大麥新矮源華矮11的耐寒性研究

韓永璞　雷成軍

摘要：以母本華矮11、父本華大麥6號和華矮11/華大麥6號122個株系的DH群體為研究對象，通過調(diào)查耐寒相關(guān)形態(tài)指標來選擇耐寒性強的大麥株系。結(jié)果表明，大麥苗期幼苗匍匐性越好，其耐寒性也越強，更能安全度過低溫寒害;返青期前，SPAD值與其耐寒程度呈顯著正相關(guān);成熟期空秕率、產(chǎn)量與SPAD值相關(guān)性不顯著，說明該株系的耐寒性遺傳受多種數(shù)量基因的影響。

關(guān)鍵詞：大麥;新矮源;華矮11;耐寒性;匍匐性;SPAD值

中圖分類號：S512.3 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1001-1463（2021）04-0056-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.04.014

Study on Cold Tolerance of Huaai 11 in Barley New Dwarf Germplasm

HAN Yongpu， LEI Chengjun

（Tianzhu Agricultural Technology Extension Center， Tianzhu Gansu 733299， China）

Abstract：The DH population of 122 lines of female Huaai 11， male Huadamai 6 and Huaai 11/Huadamai 6 was used as the research objects. The barley lines with strong cold tolerance were selected by investigating the morphological indexes related to cold tolerance. The research indicates that the better the creeping ability of barley seedlings， the stronger the cold tolerance at the seedling stage， and the better the safety to survive the cold injury; SPAD value was positively correlated with cold tolerance degree before the greening stage. There was no significant correlation between empty abortive rate， yield and SPAD value at maturity stage， indicating that the cold tolerance heredity of this strain was affected by a variety of quantitative genes.

Key words：Barley;New dwarf germplasm;Huaai 11;Cold tolerance;Creeping;SPAD value

大麥作為世界上第四大谷類作物，其種質(zhì)資源豐富，變種類型多樣，通常被視為喜冷涼性作物。低溫會導(dǎo)致大麥產(chǎn)生多方面的損害，而其中光合作用就是最為顯著的一方面。首先低溫會直接影響葉綠體內(nèi)囊體膜結(jié)構(gòu)，進而影響光合電子傳遞鏈的完整性，從而使得葉綠素含量合成受阻。葉綠素是植物光合作用中吸收光的主要色素，是植物固定光能過程的第一步，最終導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅰ、光系統(tǒng)Ⅱ和光化學(xué)反應(yīng)與暗反應(yīng)過程中涉及的酶系統(tǒng)產(chǎn)生抑制甚至傷害，為彌補在低溫環(huán)境下所受的影響，就必須提高光合作用效率。借助高光合作用才能提供大麥用以克服低溫環(huán)境所需的能量，從而協(xié)調(diào)平衡代謝源庫關(guān)系[1 - 2 ]。研究證明，在植物體內(nèi)葉綠素含量處于不斷合成和分解的動態(tài)平衡，如果植物的光合機能被破壞，植物就會萎蔫枯黃甚至死亡[3 ]，因此借助測定葉綠素含量可以間接鑒別出大麥的耐寒性強弱。針對大麥的相關(guān)研究主要是對源于青藏高原地區(qū)華矮11的抗倒伏性、抗病蟲草害、豐產(chǎn)因素的分析[4 ]。我們以母本新型矮源華矮11、父本華大麥6號和華矮11/華大麥6號122個株系的DH群體為對象，研究了低溫脅迫下大麥的耐寒性遺傳機理，現(xiàn)報道如下。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗材料

供試材料為母本新型矮源華矮11、父本華大麥6號和華矮11/華大麥6號122個株系的DH群體，均由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)麥類作物分子生物技術(shù)實驗室提供。

1.2 ? 試驗地點

試驗設(shè)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)麥作試驗基地，試驗田地勢平坦，肥力中等均勻。

1.3 ? 試驗方法

試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，各處理均以條播的方式種植2行，行長1.5 m，行距15 cm。苗期對各重復(fù)隨機抽樣并掛牌，以便對成熟期考種的相關(guān)數(shù)據(jù)與其他指標做對比分析，樣本容量為6。同時將122個株系按編號在室內(nèi)常溫下種植，每個株系種植6株，返青期測定葉片SPAD值，用以比較低溫脅迫下大田植株的SPAD變化。

1.4 ? 取樣與測定

1.4.1 ? ?形態(tài)指標 ? ?苗期對幼苗的生長習(xí)性（匍匐性）、死株/枯莖率等與耐寒相關(guān)的形態(tài)指標進行調(diào)查[5 - 9 ]。分匍匐性目測調(diào)查和二次計數(shù)鑒定死株率[（取樣范圍內(nèi)死亡株數(shù)/ 取樣范圍內(nèi)總株數(shù)）×100%]、枯莖率[（取樣范圍內(nèi)死亡莖數(shù)/取樣范圍內(nèi)總莖數(shù)）×100%]。

