小麥芽期抗旱性表型鑒定與分析

尤燕聰 文卿琳

(塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

在溫室效應(yīng)的影響下，全球氣候變暖，全球各地頻繁出現(xiàn)干旱現(xiàn)象，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)了重大的變動[1]。在各種非生物脅迫中，干旱是對農(nóng)作物造成影響最大的一種，造成的損失也幾乎是其他非生物脅迫的總和，在我國，干旱造成的致災(zāi)面積就占自然總致災(zāi)面積的1/2，損失約占總損失的1/3[2]。小麥?zhǔn)俏覈饕Z食作物之一，如何保持小麥的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)對保障我國糧食安全有著重要的意義[3]，近年來干旱頻發(fā)已經(jīng)嚴(yán)重威脅小麥的生長發(fā)育，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量不穩(wěn)定[4]。小麥在萌發(fā)階段對水分的變化十分敏感[5]，在嚴(yán)重缺水的狀況下小麥根系吸水量減小，植株矮小。

小麥芽期抗旱性的強(qiáng)弱直接決定了苗期幼苗能否正常長成和后期小麥產(chǎn)量的高低，因此，研究不同基因型的小麥芽期對干旱的響應(yīng)對于篩選耐旱型小麥品種具有重要意義[6]。小麥抗旱性研究是非常復(fù)雜的，僅憑單一的指標(biāo)很難對品種抗旱性作出全面的鑒定，因此，大多數(shù)的研究都需要采用隸屬函數(shù)、主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析法等方法進(jìn)行抗旱性綜合評價(jià)[7]。郭志芳[8]對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得出根系干物質(zhì)等5項(xiàng)指標(biāo)與苗期抗旱有著顯著相關(guān)性，篩選出22個(gè)具有較強(qiáng)抗旱能力的高產(chǎn)小麥品種；魏良迪等[9]利用主成分分析和聚類分析對芽期的芽長等指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，共篩選出21個(gè)抗旱性小麥品種；鄭立龍等[10]對10個(gè)小麥品種的胚芽長度等指標(biāo)進(jìn)行方差分析，共篩選出具有較強(qiáng)抗旱能力的4個(gè)小麥品種。

本試驗(yàn)使用42個(gè)抗旱性不同的小麥品種，采用方差分析、耐旱系數(shù)值和抗旱性綜合評價(jià)，分析在20%PEG-6000模擬干旱脅迫下的相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)行不同小麥品種芽期抗旱性表型鑒定，對抗旱性小麥品種進(jìn)行初步篩選。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

42份小麥試驗(yàn)材料均由西北農(nóng)林大學(xué)提供，具體見表1，于2021年12月進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。

表1 小麥品種

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)品種選取籽粒飽滿、無損、無蟲蛀的種子100粒，浸泡在純水中12h后，平均分成6份，每份25粒。在培養(yǎng)皿中鋪墊3層濾紙，分為20%PEG-6000的脅迫組和純水的對照組，每個(gè)處理2次重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于20℃的條件下培養(yǎng)，第10天停止培養(yǎng)，隨機(jī)抽取10株幼苗測量根長、莖粗、下胚軸長、株高、根數(shù)。

以胚芽突破種皮，胚根長與種子等長，胚芽長達(dá)種子長度1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每日記錄發(fā)芽數(shù)。計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。計(jì)算公式：

發(fā)芽率(%)=(S1/S0)×100%

發(fā)芽勢(%)=(S2/S0)×100%

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt

活力指數(shù)=(∑Gt/Dt)×SL

式中，S1為7d的發(fā)芽數(shù)；S0為種子總數(shù)；S2為3d的發(fā)芽數(shù)；Gt為時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；SL為7d內(nèi)根長的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與抗旱性評價(jià)

使用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用IBM SPSS 25.0進(jìn)行方差分析、主成分分析。通過各指標(biāo)進(jìn)行耐旱系數(shù)值的計(jì)算，利用隸屬函數(shù)對抗旱性指標(biāo)進(jìn)行綜合性評價(jià)[11]。利用標(biāo)準(zhǔn)差確定各指標(biāo)的權(quán)重，通過隸屬函數(shù)值和權(quán)重計(jì)算抗旱性綜合評價(jià)值(D)值。計(jì)算公式：

耐旱系數(shù)=干旱脅迫下指標(biāo)值/費(fèi)干旱脅迫下指標(biāo)值

隸屬函數(shù)值：

μ(Xi)=U(Xi-Xmin)/U(Xmax-Xmin)

