小麥苗期抗旱相關性狀關聯(lián)分析及種質資源篩選

郭志芳

小麥苗期抗旱相關性狀關聯(lián)分析及種質資源篩選

郭志芳

（太原開放大學山西太原030000）

我國的小麥主產(chǎn)區(qū)在北方地區(qū)，而北方地區(qū)的小麥種植時常受到季節(jié)性干旱的影響。文章針對不同小麥品種的抗旱性狀的關聯(lián)性展開探究，以期為我國季節(jié)性干旱地區(qū)的小麥種質選擇提供理論指導。

小麥；抗旱性；關聯(lián)性；種質篩選

作物的生長需要水，干旱是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展最主要的不利因素之一。就我國目前小麥種植產(chǎn)業(yè)而言，干旱問題已成為小麥種植產(chǎn)業(yè)中面臨的最嚴峻的問題，我國小麥產(chǎn)量受到干旱的影響最為嚴重。我國華北地區(qū)是小麥產(chǎn)出量最大的區(qū)域，這一區(qū)域雖然年降水量相對充足，不屬于干旱地區(qū)，但在春季，常會發(fā)生季節(jié)性干旱，會對處于生長關鍵時期的小麥造成極為不利的影響，導致小麥產(chǎn)量降低。為了應對當前我國華北地區(qū)不利于小麥生長的季節(jié)性干旱氣候條件，提高小麥種質的抗旱性顯得十分必要。

1 抗旱鑒定指標

1.1 外觀形態(tài)指標

具有較強抗旱能力的小麥品種在外觀形態(tài)上要具備一定特征。

（1）穗部，要比抗旱性弱的小麥品種更長，穗葉之間的距離要更大，穗粒飽滿且穗粒數(shù)量較多[1]。

（2）葉片部分，葉片厚度要更大，葉型細長，葉片上的角質層也要更厚，以保證葉片部分的水分損失處于較低水平[2]。

（3）根系部分，要更為發(fā)達，能夠延伸至更深的地下土層，這部分土壤內(nèi)部相較于表層土壤，水分含量更高，能夠確保小麥在缺少外部水源補給時自行吸收地下水源，保障自身的正常生長。

1.2 生理生化指標

植物在干旱環(huán)境中生長時，出于自身的生理需要，會形成一種應對干旱環(huán)境的防御機制，該防御機制會使植物體發(fā)生一定的生理變化[3]。對于小麥而言，具有較強抗旱性的小麥品種在生理特征上要呈現(xiàn)以下特點。

（1）小麥體內(nèi)的組織細胞要具備較強的滲透調節(jié)能力，能夠實現(xiàn)水分在體內(nèi)的高效輸送，且運輸過程中的水分損耗率要更小。

（2）葉片保水能力也要更強，這一點與外觀特征中的葉片厚角質層構成了因果關系，角質層的透水性極差，小麥葉片表面的角質層越厚，葉片的水分流失也就越少，而葉片保水能力在小麥植株的內(nèi)部體現(xiàn)則是小麥葉片的水分利用效率，相比抗旱性較差的小麥品種，抗旱性較強的小麥品種更能充分利用水分，保證生長關鍵部位的水分供給。

（3）小麥體內(nèi)的保護酶活性同樣是小麥抗旱能力中極為重要的一項，小麥體內(nèi)的各種保護酶，是為了抵御各種外部脅迫進化而來的保護機制，當保護酶活性處于較高水平時，植物對于各種不良環(huán)境的承受能力也要更強，干旱脅迫自然也不例外[4]。

2 抗旱性實驗

2.1 材料

實驗材料由我國人工種植的小麥品種以及其他國家的部分小麥品種組成，種質數(shù)量為200。200個小麥品種中，有許多品種屬于同一譜系。我國的小麥品種均來自山東地區(qū)，該地區(qū)位于我國華北地區(qū)，小麥種植面積極廣，小麥產(chǎn)量占據(jù)我國小麥總產(chǎn)量的50%[5]。這一地區(qū)的小麥品種在本次實驗中具有極強的代表性。

2.2 方法

2.2.1 幼苗處理

以選取的200個小麥種質作為材料，按照譜系進行更具體的劃分。實驗過程中，將小麥土壤培養(yǎng)基的含水量設置為2%，以模擬自然界中的干旱環(huán)境，將每個小麥品種的一半種子種植于該培養(yǎng)基上；另一半種子則種植于含水量為15%的培養(yǎng)基上，用于實驗過程中的對照數(shù)據(jù)采集[6]。

