10個冬小麥品種萌發(fā)期抗旱性評價

鄭立龍 李興茂

摘要：以10個不同抗旱性差異的小麥品種為材料，利用不同濃度PEG進行脅迫處理，測定冬小麥胚芽長度、胚根數(shù)、胚根長度、芽鞘長度等4個生長指標，評價不同冬小麥品種萌發(fā)期的抗旱性能。結果表明，冬小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定首先應選PEG25%濃度，依據(jù)致死程度確定出具有明顯抗旱性差異的品種，然后在20%PEG濃度的脅迫下，根據(jù)各生長指標來綜合分析品種的抗旱性差異。各生長指標對干旱環(huán)境的敏感性由強到弱為胚芽鞘長度、胚根長度、胚根數(shù)、胚芽長度，表明胚芽鞘長度可作為萌發(fā)期抗旱性最佳鑒定指標。與對照（無PEG脅迫）相比，隴鑒19、隴鑒196、西峰20號、隴鑒127等4個品種在25%PEG濃度下未發(fā)生致死，且在20%脅迫下胚根數(shù)、胚根長度、胚芽鞘長度、胚芽長度的變幅較小。因此，這4個品種抗旱性能強，為適宜的耐旱品種。

關鍵詞：冬小麥;萌發(fā)期;抗旱性;滲透脅迫

中圖分類號：S512.1? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2021）02-0070-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.02.018

Evaluation of Drought Resistance of Ten Winter Wheat Cultivars at Germination Stage

ZHENG Lilong 1， LI Xingmao 2

（1. Institute of Agricultural Economy and Information， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;2. Institute of Dryland Agricultural， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：The ten winter wheat cultivars of different drought resistance were used as material， and were stressed by different concentrations of PEG. The wheat germ length， the number of radicle， the radicle length and the coleoptile were analyzed after water stress， and then winter wheat drought resistance was evaluated. The results showed that PEG concentration should be chosen first 25% conditions for winter wheat germination drought resistance identification. According to the degree of death， the drought resistance were identified. Then under the stress of the PEG concentration of 20%， the difference of drought resistance were analyzed comprehensively according to the growth indexes. The growth index sensitivity to drought from strong to weak was coleoptile length， germs radicle length， germs radicle number， the radicle length. The results indicated that the length of the coleoptile sheath could be the best index for the identification of drought resistance during germination. Compared with the CK（no PEG stress）， Longjian 19， Longjian 196， xifeng 20 and Longjian 127 varieties did not happen to death under 25% PEG concentration， and under the stress of 20%， the range of radicle， radicle length， coleoptile， germ long were smaller. Therefore， the four varieties of drought resistance performance was good， which were the suitable varieties for drought resistance.

Key words：Winter wheat;Germination stage;Drought resistance;Osmotic stress

冬小麥是我國西北和華北半干旱地區(qū)主要的糧食作物。在冬小麥播種到出苗期，由于干旱少雨，給種子的萌發(fā)出苗造成了傷害，嚴重影響了其正常的生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高[1 ]。應用抗旱性強的冬小麥品種，是適應播種出苗期土壤干旱的一條重要途徑。作物的抗旱性是一個復雜的綜合特性，發(fā)生在作物生長發(fā)育的不同階段，作物在不同生育時期抵抗干旱脅迫的內(nèi)在機制不同[2 ]。種子萌芽期抗旱性鑒定內(nèi)容包括種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、萌發(fā)抗旱指數(shù)等，是鑒定玉米、小麥、水稻、高粱等作物整體抗旱性的重要指標[3 - 7 ]，具有一定的可靠性，但不同作物萌發(fā)期抗旱性的主要鑒定指標仍存在一定差異[8 - 9 ]。

