河北省小麥種質(zhì)穗發(fā)芽抗性鑒定

張穎君，李洪波，孫麗靜，胡夢(mèng)蕓，王培楠，李倩影，呂亮杰，張?jiān)鲁?，李輝*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所，河北 石家莊 050035；2.河北省科技發(fā)展中心，河北 石家莊 050011；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北 保定 071001）

穗發(fā)芽（pre-harvest sprouting）是指小麥在收獲前遇到陰雨或在潮濕環(huán)境下的穗上發(fā)芽[1]。小麥穗發(fā)芽在世界很多國家發(fā)生，中國、日本、澳大利亞、加拿大和德國等發(fā)生較為嚴(yán)重[2]。我國小麥穗發(fā)芽主要出現(xiàn)在長江中下游冬麥區(qū)、西南冬麥區(qū)、東北春麥區(qū)、黃淮冬麥區(qū)和北部冬麥區(qū)[3]，其中南方麥區(qū)平均2～3 a 發(fā)生一次，給小麥生產(chǎn)帶來較大損失，農(nóng)民傾向種植對(duì)穗發(fā)芽有較好抗性的小麥品種。由于氣候變化等原因，目前黃淮冬麥區(qū)和北部冬麥區(qū)的穗發(fā)芽為害有逐年加重趨勢(shì)。

穗發(fā)芽后導(dǎo)致小麥產(chǎn)量和加工品質(zhì)急劇下降。發(fā)生可見穗發(fā)芽的麥田一般減產(chǎn)6%～10%，在穗發(fā)芽嚴(yán)重年份產(chǎn)量損失高達(dá)20%以上。子粒萌發(fā)對(duì)小麥加工品質(zhì)造成負(fù)面影響，穗發(fā)芽會(huì)導(dǎo)致面筋含量、沉降值和面團(tuán)流變學(xué)特性顯著降低[4]。在小麥發(fā)芽過程中α-淀粉酶活性增強(qiáng)，導(dǎo)致淀粉水解，使面包或饅頭發(fā)粘而缺乏彈性，體積變小且不松軟[5]。Bhattacharya 等[6]認(rèn)為，由于胚乳淀粉在α-淀粉酶和β-淀粉酶共同作用下水解，支鏈淀粉含量下降，RVA 參數(shù)降低，穗發(fā)芽后面條容易斷條，韌性和彈性下降，咬勁變差，口感變劣。培育抗穗發(fā)芽品種是解決小麥穗發(fā)芽的重要途徑。因此，擬通過對(duì)河北省的小麥品種和種質(zhì)進(jìn)行穗發(fā)芽抗性鑒定，以篩選出抗穗發(fā)芽的品種，既可為小麥抗穗發(fā)芽育種提供優(yōu)異親本，又可為提高河北省小麥穗發(fā)芽抗性水平奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

試驗(yàn)材料為河北省小麥主栽品種和優(yōu)異種質(zhì)，共193 份。均保存于河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所小麥研究中心。

田間試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所堤上試驗(yàn)站進(jìn)行。2018 年10 月8 日播種小麥，行距30 cm，株距2 cm。設(shè)正常灌溉（足墑播種，返青期和抽穗期各澆水1 次）和干旱（足墑播種，全生育期不澆水）2 個(gè)處理。單行區(qū)，行長4 m，3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。小麥其他管理技術(shù)同大田生產(chǎn)常規(guī)。

在小麥生理成熟期收獲，置于陰涼處自然風(fēng)干2 d，脫粒。數(shù)取飽滿無破損子粒100 粒，用體積分?jǐn)?shù)5%的NaClO 溶液消毒15min，然后用滅菌蒸餾水洗滌3次，將種子擺放在墊有2 層濾紙的培養(yǎng)皿中（濾紙和培養(yǎng)皿都要事先進(jìn)行滅菌），加滅菌蒸餾水30 mL，置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行發(fā)芽培養(yǎng)。每天揀出發(fā)芽種子，并統(tǒng)計(jì)數(shù)量。利用發(fā)芽指數(shù)（germination index，GI）評(píng)估穗發(fā)芽抗性，GI 低表明穗發(fā)芽抗性較強(qiáng)，GI高表明穗發(fā)芽抗性較弱。GI 計(jì)算公式[7]為：

GI=（7×第1 天的發(fā)芽種子數(shù)+6×第2 天的發(fā)芽種子數(shù)+5×第3 天的發(fā)芽種子數(shù)+4×第4 天的發(fā)芽種子數(shù)+3×第5 天的發(fā)芽種子數(shù)+2×第6 天的發(fā)芽種子數(shù)+第7 天的發(fā)芽種子數(shù)）/（7×總種子數(shù)）

將GI 分為＜30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90 和＞90 共計(jì)8 檔次。其中，GI＜30 時(shí)，穗發(fā)芽抗性為較強(qiáng)；GI 為30～70 時(shí)，穗發(fā)芽抗性為中感；GI＞70 時(shí)，穗發(fā)芽抗性為高感。

