云南小麥品種(系)萌發(fā)期抗旱性評價

王志偉，王志龍，喬祥梅，程加省，程耿，于亞雄

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/國家小麥改良中心云南分中心，云南 昆明 650200)

小麥作為我國的主要糧食作物，其產(chǎn)量直接影響國家的糧食安全和社會穩(wěn)定。干旱是限制小麥生產(chǎn)的最主要非生物因素之一，對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)形成有重要影響[1-2]。實踐證明，培育和推廣抗旱抗逆小麥品種是保障國家糧食安全、促進小麥生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的有效途徑之一[3]。

種子萌發(fā)期是小麥生長發(fā)育的起始階段，對干旱脅迫的耐受程度強弱直接關(guān)系到小麥生長發(fā)育和后期產(chǎn)量建成，因此萌發(fā)期是鑒定評價品種抗旱性強弱的關(guān)鍵時期[4-5]。聚乙二醇(PEG-6000)是一種理想的旱脅迫滲透調(diào)節(jié)劑，能適用于小麥種子萌發(fā)的抗旱性鑒定評價[6-7]。多年來國內(nèi)外學(xué)者利用其開展了大量的小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定篩選工作，從不同角度提出了有效的鑒定方法和篩選評價指標。王瑋等[8]利用20% PEG-6000 模擬干旱脅迫法對7 個抗旱性不同冬小麥品種(系)萌發(fā)期的芽鞘長、芽長、根長進行測定，表明干旱脅迫下以芽鞘長與抗旱性符合最好，可有效反映品種(系)的抗旱性。楊子光等[9]利用PEG-6000 模擬干旱的方法對15 個品種(系)進行萌發(fā)期抗旱性研究，發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長可作為萌發(fā)期抗旱性鑒定的可靠指標。郭曉麗[10]通過20%PEG-6000 脅迫處理，對5 個不同小麥品種的發(fā)芽率、胚芽鞘長度、胚根數(shù)目、主胚根長進行比較分析，發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長度和種子的相對發(fā)芽率可作為萌發(fā)期抗旱性鑒定的主要指標，主胚根長和胚根數(shù)可作為參考指標來判斷品種的抗旱性。李國瑞等[11]采用20% PEG-6000 處理對42 個西南小麥品種(系)萌發(fā)期的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、苗高、胚芽鞘長、胚根長、胚根數(shù)等性狀進行測定，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率可作為萌發(fā)期抗旱性快速鑒定指標。張芳等[12]采用20% PEG-6000 脅迫處理對83份新疆冬小麥品種(系)進行萌發(fā)期抗旱性綜合評價，發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長、最長根長可作為小麥抗旱性快速鑒定指標。

云南地處云貴高原，冬春季節(jié)性干旱嚴重影響小麥安全生產(chǎn)，全省三分之二以上耕地為旱地，屬于典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，因此抗旱抗逆育種一直是云南小麥遺傳改良的主要目標。分析評價云南小麥品種(系)的抗旱性，對云南小麥的抗旱抗逆育種具有重要意義。周桂蓮等[13]和程加省等[14]研究評價了云南幾個旱地小麥品種的水勢、保水力、葉綠素含量、游離脯氨酸含量等苗期抗旱性生理指標；周國雁等[15-16]不僅對不同云南小麥種質(zhì)資源的全生育期抗旱性及與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性進行了評價分析，也對PEG 處理下種子萌發(fā)期的性狀變化與品種抗旱性級別劃分進行了評價分析。然而，目前未見有關(guān)云南小麥育成品種(系)萌發(fā)期抗旱性評價的文獻報道。為更好地了解云南小麥育成品種(系)的抗旱性，本研究按照小麥抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)范(GB/T21127-2007)[17]，以41 份云南小麥育成品種(系)為供試材料，采用加權(quán)隸屬函數(shù)法對小麥種子萌發(fā)期抗旱性進行綜合評價分析，以期為云南小麥品種(系)的萌發(fā)期抗旱性評價和篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所用試驗材料為41 份云南育成小麥品種和高代品系，分別由云南省內(nèi)相關(guān)育種單位提供。試驗材料名稱詳見表3。