聚乙二醇（PEG-6000）是一種高分子滲透劑，具有很好的水溶性和脂溶性。一定濃度的 PEG 能使植物組織和細胞處于類似于干旱的脅迫之中[10 ]，能夠有效模擬土壤干旱環(huán)境，對植物細胞不會造成影響[11 ]。運用 PEG 模擬干旱脅迫研究小麥苗期的文獻也有報道，如王瑾等[12 ]采用 PEG 脅迫處理研究了小麥幼苗形態(tài)及主要理化特性、根系特性和抗旱性的關系;郁飛燕等[13 ]研究了PEG脅迫對不同品系小麥種子萌發(fā)的影響;姜淑欣等[14 ]采用PEG模擬研究干旱脅迫及復水對小麥幼苗葉片與脯氨酸代謝關鍵酶活性的影響;周國雁等[15 ]采用16.1%的PEG溶液脅迫處理研究了云南小麥品種種子萌發(fā)期的性狀變化，并依據(jù)該變化對品種抗旱等級進行了劃分。然而采用不同PEG濃度進行干旱脅迫處理來研究冬小麥種子萌發(fā)期抗旱性比較研究的報道很少。我們于2017 — 2019年以西北地區(qū)應用的耐旱性冬小麥品種為材料，通過不同濃度的PEG對冬小麥種子進行水分脅迫處理，對品種間抗旱性的差異進行了比較研究，分析對冬小麥萌發(fā)期抗旱性的最適宜PEG濃度及指標體系，并對不同品種的萌發(fā)期抗旱性做出客觀評價，以期為冬小麥早期抗旱性鑒定提供依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

選用在西北地區(qū)具有一定耐旱性的冬小麥品種隴鑒196、隴鑒19、西峰20號、隴鑒127、隴鑒294、晉太170、隴鑒338、蘭天4號、臨抗1號及西農(nóng)1043等為試驗材料，均由甘肅省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究所提供。

1.2? ?試驗設計

試驗設0（G， CK）、5%（A）、10%（B）、15%（C）、20%（D）、25%（E）6個PEG濃度梯度處理，共60個處理，3次重復。

1.3? ?測定項目與方法

試驗采用室內(nèi)PEG干旱模擬方式。在直徑為10 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)放3張濾紙，加蒸餾水6 mL制成發(fā)芽床。取萌動24 h的種子30粒，擺放在發(fā)芽床上，24 h后加不同濃度的PEG-6000溶液各6 mL。培養(yǎng)第4天調(diào)查發(fā)芽勢，第7天調(diào)查發(fā)芽率，第8天剪下根芽，分別測量胚芽、胚根的相關指標。剩余籽粒稱重后放入烘箱105 ℃下殺死，70 ℃下烘至恒重，稱量干重，計算干物質含量。

發(fā)芽勢=（4 d后正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

發(fā)芽率=（7 d后正常發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

1.4? ?統(tǒng)計分析

采用SPSS 16.0軟件對供試材料的各性狀進行多元方差分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?PEG脅迫對冬小麥種子萌發(fā)的影響

觀察結果表明，不同冬小麥品種對25%PEG脅迫反應差異大，其中隴鑒196、隴鑒19、西峰20號、隴鑒127沒有發(fā)生致死，而臨抗1號、西農(nóng)1043全部致死，其余品種均有不同程度的致死。根據(jù)PEG脅迫對冬小麥種子萌發(fā)的傷害程度，可以初步判斷隴鑒196、隴鑒19、西峰20號、隴鑒127抗旱性強，臨抗1號、西農(nóng)1043抗旱性差，隴鑒294、晉太170、隴鑒338、蘭天4號抗旱性中等。