關于培養(yǎng)基的配制，要保證除水分含量外其余各項指標一致。無論是含水量2%的培養(yǎng)基，還是含水量15%的培養(yǎng)基，基礎材料的制備要統(tǒng)一進行，以免出現(xiàn)不可控的實驗變量的干擾。培養(yǎng)基基礎材料選用石英砂，將石英砂清洗干凈后，置于烘箱中，溫度設置為140 ℃，烘干處理，而后將其分為均等質量的兩份，以便進行下一步的培養(yǎng)基制作[7]。

隨后，需要分別制作實驗過程中所需要的不同含水量的發(fā)芽床。在制作過程中，使用消毒細砂作為材料，將消毒細砂分為均等的兩部分，分別按照兩種水分含量要求加水攪拌均勻，裝入發(fā)芽盒內(nèi)，之后將小麥種子分別種植于兩種發(fā)芽床上即可。

實驗過程中，要將溫度控制在29 ℃上下，相對濕度設置為60%，光照時間設置為12 h/d。每天需要定時對發(fā)芽床進行稱重，以保證培養(yǎng)基水分條件始終保持在實驗設置范圍。

2.2.2 外觀指標測定

種子發(fā)芽后的第7天，從幼苗中按照品種挑選長勢均等的10株幼苗，統(tǒng)計其根須數(shù)量，測量根須的長度、胚芽鞘長度以及幼苗的整體高度；然后將幼苗的根部與莖干部分分離，分別進行稱重；之后將這兩部分分別進行80 ℃的烘干處理，再次稱重，以測定植株體內(nèi)的含水量[8]。

2.2.3 生理指標測定

在小麥種子發(fā)芽7 d后，取不同植株相同位置的葉片進行游離脯氨酸含量和可溶性糖含量的測定。

測定葉片內(nèi)的脯氨酸含量采用磺基水楊酸法：首先取0.5 g小麥葉片置于研缽中，加入5 mL的3%磺基水楊酸溶液將葉片搗碎研磨，然后轉移至具塞試管中，沸水浴10 min，再進行冷卻與過濾處理；取2 mL濾液于試管中（同時取2 mL蒸餾水于另一試管中作為對照），加入2 mL冰乙酸和3 mL酸性水合茚三酮顯色液，沸水浴40 min，冷卻至室溫后，再加5 mL甲苯，充分振蕩，靜置分層；最后取上層甲苯液于520 nm波長下比色。

可溶性糖含量測定采用蒽酮法：取0.3 g小麥葉片置于研缽中，加入10 mL蒸餾水搗碎研磨，沸水浴10 min，再進行冷卻與過濾處理；取1 mL的濾液于試管中，加入1 mL蒸餾水（同時取2 mL蒸餾水于另一試管中作為對照），再加入0.5 mL配好的蒽酮乙酸乙酯溶液，以及5 mL濃H2SO4，充分振蕩，沸水浴1 min，取出冷卻至室溫；最后取待測液于630 nm波長下比色。

3 結果與分析

3.1 幼苗抗旱性狀

對不同水分條件下的小麥幼苗的抗旱性狀的相關表現(xiàn)值進行計算。在實驗結果中，除實驗需要驗證的相關數(shù)據(jù)外，其余性狀的偏度與峰度的絕對值均為1，符合正常情況，由此證明了本次實驗的合理性[9]。

通過對不同實驗條件下的小麥植株性狀進行分析后發(fā)現(xiàn)，處于干旱條件下的小麥植株，其鮮重以及脫水后的根部與莖干部分的重量比、可溶性糖以及脯氨酸含量均高于正常值，其他性狀表現(xiàn)值則有明顯的降低。這反映出在干旱條件下，植株的根部生長速度要小于莖干的生長速度，而可溶性糖與脯氨酸在調控植株細胞滲透調節(jié)能力方面起到了重要作用。

小麥植株在不同實驗條件下表現(xiàn)出來的不同性狀的變異系數(shù)存在明顯差異。其中，最大根長、幼苗失水率、幼苗根部失水率的變異系數(shù)小于10%，其余指標均超過這一數(shù)值。在變異系數(shù)不超過10%的指標中，變化幅度最小的指標是幼苗失水率，不同實驗條件下小麥幼苗失水率的變異系數(shù)分別為1.653%與1.220%。而變異系數(shù)最大的指標是脯氨酸含量，兩組變異系數(shù)分別為54.588%與48.257%，由此反映出，干旱條件對植株影響最大的就是植株體內(nèi)的脯氨酸含量。