1.2 試驗方法

參考小麥抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)范GB/T21127-2007 萌發(fā)期抗旱性鑒定[17]的參數(shù)進行試驗設(shè)計，并利用李國瑞等[11]、張芳等[12]的方法進行相關(guān)指標統(tǒng)計計算。每個品種(系)選取整齊、飽和完好、發(fā)育正常的種子480 粒，用5%的次氯酸鈉消毒處理15 min，然后用蒸餾水反復(fù)沖洗6 次后將其擺放在9 cm×9 cm 的玻璃培養(yǎng)皿中，以單層濾紙為芽床，每個培養(yǎng)皿放80 粒種子，用-0.5 MPa PEG-6000 水溶液模擬干旱脅迫處理，無離子水作為對照，均重復(fù)3 次。將培養(yǎng)皿放于20 ℃人工氣候箱中，相對濕度(60±5)%，每天12 h 光照，光照強度1 000 Lx。培養(yǎng)過程中，為保證濾紙水分飽和狀態(tài)，每個培養(yǎng)皿中每天補加對應(yīng)液體2 mL。以胚根長大于等于種子長或胚芽長大于等于1/2 種子長作為發(fā)芽標準，培養(yǎng)期每天調(diào)查發(fā)芽數(shù)，第3 天計算發(fā)芽勢，第7 天后取出進行相關(guān)指標測量。分處理每重復(fù)中隨機挑選10 株長勢一致幼苗進行根數(shù)、苗高、胚芽鞘長、最長根長測量，并進行相關(guān)計算。

發(fā)芽率(%)＝發(fā)芽總數(shù)/80×100

發(fā)芽勢(%)＝第3 天的發(fā)芽種子數(shù)/80×100

發(fā)芽指數(shù)＝1.0n1＋6/7n2＋5/7n3＋4/7n4＋3/7n5＋2/7n6＋1/7n7

式中:n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7分別為第1、2、3、4、5、6、7 天的發(fā)芽率。

抗旱系數(shù)(%)＝PEG 脅迫處理下指標的測定值/對照指標的測定值×100

綜合抗旱系數(shù)＝品種所有測定指標抗旱系數(shù)的加權(quán)平均值

加權(quán)隸屬函數(shù)法已被廣泛應(yīng)用于不同農(nóng)作物的抗旱性評價研究[11-12，18-20]，表明其可準確、有效地評價品種(系)間的抗旱性差異。以供試材料各指標的抗旱系數(shù)為依據(jù)，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法求出萌發(fā)期綜合評價值(D值)，從而確定41 份供試小麥品種(系)的抗旱性。D值的大小則代表抗旱性的強弱，即D≥0.80 為1 級抗旱型(強抗)，0.60≤D＜0.80 為2 級抗旱型(抗)，0.40≤D＜0.60 為3 級抗旱型(中抗)，0.20≤D＜0.40 為4 級抗旱型(弱抗)，D＜0.20 為5 級抗旱型(不抗)[12]。

式中:U(Xj)—第j個指標的隸屬函數(shù)值；Xij—第i個材料第j個指標的抗旱系數(shù)；Xjmax和Xjmin分別為各供試材料中第j個指標抗旱系數(shù)的最大值和最小值；rj—第j個指標與綜合抗旱系數(shù)間的相關(guān)系數(shù)；(｜rj｜/∑n j＝1｜rj｜)—指標權(quán)數(shù)，表示j個指標在所有指標中的重要程度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007 對基本性狀數(shù)據(jù)進行整理，利用SPSS19.0 進行方差和相關(guān)性分析，并計算基本統(tǒng)計量。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG-6000 脅迫對供試小麥品種(系)萌發(fā)期各指標的影響

PEG-6000 模擬干旱脅迫條件下，小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚芽鞘長度、苗高、根數(shù)和最長根長等7 個萌發(fā)期性狀指標均受到不同程度的影響(表1)。其中苗高受影響最大，均值為5.66 cm，較對照下降35.90%。發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚芽鞘長、最長根長等較對照分別下降8.29%、7.30%、10.59%、0.40%、23.48%，而根數(shù)均值較對照上升了1.26%。與對照相比，PEG-6000 模擬干旱脅迫下除根數(shù)的變異系數(shù)降低外，其他6 個指標的變異系數(shù)均增加，其中最長根長的變異系數(shù)增加最大。

表1 干旱脅迫下供試小麥品種(系)萌發(fā)期各指標的變化Table 1 Statistical analysis of the indexes of wheat germination under drought stress