2.2? ?PEG脅迫對冬小麥胚根數(shù)的影響

不同冬小麥品種的胚根數(shù)量受不同濃度PEG脅迫的差異大（表1）。其中，在沒有PEG脅迫（G水平）時，胚根數(shù)由多到少依次為晉太170、蘭天4號、西農(nóng)1043、隴鑒127、隴鑒294、臨抗1號、西峰20號、隴鑒196、隴鑒19、隴鑒338，品種間變異幅度為3.0%～4.4%;20%的PEG脅迫（D水平）時，胚根數(shù)由多到少依次為蘭天4號、隴鑒294、隴鑒196及晉太170、隴鑒19、西峰20號、臨抗1號、隴鑒338、西農(nóng)1043及隴鑒127。同一品種條件下，與對照（G水平）相比，除隴鑒127、蘭天4號、晉太170外，其余品種在低濃度脅迫（A水平）下均表現(xiàn)為胚根數(shù)增加，高濃度脅迫（D、E水平）下表現(xiàn)為胚根數(shù)減少，說明輕度干旱脅迫有利于胚根的生長。隴鑒19、隴鑒196、西峰20號等3個品種在PEG不同濃度脅迫下胚根數(shù)變化較小，差異不顯著，表明這3個品種抗旱性能好。因此，胚根數(shù)在不同水分脅迫條件下表現(xiàn)出明顯的差異性，在一定程度上能夠反映品種抗旱性能的強弱。

2.3? ?PEG脅迫對冬小麥胚根長度的影響

不同冬小麥品種的胚根長度受在同一濃度PEG脅迫下的結果明顯不同（表2）。其中，在10%PEG濃度條件下，胚根長度與品種抗旱性之間沒有明顯的相關關系;在15%PEG處理下，各品種的胚根長度均顯著大于西農(nóng)1043，其中隴鑒127、隴鑒294、晉太170、隴鑒196等4個品種的胚根較長，表明在胚根長度這一指標方面，這4個品種的抗旱性較好。與對照相比，20%PEG濃度干旱脅迫下，胚根長度的變化與品種抗旱性沒有規(guī)律性。同一品種條件下，隨著PEG濃度的增加，胚根長度在5%濃度下略微增長，之后開始降低，但差異不顯著;與對照相比，PEG濃度為20%條件下，胚根長度顯著縮短，說明PEG模擬的干旱條件限制了胚根的伸長，20%PEG下形成的高度干旱脅迫有利于表證品種間的抗旱差異性。從表2還可以看出，在供試的10個冬小麥品種中，同一品種隨著PEG濃度增大，胚根伸長被脅迫的差異大，但其規(guī)律性并不強。

2.4? ?PEG脅迫對冬小麥胚芽長度的影響

不同冬小麥品種胚芽長度在PEG脅迫下存在差異（表3）。胚芽長度品種間存在顯著差異，但胚芽長度與品種抗旱性間的相關性規(guī)律性不明顯。胚芽長度在無水分脅迫（G水平）和25%PEG濃度（E水平）嚴重脅迫時，差異相對明顯。除隴鑒338、西農(nóng)1043、臨抗1號在5%PEG濃度下胚芽長度反而伸長外，其余品種的胚芽長度均隨脅迫濃度增加而縮短。隴鑒196、隴鑒19、西峰20號、隴鑒127隨著PEG濃度的增加，胚芽長度變幅小，其抗旱性能較好;而臨抗1號、西農(nóng)1043隨著PEG濃度的增加，胚芽長度變幅較大，抗旱性能較差。同一品種條件下，與對照相比，隨著水分脅迫程度的加重，大部分品種胚芽長度縮短，說明高濃度PEG溶液嚴重制約胚芽生長。

2.5? ?PEG脅迫對冬小麥胚芽鞘長度的影響

不同冬小麥品種胚芽鞘長度受不同濃度PEG脅迫的差異也十分明顯（表4）。不同品種的胚芽鞘長度均隨PEG脅迫濃度的增加而縮短。而隴鑒196、隴鑒19、西峰20號、隴鑒127等品種隨著濃度增加，胚芽鞘長度縮短的變幅小，抗旱性能好;而臨抗1號、西農(nóng)1043等品種隨著濃度增加，胚芽鞘長度縮短的變幅較大，抗旱性能較差。同一品種條件下，抗旱性能好的隴鑒19、隴鑒196、西峰20號等3個品種對PEG濃度脅迫的反映相對不敏感，胚芽鞘長度的變幅也相對較小。

