山欄稻資源早期抗旱性評價及抗旱資源篩選

唐力瓊，嚴(yán)小微，唐清杰，徐 靖，朱紅林，王效寧

(海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/海南省農(nóng)作物遺傳育種重點實驗室， 海南 ?？?571100)

干旱(西北、華北常年干旱及南方伏、秋旱等季節(jié)性干旱)對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅[1]，而水稻是耗水量最大的主要糧食作物，因此加強稻種資源的抗旱性評價，篩選和培育抗旱品種，對節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重要意義。

山欄稻是經(jīng)過黎族人民長期選育而成的旱稻品種，具有耐旱、耐蟲害、較抗倒伏等獨特農(nóng)藝特征[2]，是進行抗旱研究的寶貴種質(zhì)資源。鄭成木等研究表明，山欄稻種子在高滲溶液中的發(fā)芽能力、細(xì)胞質(zhì)膜抗旱穩(wěn)定性、離體葉片保水率、根系吸水能力等具有較強優(yōu)勢，并利用山欄稻和水稻雜交獲得了抗旱、高產(chǎn)的新品系，表明山欄稻在抗旱育種方面具有較大潛力[3-4]；劉維俊等研究了干旱脅迫下2個山欄稻與栽培水稻品種苗期表型性狀及生理差異，結(jié)果表明在干旱脅迫下山欄稻降低了地上部分的生物量并增加了地下部分的生物量，葉綠素含量、MDA含量以及脯氨酸含量均有不同程度的提高，初步判斷山欄稻苗期具有較強的抗旱特性[5]。莫饒等利用同工酶分析研究水分脅迫下山欄稻的抗旱性，結(jié)果表明山欄稻的酯酶酶帶活性的減弱程度顯著輕于水稻，抗旱性較強[6]。大部分文獻(xiàn)采用少數(shù)山欄稻品種為研究對象，主要研究比較干旱條件下與水稻的性狀差異以及生理機制；而山欄稻種類較多，有關(guān)其抗旱系統(tǒng)評價及抗旱差異性研究未見報道。

抗旱評價的關(guān)鍵是尋找并建立科學(xué)準(zhǔn)確、簡單快速的抗旱鑒定方法和指標(biāo)體系，前人在稻種資源的抗旱性鑒定方面取得較大進展，然而，由于鑒定條件不同，結(jié)果存在較大差異[7-9]。而實踐經(jīng)驗表明，旱地直播山欄稻，其種子萌發(fā)率低、幼苗抗旱性較弱，選擇芽期和幼苗期進行鑒定能夠較準(zhǔn)確反映山欄稻資源的抗旱性。為此，研究20個山欄稻資源的芽期、苗期抗旱性，篩選抗旱性強的資源，對季節(jié)性干旱地區(qū)推廣山欄稻抗旱種質(zhì)以及抗旱品種選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

從海南省東方市、樂東縣、保亭縣等地收集山欄稻資源，選取明顯農(nóng)藝性狀差異的20份種質(zhì)進行試驗，其編號、來源、名稱及明顯特征見表1。

1.2 方 法

1.2.1 芽期抗旱鑒定 在直徑150 mm培養(yǎng)皿底墊上2層圓形濾紙，每個培養(yǎng)皿均勻擺放100粒飽滿種子。每份資源均設(shè)置干旱和對照兩個處理，處理為20 ml 15%PEG-6000溶液，對照為20 ml清水，放置在28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天更換相應(yīng)體積的溶液。三次重復(fù)，完全隨機設(shè)計。第2、4、6、8天測定各培養(yǎng)皿的種子萌發(fā)率；在第10天測定發(fā)芽率，每個培養(yǎng)皿取10株測定胚芽長、胚根長，選擇50株測定根芽干重。根芽干重的測定：將50株材料全部根和芽洗凈，105℃殺青30 min，再80℃烘干至恒重，稱重。

1.2.2 苗期抗旱鑒定 試驗在溫室內(nèi)進行，采用發(fā)芽盒沙培方式，每個發(fā)芽盒裝入3 cm厚度的干凈河沙。每個材料設(shè)置兩個處理，一盒為PEG模擬干旱脅迫處理，一盒為不做干旱脅迫的對照。浸種催芽，每個材料挑選幼芽整齊的種子30粒，均勻播于發(fā)芽盒內(nèi)，澆透水，播后用少量河沙覆蓋。三次重復(fù)，隨機排列。二葉一心后，每天用20 ml國際水稻所營養(yǎng)液[10]澆灌。三葉一心時，進行干旱處理，澆灌20 ml 20%PEG溶液(用國際水稻所營養(yǎng)液配制)。待所有品種出現(xiàn)萎蔫，50%品種葉片出現(xiàn)不同程度枯萎，少數(shù)品種出現(xiàn)暫時性整株枯死時，立即澆透清水，之后每天澆灌20 ml營養(yǎng)液，3天后調(diào)查存活苗數(shù)。調(diào)查完后，再次澆灌20 ml 20%PEG溶液，以同樣的方法進行第二次干旱處理，調(diào)查幼苗萎蔫度，3天后，每盒選擇10苗，測定苗高、倒二葉長、發(fā)根力、存活苗數(shù)。

