小麥粒型與抗旱耐鹽性相關(guān)性的研究

紀(jì)元，盛雨婷，林琪，李夕梅

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院／山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109）

小麥（Triticum aestivum L.）是世界重要的糧食作物，全球約30%的人口以小麥為主食，其種植總面積、總產(chǎn)量及消費(fèi)量均居糧食作物之首，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位［1，2］。然而隨著水資源的日益匱乏及土地鹽漬化的日趨嚴(yán)重，干旱、鹽堿成為限制小麥產(chǎn)量增加和品質(zhì)提高的重要非生物脅迫因子［3，4］。雖然我國(guó)幅員遼闊，但耕地面積有限，且北方產(chǎn)區(qū)大部分小麥全生育期都可能受到干旱脅迫［5］，不合理灌溉和耕作使農(nóng)田鹽漬化現(xiàn)象也不斷加?。?］。因此，抗旱耐鹽小麥新品種的培育對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。

眾所周知，抗旱耐鹽指標(biāo)的鑒選對(duì)抗旱耐鹽品種的選育具有重要指導(dǎo)意義。先前研究表明，小麥胚芽鞘長(zhǎng)度是決定小麥抗旱能力強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)［7，8］；抗旱性強(qiáng)的小麥品種根系干質(zhì)量較大［9］；水分脅迫前期，抗旱性強(qiáng)的小麥品種超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）等抗氧化酶活性升幅較大，而隨著水分脅迫程度的加劇，強(qiáng)抗旱性品種的SOD和POD活性降幅較?。?0，11］；抗旱性強(qiáng)的品種干旱脅迫下脯氨酸增幅較大［12］，而丙二醛（MDA）含量增幅［13］和葉綠素含量降幅?。?4］。由于小麥抗旱性最終要體現(xiàn)在產(chǎn)量上，蘭巨生等［15］提出了抗旱指數(shù)法。

孟祥浩等［6］研究認(rèn)為，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、胚芽鞘長(zhǎng)、根長(zhǎng)、苗高、第一片葉的生長(zhǎng)速度以及苗鮮重等7個(gè)性狀指標(biāo)可以作為冬小麥芽苗期耐鹽性室內(nèi)篩選的有效指標(biāo)；袁海濤等［16］的田間試驗(yàn)表明，春季分蘗數(shù)可以作為小麥耐鹽性鑒定的重要指標(biāo)；此外，前人研究認(rèn)為K＋／Na＋比率［17］、細(xì)胞質(zhì)膜ATP和SOD酶活性［17］、小麥幼苗根和葉的細(xì)胞膜透性［18］、（亞）精胺含量及總PAs／二（元）胺比率［19］、細(xì)胞壁羥脯氨酸（Hyp）及糖蛋白中糖分含量變化［20］、甜菜堿積累量［21］，以及體內(nèi)某些蛋白質(zhì)的變化［22］，均可以作為鑒定小麥耐鹽性的重要指標(biāo)。

總結(jié)前人研究可看出，抗旱耐鹽指標(biāo)主要集中于萌發(fā)期、苗期，還有少數(shù)成株期的報(bào)道，所有這些都要涉及小麥種子的萌發(fā)及苗期甚至成株期的培養(yǎng)。劉建鳳［23］研究發(fā)現(xiàn)，玉米粒重對(duì)其吸脹能力有一定影響；郝奇慧［24］研究發(fā)現(xiàn)，玉米種子寬度與種子活力相關(guān)性不顯著，但總體長(zhǎng)度值與低溫發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)。小麥粒型包括粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、千粒重等，是可遺傳且與小麥產(chǎn)量緊密相關(guān)的重要性狀［25］。當(dāng)前，可利用谷物種子圖像分析儀等儀器設(shè)備方便、快捷地進(jìn)行小麥粒型分析。目前尚沒(méi)有小麥粒型與抗旱耐鹽性相關(guān)關(guān)系的研究。因此，本試驗(yàn)以173個(gè)小麥品種（系）為材料，利用谷物種子圖像分析儀測(cè)其粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚及千粒重?cái)?shù)據(jù)；再用20% PEG溶液（模擬干旱）和150 mmol／L NaCl溶液（模擬鹽堿）分別處理種子，并于萌發(fā)期測(cè)定其相對(duì)胚芽鞘長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)苗高、相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)鮮重，繼而用綜合隸屬函數(shù)法計(jì)算每個(gè)品種（系）的抗旱耐鹽能力，進(jìn)行粒型與抗旱耐鹽性的相關(guān)分析，以期豐富小麥抗旱耐鹽指標(biāo)相關(guān)研究，為抗旱耐鹽小麥新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