利用SAS 11.0 軟件，對(duì)參試小麥干旱與正常灌溉條件下的GI 進(jìn)行相關(guān)性分析。利用Excel 軟件，分別對(duì)干旱和正常灌溉生長環(huán)境下不同檔次GI 的小麥品種數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長環(huán)境下的小麥發(fā)芽指數(shù)相關(guān)性分析

利用SAS 軟件對(duì)193 份小麥材料在干旱與正常灌溉條件下的GI 進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，二者相關(guān)系數(shù)為0.78。說明在不同的生長環(huán)境下，小麥品種的穗發(fā)芽抗性較為穩(wěn)定。

2.2 參試小麥穗發(fā)芽抗性的分布頻率

分別對(duì)干旱和正常灌溉條件下不同檔次GI 的小麥品種數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果（圖1）顯示，在2 種生長環(huán)境下，不同檔次GI 的小麥品種數(shù)量均基本呈正態(tài)分布。說明小麥穗發(fā)芽抗性是由多基因控制的數(shù)量性狀。

圖1 不同發(fā)芽指數(shù)的小麥品種數(shù)量分布Fig.1 Distribution of wheat varieties with different germination index

193 份參試小麥材料中，穗發(fā)芽抗性為較強(qiáng)（GI＜30）的品種很少，其中，干旱生長環(huán)境下有3 份，僅占參試品種總數(shù)的1.55%；正常灌溉生長環(huán)境下為0。穗發(fā)芽抗性為中感（GI 為30～70）和高感（GI＞70）的品種較多，其中，干旱生長環(huán)境下中感品種有114 份（占參試品種總數(shù)的59.07%）、高感品種有76 份（占39.38%），二者合計(jì)占參試品種總數(shù)的比例高達(dá)98.45%；正常灌溉生長環(huán)境下中感品種有69 份（占35.75%）、高感品種有124 份（占64.25%），二者合計(jì)占參試品種總數(shù)的比例為100%。

與正常灌溉生長環(huán)境相比，在干旱環(huán)境下小麥品種表現(xiàn)出較低的發(fā)芽指數(shù)傾向。在干旱生長環(huán)境下，有3 份品種GI＜30、13 份品種GI 介于30～40、16 份品種GI 介于40～50；而在正常灌溉生長環(huán)境下，僅有1 份品種GI＜40，GI 介于40～50 的品種也僅有6 份（表1）。在正常灌溉環(huán)境下，有61 份品種GI＞80，其中8 份品種GI＞90；而在干旱生長環(huán)境下，僅有17 份品種GI＞80，沒有GI＞90 的小麥品種。

表1 不同檔次GI 的小麥品種數(shù)量 （個(gè)）Table 1 Number of wheat varieties with different grades of GI

3 結(jié)論與討論

小麥穗發(fā)芽受環(huán)境和多基因共同控制[8～10]，如種子休眠特性、種皮顏色、α-淀粉酶活性、穎殼抑制物、穗部結(jié)構(gòu)等，其中子粒休眠特性是影響穗發(fā)芽抗性的最主要因素。休眠是胚不能萌發(fā)的根本原因，穗發(fā)芽抗性的差異可以通過子粒的休眠水平表現(xiàn)出來[11]。休眠期與穗發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)，休眠期越長時(shí)穗發(fā)芽抗性越強(qiáng)，小麥如果缺乏足夠的休眠性，就可能遭受穗發(fā)芽的為害[12]。利用GI 對(duì)河北省主栽小麥品種和優(yōu)異種質(zhì)進(jìn)行穗發(fā)芽抗性評(píng)估，可以很好地反映出河北省小麥的穗發(fā)芽抗性水平。對(duì)193 份小麥試材進(jìn)行穗發(fā)芽抗性評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，穗發(fā)芽抗性較強(qiáng)（GI＜30）的品種很少，中感和高感穗發(fā)芽的品種數(shù)量較多，河北省主栽小麥品種和種質(zhì)的穗發(fā)芽抗性普遍較弱，河北省缺乏抗小麥穗發(fā)芽的種質(zhì)資源。近年來，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量有關(guān)穗發(fā)芽抗性的研究，在小麥21 條染色體上均發(fā)現(xiàn)了與穗發(fā)芽抗性相關(guān)的QTL[13～15]，其中以第2、3 和第4 同源群為主[16～18]。同時(shí)，也報(bào)導(dǎo)了很多與小麥穗發(fā)芽抗性相關(guān)的基因，如控制小麥粒色的R[19，20]和TaMyb10[21]，控制子粒休眠性 的TaVp-1[22～26]、TaMFT[27]、TaPHS1[28]、TaSdr[29，30]、PM19-A1[31]和TaMMK3-A[32]等。這些基因功能的研究為小麥抗穗發(fā)芽育種提供了重要的分子理論依據(jù)，今后可以通過聚合多個(gè)穗發(fā)芽抗性基因的途徑來有效提高河北省小麥品種的穗發(fā)芽抗性。