郭 瑩,王振平,呂迎春,虎夢(mèng)霞,馬小樂(lè),楊芳萍
(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅蘭州 730070;3.新疆天浩種業(yè)有限公司,新疆昌吉 831100)
干旱脅迫是限制小麥產(chǎn)量潛力有效發(fā)揮的關(guān)鍵因素,抗旱節(jié)水品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用;但因種質(zhì)資源的重復(fù)性應(yīng)用,使優(yōu)異育種親本的選擇變得日漸困難,從小麥近緣種或其他物種發(fā)掘優(yōu)異資源顯得非常迫切。小黑麥生物學(xué)產(chǎn)量高、抗旱、抗寒、耐鹽、耐瘠薄,籽粒和秸稈含有較高的蛋白質(zhì)和賴(lài)氨酸含量;硬粒小麥品質(zhì)好,蛋白質(zhì)含量較普通小麥高,有較高的濕面筋和類(lèi)胡蘿卜素含量;人工合成小麥具有廣泛適應(yīng)性,谷蛋白遺傳變異豐富。研究人員利用這些小麥近緣種和普通小麥雜交,選出許多具有抗病、抗蟲(chóng)等優(yōu)良特性的小麥新品系、附加系、代換系和易位系等新種質(zhì)。
因此,本研究以引自CIMMYT的普通小麥、合成小麥、硬粒小麥和小黑麥為材料,在水分脅迫和正常灌溉條件下,測(cè)定其葉綠素?zé)晒鈪?shù)、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素,并用灰色關(guān)聯(lián)度分析抗旱指數(shù)與熒光參數(shù)間的關(guān)系,以期篩選葉綠素?zé)晒鈪?shù)中評(píng)價(jià)抗旱性的有效指標(biāo),揭示不同麥類(lèi)種質(zhì)間抗旱性差異及其原因所在,發(fā)掘豐產(chǎn)、抗旱性突出的材料,為小麥遺傳改良提供參考。
試驗(yàn)所用材料引自CIMMYT,包括灌溉圃小麥(BW)12份、干旱半干旱圃小麥(AW)12份、合成小麥(HC)12份、硬粒小麥(YL)12份、小黑麥(XHM)12份,以上材料能代表CIMMYT各類(lèi)種質(zhì)的特征特性。用當(dāng)?shù)刂髟孕←溒贩N寧春4號(hào)(CK)、西旱2號(hào)(CK)為對(duì)照。試驗(yàn)設(shè)在蘭州新區(qū)上川鎮(zhèn)(北緯36°42′14″、東經(jīng)103°38′29″,海拔1 880 m,生育期降雨量為186.9 mm)和甘肅省農(nóng)科院黃羊鎮(zhèn)試驗(yàn)場(chǎng)(北緯37°40′8″、東經(jīng)102°51′19″,海拔1 760 m,生育期降雨量113.4 mm),設(shè)正常灌溉(W,即在拔節(jié)期和抽穗期灌溉,蘭州總灌溉量為3 000 m·hm,黃羊總灌溉量為 3 750 m·hm)和水分脅迫(D,即全生育期不灌溉)兩個(gè)處理,每品種播種5行,行長(zhǎng)5 m,行距 0.2 m,3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列。田間肥、水、草管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>
農(nóng)藝性狀鑒定:記載出苗期、抽穗期、成熟期;成熟后每份材料隨機(jī)取20莖,考查株高、穗長(zhǎng)、可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重,按品種單收記產(chǎn)。
采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)并做圖,用DPSv 7.05進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析,用SPSS 18.0進(jìn)行方差分析。
由表1可知,黃羊點(diǎn)的株高明顯低于蘭州點(diǎn),這可能與蘭州點(diǎn)降水量高有關(guān);蘭州點(diǎn)的小穗數(shù)、穗粒數(shù)也明顯高于黃羊點(diǎn),這是因?yàn)樘m州點(diǎn)生育前期溫度低,利于幼穗分化。黃羊點(diǎn)千粒重為44.96~60.80 g,顯著高于蘭州點(diǎn)(36.24~48.20 g),這可能因黃羊點(diǎn)緯度較蘭州點(diǎn)高,光照充足,日溫差較蘭州大,有利于籽粒灌漿。水分脅迫下,供試材料的農(nóng)藝性狀整體均下降,黃羊點(diǎn)株高、穗粒數(shù)、千粒重的降幅較蘭州點(diǎn)大,而小穗數(shù)的降幅較蘭州點(diǎn)??;蘭州點(diǎn)麥類(lèi)作物減產(chǎn)主要由小穗數(shù)減少而引起,而黃羊點(diǎn)主要由千粒重降低而導(dǎo)致。水分脅迫主要影響灌溉圃小麥、小黑麥的穗粒數(shù),硬粒小麥的千粒重,干旱半干旱圃小麥的穗粒數(shù)和千粒重;而在蘭州點(diǎn)水分脅迫主要影響合成小麥的穗長(zhǎng)和小穗數(shù),在黃羊點(diǎn)主要影響合成小麥的穗粒數(shù)和千粒重,說(shuō)明水分脅迫對(duì)不同麥類(lèi)作物產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響程度不同。