青麥6號(hào)、德抗961、濟(jì)南17、煙農(nóng)836等173份小麥品種（系），于2017—2018年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)膠州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園相同密度條播繁殖收獲。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 小麥粒型數(shù)據(jù)的采集 用Seed Count SC 6000T谷物種子圖像分析儀，按說(shuō)明書規(guī)范操作獲得不同小麥品種（系）的粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚及千粒重?cái)?shù)據(jù)。

1.2.2 小麥萌發(fā)與處理 先用1% NaClO溶液對(duì)飽滿且大小一致的小麥籽粒消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗4次，再將其均勻擺入鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿（每皿30粒）中。處理：對(duì)照組補(bǔ)充10 mL蒸餾水，鹽處理組補(bǔ)充150 mmol／L NaCl溶液10 mL，旱處理組補(bǔ)充20% PEG溶液10 mL，置于25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.3.1 小麥抗旱耐鹽形態(tài)指標(biāo)的測(cè)量與計(jì)算 處理3天后，分別選取有代表性的3株發(fā)芽幼苗，使用毫米刻度尺測(cè)量胚芽鞘長(zhǎng)；培養(yǎng)7天后，以芽長(zhǎng)超過(guò)種子長(zhǎng)的一半為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算發(fā)芽率；使用毫米刻度尺測(cè)量根長(zhǎng)和苗高。用吸水紙吸干各培養(yǎng)皿中所有發(fā)芽和未發(fā)芽種子的水分后，用千分之一天平稱量鮮重。隨后采用莊巧生等［26］的方法計(jì)算小麥?zhǔn)苊{迫下的相對(duì)抗旱或耐鹽系數(shù)，相對(duì)抗旱或耐鹽系數(shù)＝（旱或鹽脅迫下性狀值／對(duì)照性狀值）。

1.3.2 小麥粒型和相對(duì)抗旱（耐鹽）系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析 利用Microsoft Excel 2007對(duì)所得小麥粒型和相對(duì)抗旱（耐鹽）系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括中位數(shù)、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、極大值、極小值、極差、變異系數(shù)等。

1.3.3 小麥抗旱和耐鹽能力的綜合評(píng)定 利用隸屬函數(shù)值進(jìn)行品種（系）各發(fā)芽指標(biāo)的抗旱和耐鹽性評(píng)定。隸屬函數(shù)值公式為：R（Xi）＝（Xi-Xmin）／（Xmax-Xmin），式中Xi為各鑒定小麥品種（系）某一指標(biāo)的測(cè)定值，Xmax為所有鑒定品種（系）該指標(biāo)的最大值，Xmin為所有鑒定品種（系）該指標(biāo)的最小值。將隸屬函數(shù)值相加并求平均值，得到各品種（系）的綜合隸屬函數(shù)值，據(jù)此再進(jìn)行抗旱或耐鹽性綜合評(píng)價(jià)，綜合隸屬函數(shù)值越大，表明該品種抗旱性或耐鹽性越強(qiáng)。

1.3.4 小麥粒型與抗旱或耐鹽性的相關(guān)性分析 利用SPSS 22.0軟件計(jì)算粒型與抗旱或耐鹽性之間的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)r的取值范圍是-1≤r≤1。0＜r≤1，呈正相關(guān)關(guān)系；r＝0，為不相關(guān)；-1≤r＜0，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。r的絕對(duì)值越大，相關(guān)程度越高。一般認(rèn)為0.8≤｜r｜＜1，存在極強(qiáng)相關(guān)性；0.6≤｜r｜＜0.8，為強(qiáng)相關(guān)；0.4≤｜r｜＜0.6，為中度相關(guān)；0.2≤｜r｜＜0.4，為弱相關(guān)；0＜｜r｜≤0.2，為極弱相關(guān)或不相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種（系）小麥粒型分析