幼苗萎蔫度測定：4個等級，1級-葉尖卷曲，但不超過葉片總長度的1/5；2級-葉尖卷曲，但不超過葉片總長度的1/3；3級-葉片萎蔫，并有1/2長度葉片下垂；4級-植株明顯失水、倒伏，復(fù)水后無法恢復(fù)。

發(fā)根力測定：將秧苗不定根剪去，6天后，統(tǒng)計長出新生白根數(shù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 計算各資源的種子萌發(fā)抗旱指數(shù)、反復(fù)干旱存活率、各指標(biāo)相對值、抗旱隸屬函值。

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)(GDRI)=水分脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對照種子萌發(fā)指數(shù)，公式中種子萌發(fā)指數(shù)=1.00nd2+0.75nd4+0.50nd6+0.25nd8(nd2、nd4、nd6、nd8分別為第 2、4、6、8 天的種子萌發(fā)率)。

反復(fù)干旱存活率(SRDS)=[(第1次干旱處理存活苗數(shù)/第1次干旱前總株數(shù))+(第2次干旱存活苗數(shù)/第2次干旱前總株數(shù))]/2。

各指標(biāo)相對值=干旱脅迫處理測定值/對照測定值

各指標(biāo)相對值的抗旱隸屬函值(DRSFV)采用呂鳳山的方法[11]計算，將每個資源所有性狀的抗旱隸屬值進行累加，求其平均數(shù)(Xi)，即為總的抗旱隸屬函數(shù)值。并規(guī)定抗旱等級的指標(biāo)值為：當(dāng)Xi≥0.80為強抗；0.50≤Xi<0.80為中抗；0.30≤Xi<0.50為弱抗；Xi<0.30為不抗。

數(shù)據(jù)用Excel2007進行數(shù)據(jù)整理，用DPS7.05軟件進行方差分析，采用Duncan氏新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 山欄稻資源芽期抗旱性分析

在干旱脅迫下，芽期各指標(biāo)相對值在山欄稻資源間存在顯著差異，且值大多小于1(表2)，說明干旱脅迫對芽期山欄稻資源有不同程度的影響。此外，F(xiàn)測驗表明，干旱脅迫對山欄稻資源的影響程度依次為根芽干重(F值518.249)、發(fā)芽率(F值54.503)、萌發(fā)抗旱指數(shù)(F值47.647)、根長(F值6.895)、芽長(F值6.834)。

表2顯示，不同山欄稻資源的芽期抗旱指標(biāo)相對值變幅不盡相同，萌發(fā)抗旱指數(shù)、相對發(fā)芽率、相對根長、相對芽長、相對根芽干重變幅依次為0.428～0.929、0.453～0.913、0.467～1.034、0.362～0.763、0.362～0.912。總體來看，L6、L30、L31、L33各指標(biāo)相對值均較高，抗旱性較強。此外，L55在種子萌發(fā)抗旱指數(shù)和相對根長兩個指標(biāo)方面表現(xiàn)出較好的抗旱性，L9、L10、L15、L17、L19在根長方面表現(xiàn)出較好抗旱性，L40在芽長方面表現(xiàn)出較好抗旱性。

2.2 山欄稻資源苗期抗旱性分析

在干旱脅迫下，苗期各指標(biāo)相對值在山欄稻資源間均存在顯著差異，且值大多小于1(表3)，說明干旱脅迫對苗期山欄稻資源有不同程度的影響。此外，F(xiàn)測驗表明，影響程度依次為發(fā)根力(F值211.773)、苗高(F值199.488)、反復(fù)干旱存活率(F值10.993)、倒二葉長(F值1.912)。

干旱脅迫下，山欄稻資源的苗期抗旱指標(biāo)相對值變幅差異較大，反復(fù)干旱存活率、倒二葉長、苗高、發(fā)根力的相對值變幅依次為0.148～0.942、0.693～1.075、0.658～1.023、0.415～1.073?？傮w來看，L6、L26、L30、L31各指標(biāo)相對值均較高，抗旱性較強。此外，L64在反復(fù)干旱存活率方面表現(xiàn)出較好的抗旱性，L3、L4、L5在倒二葉長方面表現(xiàn)出較好抗旱性，L33、L40苗高和發(fā)根力表現(xiàn)出較好抗旱性。

表1 20份山欄稻資源信息表

表2 干旱脅迫下山欄稻資源芽期抗旱指標(biāo)相對值

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗在P<0.05水平差異顯著。

Note: Different letters within the same index in the table represent significant difference among them atP<0.05.

表3 干旱脅迫下山欄稻資源苗期抗旱指標(biāo)相對值

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗在P<0.05水平差異顯著。

Note: Different letters within the same index in the table represent significant difference among them atP<0.05.

