雨养农业区冬小麦品种灌浆期抗旱耐逆性评价技术规程

摘要：为进一步推进抗旱耐逆小麦品种的快速筛选及其推广应用，提高耐旱育种效率，通过半干旱雨养农业区田间生产条件下灌浆期小麦气孔性状多年多点的测定，明确小麦灌浆期抗旱耐逆性判定规则，联合主成分分析和隶属函数值方法，从适用范围、规范性引用文件、术语和定义、技术原理、基本要求、田间管理、气孔性状调查分析、评价指标的计算及评价等级等方面总结出雨养农业区冬小麦品种灌浆期抗旱耐逆性综合评价技术规程。

关键词：冬小麦；气孔；抗旱耐逆性；技术规程；雨养农业区

中图分类号：S512.1 文献标志码：B 文章编号：2097-2172（2024）09-0871-04

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.09.017

Technical Regulation for Evaluating Drought and Stress Resistance of Winter Wheat Varieties at Filling Stage in Rain-fed Agricultural Areas

LI Jingwen 1， BAI Bin 2， HOU Yiqing 1， HE Rui 2， GUO Ying 2， MA Rui 2， WANG Hongmei 1

（1. Biotechnology Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. Wheat Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Gansu Lanzhou 730070， China）

310b3994a1f39046b244bfa00b64d2be673ee7f3e6142358df8d0de8725fdb0aAbstract： In order to further promote the rapid screening and popularization of drought to lerant wheat varieties and improve the efficiency of drought to lerance breeding， the evaluation rules of drought to lerant wheat at filling stage were clarified by multi-year and multi-point determination of wheat stomata characters of flag leaf under field production conditions in semi-arid rain-fed agricultural areas. By combining with the principal component analysis and membership function value method， a comprehensive evaluation method for drought tolerance of winter wheat was summarized from aspects such as the applicable range， normative references， terms and definitions， technical principles， basic requirements， field management， stomatal trait investigation and analysis， calculation of evaluation indicators， and classification of evaluation levels.

Key words： Wheat variety; Stoma; Drought and stress resistance; Technical regulation; Rain-fed agricultural area

小麦是甘肃省第二大粮食作物，冬小麦种植总面积54.67万hm2左右，占全省小麦的65.2%［1 ］，90%以上的冬小麦在旱地种植［2 ］，主要分布于陇东、陇南及甘肃中部麦区。该区降水稀少且时空分布不匀，土壤瘠薄，为典型的雨养农业区［3 - 4 ］，加之当前气候变化影响日益加剧，干旱、倒春寒等不利气候频繁发生［5 ］。旱地冬小麦一般于9月中下旬至10月中旬播种，6月中下旬成熟收获。在小麦返青期、拔节期至灌浆成熟期极易遭遇季节性干旱和低温灾害，导致小麦品种产量低而不稳。

小麦生育期的干旱胁迫，生产上可通过耕作纳雨、覆盖保墒等途径提高有限降水资源利用效率，实现旱地小麦稳产高产。然而在投入不足的旱地生产中选育耐旱、耐瘠薄、高产、稳产新品种历来是甘肃省小麦首选的增产途径［6 ］。简便、可靠、快捷的小麦抗旱性指标对于抗旱耐逆小麦筛选及耐旱品种培育具有重要作用。气孔作为调控植物光合作用和蒸腾作用的关键因素，在应对干旱胁迫中发挥着重要作用［7 ］。近年来对小麦抗旱的外部形态特征、内部生理指标及产量指标等方面开展了大量研究［8 ］，但是在抗旱育种实践中利用气孔特性发挥作用的研究较少［9 ］。为此，我们在前期研究的基础上［10 ］，通过调查旱地冬小麦气孔性状，形成气孔性状综合评价度量值，建立了西北雨养农业区旱地冬小麦品种灌浆期抗旱耐逆性评价技术体系，以期为生产上筛选和推广应用耐旱性小麦品种、提高耐旱育种效率提供技术支撑。

