不同品種甘藍型油菜的抗旱性評價

趙彤，余青蘭，姚艷梅，徐亮，趙志剛

(青海大學農(nóng)林科學院，青海省春油菜遺傳改良重點實驗室，國家油菜改良中心青海分中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部春油菜科學觀測實驗站，青海省春油菜工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810016)

菜籽油是我國最重要的食用油，其消費量占食用油的47%[1].自2010年以來，油菜種植面積均在700萬hm2以上[2]，在油料作物生產(chǎn)中占有重要的地位.油菜作為一種需水量大的作物，干旱會降低油菜的成苗數(shù)，使其生長遲緩，極大地降低油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[3-4].甘藍型油菜具產(chǎn)量高、適應性廣、抗逆性強等特性，是新中國成立之后的主栽品種[5-6].因此，針對現(xiàn)有的主栽甘藍型油菜品種，篩選出抗旱油菜資源，對油菜高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)意義重大.

作物的抗旱性是復雜的數(shù)量性狀，很難直接評定作物的抗旱性強弱，需要采用合理的指標和方法進行綜合評價.目前常用的指標有形態(tài)指標、產(chǎn)量指標和生理生化指標等，如干旱條件下，抗旱性強的品種根系更長[7-8]，株高更低[9]，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量高[10-11].目前，苗期作物抗旱性測試方法主要采用土壤反復干旱法，即根據(jù)品種的反復干旱存活率來評價品種的抗旱性.王興榮等[12]在苗期采用反復干旱法對39份胡麻資源進行了抗旱評價，根據(jù)幼苗存活率將其劃分為不同抗旱資源等級.于艷敏等[13]采用苗期反復干旱法，以幼苗存活率等指標為依據(jù)，比較了所在地粳稻主栽品種的抗旱性.李龍等[14]通過對323份小麥種質(zhì)資源抗旱試驗，獲得了28份苗期抗旱品種.成株期抗旱評價主要是田間直接鑒定，即將試驗材料直接種植于大田環(huán)境中，通過人為干預灌溉等影響土壤水分的措施來控制干旱脅迫的程度.作物抗旱性評價可用抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)等進行單指標評價[15-16]，也可根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析得到的綜合抗旱性度量值進行綜合性評價[17-19]，但是不同的指標得到的結(jié)果會有不同[18,20]，原因可能是不同品種生育期對干旱脅迫的反應不同所致.因此選擇合適的抗旱性鑒定方法，對于較準確地評價作物品種抗旱性及選育育種材料具有指導意義.

油菜不同品種不同時期對干旱脅迫反應不同，本研究以19份甘藍型油菜為試驗材料進行成株期抗旱試驗，對其中的17份材料進行了苗期反復干旱試驗，篩選出強抗旱材料.苗期根據(jù)脅迫過程中水分含量和幼苗平均存活率，了解反復干旱脅迫對作物造成不良影響的程度.通過抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)和綜合抗旱性度量值對材料進行成株期抗旱評價，進一步了解不同指標評價結(jié)果的差異，為油菜抗旱育種提供合適的指標以及為品種選育提供基礎(chǔ)材料.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為19個油菜品種(系)，均為甘藍型油菜，其中春性雜交種9份，春性常規(guī)種3份，半冬性雜交種2份，半冬性常規(guī)種5份，詳見表1.7份青雜系列、青油14號和AG-7均為青海省農(nóng)林科學院的特色品種，其余10份則是其他地方的特色栽培種.旱棚和溫室實際利用面積的不同致使兩個試驗材料數(shù)目不同，溫室試驗材料編號為1～17，隨機區(qū)組設(shè)計，同旱棚試驗一致.

表1 油菜品種名稱及類型Table 1 The varieties and types of experimental rapeseed

1.2 試驗方法

1.2.1 苗期存活率試驗 試驗于青海省農(nóng)林科學院溫室進行.各材料選取飽滿均勻的40粒種子種植在裝有24 kg營養(yǎng)土的長70 cm、寬45 cm的種植箱里，7 d后記錄發(fā)芽率，試驗重復5次，隨機區(qū)組設(shè)計.每盆播種2份材料.采用反復干旱法，三葉期開始進行3次干旱處理，脅迫期間所有材料不補充水分，3次干旱脅迫，待土壤絕對含水量分別降至4.80%、4.10%和2.30%后，等量復水 2.0 L，復水后第3天調(diào)查各品種幼苗存活數(shù).