權(quán)重：

綜合評價(jià)值：

式中，Xi為性狀測定值；Xmin為相關(guān)性狀最小值；Xmax為相關(guān)性狀最大值；Pi為第i個(gè)性狀與抗旱系數(shù)間的相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫處理下小麥芽期各指標(biāo)的方差分析

從表2可知，不同品種之間各指標(biāo)均不顯著；不同處理間各指標(biāo)均存在極顯著差異；品種和處理的交互作用下，下胚軸長存在極顯著差異，株高存在顯著性差異，即不同品種在20%PEG-6000的脅迫下的下胚軸長與株高反應(yīng)有很大的差異。說明在PEG的處理下，小麥芽期各指標(biāo)會出現(xiàn)顯著性的變化，且各指標(biāo)對PEG脅迫的相應(yīng)不同。

表2 PEG脅迫處理下小麥各指標(biāo)的方差分析

2.2 PEG脅迫處理下對小麥芽期表型特征的影響

從表3可知，CK和PEG脅迫下的小麥根長、莖粗、下胚軸長、株高、根數(shù)等指標(biāo)的變幅程度不同。清水處理中，各指標(biāo)的變異系數(shù)在8.86%～26.75%，說明小麥品種的各指標(biāo)之間存在較為明顯的差異；在PEG脅迫處理下各指標(biāo)的變異系數(shù)在18.07%～55.69%，說明PEG處理下各指標(biāo)之間同樣表現(xiàn)出明顯的差異。在PEG脅迫處理中，根據(jù)各指標(biāo)的變異系數(shù)，由大到小依次為下胚軸長、莖粗、株高、根長、根數(shù)，其中，PEG脅迫下下胚軸長的差異最為顯著，變異系數(shù)為55.69%，根數(shù)的差異相對較小，變異系數(shù)為18.07%，且所有指標(biāo)均低于CK，說明PEG脅迫對各指標(biāo)均產(chǎn)生了明顯的抑制作用。

表3 PEG脅迫處理下小麥芽期表型性狀變化統(tǒng)計(jì)

2.3 PEG脅迫處理下小麥發(fā)芽情況的變化

從表4可知，活力指數(shù)與相對活力指數(shù)中的最大值均大于1，除此以外，其余7項(xiàng)指標(biāo)均小于1，說明PEG脅迫會對42個(gè)品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率等指標(biāo)起到抑制作用，但是各指標(biāo)之間的變異程度不同，變異系數(shù)越大時(shí)，說明此性狀對PEG脅迫的反應(yīng)越敏感；變異系數(shù)越小時(shí)，說明此性狀對PEG脅迫的反應(yīng)越不敏感，各指標(biāo)性狀在PEG脅迫下的敏感程度為：相對活力指數(shù)>發(fā)芽勢>相對發(fā)芽勢>活力指數(shù)>發(fā)芽指數(shù)>相對發(fā)芽指數(shù)>發(fā)芽率>相對發(fā)芽率。

表4 PEG脅迫處理下小麥發(fā)芽情況的變化

2.4 PEG脅迫處理下小麥芽期各指標(biāo)的耐旱系數(shù)

從表5可知，小麥發(fā)芽勢的耐旱系數(shù)為0.800～0，其中耐旱系數(shù)為0.6～0.8的品種有8個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有34個(gè)；小麥發(fā)芽率的耐旱系數(shù)為0.913～0，其中耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有3個(gè)，耐旱系數(shù)為0.6～0.8的品種有17個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有22個(gè)；小麥發(fā)芽指數(shù)的耐旱系數(shù)為0.820～0，其中耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有1個(gè)，耐旱系數(shù)為0.6～0.8的品種有7個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有34個(gè)；小麥活力指數(shù)的耐旱系數(shù)為1.286～0，其中耐旱系數(shù)≥1的品種有1個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有41個(gè)；小麥根長的耐旱系數(shù)為1.734～0，其中耐旱系數(shù)≥1的品種有2個(gè)，耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有3個(gè)，耐旱系數(shù)為0.6～0.8的品種有10個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有27個(gè)；小麥莖粗的耐旱系數(shù)為1.343～0，其中耐旱系數(shù)≥1的品種有2個(gè)，耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有6個(gè)，耐寒品種為0.6～0.8的品種有22個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有12個(gè)；小麥下胚軸長的耐旱系數(shù)為1.446～0，其中耐旱系數(shù)≥1的品種有1個(gè)，耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有2個(gè)，耐寒品種為0.6～0.8的品種有6個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有33個(gè)；小麥株高的耐旱系數(shù)為0.803～0，其中耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有1個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有41個(gè)；小麥根數(shù)的耐旱系數(shù)為1.480～0，其中耐旱系數(shù)≥1的品種有5個(gè)，耐旱系數(shù)為0.8～1的品種有11個(gè)，耐寒品種為0.6～0.8的品種有16個(gè)，耐旱系數(shù)<0.6的品種有10個(gè)。

