不同基因型玉米自交系苗期根系抗旱性向水性及解剖結(jié)構(gòu)研究

蔣奇峰，員海燕

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

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不同基因型玉米自交系苗期根系抗旱性向水性及解剖結(jié)構(gòu)研究

蔣奇峰，員海燕

(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

試驗(yàn)旨在研究旱脅迫下不同基因型玉米自交系苗期根系形態(tài)、生理生化、解剖結(jié)構(gòu)的差異變化，為玉米自交系抗旱種質(zhì)的篩選提供可借鑒的指標(biāo)、方法，為玉米自交系苗期根系抗旱遺傳機(jī)理研究提供依據(jù)。試驗(yàn)選用了14份玉米自交系，采用PEG-6000脅迫處理，測(cè)定玉米自交系苗期13個(gè)與抗旱緊密相關(guān)的根系形態(tài)與生理生化指標(biāo)，并通過(guò)方差分析、關(guān)聯(lián)分析及聚類分析，對(duì)各自交系的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)其中兩個(gè)抗旱性差異明顯的自交系，通過(guò)石蠟切片-顯微鏡觀察根系橫切面結(jié)構(gòu)的差異。結(jié)果表明：干旱脅迫下，不同玉米自交系苗期的單株根干質(zhì)量、單株地上部干質(zhì)量、根系長(zhǎng)度、根直徑、根伸長(zhǎng)速率、根失水率、根系還原力均呈不同程度的下降趨勢(shì)，根系可溶性糖、脯氨酸均呈不同程度的上升趨勢(shì)，且不同自交系的變化幅度差異較大。隨著誘導(dǎo)物傾斜角的增大，不同自交系根系的向水性彎曲增強(qiáng)，不同自交系間的差異較大，高濕度梯度條件下，自交系Mo17向水性彎曲較對(duì)照增加134%，增加幅度最大，WN897向水性彎曲增加20%，增加幅度較小。利用不同抗旱指標(biāo)的加權(quán)抗旱指數(shù)，綜合評(píng)價(jià)不同基因型玉米自交系的抗旱性，并將14個(gè)玉米自交系種質(zhì)聚類劃分為強(qiáng)抗旱型、中抗旱型和旱敏感型、高旱敏感型4個(gè)抗旱級(jí)別。石蠟切片結(jié)果顯示，抗旱性差異明顯的自交系根系解剖結(jié)構(gòu)差異較大，抗旱性自交系昌7-2皮層占根系直徑比例較低，不抗旱自交系WN897皮層占根系直徑比例大于昌7-2，且WN897的導(dǎo)管直徑較大。結(jié)論：采用方差分析、關(guān)聯(lián)分析及聚類分析等相結(jié)合的方法對(duì)不同玉米自交系苗期抗旱性進(jìn)行評(píng)估，可以較好地揭示根系性狀與抗旱性的關(guān)系。根系還原力、根系可溶性糖、根系長(zhǎng)度、根向水性對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)較其他指標(biāo)敏感，可作為玉米苗期的抗旱能力和抗旱自交系選育時(shí)優(yōu)先考慮的鑒定指標(biāo)。旱脅迫下，抗旱性差異明顯的玉米自交系根系解剖特征差異顯著，強(qiáng)抗旱型自交系苗期根系皮層厚度較小，皮層占根系直徑比例較低，根系導(dǎo)管直徑也較高旱敏感型自交系小。