1.2.2 成株期抗旱試驗 采用隨機區(qū)組設(shè)計，于青海省農(nóng)林科學院試驗田中進行，設(shè)置抗旱棚內(nèi)試驗組和棚外對照組兩個處理，選取各材料飽滿均勻的40粒種子(播1行，行長1.50 m)，每品種各處理種植3行為一小區(qū)，出苗后每小區(qū)定苗30株.定苗完成之后抗旱棚內(nèi)試驗組保持干旱，棚外對照組正常的澆水及淋雨，試驗重復3次.常規(guī)田間管理.在綠熟期后期在群體中隨機選擇10株單株，室內(nèi)對株高、分枝數(shù)、分枝起點、有效角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀進行考察.

1.2.3 抗旱性評價方法 參考李龍等[14]和冀天會等[21]的方法.

反復干旱存活率DS=(DS1+DS2+DS3)/3

抗旱系數(shù)DTC=Xi(k)/CXi(k)

抗旱指數(shù)DRI=DTC×(GST/GT)

隸屬函數(shù)μ(x)=(DTC-DTCi,min)/(DTCi,max-DTCi,min)

ξi(k)=

1.2.4 數(shù)據(jù)處 常規(guī)數(shù)據(jù)處理、相關(guān)性及灰色關(guān)聯(lián)度等利用 Microsoft Excel 2007軟件、DPS12.5和SPSS23.0軟件進行數(shù)據(jù)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期存活率分析

由表2知，3次干旱處理幼苗存活率平均值分別為58.15%、56.52%和38.61%，依次減小，表明反復干旱脅迫對供試材料幼苗造成的不良影響程度不斷加深，3次干旱脅迫后幼苗存活率變異系數(shù)均在50%以上，說明材料間存活率的差異較大.

表2 反復干旱處理下供試材料的幼苗存活率Table 2 Seedling survival rate of test materials under repeated drought treatments

根據(jù)反復干旱存活率結(jié)果，17份資源的反復干旱存活率介于26.94%～77.52%.DS>60%的5個品種，分別為青雜12號、隴油11號、中雙11號、青雜9號和圣光401，其反復干旱存活率的平均值分別為77.52%、73.23%、69.49%、65.20%和65.13%，抗旱性強.DS介于50%～60%之間的3個品種，抗旱性中等.DS<50%的9個品種，其抗旱性弱(表3).

表3 17份資源的苗期抗旱評價Table 3 Evaluation of drought resistance of 17 resources at seedling stage

2.2 成株期抗旱評價

2.2.1 甘藍型油菜成株期干旱對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 由表4可知，除一次有效分枝數(shù)和角果粒數(shù)，其他性狀均表現(xiàn)出顯著或極顯著的差異.與對照相比，干旱脅迫下各性狀均值較低.例如，株高、一次分枝高度和單株角果數(shù)分別下降了22.18%、23.87%和22.04%.在干旱條件下，受干旱影響較小的兩個性狀為角果粒數(shù)和一次有效分枝數(shù)，與對照相比分別降低了4.23%和2.50%.在干旱條件下，產(chǎn)量受水分脅迫影響最大，降低了47.89%.干旱脅迫下，構(gòu)成產(chǎn)量的3個要素中，每株角果數(shù)受影響最大，千粒質(zhì)量次之，每角果粒數(shù)最小.受干旱條件的影響，試驗組開花期平均提前了3 d，成熟期平均提前了9 d.

表4 甘藍型油菜成株期干旱脅迫對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of drought stress on yield and yield components of Brassica napus

2.2.2 19份資源的單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)(DTC)評價 19份資源的單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)介于0.42～0.92.由表5可知，單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)越大，品種抗旱性越強.DTC大于0.70的5個品種，分別為青油14、AG-7、華雙5號、圣光401和青雜9號，干旱反應表現(xiàn)為高抗型.DTC在0.60～0.70之間的6個品種，屬于中等抗旱的材料.DTC小于0.60的8個品種，其對干旱敏感，抗旱性弱.對干旱最敏感的品種是浙雙72，其DTC值最低，為0.42.以青雜5號為對照，抗旱性能優(yōu)于該品種的有AG-7、青油14、圣光401、華雙5號、青雜9號、益油雜1號、青雜12號、青雜15號、青雜6號、青雜11號和偉杰.