1 范围

本规程规定了小麦品种灌浆期抗旱耐逆性的术语和定义、技术原理、试验方法及计算与评价要求。

本规程适用于甘肃省年降水量300～550 mm的雨养农业小麦种植区，其他地区可参照使用。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB 4404.1 — 2008 粮食作物种子 第1部分：禾谷类［11 ］

NY/T 1276 — 2007 农药安全使用规范 总则［12 ］

GB/T 8321·10 — 2018 农药合理使用准则（十）［13 ］

NY/T 496 — 2010 肥料合理使用准则 通则 ［14 ］

DB62/T 2476 — 2014 旱地冬小麦栽培技术规程［15 ］

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本规程。

3.1 雨养农业区

光照充足，热量适中，肥力可控，满足一年一季作物生长，仅依靠天然降水种植农作物区域［16 ］。

3.2 抗旱耐逆性

指作物生长发育和产量对干旱胁迫的反应及适应性。

3.3 抗旱耐逆冬小麦品种

指半干旱雨养农业区气孔性状综合评价度量值大的冬小麦品种（品系）。

3.4 气孔性状综合指标值

反映冬小麦品种对干旱胁迫耐受程度的指标，以同一小麦品种各气孔性状表型标准化数据及其特征向量乘积之和表示。

3.5 气孔性状综合度量值

以气孔反映雨养农业区灌浆期冬小麦品种对干旱胁迫耐受程度的指标，以同一小麦品种气孔性状综合指标的隶属函数值及其权重乘积之和表示。

3.6 抗旱耐逆性级别

采用气孔性状隶属函数综合度量值D 分级，从强到弱分3级，依次为Ⅰ级（强抗旱耐逆）、Ⅱ级（中度抗旱耐逆）、Ⅲ级（不抗旱耐逆）。

4 技术原理

4.1 干旱胁迫对小麦灌浆期的影响

小麦灌浆期是小麦水分临界期之一，小麦产量的70% ～ 80% 形成于灌浆期，其中10% ～ 30% 由旗叶供给［17 - 18 ］。在轻度和中度干旱条件下，气孔因素对光合作用的影响最大。面对干旱胁迫小麦灌浆期旗叶首先会关闭气孔来应答逆境，最终导致小麦旗叶的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）降低，胞间CO2浓度（Ci）含量升高，很大程度上阻碍了光合产物的积累及转运，最终影响小麦产量的提高［18 ］。

4.2 灌浆期抗旱耐逆性与评价原理

冬小麦灌浆期旗叶气孔性状与光合生理、农艺性状等分析表明，灌浆期的气孔指数、气孔宽与气孔导度正相关，气孔分布频率（气孔指数与气孔密度）、气孔宽和蒸腾速率正相关，气孔分布频率与叶绿素含量正相关，气孔指数与叶片水分利用率负相关，气孔宽与影响产量构成因素的株高、穗下节长显著负相关。验证了灌浆期选用基于气孔性状的品种抗旱耐逆性评价指标与旱地冬小麦应对雨养农业区干旱胁迫能力及其适应性之间存在相关性。试验结果可为评价在生产中推荐、应用抗旱耐逆冬小麦品种等提供依xzWWu/74TsP0ouZBmsnLBQ==据。

5 基本要求

5.1 试验用种

评价用的小麦种子质量应符合GB 4404.1 — 2008中的要求。

5.2 产地环境

雨养农业区冬小麦品种及资源的抗旱耐逆性评价在田间生产条件下进行。全生育期依靠天然降水。化肥使用原则应符合NY/T 496 — 2010的规定。

5.3 田间试验设计

5.3.1 小区设计 试验设3次重复，随机区组排列。参试各小麦品种为1个小区，小区面积15 m2。试验区周围设置宽度大于1.5 m的保护区。

5.3.2 对照品种设置 试验共设对照品种3个，分别为冬小麦品种晋麦47号（全国旱地小麦区域试验对照品种）、矮抗58（表现矮秆、高产、抗病，是黄淮麦区南片种植面积最大的品种之一）、周麦22号（黄淮冬麦区南片主要推荐种植品种）。以对照品种和待测冬小麦品种（系）气孔综合度量值D来综合判定待测品种抗旱耐逆性级别。