表5 不同指標(biāo)的耐旱系數(shù)值

2.5 抗旱性綜合評價(jià)

采用權(quán)重和隸屬函數(shù)法對42種小麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根長、莖粗、下胚軸長、株高、根數(shù)9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。從表6可知，42個(gè)小麥品種的綜合評價(jià)值為0.843～0，差異性較大，把42個(gè)品種分為高度抗旱型、抗旱型、中度抗旱型、干旱敏感型、干旱高度敏感型5類，綜合評價(jià)值大于0.550的有“天民180”、“泉麥890”、“新麥36”、“濟(jì)麥21”、“天民380”、“陜墾81”、“新麥38”為高度抗旱型品種；綜合評價(jià)值在0.550～0.450范圍內(nèi)的有“晉麥47”、“Quarrion”、“優(yōu)麥2號”、“濮興5號”、“新麥35”、“普冰201”、“新冬55”、“石家莊8號”、“周麥26”、“旱優(yōu)98”為抗旱型品種；綜合評價(jià)值在0.450～0.350范圍內(nèi)的有“偃展4110”、“天民285”、“新麥2111”、“西農(nóng)928”、“裕田麥119”、“紅芒麥”、“洛麥23”、“小偃22-3”為中度抗旱型品種；綜合評價(jià)值在0.350～0.250范圍內(nèi)的有“蘭天10號”、“京411”、“新麥58”、“旱選1號”、“新冬39”、“豐產(chǎn)3號”、“小偃6號”為干旱敏感型品種；剩余品種為干旱高度敏感型品種。

表6 小麥抗旱性綜合評價(jià)

3 討論

水分是限制作物生長發(fā)育的主要因子之一，同時(shí)也在種子萌發(fā)期起到關(guān)鍵作用[12]。水分影響種子的萌發(fā)率，種子的萌發(fā)能力和苗期的生長效率通常被用于測量作物的抗逆性[13]。魯富寬等[14]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下苜蓿種子的初始，萌發(fā)時(shí)間推遲，在干旱脅迫解除后，干旱脅迫處理下的苜蓿種子的復(fù)萌率整體呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。研究表明，在輕度的干旱脅迫下可以促進(jìn)胚根的生長，反之重度干旱脅迫會抑制其生長，不同植物在干旱脅迫下會表現(xiàn)出不同的響應(yīng)極抗旱能力[15]。文竹梅等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在輕度的干旱脅迫下，幼苗的根長等在萌發(fā)以后受到顯著抑制，在高溫或干旱地區(qū)種植易造成根系吸水率降低，從而造成植株死亡。劉凱強(qiáng)等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在燕麥的生育期內(nèi)連續(xù)多次進(jìn)行深度干旱脅迫不利于其生長發(fā)育，在長期間的水分虧損狀態(tài)下，燕麥的株高、莖粗會呈現(xiàn)減小的現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論與前人相似，PEG脅迫后小麥各指標(biāo)有明顯的變化，不同小麥品種在PEG脅迫處理下的根長、下胚軸長與株高均出現(xiàn)了下降趨勢，從以上數(shù)據(jù)來看，芽期的干旱不利于幼苗根系的生長，幼苗得不到充分水分后，植株的生長受到抑制。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)對42個(gè)小麥品種在PEG脅迫處理下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢等9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了方差分析耐旱系數(shù)值和綜合評價(jià)，鑒定出了7個(gè)高度抗旱型品種，10個(gè)抗旱型品種，8個(gè)中度抗旱型品種，7個(gè)干旱敏感型品種，10個(gè)干旱高度敏感型品種。由于“荔墾2號”和“普冰143”的各項(xiàng)指標(biāo)均為0，因此不推薦其作為抗旱試驗(yàn)材料。