表5 19 份資源的單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)抗旱評價Table 5 Drought resistance evaluation of yield per plant for 19 resources

2.2.3 19份資源的單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)(DRI)評價 19份資源的單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)介于0.18～1.04.由表6可知，單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)越大，品種抗旱性越好.DRI大于0.90的5個品種，分別為青油14、圣光401、青雜12號、青雜9號和益油雜1號，其對干旱反應為高抗型.青雜12號是所有材料最抗旱的品種，其DRI值最高，為1.04.DRI在0.6～0.9之間的有7個中等抗性的品種.DRI小于0.6的有7個品種，其對干旱敏感，抗旱性弱.對干旱最敏感的品種是浙雙72，其DRI值最低，為0.18.以青雜5號為對照，抗旱性能優(yōu)于該品種的有青雜12號、益油雜1號、青雜9號、圣光401、青油14、青雜15號、華雙5號、AG-7、青雜6號和青雜11號.

表6 19 份材料的單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)抗旱評價Table 6 Drought resistance index of individual plant yields of 19 materials

2.3 19份資源的綜合抗旱評價

將產(chǎn)量構(gòu)成三要素每株角果數(shù)、千粒質(zhì)量和每角果粒數(shù)分別求抗旱系數(shù)，繼而進行關(guān)聯(lián)度分析，最終得到每個品種的綜合抗旱性度量值見表7.19份資源的綜合抗旱性度量值D介于0.12～0.93.由表7可知，綜合抗旱性度量值D與品種抗旱性成正比，綜合抗旱性度量值D越大，品種抗旱性越好.D大于0.6的有4個品種，分別為華雙5號、青雜9號、青油14和AG-7，其對干旱反應為高抗型.D在0.40～0.60之間的有8個中等抗性的品種.D小于0.40的有7個品種，其對干旱敏感，抗旱性弱.對干旱最敏感的品種是浙雙72，其綜合抗旱性度量值最低，為0.12.以青雜5號為對照，抗旱性能優(yōu)于該品種的有AG-7、青油14、華雙5號、青雜9號、青雜6號、偉杰、圣光401、青雜12號、中雙11、青雜15號和中雙4號.

表7 19 份材料的綜合性抗旱評價Table 7 Comprehensive drought resistance evaluation of 19 materials

對單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)與綜合抗旱性度量值D進行相關(guān)分析(圖1)，呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.902；單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)與綜合抗旱性度量值D呈極顯著正相關(guān)，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.588(圖2)；單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)與單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)的兩者的相關(guān)系數(shù)為0.815，呈極顯著正相關(guān)，說明 3種評價方法的結(jié)果具有較高的一致性.其中青油14和青雜9號在成株期抗旱評價3種方法中均為強抗旱品種，同時青雜9號是待測材料中豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性較好的品種.

圖1 單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)(DTC)與綜合抗旱性度量值(D)的相關(guān)性Figure 1 Correlation between drought resistance coefficient per plant(DTC) and drought resistance comprehensive values(D)

圖2 單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)(DRI)與綜合抗旱性度量值(D)的相關(guān)性Figure 2 Correlation between drought resistance index per plant(DRI) and drought resistance comprehensive values(D)

2.4 苗期與成株期抗旱性的關(guān)系

表8表明，從苗期不同干旱處理后的存活率與單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)、單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)和抗旱性度量值 D的相關(guān)系數(shù)可以看出，苗期與成株期的抗旱性無顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)僅為 0.313～0.444，所以應根據(jù)品種不同生育期和種植地環(huán)境特點綜合分析.

表8 苗期與成株期抗旱性相關(guān)系數(shù)Table 8 Correlation coefficients of drought resistance at seedling stage and adult stage

3 討論

3.1 抗旱性評價

油菜不同時期對干旱脅迫反應不同，應根據(jù)發(fā)育時期選擇合適的鑒定方法.苗期多采用反復干旱法，但選取標準存在差異.劉文萍等[22]采用盆栽反復干旱法評價100份芝麻種質(zhì)資源，試驗以材料出現(xiàn)50%永久萎蔫時進行復水，同時考察總?cè)~片數(shù)和萎蔫葉片數(shù).車京玉等[23]評價20個黑龍江省春小麥品種抗旱性時，以材料出現(xiàn)50%永久萎蔫時為復水標準，以幼苗存活率為評價指標.