2.3 山欄稻資源抗旱性綜合評價

以各指標(biāo)相對值計算抗旱隸屬函數(shù)值，結(jié)果表明，芽期、苗期抗旱隸屬函數(shù)值在各山欄稻資源中的排序基本一致，僅有個別資源的芽期隸屬函數(shù)值較低，而苗期為中等(表4)。依據(jù)總抗旱隸屬函數(shù)值，對20個山欄稻資源進行抗旱性分級，強抗旱的資源有L6、L30、L31，中抗的有L4、L9、L17、L26、L33、L40、L55、L64，弱抗的是L3、L5、L6、L7、L10、L19，不抗的是L1、L2、L13、L15，這與幼苗萎蔫度表現(xiàn)大致相同。

表4 山欄稻資源抗旱隸屬函數(shù)值及抗旱等級

2.4 芽期、苗期抗旱性相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明，種子萌發(fā)指數(shù)、反復(fù)干旱存活率、芽期隸屬函數(shù)值、苗期隸屬函數(shù)值四者之間均存在極顯著的相關(guān)關(guān)系(表5)，說明種子萌發(fā)指數(shù)、幼苗反復(fù)干旱存活率能夠準(zhǔn)確反映出稻種資源對干旱脅迫的反應(yīng)，在大量鑒定時，可選擇它們作為芽期、苗期抗旱性鑒定標(biāo)準(zhǔn)。此外，苗期、芽期抗旱鑒定結(jié)果呈顯著相關(guān)關(guān)系，表明篩選的抗旱鑒定指標(biāo)可以在一定程度上反映其他生育期的抗旱能力，而抗旱性強的品種具有連續(xù)、穩(wěn)定的抗旱能力。

3 討 論

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是由Bouslama等首先提出，反映了種子在高滲溶液中的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，被廣泛用于小麥、玉米的抗旱性鑒定[12-14]。幼苗反復(fù)干旱存活率是在2003年我國進一步改進水稻抗旱性的鑒定方法過程中，以其作為苗期抗旱性的分級標(biāo)準(zhǔn)。本研究結(jié)果表明，山欄稻資源種子萌發(fā)抗旱指數(shù)和幼苗反復(fù)干旱存活率均與抗旱隸屬函數(shù)值極顯著正相關(guān)，進一步證明兩者可分別對芽期、苗期抗旱性做出可靠評價。

表5 種子萌發(fā)抗旱指數(shù)、反復(fù)干旱存活率、隸屬函數(shù)值之間的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示經(jīng)相關(guān)分析在P<0.05和P<0.01水平差異顯著。

Note: * and ** represent the significant difference atP<0.05 andP<0.01 by correlation analysis, respectively.

采用不同的評價指標(biāo)，資源間的抗旱性排序不同，如以反復(fù)干旱存活率鑒定，L64表現(xiàn)出較強的抗旱性，以苗高和發(fā)根力鑒定，L33、L40表現(xiàn)出較強的抗旱性，可見，采用單一指標(biāo)進行抗旱性評價具有片面性，在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)選擇多個指標(biāo)進行抗旱性綜合評價，指標(biāo)之間評判抗旱性的不利作用和有利作用可相互彌補，使鑒定結(jié)果更加客觀，多指標(biāo)鑒定，結(jié)果更接近實際[15-16]。

抗旱性強的山欄稻資源，其種子的萌發(fā)抗旱指數(shù)和相對發(fā)芽率高，說明山欄稻種子在高滲溶液中吸收水分且發(fā)芽的能力強，有利于維持細(xì)胞代謝的正常進行[17]，進一步驗證了其適合山坡生長的特性；根長和發(fā)根力的相對值普遍較高(大多在60%以上)，說明其根系的生存能力和復(fù)原抗性能力越好，能較好地適應(yīng)干旱環(huán)境[18-20]；芽長、根芽干重、倒二葉長、苗高的相對值較大，說明其在干旱環(huán)境中，能夠保證足夠的生物量，這是適應(yīng)干旱的機制之一，其中，倒二葉長相對值大多在0.8以上，有的甚至超過1，說明葉片性狀對干旱具有較強的耐受力。

20份山欄稻資源抗旱性具有顯著差異，這是由于植物抗旱性是一種受多種因素影響的復(fù)雜數(shù)量遺傳性狀[21]，各資源對干旱的反應(yīng)不一致，這主要由其基因型決定的[22]。根據(jù)抗旱隸屬函數(shù)值分級，中抗以上的資源11份，占55%，說明山欄稻資源總體抗旱性較強，其中，L6、L30、L31這個幾個資源抗旱性最強。本研究篩選到更多抗旱性強的山欄稻資源，進行了較好的補充。

4 結(jié) 論

采用不同的評價指標(biāo)，資源間的抗旱性排序有所不同；山欄稻資源的抗旱性具有顯著差異；芽期、苗期抗性極顯著正相關(guān)，芽期抗旱性較強的資源有L6、L30、L31、L33，苗期抗旱性較強的資源有L6、L26、L30、L31；采用隸屬函數(shù)法進行抗旱性綜合分級，結(jié)果顯示山欄稻資源總體抗旱性較強，中抗以上的資源占55%，其中L6、L30、L31幾個資源具有強抗旱性，建議在季節(jié)性干旱地區(qū)推廣，同時為抗旱種質(zhì)創(chuàng)新利用提供參考。而L1、L2、L13、L15幾個資源抗旱性較弱，適合雨水較多的地區(qū)或水田種植。

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