可見，用于冬小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定的PEG濃度首先應選擇25%條件，依據(jù)致死程度判決具有明顯抗旱性差異的品種;然后在20%濃度的脅迫下，根據(jù)各生長指標來綜合分析冬小麥品種的抗旱性差異。各生長指標對干旱環(huán)境的敏感性由強到弱依次為胚芽鞘長度、胚根長度、胚根數(shù)、胚芽長度。依據(jù)上述評價標準，本次試驗選用的10個冬麥品種抗旱性由強到弱順序為：隴鑒19、隴鑒196、西峰20號、隴鑒127、蘭天4號、隴鑒294、晉太170、隴鑒338、臨抗1號、西農(nóng)1043。

3? ?結論與討論

利用不同濃度PEG對10個冬小麥品種進行脅迫處理，評價不同冬小麥品種萌發(fā)期的抗旱性能。結果表明，冬小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定首先應選25%PEG濃度，依據(jù)致死程度確定出具有明顯抗旱性差異的品種。然后在20%濃度的脅迫下，根據(jù)各生長指標來綜合分析品種的抗旱性差異。各生長指標對干旱環(huán)境的敏感性由強到弱依次為胚芽鞘長度、胚根長度、胚根數(shù)、胚芽長度，表明胚芽鞘長度可作為萌發(fā)期抗旱性最佳鑒定指標。依據(jù)上述評價標準，本試驗選用的10個品種的抗旱性由大到小的順序為：隴鑒19、隴鑒196、西峰20號、隴鑒127、蘭天4號、隴鑒294、晉太170、隴鑒338、臨抗1號、西農(nóng)1043。與對照（PEG濃度為0）相比，隴鑒19、隴鑒196、西峰20號、隴鑒127等4個品種在25%PEG濃度下未發(fā)生致死，且在20%PEG脅迫下胚根數(shù)、胚根長度、胚芽鞘長度、胚芽長度的變幅較小。因此，這4個品種抗旱性能強，為適宜的耐旱品種。

干旱是冬小麥生產(chǎn)中主要的自然災害之一，充分挖掘小麥自身的耐旱潛力，引進和篩選抗旱品種，在一定程度上可緩解干旱脅迫對冬小麥萌發(fā)的危害。有學者認為，在干旱脅迫條件下水分脅迫均會不同程度地抑制植物種子的萌發(fā)，進而降低發(fā)芽率[16 ]。也有學者認為，輕度水分脅迫在一定程度上能夠促進小麥種子的萌發(fā)[15 ]。本研究結果在輕度水分脅迫條件下也得出了類似的結論。產(chǎn)生這一結果的原因，可能是因為輕度的水分脅迫“激發(fā)”了小麥種子的耐旱潛能，促進了種子的萌發(fā)。

PEG是一種模擬不同程度干旱脅迫的有效工具[17 ]。而在小麥品種抗旱性評價研究中，選用適宜PEG濃度對品種抗旱性進行評價，可以提高品種篩選的效率和準確度。在本研究中，低濃度（5%～10%）模擬的輕度脅迫條件對一些品種的萌發(fā)有抑制作用，但對另一些品種有促進作用;而高濃度（20%～25%）模擬的重度脅迫條件，幾乎所有的品種均呈現(xiàn)不同程度的抑制作用，即冬小麥種子在高濃度PEG脅迫下存在明顯的品系差異，有利于進行抗旱性評價。因此，本研究認為可以先選擇25%PEG濃度條件下具有明顯抗旱性差異的品種，依據(jù)致死程度判決;然后在20%濃度的脅迫下，利用種子萌發(fā)期各生長指標來綜合評價品種間的抗旱性差異。

種子萌發(fā)本身是一個極其復雜的生理生化過程，不同植物或同一植物不同品系間的耐旱能力不同，必須對多個指標進行綜合考慮，才能正確評價冬小麥種子在PEG脅迫下耐旱能力的強弱[12，18 ]。

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（本文責編：陳? ? 珩）