玉米自交系；根系；苗期；根向水性；解剖結(jié)構(gòu)；抗旱性

玉米的根系是吸收水分、養(yǎng)分的主要器官，苗期是玉米根系生長(zhǎng)的初始階段，此時(shí)遭遇干旱脅迫，對(duì)玉米的產(chǎn)量影響較大。因此，研究玉米苗期根系變化對(duì)揭示玉米的抗旱機(jī)制，以及玉米的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要的意義[1-9]。水分脅迫下，玉米的根系通過(guò)改變自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)及干物質(zhì)的積累量，從而應(yīng)對(duì)干旱脅迫。因此，根系特征作為抗旱性鑒定的重要指標(biāo)已得到廣泛的認(rèn)同[7,9-13]。對(duì)于玉米苗期根系性狀與抗旱性的關(guān)系，前人已做過(guò)大量研究[14-15]，然而很少有學(xué)者研究根系的向水性彎曲程度與抗旱性的關(guān)系，以及將13個(gè)根系指標(biāo)結(jié)合起來(lái)，從形態(tài)上、生理生化上綜合研究其抗旱性。本研究以14個(gè)玉米自交系為材料，測(cè)定了不同濃度PEG-6000處理下的苗期單株根干質(zhì)量、單株地上部干質(zhì)量、根冠比、單株總生物量、根系長(zhǎng)度、根直徑、側(cè)根數(shù)、根伸長(zhǎng)速率、根失水率、根系可溶性糖、脯氨酸、根系還原力和根向水性等13個(gè)根系形態(tài)、生理生化指標(biāo)，計(jì)算各形態(tài)、生理指標(biāo)的抗旱指數(shù)，并對(duì)14個(gè)玉米自交系進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析、聚類分析和抗旱性綜合評(píng)價(jià)[16]，再根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果選擇各抗旱類別典型自交系，對(duì)其進(jìn)行解剖學(xué)觀察，通過(guò)形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)不同層面觀察研究水旱條件對(duì)不同玉米自交系根系發(fā)育的影響，以期揭示不同基因型玉米自交系根系對(duì)旱脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)性，為研究玉米的抗旱機(jī)制及建立抗旱性鑒定指標(biāo)體系提供理論支撐和科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

選用的材料PH4CV、PH6WC、WN44、WN75、Mo17、鄭58、昌7-2、天4、武109、138、WN 104、WN 180、803、WN897共14個(gè)自交系，材料均由西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供。

1.2幼苗的培養(yǎng)

篩選大小一致的種子，并用酒精、蒸餾水清洗后用于培養(yǎng)幼苗，每個(gè)材料至少30粒種子。一部分進(jìn)行根向水性試驗(yàn)，每個(gè)材料10個(gè)重復(fù)，取其平均值；一部分在長(zhǎng)至三葉一心時(shí)用15%PEG-6000處理，蒸餾水作對(duì)照，處理后第7天選生長(zhǎng)一致的5株測(cè)定單株根干質(zhì)量、單株地上部干質(zhì)量、根冠比、單株總生物量、根系長(zhǎng)度、根直徑、側(cè)根數(shù)、根伸長(zhǎng)速率、根失水率，根系可溶性糖、脯氨酸、根系還原力，取5株平均值。

1.3測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1根系向水性的測(cè)定根向水性彎曲測(cè)定參照胡田田[12]等的方法。選取根系較直，且根長(zhǎng)為1.0±0.2 cm左右的發(fā)芽種子，將根系緊貼40°、60°的向水性誘導(dǎo)物表面，以飽和K2CO3溶液控制室內(nèi)空氣濕度，從而改變根尖周圍的濕度梯度，在25℃溫度條件下培養(yǎng)10 h，利用量角尺測(cè)定根系的向水性彎曲度。

1.3.2苗期根系形態(tài)、生理指標(biāo)的測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測(cè)定根系還原力[17]。將沖洗干凈的根和地上部分分開(kāi)，在恒溫箱中105℃殺青15 min，85℃烘干至恒重，取出后分別稱量根和地上部分的質(zhì)量，計(jì)算其質(zhì)量比。用直尺測(cè)量根系長(zhǎng)度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量根直徑。測(cè)定25℃，10 h內(nèi)根系的延伸生長(zhǎng)長(zhǎng)度，計(jì)算根系的平均生長(zhǎng)速率，即根系伸長(zhǎng)速率[12]。失水速率=(FW1-FW2)/(FW1-DW)，F(xiàn)W1：根系鮮樣質(zhì)量，F(xiàn)W2：根系鮮樣3 h后的質(zhì)量，DW：根干重[18]。用蒽酮比色法測(cè)定根系可溶性糖含量[17]。用磺基水楊酸法測(cè)定根系脯氨酸含量[17]。

1.3.3苗期根系解剖結(jié)構(gòu)觀察采用常規(guī)石蠟切片，番紅染色，中性樹(shù)膠封片。在光學(xué)顯微鏡40倍光鏡下觀察根系橫切面，觀察照相并記錄結(jié)果。并用顯微圖像處理軟件image pro plus 6.0測(cè)量皮層厚度、皮層面積占根系面積比值、根系導(dǎo)管直徑。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2007和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、關(guān)聯(lián)度分析和聚類分析，SigmaPlot12.3進(jìn)行作圖分析。計(jì)算抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)、隸屬函數(shù)值、抗旱性量度值，對(duì)抗旱性量度值進(jìn)行聚類分析，劃分抗旱級(jí)別[19-22]。涉及的計(jì)算公式如下：