由表2可知,與正常灌溉相比,水分脅迫下所有參試材料均減產(chǎn),黃羊點(diǎn)減產(chǎn)幅度較蘭州點(diǎn)大,這與生育期蘭州點(diǎn)降雨量高有關(guān)。小黑麥正常灌溉下籽粒產(chǎn)量為6 548.00~ 8 860.00 kg·hm,水分脅迫下產(chǎn)量為 4 842.00~ 7 137.00 kg·hm,兩種處理下產(chǎn)量均居參試作物第一位,其次為干旱半干旱圃小麥,硬粒小麥在水分脅迫下產(chǎn)量最低。在水分脅迫下,蘭州點(diǎn)僅合成小麥、硬粒小麥的產(chǎn)量低于對(duì)照寧春4號(hào),其他麥類(lèi)種質(zhì)產(chǎn)量均高于對(duì)照;黃羊點(diǎn)僅小黑麥產(chǎn)量高于寧春4號(hào),其余類(lèi)型材料均低于對(duì)照或與對(duì)照相當(dāng)。蘭州點(diǎn)供試材料的抗旱指數(shù) (0.684~0.946)整體高于黃羊點(diǎn)(0.516~ 0.825)。蘭州點(diǎn)抗旱指數(shù)從高到低依次為小黑麥、灌溉圃小麥、干旱半干旱圃小麥、合成小麥、硬粒小麥,黃羊點(diǎn)依次為干旱半干旱圃小麥、小黑麥、灌溉圃小麥、合成小麥、硬粒小麥。從兩試點(diǎn)平均抗旱指數(shù)來(lái)看,小黑麥抗旱指數(shù)最高,合成小麥和硬粒小麥最低。在水分脅迫程度較高的黃羊點(diǎn),干旱半干旱圃小麥的抗旱指數(shù)較灌溉圃小麥高,并且變異系數(shù)較小,說(shuō)明干旱半干旱圃小麥在水分脅迫下的穩(wěn)產(chǎn)性較灌溉圃小麥好??傮w評(píng)價(jià)5種麥類(lèi)作物,小黑麥、干旱半干旱圃小麥抗旱性較強(qiáng),其次為灌溉圃小麥、合成小麥、硬粒小麥。
W:正常灌溉;D:水分脅迫;JS:拔節(jié)期;HS:抽穗期;GS:灌漿期。圖柱上不同字母表示不同水分處理和麥類(lèi)種質(zhì)間差異顯著(P<0.05)。下同。
表1 不同水分處理下麥類(lèi)作物農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of different Triticeae crops under different treatments
表2 不同處理下麥類(lèi)作物產(chǎn)量與抗旱指數(shù)Table 2 Grain yield and drought tolerance index of different Triticeae crops under different treatments
圖2 不同麥類(lèi)作物Fv/Fm的變化
2.2.2 對(duì)非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)的影響
蘭州點(diǎn)NPQ變化范圍為0.22~0.60,黃羊點(diǎn)變化范圍為0.35~0.75,均隨生育進(jìn)程推移呈上升趨勢(shì),說(shuō)明在生育后期作物的光能利用率下降,光合電子傳遞率降低,耗散的熱能增加(圖4)。水分脅迫下各麥類(lèi)種質(zhì)在不同生育時(shí)期的NPQ均高于正常灌溉,表明水分虧缺會(huì)導(dǎo)致NPQ的升高;灌漿期的升幅普遍高于抽穗期;各類(lèi)型材料灌漿期NPQ上升幅度不同,灌溉圃小麥、干旱半干旱圃小麥、合成小麥、硬粒小麥上升幅度較大,分別為 20.45%、19.85%、12.90%、13.50%,小黑麥和CK、CK的上升幅度較小,分別為4.03%、 5.89%、5.22%。各麥類(lèi)材料間比較,合成小麥的NPQ在兩試點(diǎn)均最高,其次為干旱半干旱圃小麥和灌溉圃小麥,說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下,小黑麥與硬粒小麥熱耗散較低,用于電子傳遞的光能較多,具有較高的光合效率。
圖3 不同麥類(lèi)作物的變化
通過(guò)比較不同水分處理下各麥類(lèi)種質(zhì)的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和抗旱指數(shù),發(fā)現(xiàn)來(lái)自CIMMYT的麥類(lèi)作物變異類(lèi)型豐富。小黑麥植株高大,莖稈粗壯,穗粒數(shù)多,抗旱性、豐產(chǎn)性、抗病性明顯優(yōu)于其他麥類(lèi)作物,篩選的三個(gè)品系T-128、T-133、T-137可在適宜區(qū)域推廣種植。在正常灌溉下硬粒小麥表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)性,而水分脅迫條件下產(chǎn)量驟減,這與楊芳萍的研究結(jié)果一致。宋全昊對(duì)34份人工合成小麥進(jìn)行了抗旱性鑒定,認(rèn)為合成小麥存在二倍體粗山羊草的遺傳背景,抗旱性較普通小麥強(qiáng)。本研究中合成小麥的產(chǎn)量、抗旱指數(shù)較灌溉圃小麥和干旱半干旱圃小麥低,這可能與材料不同或試驗(yàn)的環(huán)境條件有關(guān)。
圖4 不同麥類(lèi)作物NPQ的變化
表3 熒光參數(shù)與抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度及位次Table 3 Correlation degree and rank between chlorophyll fluorescence parameters and drought indix
表4 9份優(yōu)異種質(zhì)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量Table 4 Agronomic traits and grain yield of nine excellent germplasms