PEG脅迫對(duì)8個(gè)不同小麥品種幼苗根系的影響

王稼苜,張志勇,歐行奇,胡楊

（1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.廣西大學(xué),廣西南寧530004）

PEG脅迫對(duì)8個(gè)不同小麥品種幼苗根系的影響

王稼苜1,張志勇1,歐行奇1,胡楊2

（1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.廣西大學(xué),廣西南寧530004）

以百農(nóng)矮抗58、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)等8個(gè)耐旱性不同的冬小麥品種為材料,以PEG6000為水分脅迫劑,對(duì)不同小麥品種在水分脅迫下的根系特性進(jìn)行比較研究.采用根系圖像掃描和WinRHIZO軟件進(jìn)行根系分析,比較不同品種的根長度相對(duì)增長率、根面積相對(duì)增長率、根系平均直徑相對(duì)增長率等5個(gè)指標(biāo),采用方差分析、多重比較、聚類分析等統(tǒng)計(jì)分析方法,判別供試品種的抗旱性.結(jié)果表明：不同小麥品種在200 g/L質(zhì)量濃度的PEG6000脅迫下,抗旱性存在一定差異.依抗旱性可將供試小麥品種分成4類：第一類包括矮抗58與百農(nóng)64；第二類包括百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、周麥16和華育198；第三類為周麥22；第四類為周麥18.該結(jié)果可為小麥根部性狀改良和抗旱性遺傳資源利用提供參考.

小麥；抗旱性；PEG；根系特性

隨著全球氣候變化的加劇和生態(tài)平衡的破壞,水資源短缺愈來愈成為全人類面臨的一個(gè)嚴(yán)重生態(tài)問題.干旱是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要環(huán)境因素之一.河南省地處中原,是全國小麥種植面積最大的省區(qū).當(dāng)小麥播種時(shí),嚴(yán)重干旱通常影響小麥的正常出苗,直接影響基本苗數(shù).根系是決定小麥抗旱性和產(chǎn)量的重要因素,根系的功能制約著小麥冠層的發(fā)展與資源利用效率[1].了解不同小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性,有助于根據(jù)土壤墑情選擇播種量,為獲得目標(biāo)大小的群體打好基礎(chǔ)[2].

PEG（聚乙二醇）作為一種高分子滲透劑,不能穿越植物細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),不會(huì)引起質(zhì)壁分離.其親水性比較強(qiáng),能使植物組織和細(xì)胞處于類似于干旱脅迫的環(huán)境之中,可有效模擬土壤干旱環(huán)境[3-5].苗期運(yùn)用PEG模擬干旱脅迫鑒定小麥抗旱性具有時(shí)間短、容量大、可重復(fù)性強(qiáng)、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[6-7].有研究表明,質(zhì)量濃度200 g/L的PEG6000處理后小麥的SOD、POD、丙二醛、脯氨酸等含量變化比較顯著,用于預(yù)測小麥品種的抗旱性具有較高的準(zhǔn)確性[8-11].本試驗(yàn)用PEG6000溶液模擬干旱脅迫,通過根系測定對(duì)8個(gè)小麥品種進(jìn)行了苗期抗旱性評(píng)價(jià),探討各品種根系指標(biāo)對(duì)干旱的響應(yīng),以期為小麥育種工作和小麥的生產(chǎn)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用8個(gè)耐旱性不同的冬小麥品種為試驗(yàn)材料,分別為百農(nóng)矮抗58、百農(nóng)64、百農(nóng)207、周麥16、周麥18、周麥22、洛旱7號(hào)和華育198.

1.2 干旱脅迫幼苗生長試驗(yàn)方法

選取大小均勻、子粒飽滿的種子,分別置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中,在25℃條件下清水培養(yǎng)5 d,選取36株長勢一致的幼苗,移至Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng).至小麥長出三葉一心時(shí),設(shè)置處理和對(duì)照,在處理植株中加入PEG6000模擬干旱脅迫,PEG6000每間隔一天加入1次,共加入3次,使加入后PEG6000的質(zhì)量濃度分別為50 g/L、100 g/L和200 g/L.每個(gè)品種處理和對(duì)照均設(shè)3次重復(fù),25℃條件下培養(yǎng)21 d后取幼苗進(jìn)行測定.