各指標(biāo)抗旱系數(shù)PI=Xs/Xc

(1)

(2)

(3)

抗旱性量度值

(4)

(5)

(6)

(7)

2　結(jié)果與分析

2.1各指標(biāo)的方差分析

表1所示的方差分析結(jié)果表明，自交系間13個(gè)性狀都達(dá)到了極顯著水平，說(shuō)明在正?；蚋珊得{迫條件下，各性狀在自交系間變化較大。各性狀在處理間的差異都達(dá)到了極顯著水平，顯示苗期玉米對(duì)干旱脅迫比較敏感。各性狀在自交系與處理間的交互作用總體達(dá)極顯著水平，說(shuō)明不同自交系對(duì)干旱脅迫的敏感程度不同。

表1　不同自交系苗期根系13個(gè)指標(biāo)的方差分析

注：“*”表示在P<0.05水平下差異顯著，“**”表示在P<0.01水平下差異顯著。

Note: “*”mean the difference was significant at the level ofP<0.05, and“**” mean the difference was significant at the level ofP<0.01.

2.2干旱脅迫對(duì)不同玉米自交系苗期根系形態(tài)的影響

由表2可知，14份玉米自交系的單株根干質(zhì)量、單株地上部分干質(zhì)量、根冠比、單株總生物量、根系長(zhǎng)度、根直徑、側(cè)根數(shù)等根系形態(tài)指標(biāo)的抗旱系數(shù)差異明顯，在干旱脅迫下，14份玉米自交系的單株根干質(zhì)量、單株地上部分干質(zhì)量、單株總生物量、根系長(zhǎng)度、根直徑總體不同程度降低，根冠比、側(cè)根數(shù)不同程度升高，但因材料不同，變化的幅度不同，PH4CV、PH6WC、昌7-2、鄭58、WN75、WN44根干質(zhì)量變化幅度不大，武109 根干質(zhì)量略有上升，天4、WN104、138、WN897根干質(zhì)量下降明顯。 WN897、WN180、武109單株地上部分干質(zhì)量較其他自交系下降明顯，差異顯著。武109、PH6WC、鄭58、WN44、WN180根冠比較其他自交系升高幅度大，差異顯著。單株總生物量總體降低，其中138、WN180、WN897降幅較大。側(cè)根數(shù)總體增加，武109增加幅度最大，差異明顯，WN897、天4、138增加不明顯，且WN180側(cè)根數(shù)較對(duì)照出現(xiàn)下降情況。根系長(zhǎng)度總體降低，其中WN897、WN104、803降幅較大。根直徑總體變小，Mo17的降幅最大，差異顯著。

2.3干旱脅迫對(duì)不同玉米自交系苗期生理特性的影響

由圖1可知，在飽和K2CO3溶液形成的濕度梯度條件下，14份玉米自交系的根向水性彎曲幅度較對(duì)照均不同程度增加。高濕度梯度條件下，自交系Mo17向水性彎曲較對(duì)照增加134%，增加幅度最大，PH4CV、PH6WC、昌7-2、鄭58向水性彎曲增加80%左右，增加幅度較大，WN44、武109、天4、WN75增加60%左右，138、WN104、803、WN180的向水性彎曲增加在40%左右，WN897向水性彎曲增加20%，增加幅度較小。

注：P1～P14依次是PH4CV、PH6WC、WN44、WN75、Mo17、鄭58、昌7-2、天4、武109、138、WN104、WN180、803、WN897。下同。

Note: P1～P14 is PH4CV, PH6WC, WN44, WN75, Mo17, Zheng 58, Chang 7-2,Tian4, Wu109, 138, WN104, WN180, 803, WN897. The same below.

圖1　不同濕度梯度條件下根向水性彎曲程度變化情況

注：a～z表示在P<0.05水平下差異顯著，A～Z表示在P<0.01水平下差異顯著。

Note: a～z mean the difference was significant at the level ofP<0.05, and A～Z mean the difference was significant at the level ofP<0.01.

