模擬土壤環(huán)境下測量小麥胚芽鞘長度的方法

曹 勇，姬虎太，寧東賢，馬 崗，楊秀麗

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾041000）

我國國土面積中有1/2以上是干旱地區(qū)，水資源短缺一直是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大難題，因此，選擇抗旱并能夠高效利用土壤中水分的小麥品種，已成為許多小麥育種者首要考慮的因素。山西地處內(nèi)陸，屬大陸性暖溫帶氣候，降雨量少，蒸發(fā)量大，是我國北方半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)的組成部分，屬干旱嚴(yán)重的地區(qū)之一，小麥也以旱地小麥為主，所以，對小麥的抗旱性進(jìn)行鑒選具有重要的意義。

在小麥種子萌發(fā)的整個過程中，胚芽鞘有比胚芽更為強(qiáng)的出土能力，這就可以保護(hù)胚芽出土?xí)r不受損傷[1]。同時，相關(guān)研究也證實了胚芽鞘的尖端含有植物生長素和葉綠體，這就為幼苗能夠快速出土并進(jìn)行光合作用提供了有利的條件，因此，在小麥生長初期，胚芽鞘有著重要的作用[2-3]。Rebetzke等[4]通過實踐證明，將胚芽鞘長度作為小麥苗期抗旱性鑒選指標(biāo)的方法是可行的；關(guān)周博等[5]用不同濃度的PEG6000滲透溶液，對6個不同抗旱性小麥品種進(jìn)行處理，通過比較其胚芽鞘、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、苗高、產(chǎn)量和抗旱指數(shù)間的相關(guān)性得出，與抗旱指數(shù)相關(guān)性最高的是胚芽鞘，說明胚芽鞘長度作為小麥苗期進(jìn)行抗旱性鑒選指標(biāo)的方法是可行的。盡管國內(nèi)外的很多學(xué)者都對胚芽鞘的長度與抗旱性的關(guān)系進(jìn)行了有益探索[6-7]，但是模擬土壤環(huán)境并測量小麥胚芽鞘長度方法的研究報道較少。鑒于此，本研究著重介紹了模擬土壤環(huán)境下測量小麥胚芽鞘長度方法的具體操作及其對小麥抗旱性鑒選指標(biāo)的可行性。

1 材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

供試小麥品種為臨旱536、晉麥79號、晉麥47號、晉麥 92號（臨 Y8159）（4個旱地品種）和臨航2018、濟(jì)麥22（2個水地品種）共6個品種。每個品種挑選干凈、無雜質(zhì)、大小均勻一致的籽粒20粒，用于測量其胚芽鞘的長度（胚芽鞘伸長期間一直是利用種子中的營養(yǎng)，選取大小均勻一致的小麥種子可以減少由于種子自身營養(yǎng)物質(zhì)的不等造成的誤差）。

試驗所用器材由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所化驗室提供。供試器材為RXZ-260C智能人工氣候箱、Milli-QIntegral 10 System、恒溫冰箱、D-1型高壓蒸汽滅菌鍋、直徑9 cm的培養(yǎng)皿、濾紙、錫箔箱等。

試驗所用的水均為純水，所用培養(yǎng)皿在滅菌鍋中消毒并用75%的乙醇擦拭內(nèi)外表面，濾紙使用前先高溫（120℃）烘烤滅菌。

1.2 方法

1.2.1 試驗前的準(zhǔn)備 新收獲的小麥種子存在休眠現(xiàn)象，處于休眠狀態(tài)的種子必須度過休眠期才能發(fā)芽。這時應(yīng)解除休眠才能進(jìn)行該試驗。對于剛收獲的小麥種子，必須先曬種，然后將干種子置于4℃條件下冷處理3～4 d。試驗前將選好的小麥籽粒用75%乙醇沖洗其表面進(jìn)行消毒，然后再用純水沖凈表面殘留的乙醇。

1.2.2 試驗方法 向鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中加入純水20 mL充分浸潤，注意排凈濾紙底部氣泡，以免影響種子吸水，用事先消過毒的鑷子將各品種小麥籽粒均勻放入培養(yǎng)皿中，然后再加入純水10 mL，蓋上培養(yǎng)皿蓋，貼上籽粒品種標(biāo)簽，放入智能人工氣候箱中潤麥24 h（溫度20℃，濕度 25%）。

24 h后，將小麥籽粒取出，用噴壺將事先裁剪好的濾紙（長60 cm，寬60 cm）充分濕潤，然后挑選潤麥后露白的各品種小麥籽粒10粒，用鑷子均勻地放在濾紙對折后的中央直線上，注意同一品種的籽粒盡量放在一張濾紙上，便于以后測量和統(tǒng)計，所有小麥籽粒腹溝緊貼濾紙，胚乳朝同一個方向放置，小麥籽粒之間的距離控制在3 cm。小麥籽粒放好后，在濾紙上貼上品種名稱標(biāo)簽，然后把濾紙卷成圓筒狀，注意在卷濾紙時要保證小麥籽粒緊貼濾紙，濾紙盡量不要產(chǎn)生皺褶，以免小麥胚芽鞘長彎，測量時產(chǎn)生人為誤差。