對供試小麥品種(系)萌發(fā)期7 個性狀指標進行方差分析，結(jié)果列于表2。從表2 可知，從品種因素看，7 個性狀指標表現(xiàn)在供試小麥品種(系)間存在極顯著差異；從脅迫處理因素看，除胚芽鞘長外，干旱脅迫對其他6 個性狀表現(xiàn)存在極顯著或顯著影響；從品種與干旱脅迫互作看，互作對7 個性狀指標表現(xiàn)也存在極顯著影響。上述結(jié)果表明，供試41 份云南小麥品種(系)對干旱脅迫的響應(yīng)存在顯著差異，可利用上述7 個萌發(fā)期性狀指標對品種(系)間的萌發(fā)期抗旱性進行鑒定評價。

表2 7 個性狀指標的方差分析結(jié)果(F 值)Table 2 Variance analysis of seven indexes of wheat germination under drought stress(F value)

2.2 PEG-6000 脅迫對供試小麥品種(系)萌發(fā)期發(fā)芽率的影響

參照小麥抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)范GB/T21127-2007[17]中萌發(fā)期抗旱性鑒定的抗旱性評價分級標準，依據(jù)發(fā)芽率抗旱系數(shù)結(jié)果對41 份供試云南育成小麥品種(系)萌發(fā)期抗旱性進行分級評價，結(jié)果列于表3。從表3 可知，供試云南育成小麥品種(系)相對發(fā)芽率變幅為83.87%～100.00%，以云麥72最高、14J-20 最低，供試小麥品種(系)均達到極強(1 級)或強(2 級)抗旱性級別，其中達到極強(1級)抗旱性的品種(系)共27 份，占總品種(系)的65.85%。以上結(jié)果說明，基于發(fā)芽率指標評價，供試云南小麥品種(系)的萌發(fā)期抗旱性均極好。

表3 云南小麥品種(系)萌發(fā)期發(fā)芽率抗旱性評價Table 3 Drought resistance coefficient evaluation on Germination rate of Yunnan wheat cultivars(lines)

2.3 小麥品種(系)萌發(fā)期抗旱性綜合分析

參照李國瑞等[11]、張芳等[12]多指標綜合評價，對41 份云南育成小麥品種(系)進行萌發(fā)期抗旱性綜合評價(表4)。從隸屬函數(shù)值的均值看，隸屬函數(shù)值最大的是發(fā)芽勢(0.65)，隸屬函數(shù)值最小的是根數(shù)(0.40)。從權(quán)重看，權(quán)重值相對較大的是苗高和最長根長，分別為0.24、0.23，權(quán)重值相對較小的是發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和根數(shù)，分別為0.03、0.09、0.10。從D值來看，D值的變幅為0.23～0.72，其中云麥69、麗17-2、云麥77、云麥39、云16D2-109、德1550、靖麥24、云麥72 的D值較大，分別為0.72、0.69、0.67、0.63、0.61、0.61、0.61、0.60，表明這8個品種(系)抗旱性強，可作為優(yōu)異抗旱材料應(yīng)用于小麥抗旱性遺傳改良。從整體來看，41 份供試云南育成小麥品種(系)中4 級(弱抗)抗旱型品種(系)有13 份，占總品種(系)的31.71%；3 級(中抗)抗旱型品種(系)有20 份，占總品種(系)的48.78%；2級(抗)抗旱型品種(系)的有8 份，占總品種(系)的19.51%；無1 級(強抗)和5 級(不抗)抗旱型品種(系)材料。

表4 PEG 脅迫下云南小麥品種(系)抗旱性綜合評價Table 4 Comprehensive drought resistance evaluations on Yunnan wheat cultivars(lines)under PEG stress

續(xù)表4

2.4 各指標抗旱系數(shù)與D 值的相關(guān)性分析

對41 份供試云南育成小麥品種(系)的7 個性狀指標抗旱系數(shù)和D值進行相關(guān)性分析(表5)，結(jié)果表明，發(fā)芽率與發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)、苗高與最長根長呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，同時苗高與根數(shù)也呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；發(fā)芽勢與最長根長呈極顯著負相關(guān)(P＜0.01)，而其他指標間均呈不顯著正相關(guān)或負相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)均較小。除發(fā)芽勢和根數(shù)等2 個性狀指標與D值呈不顯著正相關(guān)外，發(fā)芽指數(shù)和胚芽鞘長等2 個指標與D值呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)，發(fā)芽率、苗高、最長根長等3 個指標與D值呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.687、0.662、0.641，表明發(fā)芽率、苗高、最長根長等3 個指標可優(yōu)先作為云南小麥新品種(系)萌發(fā)期抗旱性評價篩選指標。