1.3 測定項(xiàng)目及數(shù)據(jù)采集處理方法

主要進(jìn)行幼苗耐旱性試驗(yàn)生長指標(biāo)的測定.從處理和對(duì)照培養(yǎng)器皿中隨機(jī)選出30株幼苗用于掃描根系數(shù)據(jù).采用EPSON perfection V700 photo進(jìn)行根系圖像掃描得到圖片,再利用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)測定總長、平均直徑、表面積、總體積、根系長度等.本次選取所獲數(shù)據(jù)中的5個(gè)重要指標(biāo),無量綱處理每次重復(fù)的相對(duì)值數(shù)據(jù),得到5個(gè)指標(biāo)的3次重復(fù)增長率結(jié)果,即根長度相對(duì)增長率、根面積相對(duì)增長率、根系平均直徑增長率、每m3的根系長度增長率和根表面積相對(duì)增長率.采用DPS軟件進(jìn)行方差分析與多重比較、聚類分析等.

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下根長度相對(duì)增長率

干旱脅迫下不同小麥品種的根長度相對(duì)增長率見表1.

表1 根長度相對(duì)增長率Tab.1 The relative growth rate of root length

由表1可知,8個(gè)參試小麥品種的幼苗根長度相對(duì)增長率自大至小依次為周麥22,華育198,周麥16,百農(nóng)207,洛旱7號(hào),矮抗58,百農(nóng)64,周麥18.其中,周麥22、華育198、周麥16、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、矮抗58和百農(nóng)64在200 g/L PEG6000水分脅迫條件下根長度相對(duì)增長率平均值均為正值,表示根的生長大于相應(yīng)對(duì)照,即在200 g/L PEG6000水分脅迫條件下根反而生長加快；周麥18的根長度相對(duì)生長率為負(fù)值,說明經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,周麥18根系生長變緩.多重比較結(jié)果表明,在200 g/L PEG6000水分脅迫條件下,周麥22的根長度相對(duì)增長率與洛旱7號(hào)、矮抗58差異顯著（P＜0.05）,與百農(nóng)64、周麥18差異極顯著（P＜0.01）,周麥18則與其他7個(gè)品種差異均極顯著（P＜0.01）.

2.2 干旱脅迫下根面積相對(duì)增長率

干旱脅迫下不同小麥品種的根面積相對(duì)增長率見表2.

表2 根面積相對(duì)增長率Tab.2 The relative growth rates of root area

由表2可知,在200 g/LPEG6000水分脅迫條件下,周麥18的根面積相對(duì)增長率與其他7個(gè)品種在0.05水平和0.01水平上都存在顯著差異；在0.05水平上,周麥22與洛旱7號(hào)、百農(nóng)64存在顯著差異；周麥22、華育198、矮抗58、周麥16、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)和百農(nóng)64在0.01水平上差不顯著異.根據(jù)根面積相對(duì)增長率的正負(fù)性可知,經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,周麥18根系生長變緩,而其他小麥品種的根面積相對(duì)增長率則均大于對(duì)照.

2.3 干旱脅迫下根系平均直徑相對(duì)增長率

干旱脅迫下不同小麥品種的根系平均直徑相對(duì)增長率見表3.

表3 根系平均直徑相對(duì)增長率Tab.3 The relative growth rates of average root diameter

由表3可知,矮抗58與洛旱7號(hào)在0.05和0.01水平上差異均不顯著；周麥18、百農(nóng)64與洛旱7號(hào)、周麥16、華育198、百農(nóng)207、周麥22相較,在0.05水平上有顯著差異；周麥18、百農(nóng)64與周麥16、華育198、百農(nóng)207、周麥22在0.01水平上差異極顯著.根系平均直徑相對(duì)增長率均為負(fù)值,說明經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,各小麥品種的根系在直徑生長指標(biāo)上均受到抑制.

2.4 干旱脅迫下根表面積相對(duì)增長率

干旱脅迫下8個(gè)小麥品種根系根表面積相對(duì)增長率見表4.

表4 根表面積相對(duì)增長率Tab.4 The relative growth rate of root surface area

由表4可知,供試的8個(gè)小麥品種中,只有周麥18的根面積相對(duì)增長率為負(fù)值,且與其他7個(gè)品種在0.05水平和0.01水平上差異均顯著；周麥22與華育198、矮抗58、周麥16、百農(nóng)207之間在0.05水平上差異不顯著,與洛旱7號(hào)、百農(nóng)64在0.05水平上差異顯著；除周麥18之外的7個(gè)品種在0.01水平上差異不顯著.

2.5 干旱脅迫下8個(gè)品種根系5個(gè)變量的系統(tǒng)聚類分析

以8個(gè)品種根系的根長度相對(duì)生長率、根面積相對(duì)增長率、根系平均直徑相對(duì)增長率、每m3的根系長度相對(duì)增長率和根表面積相對(duì)增長率5個(gè)指標(biāo)作為變量,在DPS軟件中進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析.結(jié)果見圖1.