本試驗苗期干旱-復水進行3次，以土壤絕對含水量降到5%以下為重度干旱復水標準，3次干旱結(jié)束，幼苗存活率平均值由58.15%降至38.67%，說明連續(xù)缺水會加劇干旱對油菜機體的不良影響，只有干旱條件下保水能力強，且復水后能迅速恢復活力的幼苗材料存活率高，這也是苗期耐受能力評價的依據(jù).

成株期多用田間直接鑒定法[24-25].對19份油菜進行成株期抗旱性評價，本試驗采用了單指標和綜合性抗旱評價兩種方法，前者采用了單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)和單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)，后者綜合了產(chǎn)量構(gòu)成的三要素，且兩種方法具有較高的一致性，與李龍等[14]和祁旭升等[20]研究結(jié)果一致.綜合評價考察性狀多，所需人力物力較多，本試驗中結(jié)果與單指標評價高度一致，因此可用單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)或者單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)直接評價，然而單株產(chǎn)量抗旱系數(shù)只能反映品種的穩(wěn)產(chǎn)性，無法兼具豐產(chǎn)性，單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)改進了此不足，穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性兼具，同時考量了同組品種產(chǎn)量平均值，因此認為單株產(chǎn)量抗旱指數(shù)適合于大規(guī)模油菜品種直接抗旱性鑒定.

受干旱條件的影響，試驗組開花期平均提前了3 d，成熟期平均提前了9 d，推測可能是油菜遭受干旱脅迫，發(fā)生了適應性的改變[26].黃倩[27]以半冬性油菜品種為試驗材料，在研究不同生育時期干旱脅迫時發(fā)現(xiàn)開花期平均提前了8 d，成熟期平均提前了32 d.張吉順等[28]同樣發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下，部分植物提前進入生殖生長，如擬南芥.

本試驗AG-7和青油14號兩個品種在抗旱系數(shù)評價與綜合評價中均排名第1和第2，但在抗旱指數(shù)評價中分別排名第8和第5，最好的是青雜12號.進一步比較這3個品種，發(fā)現(xiàn)抗旱指數(shù)評價中青雜12號的優(yōu)勢主要是其在干旱脅迫下單株產(chǎn)量較高，而AG-7和青油14號在抗旱指數(shù)評價中等級較低，但是綜合表現(xiàn)佳，因此，在今后的育種工作中，如果偏向于提高品種的單株產(chǎn)量，可優(yōu)先考慮青雜12號，但其發(fā)展空間較?。蝗粝氆@得更多變異后代，可以綜合性評價結(jié)果為依據(jù)，兩者有機結(jié)合，可使親本材料的選擇更加客觀和準確.

3.2 油菜苗期和成株期相關(guān)性

作物的抗旱性是一個復雜的數(shù)量性狀，包含多種生理生化反應.作物受到干旱脅迫時，光合速率降低，脯氨酸積累并且清除活性氧等[29-31]，最終影響產(chǎn)量.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)追求穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，若存活率高，但產(chǎn)量低，無法達到預期目標.王蘭芬等[32]發(fā)現(xiàn)有2份綠豆資源苗期抗旱，而成株期敏感，不同品種生育期反應不同.路貴和[33]以玉米自交系為試驗材料發(fā)現(xiàn)，部分材料只在生育期某階段抗旱.本試驗中苗期反復干旱存活率與單指標評價和綜合評價相關(guān)性在0.05水平上差異均不顯著，因此在對油菜品種進行抗旱性評價時應對不同生育期進行全面考察，并且結(jié)合青海地區(qū)的環(huán)境特點，做到因地制宜.

4 結(jié)論

油菜不同生育期對干旱脅迫的反應不同，因此要根據(jù)油菜生育期這一特點，選擇合適的抗旱性鑒定方法，本文采用苗期反復干旱法，用反復干旱幼苗存活率為指標能夠減少環(huán)境對材料評價的影響，成株期田間直接鑒定，單指標評價和綜合評價一致性較高.苗期和成株期抗旱評價結(jié)果綜合分析，以青雜5號為對照，抗旱性能優(yōu)于該品種的有AG-7、青油14、圣光401、華雙5號、青雜9號、青雜12號、青雜15號和青雜6號.在篩選到的8個抗旱品種中，綜合不同發(fā)育期和不同干旱脅迫方法下的各項抗旱性評價指標，青雜9號為強抗旱品種，且其在干旱脅迫下仍具有一定豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，可為后期育種工作抗旱親本材料的選擇提供理想資源.