由圖2可知在干旱脅迫下803、WN104、WN180、WN897根系伸長(zhǎng)速率降低比較明顯，PH4CV、昌7-2、鄭58、PH6WC、天4根系伸長(zhǎng)速率降低較小。在根系失水速率方面Mo17、PH4CV、昌7-2、鄭58、WN44、武109降幅較大，WN897、138、803降幅較小。

2.4干旱脅迫對(duì)不同玉米自交系苗期根系生化特性的影響

由圖3可知，干旱條件下，根系還原力不同程度下降，PH4CV、PH6WC、WN44、鄭58下降不明顯，WN104、803、WN897降幅較大?？扇苄蕴?、脯氨酸含量顯著升高，且材料間有差異，803、PH6WC、WN75根系可溶性糖增幅較大，武109、Mo17、WN44增幅較小。WN44、昌7-2脯氨酸含量增幅較大，803、WN104、WN897增幅較小。

圖2　干旱脅迫下根系伸長(zhǎng)速率和根系失水速率變化情況

圖3干旱脅迫下根系還原力、根系可溶性糖、根系脯氨酸含量變化情況

Fig.3Changes of root reducing capacity, proline content of root, and soluble sugar content in roots under drought stress

2.5關(guān)聯(lián)度分析

將綜合抗旱指數(shù)(抗旱指數(shù)的平均值)作為參考數(shù)列，各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)經(jīng)公式(5)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值為比較數(shù)列，建立灰色系統(tǒng)[20]。各指標(biāo)與其綜合抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果如表3。由表3可看出，在干旱脅迫條件下，13個(gè)指標(biāo)與綜合抗旱指數(shù)的密切程度(關(guān)聯(lián)序)從大到小的順序?yàn)椋焊颠€原力、根向水性、根伸長(zhǎng)速率、單株根干質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、根系長(zhǎng)度、根系可溶性糖、單株總生物量、單株地上部干質(zhì)量、根直徑、脯氨酸、根冠比、根系失水率?？梢?jiàn)，在干旱脅迫下，總體表現(xiàn)出根系還原力、根向水性、根伸長(zhǎng)速率受影響大。

表3　各指標(biāo)與綜合抗旱指數(shù)關(guān)聯(lián)度及關(guān)聯(lián)序

2.6苗期根系的抗旱性聚類分析

利用相關(guān)分析計(jì)算各性狀與綜合抗旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)，利用公式(3)計(jì)算出各材料的隸屬函數(shù)值。再根據(jù)公式(4)計(jì)算抗旱性量度值D，然后根據(jù)D值大小對(duì)供試自交系進(jìn)行抗旱性排序。由表4可知，D值越大表示抗旱性越強(qiáng)，最后對(duì)D值進(jìn)行聚類分析，劃分抗旱級(jí)別(圖4)。

表4　供試自交系抗旱性排序

將14個(gè)材料聚為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4類，分別為強(qiáng)抗旱型、中抗旱型、旱敏感型和高旱敏感型。聚入Ⅰ類的主要有昌7-2、鄭58、PH4CV、Mo17、PH6WC，聚入Ⅱ類的主要有WN75、WN44、武109和天4，聚入Ⅲ類的主要有803、138、WN180、WN104，聚入Ⅳ類的有WN897。在計(jì)算所得的各指標(biāo)和綜合抗旱指數(shù)關(guān)聯(lián)度的基礎(chǔ)上，利用關(guān)聯(lián)度計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。再用各指標(biāo)的權(quán)重分別與各材料各指標(biāo)的綜合抗旱指數(shù)相乘，對(duì)各相乘結(jié)果求和，得到各材料的加權(quán)抗旱指數(shù)[20]如表5示。加權(quán)抗旱指數(shù)越高抗旱性越強(qiáng)。

圖4聚類圖

Fig.4Clustering dendrogram

2.7干旱脅迫對(duì)不同抗旱型玉米苗期根系解剖結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)聚類分析結(jié)果選擇抗旱性差異大的兩個(gè)自交系昌7-2，WN897，對(duì)其根系水旱條件下解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，由表6可知，干旱條件下玉米苗期根系皮層厚度減?。黄诱几抵睆奖壤陆?，根系導(dǎo)管直徑下降，抗旱性自交系昌7-2皮層占根系直徑比例較低，不抗旱自交系WN897皮層占根系直徑比例大于昌7-2，且WN897的導(dǎo)管直徑較大。王周鋒[23]研究表明根系皮層面積占根系面積的比例越小，根系水流導(dǎo)度就越大，在干旱條件下，根導(dǎo)管直徑越小越有利于根的水流導(dǎo)度。由此可知，在干旱脅迫條件下，在解剖結(jié)構(gòu)方面，昌7-2在根系吸水方面、根水流導(dǎo)度方面較WN897有優(yōu)勢(shì)，WN897根系解剖結(jié)構(gòu)不利于根系的吸水。

