不同麥類種質(zhì)抗旱性評(píng)價(jià)及優(yōu)異種質(zhì)篩選

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。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和設(shè)計(jì)

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>

1.2 性狀和參數(shù)測(cè)定方法

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)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

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。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同麥類作物農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量與抗旱指數(shù)比較分析

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)?。惶m州點(diǎn)麥類作物減產(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。總體評(píng)價(jià)5種麥類作物，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。

2.2 水分脅迫對(duì)麥類種質(zhì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的 影響

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種質(zhì)間差異顯著(P<0.05)。下同。

表1 不同水分處理下麥類作物農(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。

2.3 抗旱指數(shù)與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.4 優(yōu)異材料農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

圖3 不同麥類作物的變化

3 討 論

3.1 不同麥類作物在甘肅生態(tài)區(qū)域的抗旱性

通過(guò)比較不同水分處理下各麥類種質(zhì)的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和抗旱指數(shù)，發(fā)現(xiàn)來(lái)自CIMMYT的麥類作物變異類型豐富。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)。

3.2 不同麥類作物的葉綠素?zé)晒鈪?shù)

圖4 不同麥類作物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

3.3 熒光參數(shù)與抗旱指數(shù)關(guān)系

4 結(jié) 論