173個(gè)小麥品種（系）粒型統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，粒長(zhǎng)中位數(shù)為6.35 mm，平均值為6.35 mm，極大值為7.29 mm，極小值為5.71 mm，極差為1.58 mm，變異系數(shù)為4.72%；粒寬中位數(shù)為3.45 mm，平均值為3.43 mm，極大值為3.78 mm，極小值為2.81 mm，極差為0.97 mm，變異系數(shù)為4.66%；粒厚中位數(shù)為3.12 mm，平均值為3.10 mm，極大值為3.41 mm，極小值為2.42 mm，極差為0.99 mm，變異系數(shù)為4.84%；千粒重中位數(shù)為44.53 g，平均值為44.57 g，極大值為54.66 g，極小值為31.70 g，極差為22.96 g，變異系數(shù)為10.28%。

表1 不同小麥品種（系）的粒型統(tǒng)計(jì)

2.2 不同品種（系）小麥抗旱系數(shù)及抗旱性綜合評(píng)價(jià)

由表2可以看出，干旱脅迫下，相對(duì)胚芽鞘長(zhǎng)中位數(shù)為0.24，平均值為0.27，極大值為0.65，極小值為0.07，極差為0.58，變異系數(shù)為51.85%；相對(duì)根長(zhǎng)中位數(shù)為0.37，平均值為0.40，極大值為0.93，極小值為0.12，極差為0.81，變異系數(shù)為42.50%；相對(duì)苗高中位數(shù)為0.28，平均值為0.32，極大值為1.66，極小值為0.03，極差為1.63，變異系數(shù)為59.38%；相對(duì)發(fā)芽率中位數(shù)為0.74，平均值為0.72，極大值為1.38，極小值為0.07，極差為1.31，變異系數(shù)為25.00%；相對(duì)鮮重中位數(shù)為0.70，平均值為0.70，極大值為0.99，極小值為0.26，極差為0.73，變異系數(shù)為21.43%。

表2 小麥抗旱形態(tài)指標(biāo)

由圖1可知，抗旱性綜合隸屬函數(shù)值范圍在0.30～0.49內(nèi)的品種（系）最多，有116個(gè)，占總數(shù)的67.05%；0.10～0.29和0.50～0.59范圍內(nèi)的品種（系）數(shù)相差不大，分別是29個(gè)和23個(gè)，占比分別為16.76%和13.29%；0.60～0.80范圍內(nèi)的品種（系）最少，僅有5個(gè)，占總數(shù)的2.89%。

圖1 不同小麥品種（系）旱脅迫綜合隸屬函數(shù)值分布

2.3 不同品種（系）小麥耐鹽系數(shù)及耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

由表3可以看出，鹽脅迫下，相對(duì)胚芽鞘長(zhǎng)中位數(shù)為0.40，平均值為0.40，極大值為0.71，極小值為0.11，極差為0.60，變異系數(shù)為32.50%；相對(duì)根長(zhǎng)中位數(shù)為0.37，平均值為0.38，極大值為0.81，極小值為0.13，極差為0.68，變異系數(shù)為28.95%；相對(duì)苗高中位數(shù)為0.40，平均值為0.41，極大值為1.02，極小值為0.14，極差為0.88，變異系數(shù)為36.59%；相對(duì)發(fā)芽率中位數(shù)為0.75，平均值為0.74，極大值為1.07，極小值為0.33，極差為0.74，變異系數(shù)為18.92%；相對(duì)鮮重中位數(shù)為0.77，平均值為0.75，極大值為1.04，極小值為0.35，極差為0.69，變異系數(shù)為17.33%。

表3 小麥耐鹽形態(tài)指標(biāo)

由圖2可知，耐鹽性綜合隸屬函數(shù)值范圍在0.30～0.49內(nèi)的品種（系）最多，有98個(gè)，占總數(shù)的56.65%；0.50～0.59范圍內(nèi)的有57個(gè)，占比32.95%；0.20～0.29和0.60～0.80范圍內(nèi)的品種（系）相對(duì)較少，分別有8個(gè)和10個(gè)，占比為4.62%和5.78%。