表5　各自交系加權(quán)抗旱指數(shù)

3　討　論

在育種實(shí)踐中，干旱是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過(guò)程，容易受包括干旱時(shí)期、持續(xù)時(shí)間、脅迫強(qiáng)度、土壤類型、肥力、光照、大氣溫度與濕度，試驗(yàn)基地間生態(tài)條件差別大等多因素影響[24]。前人研究表明，用PEG作為滲透劑進(jìn)行干旱模擬可代替土壤水分脅迫處理，獲得比較可靠的結(jié)果[25]。有關(guān)玉米苗期抗旱性指標(biāo)的研究已有多篇報(bào)道，如葉片水勢(shì)、葉片相對(duì)含水量、葉片膨壓、離體葉片抗脫水能力、滲透調(diào)節(jié)能力、ABA積累能力等[26]。作物的抗旱性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，指標(biāo)的合理選擇是抗旱性鑒定的關(guān)鍵。本研究以玉米苗期根系相關(guān)性狀，利用隸屬函數(shù)法、相關(guān)分析法得到抗旱性度量值D。由于D值既考慮了各指標(biāo)間的相互關(guān)系，又考慮到各指標(biāo)的重要性，根據(jù)D值的大小可以較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期到苗期的抗旱性，同時(shí)用聚類分析法將參試的自交系聚為不同的類別，每類代表不同的抗旱級(jí)別。該方法已在胡麻[19]、小麥[20]、油菜[21]等作物上應(yīng)用，取得了比較理想的結(jié)果。另外，本研究將綜合抗旱指數(shù)和干旱脅迫下的13個(gè)指標(biāo)視為一個(gè)整體，利用灰色關(guān)聯(lián)度分析進(jìn)行玉米苗期抗旱性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示灰色關(guān)聯(lián)分析和抗旱性度量值分析有較強(qiáng)的一致性。

表6　旱脅迫對(duì)玉米自交系苗期根系解剖結(jié)構(gòu)的影響

因此，采用綜合抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)、聚類分析、灰色關(guān)聯(lián)度等相結(jié)合的方法對(duì)玉米苗期抗旱性進(jìn)行評(píng)估，可以較好地揭示指標(biāo)性狀與抗旱性的關(guān)系，該方法也可用于其他作物的抗旱性評(píng)價(jià)。植物抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，采用多指標(biāo)的綜合鑒定評(píng)價(jià)，其結(jié)果更加真實(shí)有效。本研究分析了在干旱脅迫下各自交系苗期的單株根干質(zhì)量、單株地上部干質(zhì)量、根系長(zhǎng)度、側(cè)根數(shù)、根直徑、根伸長(zhǎng)速率、根系失水率，根系可溶性糖、脯氨酸、根系還原力、根向水性彎曲變化趨勢(shì)和幅度。結(jié)果顯示，14份玉米自交系在高濕度梯度條件下根向水性彎曲幅度較對(duì)照均不同程度增加，這與胡田田[12]的研究結(jié)果一致，且抗旱性強(qiáng)的玉米根向水性彎曲幅度較大。干旱脅迫下，14份玉米自交系的單株根干質(zhì)量、單株地上部分干質(zhì)量、單株總生物量、根系長(zhǎng)度、根直徑、側(cè)根數(shù)總體不同程度降低，根冠比不同程度升高，這與馬旭鳳[7]研究結(jié)果一致，但各自交系的變化情況不同，抗旱性強(qiáng)的自交系地上部分干重受抑制強(qiáng)于根干質(zhì)量，側(cè)根數(shù)也較抗旱性弱的自交系增加幅度大。干旱脅迫下抗旱性強(qiáng)的自交系根系伸長(zhǎng)速率降低幅度小，根系失水速率降低幅度大，根系還原力下降幅度小，可溶性糖、脯氨酸含量顯著升高。這與劉勝群[11]、謝小玉[21]的研究結(jié)果一致，它們的變化幅度與抗旱性密切相關(guān)，表明在抵御干旱脅迫引起的傷害中脯氨酸、可溶性糖發(fā)揮了十分重要的作用。通過(guò)對(duì)抗旱性不同自交系的解剖結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)干旱條件下抗旱性玉米自交系苗期根系皮層厚度較?。黄诱几抵睆奖壤^低，根系導(dǎo)管直徑也較不抗旱自交系小，這與王周鋒[23]研究結(jié)果一致。