圖1 8個(gè)小麥品種根系的5個(gè)變量系統(tǒng)聚類Fig.1 The 5 variables system clustering of 8 cultivars roots

由圖1可知,依據(jù)抗旱性可將供試8個(gè)小麥品種分為4類：第一類包括矮抗58與百農(nóng)64；第二類包括百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、周麥16和華育198；第三類為周麥22；第四類為周麥18.

周麥22、周麥18分別作為兩個(gè)單獨(dú)的分類,其他品種約在0.7~1.0的水平上聚為一類.這與周麥18是冬性品種,抗冬、春寒害,抗旱性比較強(qiáng)的特性是一致的.周麥22作為另一類,耐旱性較好,本結(jié)果與該品種的種植特性相一致.矮抗58與百農(nóng)64為一小類聚在一起,百農(nóng)64是百農(nóng)207的父本.華育198品種與周麥16為一小類,接著與百農(nóng)207、洛旱7號(hào)四個(gè)品種約在0.7的水平上聚為一類.可能它們的半冬性抗旱基因有一定相關(guān)性或有較近遺傳關(guān)系.同理,百農(nóng)207、周麥16和洛旱7號(hào)聚為一小類,這與百農(nóng)207屬半冬性中晚熟品種,該品種來源于周16/百農(nóng)64關(guān)系密切.冬性的周麥18、周麥22在14.79聚為一小類,冬性的周麥18、周麥22與其他6個(gè)半冬性品種在36.99的水平上才聚為一大類.

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明：在200 g/L PEG6000脅迫下,8個(gè)供試小麥品種根系的5個(gè)不同指標(biāo)存在顯著性差異.依據(jù)抗旱性表現(xiàn)可將其分為4類：第一類包括矮抗58與百農(nóng)64；第二類包括百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、周麥16和華育198；第三類為周麥22；第四類為周麥200 g/L PEG6000水分脅迫條件下,周麥18測定的5個(gè)指標(biāo)增長變緩,說明周麥18根系生長變緩.同理,周麥22、華育198、周麥16、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、矮抗58和百農(nóng)64經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,根的生長均大于相應(yīng)對(duì)照,即表示水分脅迫情況下反而根生長加快.

小麥抗旱性育種的實(shí)質(zhì)是適應(yīng)性育種[5],冬小麥幼苗初生根數(shù)目與抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)間都表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系[12].本文僅用200 g/L PEG6000水分脅迫處理得到階段性處理結(jié)果,以后可采用不同質(zhì)量濃度PEG6000水分脅迫處理,來模擬不同耐旱條件下,不同冬小麥品種的根系生長特性.

[1]吳永成,周順利,王志敏.小麥與抗旱性有關(guān)的根系遺傳改良研究進(jìn)展[J].麥類作物學(xué)報(bào),2004,24（3）：101-104.

[2]王瑾,劉桂茹,楊學(xué)舉.PEG脅迫下小麥再生植株根系特性與抗旱性的關(guān)系[J].麥類作物學(xué)報(bào),2006,26（3）：117-119.

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（責(zé)任編輯：鄧天福）

Effect of water stress by PEG on the seedling root characteristics of 8 wheat varieties

Wang Jiamu1,Zhang Zhiyong1,Ou Xingqi1,Hu Yang2
（1.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Guangxi University,Nanning 530004,China）

The root characteristics test for 8 wheat varieties was conducted under 20g/L PEG6000 stress.5 indicators of roots was analysed by root image scanning and WinRHIZO software.The results showed that：the drought stress resistance of 8 wheat varieties were evaluated comprehensively by 200 g/L PEG6000 stress；8 wheat varieties can be categorized as four classes,such as the first class includes Bainong AK58 and Bainong 64；the second category includes Bainong 207,Luohan 7,Zhoumai 16 and Huayu 198；the third category includes Zhoumai 22；the fourth is Zhoumai 18 varieties.The results can be used as improved wheat root traits and drought resistance genetic resources to take advantage of reference.

wheat；drought resistance；PEG；root characteristics

S512.1

A

1008-7516（2015）03-0001-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2015.03.001

2015-04-24

新鄉(xiāng)市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（06N054）

王稼苜（1990―）,女,河南?？h人,碩士研究生.主要從事小麥抗旱性研究.

歐行奇（1964―）,男,河南鄲城人,教授.主要從事小麥育種研究.