6 田间管理

按照试验评价需要选择品种。田间种植和栽培管理按照DB62/T 2476 — 2014标准执行。病虫防治药剂使用应符合NY/T 1276 — 2007、GB/T 8321·10 — 2018的规定。

7 气孔性状调查

灌浆初期及时调查气孔密度、气孔指数、气孔长、气孔宽、气孔长/气孔宽及表皮细胞数等6个气孔性状。

7.1 气孔印迹获取

花后10 d 9： 00～12： 00时选取各参试冬小麦品种3～4株生长一致植株，在旗叶远轴面（下表皮）中部平整部位选取2 cm2的区域采用牙齿合成树脂获取旗叶远轴面气孔印迹。牙齿合成树脂印迹法具体步骤为将混合速凝的牙齿合成树脂涂抹于小麦旗叶（背面叶）叶中部位，撕下印迹皮，再将其贴在涂有指甲油的载玻片上［19 - 20 ］。小麦旗叶表皮微观结构被二次印迹在载玻片上，待指甲油凝固后，撕去印迹皮，载玻片置于显微镜下观察，镜检。每片旗叶做3～4个印迹，每个冬小麦品种3个生物学重复。

7.2 气孔表型观察及统计

光学显微镜下观察小麦旗叶下表皮印迹，用10×10格 （0.062 5 mm2） 计数板目镜镜筒观察和统计，用 Image J 软件测量气孔长（SL，μm）、气孔宽（SW，μm）（图1），重复3次。每个表皮印迹随机选取10个视野，统计等面积内的气孔和表皮细胞数目，应用下列公式计算气孔分布频率。气孔分布频率主要从气孔密度（SD，个 / mm2）和气孔指数（SI）2方面确定。

气孔密度=气孔个数/计数视野面积

气孔指数=气孔数/（气孔数+表皮细胞数）

8 评价指标计算与评价等级

8.1 评价指标计算

对获得的气孔性状表型数据，通过主成分分析获取气孔综合指标值，记为λ（Xj）；采用隶属函数值（Yj）和各单一指标的权重（Wj）计算各小麦品种气孔性状综合度量值（D）。按下列公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）分别计算气孔综合指标值、权重、隶属函数值、气孔性状综合度量值（D）。其中隶属函数值与育种目标一致的性状参照公式（3）计算，与育种目标相反的性状参照公式（4）计算。

λj=m1 j X1 j+m2 j X2j+…+m ij Xij（1）

（i=1，2，…，n；j=1，2，…，n）

式中，λj为气孔综合指标值；m ij表示各单一气孔性状的特征值所对应的特征向量；Xij为各单一气孔性状标准化处理值（Z-score法）。

Wj=Pj/∑Pj （j=1，2…，n）（2）

式中，Wj表示第j 个气孔性状在所有气孔性状中的重要程度，即权重；Pj代表第j个气孔性状的信息贡献率。

Yj=（λj-λjmin ）/（λjmax-λjmin）（3）

Yj=1-（λj-λjmin ）/（λjmax-λjmin）（4）

式中：Yj为第j 个指标的隶属函数值；λj为气孔综合指标值；λjmax为第j个指标的最大值；λjmin 为第j个指标的最小值。

D=∑（Yj×Wj） （j=1，2…，n）（5）

式中，Yj为第j个隶属函数值；Wj表示各单一气孔性状的权重。

8.2 评价等级

基于气孔性状综合度量值（D）来评价冬小麦品种灌浆期抗旱耐逆性，具体分级见表1。

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