1.4.2 ? ?生理性狀指標 ? ?返青期前借助光電無損檢測法（SPAD-502 Plus葉綠素測量儀）對植株葉片進行葉綠素含量（SPAD值）的測定。

1.4.3 ? ?農(nóng)藝性狀指標 ? ?成熟期收獲考種測產(chǎn)，并對有效穗、單株實粒數(shù)、結(jié)實率、單株粒重、千粒重、空秕率等與耐寒相關(guān)的農(nóng)藝性狀進行調(diào)查。

1.5 ? 數(shù)據(jù)分析

使用Excel進行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計，采用SPSS分析大田各株系性狀及產(chǎn)量構(gòu)成要素與耐寒性之間的差異性和相關(guān)性。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 耐寒性相關(guān)形態(tài)指標

由圖1可見，華矮11/華大麥6號122個株系的DH群體3次重復(fù)間匍匐性狀差別不大，DH群體中的絕大多數(shù)株系均表現(xiàn)為半匍匐型，有近1/4的株系表現(xiàn)為匍匐型，性狀分離沒有明顯規(guī)律。

調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明，華矮11/華大麥6號122個株系的DH群體在返青期前總莖數(shù)為3 396個，返青期后總莖數(shù)為3 156個，田間死株率為1.15%;枯莖率為7.07%，明顯低于目前甘肅廣泛推廣種植品種甘啤5號（10%左右），證明這個DH群體有著較好的耐寒性。

通過表1可以看出，母本（華矮11）的耐寒性較父本（華大麥6號）優(yōu)良，有著較強的耐寒能力。雖然在DH群體中耐寒性狀出現(xiàn)分離，但還是有15個株系的耐寒性為0級，且這些株系耐寒性與母本一樣甚至更優(yōu)。由此可知，華矮11是耐寒性較好的大麥品種。

2.2 ? 耐寒性相關(guān)生理指標

分析低溫條件下和常溫條件下SPAD值分布發(fā)現(xiàn)，低溫下SPAD值整體趨于42左右，且集中性較好;而常溫下SPAD值趨于38左右，而集中性較為分散（圖2）。

從表2可知，在室內(nèi)外不同溫度條件下DH群體SPAD值差異極顯著（F=161.11>F0.01=6.75）。一定條件下，低溫會造成大麥植株葉片葉綠素含量的增加，進而提供維持其抵御低溫所需的能量。在一定范圍內(nèi)，溫度越低葉綠素含量越高，耐寒性狀也就越好。

2.3 ? 耐寒性狀相關(guān)農(nóng)藝性狀

方差分析結(jié)果（表3）表明，空秕率與SPAD值差異不顯著（F=0.188 < F0.05=0.665），空秕率受多種因素影響，大麥耐寒性是數(shù)量性狀，株系間存在一定的差異。耐寒性是數(shù)量遺傳基因或質(zhì)量基因綜合作用和作用累加的結(jié)果，SPAD值可以作為耐寒性的鑒定方法，但不能作為反映空秕率的指標。

從表4可以看出，在不同溫度環(huán)境下，大麥葉片SPAD值差異顯著，但其DH群體SPAD值變異系數(shù)?。ň∮?.12），SPAD可以作為衡量耐寒性的指標。單株產(chǎn)量、空秕率和千粒重變異系數(shù)較大，分別為0.329、0.445、0.340，但直觀上很難發(fā)現(xiàn)之間的相互聯(lián)系，需要進一步進行相關(guān)性分析。

相關(guān)分析（表5）表明，SPAD和空秕率之間呈正相關(guān)（大于0），但關(guān)系較弱;產(chǎn)量與空秕率、SPAD值之間呈負相關(guān)（小于0），但相關(guān)性不顯著;千粒重和空秕率之間呈負相關(guān)，且負相關(guān)顯著。

從表6看出，對比DH群體中各耐寒性狀的平均值，DH群體中匍匐性好、SPAD值高、空秕率低、單株產(chǎn)量高的株系分別是株系43、株系54、株系60、株系69、株系119等5個株系，除株系54為半匍匐型外，其余均為匍匐型。SPAD值為44.09～46.64，較DH群體平均值增加5.33%～11.42%;空秕率為5.37%～21.69%，較DH群體平均值降低0.89～17.21百分點;單株產(chǎn)量為13.17～21.52 g，較DH群體平均值增加0.07～8.42 g，增幅為0.53%～64.27%。

