圃小麦和灌溉圃小麦，说明在本试验条件下，小黑麦与硬粒小麦热耗散较低，用于电子传递的光能较多，具有较高的光合效率。

2.3 抗旱指数与叶绿素荧光参数的灰色关联度分析

2.4 优异材料农艺性状表现

图3 不同麦类作物的变化

3 讨论

3.1 不同麦类作物在甘肃生态区域的抗旱性

通过比较不同水分处理下各麦类种质的农艺性状、产量和抗旱指数，发现来自CIMMYT的麦类作物变异类型丰富。小黑麦植株高大，茎秆粗壮，穗粒数多，抗旱性、丰产性、抗病性明显优于其他麦类作物，筛选的三个品系T-128、T-133、T-137可在适宜区域推广种植。在正常灌溉下硬粒小麦表现出较好的丰产性，而水分胁迫条件下产量骤减，这与杨芳萍的研究结果一致。宋全昊对34份人工合成小麦进行了抗旱性鉴定，认为合成小麦存在二倍体粗山羊草的遗传背景，抗旱性较普通小麦强。本研究中合成小麦的产量、抗旱指数较灌溉圃小麦和干旱半干旱圃小麦低，这可能与材料不同或试验的环境条件有关。