4　結(jié)　論

結(jié)合抗旱指數(shù)、關(guān)聯(lián)度分析、聚類分析等方法，對(duì)14個(gè)玉米自交系苗期根系相關(guān)性狀的抗旱性進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)，根系還原力、根系可溶性糖、根系長(zhǎng)度、根向水性對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)較其他指標(biāo)敏感，可作為玉米苗期的抗旱能力和抗旱自交系選育時(shí)優(yōu)先考慮指標(biāo)。在對(duì)抗旱性不同自交系解剖結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)強(qiáng)抗旱型自交系苗期根系皮層厚度較小，皮層占根系直徑比例較低，根系導(dǎo)管直徑也較高旱敏感型自交系小。這一結(jié)果可進(jìn)一步從解剖結(jié)構(gòu)上為苗期玉米根系抗旱提供理論基礎(chǔ)。

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Study on drought resistance, hydrotropism and anatomic structure of root system of maize inbred lines with different genotypes

JIANG Qi-feng, YUN Hai-yan

(College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China)

To study the different changes in root morphology, physiology and biochemistry, anatomic structure of maize inbred lines with different genotypes at the seedling stage under dry stress, to provide reference index and method for screening of drought resistant maize germplasms, and also to investigate the genetic mechanism of drought resistance for inbred lines at the seedling stage, this research was carried out. 14 maize inbred lines were employed by PEG-6000 stress treatment to determine 13 indexes which are closely related to morphological and physiological and biochemistry characteristics of drought resistance for root of maize inbred lines at the seedling stage. Through the analyses of variance, correlation and cluster, a comprehensive evaluation on the drought resistance of different maize genotypes was carried out, and two obvious differences inbred lines in drought resistance were selected for further observation on the differences in root structure by paraffin section and microscope. Under drought stress, root dry mass per plant, shoot dry mass per plant, root length, root diameter, number of lateral roots, root elongation rate, root dehydration rate, and root reducing capacity of different maize inbred lines at the seedling stage showed a trend of becoming declined at varying degrees. Soluble sugar content and proline content in roots showed a trend of being increased at varying degrees, and had obvious variations in different inbred lines. With the increase of the slope angle, root hydrotropism of different inbred lines was increased, and had obvious differences between different inbred lines. Under the condition of high humidity gradient, root hydrotropism of Mo17 was increased by 134%, which was the biggest among all, and that of WN897 was increased by 20%, which was increased less. Using weighted drought index, a comprehensive evaluation of drought resistance of different genotype maize inbred lines was given and 14 inbred lines were classified into four groups including strong drought resistant, moderate drought resistant and drought sensitive, and drought highly sensitive ones. According to the results of paraffin sections, cultivars showing significant variations in drought resistance had obvious different root system structures. The ratio of root cortex width to root diameter of the drought resistant inbred line Chang 7-2 was lower than that of the non-drought resistant inbred line WN897 that also had larger root vessel diameter. Through the combination of the methods including the analysis of variance, correlation analysis and cluster analysis, an evaluation on drought resistance of different maize inbred lines at seedling stage was given, which can better reveal the relationship between root traits and drought resistance. Root reducing capacity, soluble sugar content, root length, and root hydrotropism were sensitive to drought stress than other indexes, which can serve as the prior identification indexes for drought resistant ability and breeding selection for drought resistant inbred line. Under drought stress, the differences in root anatomy between maize inbred lines were significant. In the seedling stage, the root cortex width of the strong drought resistance was small, and the ratio of root cortex width to root diameter was lower, and the root vessel diameter was higher than the drought sensitive inbred lines.

maize inbred line; root system; seedling stage; root hydrotropism; anatomic structure; drought resistance

1000-7601(2016)05-0001-08

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.01

2015-05-29

陜西省攻關(guān)項(xiàng)目(2014K02-01-01)

蔣奇峰(1989—)，男，碩士研究生，從事玉米遺傳育種研究。E-mail：jqf1827@163.com。

員海燕(1960—)，女，教授，主要從事玉米遺傳育種研究。E-mail：haiyan60@126.com。

S332.1

A