圖2 不同小麥品種（系）鹽脅迫綜合隸屬函數(shù)值分布

2.4 小麥粒型與旱脅迫、鹽脅迫綜合隸屬函數(shù)的相關(guān)性分析

如表4所示，粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、千粒重與旱脅迫綜合隸屬函數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.052、-0.074、-0.107、-0.097，與鹽脅迫綜合隸屬函數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.007、0.069、0.066和0.074，均可視為不相關(guān)。

表4 小麥粒型與抗旱、耐鹽性綜合隸屬函數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 不同小麥品種（系）粒型總體變異較小

小麥粒型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚變異系數(shù)分別僅為4.72%、4.66%和4.84%，千粒重變異系數(shù)相對(duì)大些，為10.28%，說(shuō)明本研究所用小麥材料的粒型豐富度較低。因?yàn)樾←湼弋a(chǎn)需要群體穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)調(diào)發(fā)展，現(xiàn)代小麥育種工作促使小麥粒型選擇達(dá)到一個(gè)相對(duì)合理水平，從而導(dǎo)致當(dāng)前推廣小麥品種的粒型總體差異不大。

3.2 隸屬函數(shù)法可較系統(tǒng)全面地綜合評(píng)價(jià)小麥抗旱或耐鹽性

隸屬函數(shù)屬于模糊評(píng)價(jià)函數(shù)的概念，其特點(diǎn)是評(píng)價(jià)結(jié)果不是絕對(duì)地肯定或否定，而是用一個(gè)模糊集合來(lái)表示［27］。本研究對(duì)各小麥品種（系）每一個(gè)抗旱或耐鹽指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，并取平均值，然后進(jìn)行各品種（系）的綜合評(píng)價(jià)，這樣就消除了因單指標(biāo)反映抗旱或耐鹽性的片面性，能夠較為系統(tǒng)全面地反映各品種（系）綜合抗旱或耐鹽能力。

3.3 不同小麥品種（系）抗旱、耐鹽能力變異較大

相對(duì)抗旱系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，本研究所用小麥材料相對(duì)胚芽鞘長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)苗高、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)鮮重的變異系數(shù)分別達(dá)到51.85%、42.50%、59.38%、25.00%和21.43%，而綜合隸屬函數(shù)值變化范圍在0.12～0.63之間，說(shuō)明不同小麥品種（系）間抗旱性差異明顯。大部分品種（系）綜合隸屬函數(shù)值在0.30～0.49之間，為中度抗旱材料；少數(shù)品種（系）綜合隸屬函數(shù)值在0.60～0.80之間，抗旱性達(dá)到極強(qiáng)水平。

相對(duì)耐鹽系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，相對(duì)胚芽鞘長(zhǎng)、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)苗高、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)鮮重的變異系數(shù)分別為32.50%、28.95%、36.59%、18.92%和17.33%，綜合隸屬函數(shù)值變化范圍在0.22～0.76之間，說(shuō)明不同小麥品種（系）間耐鹽性差異也較為明顯。大部分品種（系）綜合隸屬函數(shù)值在0.30～0.49之間，為中度耐鹽材料；少數(shù)品種（系）綜合隸屬函數(shù)值在0.60～0.80之間，耐鹽性達(dá)到極強(qiáng)水平。

3.4 小麥粒型與抗旱、耐鹽性沒(méi)有相關(guān)性

小麥粒長(zhǎng)、粒寬、粒厚、千粒重與旱脅迫或鹽脅迫綜合隸屬函數(shù)的相關(guān)性分析表明，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均小于0.2，說(shuō)明小麥粒型各指標(biāo)與抗旱性或耐鹽性均不相關(guān)。小麥抗旱耐鹽指標(biāo)仍應(yīng)以得到前人眾多研究證實(shí)的胚芽鞘長(zhǎng)等形態(tài)指標(biāo)［6-9，16］、超 氧 化 物 歧 化 酶 等 生 理 指標(biāo)［10-14，17-22］、抗旱耐鹽指數(shù)［15］為主要參考。此外，還應(yīng)積極挖掘抗旱耐鹽功能分子標(biāo)記，以加快抗旱耐鹽小麥品種的培育。