表5 各指標抗旱系數(shù)與D 值的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of the index of drought resistance coefficient and D values

3 討論

萌發(fā)期抗旱性直接決定小麥的出苗率，相關(guān)研究表明種子萌發(fā)與抗旱性關(guān)系密切[21]。因此，為能準確、有效地評價品種的抗旱性，加強對小麥萌發(fā)期抗旱指標的評價篩選十分必要。就小麥萌發(fā)期抗旱性快速鑒定指標而言，王瑋等[8]研究發(fā)現(xiàn)芽鞘長與抗旱性符合最好，楊子光等[9]也發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長可作為萌發(fā)期抗旱性鑒定的可靠指標，郭曉麗[10]發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長度和種子的相對發(fā)芽率可作為小麥種子萌發(fā)期抗旱性鑒定的主要指標，李國瑞等[11]則發(fā)現(xiàn)發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率可作為萌發(fā)期抗旱性鑒定指標，而張芳等[12]研究發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長、最長根長可作為小麥抗旱性快速鑒定指標。本研究結(jié)果表明，PEG-6000脅迫條件下，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、胚芽鞘長度、苗高、根數(shù)和最長根長均受到明顯影響，發(fā)芽率、苗高、最長根長等3 個指標與D值呈極顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.687、0.662、0.641，可作為有效鑒定小麥品種(系)萌發(fā)期抗旱性的篩選指標。本結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致，但也有差異，可能與供試材料和鑒定方法不同有關(guān)。

種子萌發(fā)期抗旱性是干旱地區(qū)小麥品種(系)最重要的特性，準確客觀評價小麥品種(系)萌發(fā)期抗旱性對保障旱區(qū)小麥安全生產(chǎn)至關(guān)重要。而相關(guān)研究表明，運用單一指標難以全面客觀地評價品種間萌發(fā)期抗旱性的差異[21]，因此開展抗旱性多指標綜合性評價尤為必要。李國瑞等[22]對20 份西南小麥萌發(fā)期抗旱性進行多指標綜合鑒定，發(fā)現(xiàn)抗旱型材料占比5%；孫綠等[5]對119 份全國冬小麥的抗旱性進行多指標綜合評價，發(fā)現(xiàn)抗旱型材料達到10.9%；張芳等[12]對83 份新疆冬小麥品種(系)進行萌發(fā)期抗旱性多指標綜合評價，發(fā)現(xiàn)1～2 級抗旱型材料僅占總材料的13.3%。本研究參照小麥抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)范GB/T21127-2007[17]，依據(jù)發(fā)芽率抗旱系數(shù)結(jié)果進行萌發(fā)期抗旱性分級評價，發(fā)現(xiàn)供試小麥品種(系)均達到強抗旱性級別以上；而對41 份云南小麥育成品種(系)萌發(fā)期抗旱性進行多指標綜合評價鑒定，則31.71%為4 級(弱抗)抗旱型品種(系)，48.78%為3 級(中抗)抗旱型品種(系)，19.51%為2 級(抗)抗旱型品種(系)。表明云南小麥品種(系)整體具有較好萌發(fā)期抗旱性，但單一指標難以全面客觀地評價品種間抗旱性差異。供試品種中云麥69、麗17-2、云麥77、云麥39、云16D2-109、德1550、靖麥24、云麥72 等8 個萌發(fā)期優(yōu)異抗旱性品種可作為改良抗旱性的寶貴資源材料，在抗旱性聚合育種中利用。

4 結(jié)論

云南小麥育成品種(系)萌發(fā)期具有較強抗旱性，發(fā)芽率、苗高和最長根長可作為萌發(fā)期抗旱性篩選指標。云麥69、麗17-2、云麥77、云麥39、云16D2-109、德1550、靖麥24、云麥72 等8 個萌發(fā)期強抗旱性品種(系)可作為我省小麥改良抗旱性的寶貴資源材料。