所有待測小麥籽粒都卷好后，為保證所測胚芽鞘都向上生長，將其胚乳向下，濾紙圓筒豎向放置于事先準(zhǔn)備好的錫箔箱內(nèi)并保證箱內(nèi)無漏光，然后把錫箔箱放入智能人工氣候箱中7 d（溫度20℃，濕度25%）。

1.3 胚芽鞘長度的測量

將包裹小麥籽粒的濾紙展開平鋪后對胚芽鞘進(jìn)行測量。需要注意的是小麥種子根系較為發(fā)達(dá)，往往在包裹的濾紙內(nèi)相互纏繞，不易將濾紙展開，這時可將包裹小麥根系部分的濾紙剪掉后再展開。

正常可以進(jìn)行胚芽鞘長度測量的小麥幼苗特征是：幼苗勻稱健壯，有一個發(fā)育好、直立的胚芽鞘，芽鞘中包著子葉或子葉延伸到芽鞘頂端，剛從芽鞘中伸出。

2 結(jié)果與分析

由表1可知，6個品種的胚芽鞘平均長度由大到小為臨旱536>晉麥92號（臨Y8159）>晉麥79號>晉麥47號>臨航2018>濟(jì)麥22。田間抗旱性較好的旱地品種臨旱536和晉麥92號（臨Y8159）的胚芽鞘長度明顯高于其他品種，水地品種臨航2018和濟(jì)麥22的胚芽鞘長度與其余4個旱地品種相比，胚芽鞘較短。田間試驗也表明，臨旱536和晉麥92號（臨Y8159）的產(chǎn)量和抗旱指數(shù)較高，說明通過本試驗方法利用胚芽鞘長度作為小麥材料抗旱鑒選的指標(biāo)是可行的。

表1 不同品種的小麥籽粒胚芽鞘長度比較 cm

3 結(jié)論與討論

本試驗持續(xù)時間一般為8 d，為了使試驗數(shù)據(jù)更加可靠，可進(jìn)行3次重復(fù)比較，每次試驗可選大量品種進(jìn)行比較，從而選出長胚芽鞘的品種，同時可在田間將試驗品種進(jìn)行播種，將試驗所得數(shù)據(jù)與田間長勢和產(chǎn)量進(jìn)行比較，為選出抗旱節(jié)水的小麥新品種提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

本試驗主要是模擬小麥籽粒在土壤中的生長環(huán)境，為了能夠快速、大量地篩選出具有長胚芽鞘小麥而提出的方法，由于人為創(chuàng)造的環(huán)境和土壤環(huán)境存在差別，所以有條件的可選一定規(guī)格的容器，用沙床或土壤代替濾紙，但同時試驗方法的操作上也會比較復(fù)雜。

干旱是我國北方地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的一個嚴(yán)重問題。培育抗旱能力強(qiáng)的小麥新品種是農(nóng)業(yè)科學(xué)家需要解決的重要課題。以20世紀(jì)90年代我國選育的抗旱節(jié)水小麥品種——晉麥47號為代表，近年來以抗旱、節(jié)水為主要特點(diǎn)的品種選育已不是一個新課題。一些新技術(shù)例如轉(zhuǎn)基因技術(shù)，通過導(dǎo)入來自大豆、棉花或小麥等作物的抗旱關(guān)鍵基因，創(chuàng)制出一批抗旱轉(zhuǎn)基因小麥新品系。多年以來，各地育種家和農(nóng)業(yè)科學(xué)研究者相繼選育出了不少抗旱、節(jié)水的小麥新品種。但是在抗旱節(jié)水小麥品種的選育過程中，如果用產(chǎn)量作為評價育種材料抗旱性的指標(biāo)，育種家必須花大量的時間，同時工作量也相對較大。小麥胚芽鞘長度的遺傳力較強(qiáng)，所以，通過模擬土壤環(huán)境測量小麥胚芽鞘長度，是一種快速鑒選小麥抗旱指標(biāo)比較理想的方法。

［1］張玉梅，林琪，姜雯，等.滲透脅迫條件下不同抗旱性小麥品種萌發(fā)期生理生化指標(biāo)的變化 [J].麥類作物學(xué)報，2006，26（ 6） ：125-130.

［2］錢雪婭，景蕊蓮，王輝，等.不同處理條件下小麥胚芽鞘長的遺傳分析[J].西北植物學(xué)報，2008，28（ 12）：2436-2441.

［3］任文斌，謝三剛，宋昱，等.山西省南部四種不同類型小麥的品質(zhì)分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（ 9）：2079-2081.

［4］ Rebetzke GJ.Genetic analysis of coleoptile length and diameter in wheat[J].Australian Journal of Agricultural Research，2004，55：733-743.

［5］關(guān)周博，王士強(qiáng)，陳亮，等.模擬干旱脅迫下冬小麥胚芽鞘長度變化及與抗旱性的關(guān)系研究 [J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27（ 4） ：125-129.

［6］李卓坤，袁倩倩，師翠蘭，等.小麥胚芽鞘長、幼苗根長的QTL定位[J].分子植物育種，2010，8（ 3）：460-468.

［7］ Rebetzke GJ.Genotypic increases in coleoptile length improves stand establishment，vigour and grain yield of deep-sown wheat[J].Field Crops Research，2007，100：10-23.