3 ? 結(jié)論與討論

研究表明，大麥苗期幼苗匍匐性與其耐寒害程度呈極顯著相關(guān)，匍匐性越好，其耐寒性也越強，越能安全地度過低溫寒害。SPAD值與耐寒程度極顯著相關(guān)。在不同溫度條件下，DH群體的變異系數(shù)小（小于0.15），并且低溫下SPAD值比常溫下SPAD值在群體中差異小，為34.68～48.79，2種性狀均表現(xiàn)連續(xù)變異，呈現(xiàn)數(shù)量性狀的特點，符合正態(tài)分布。耐寒性與空秕率相關(guān)性不大，主要與外界氣溫變化和其他環(huán)境因素相關(guān)，冷凍害程度越嚴重的株系空秕率就越高?；ǚ鄣恼０l(fā)育與否也直接影響結(jié)實率，進而導(dǎo)致空殼產(chǎn)生。因此，匍匐性、SPAD值、空秕率可以作為華矮11耐寒性的直觀指標。溫度變化時，DH群體產(chǎn)量變異系數(shù)大（大于0.12），極值為4.10～28.43;空秕率的群體變異系數(shù)也較大，極值為0.05～0.63;千粒重群體變異系數(shù)也較大，極值為14.62～71.75，分布較廣泛，沒有固定的模式，得不到準確的與其他性狀的關(guān)系，有待進一步研究。

作物的耐寒性不但表現(xiàn)在外部形態(tài)上，還表現(xiàn)在生理性狀和農(nóng)藝性狀上[10 ]。但決定耐寒性狀表達的是其相關(guān)的基因。SPAD值可以反映植物葉片中的葉綠素含量，SPAD值越高，葉綠素含量也就越高，植物越健康，光合作用越強，產(chǎn)生的能量越多，也就對抵御低溫耐寒能力越高[11 ]。大麥的耐寒性為多基因控制的數(shù)量性狀，目前的研究都還局限于某一個或幾個方面的機理[12 ]，在現(xiàn)實環(huán)境下并不能有效地將其運用于大田育種。突破這個瓶頸的關(guān)鍵在于結(jié)合DH群體相關(guān)耐寒性狀，通過現(xiàn)代分子生物技術(shù)，探明耐寒性相關(guān)的數(shù)量基因的分子基礎(chǔ)，從而進行QTL精細定位。

參考文獻：

[1] 裴寶弟，張 ? 雯，史瑞雪. ?冬小麥寒害和抗寒性生化機理研究[J]. ?山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000（3）：288-290.

[2] 巨 ? 偉，楊彩鳳，趙 ? 勇，等. ?低溫脅迫下冬小麥葉片細胞膜透性與抗寒性的相關(guān)研究[J]. ?安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（19）：11416-11417.

[3] 戴 ? 飛. ?大麥耐低溫種質(zhì)資源篩選和耐性機理研究[D]. ?杭州：浙江大學(xué)，2009.

[4] 任喜峰. ?大麥新矮源“華矮11”主要性狀的遺傳分析和大麥抽穗期性狀的QTL定位[D]. ?武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[5] 蔣志春，辛 ? 艷，呂志梅，等. ?冬小麥抗寒性級別劃分與鑒定試驗[J]. ?天津農(nóng)林科技，2005（1）：7-8.

[6] A Π CTAUEHKO，李 ? 淼，李 ? 強. ?改進冬小麥的抗寒性鑒定方法[J]. ?麥類作物學(xué)報，1993（4）：15-16.

[7] 李卓夫，付連雙，王曉楠，等. ?高寒地區(qū)冬小麥抗寒育種研究進展[J]. ?東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，41（8）：141-147.

[8] 任永波，段擁軍. ?作物抗寒性鑒定指標的分類及應(yīng)用[J]. ?西昌農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報，2002（2）：43-46.

[9] 嚴 ? 俊，胡明亮，張玲玲. ?不同生態(tài)條件下大麥品種的適應(yīng)性研究[J]. ?大麥與谷類科學(xué)，2011（1）：13-15.

[10] 徐銀萍，潘永東，任 ? 誠，等. ?干旱脅迫和復(fù)水對啤酒大麥產(chǎn)量品質(zhì)及葉綠素含量的影響[J]. ?甘肅農(nóng)業(yè)科技，2019（6）：19-24.

[11] 張麗華，梁雙波，崔永增，等. ?黃淮海南部小麥抗寒性比較及指標篩選[J]. ?中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30（12）：77-81.

[12] 倪勝利，張國宏，李興茂. ?小麥抗寒性研究概述[J]. ?甘肅農(nóng)業(yè)科技，2008（8）：23-26.

（本文責(zé)編：鄭立龍）

收稿日期：2021 - 01 - 26;修訂日期：2021 - 03 - 10

作者簡介：韓永璞（1990 — ），男，甘肅古浪人，助理農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)示范與推廣工作。聯(lián)系電話：（0）13893589381。Email：615868867@qq.com。

通信作者：雷成軍（1985 — ），男，甘肅永登人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)示范與推廣工作。聯(lián)系電話：（0）15025952992。Email：lcj985@126.com。