3.2 群體性狀

在小麥群體性狀的分析當中，發(fā)現(xiàn)小麥植株中的某些指標之間存在極大的關聯(lián)性。在干旱條件下，幼苗高度與胚芽鞘長、根須的最大長度、新鮮莖干的重量以及新鮮根須的重量呈現(xiàn)正向比例關系，比值分別為0.518、0.550、0.852、0.861；胚芽鞘長與新鮮莖干重量呈現(xiàn)正向比例關系，比值為0.526；新鮮莖干重量與新鮮根須重量以及脫水后根須重量呈現(xiàn)正向比例關系，比值分別為0.558、0.839；新鮮根須重量與脫水后莖干重量、新鮮莖干與根須重量的比值，以及根須失水率呈現(xiàn)正向比例關系，比值分別是0.753、0.657、0.646；脫水后根須重量與脫水根須與莖干重量的比值呈現(xiàn)正向比例關系，比值為0.613；新鮮根須與莖干重量比值與脫水根須與莖干重量比值呈現(xiàn)正向比例關系，比值為0.537；幼苗高度、最大根須長度、新鮮根須重量以及新鮮根須與莖干重量比值這四個指標與綜合抗旱能力系數(shù)（D值）顯著相關性較高，相關系數(shù)分別是0.404、0.444、0.539、0.564[10]。

在不同的水分條件下進行實驗，對小麥整體性狀的分析結果，充分體現(xiàn)出在干旱條件下，幼苗生長過程中的大部分性狀都發(fā)生了極為明顯的變化，同時，也伴隨著更深層次的生理特征變化。各種性狀的變化之間呈現(xiàn)出極為密切的關聯(lián)性，充分反映出小麥抗旱保護機制的復雜性與多樣性。

3.3 抗旱性狀的五項指標

關于小麥抗旱性狀的分析，為了更為精確地評價各個小麥品種的實際抗旱性，使用SPSS17.0軟件對實驗過程中得到的相關數(shù)據(jù)進行主成分分析。結果顯示，生物產(chǎn)量、生物量分配比、根系干物質、幼苗的失水率以及葉片內(nèi)部的脯氨酸含量這五項指標與小麥幼苗的抗旱性有著顯著相關性，其他指標則不具備與小麥幼苗抗旱性的直接聯(lián)系，可以忽略不計。

將這五項指標的數(shù)值進行提取，其中，生物產(chǎn)量因子的主成分特征值為5.320，生物量分配比因子的主成分特征值為2.225，根系干物質因子的主成分特征值為1.388，幼苗失水率因子的主成分特征值為1.246，葉片脯氨酸含量因子的主成分特征值為1.066。在這五項指標當中，可以看到前三項指標的因子特征值相對較高，在小麥幼苗抗旱性鑒定中，這三項指標最為重要[11]。

4 根據(jù)實驗結果處理小麥種質篩選建議

本次實驗最終選用的22個小麥品種的綜合抗旱能力系數(shù)具體如表1。

表122個小麥品種的綜合抗旱能力系數(shù)

品種綜合抗旱能力系數(shù) 法03560.677 泰農(nóng)190.621 W1202870.653 W1101430.623 省320.629 菏麥130.647 西農(nóng)5290.663 躍進5號0.613 濟南170.629 師灤020.651 渦850.652 省930.627 D1800.652 濰陰841370.641 D2090.622 周麥160.644 省2190.643 省2170.661 省1540.635 W1100950.652 省1570.660 陜1600.651

通過表1可以發(fā)現(xiàn)，在參與實驗的所有小麥品種中，法0365的綜合抗旱能力系數(shù)最高，為0.677。此外，我國本土品種省217、省219等也展現(xiàn)出了強大的抗旱能力，能夠為我國的小麥種植產(chǎn)業(yè)所選用。以上的22個小麥品種，可根據(jù)區(qū)域具體情況以及農(nóng)戶的個人意愿自由選擇。

5 結語

通過對不同小麥品種進行抗旱能力檢測，共選出22個具有較強抗旱能力的高產(chǎn)小麥品種。這些品種在我國實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，都體現(xiàn)出了對干旱氣候環(huán)境的較強的適應能力。本研究通過實驗對不同小麥品種的抗旱性狀進行科學分析，以期為后續(xù)我國小麥抗旱能力的進一步研究和提升提供思路和參考。

[1]魏良迪,李寧,楊進文,等.山西省主推小麥品種芽期及苗期的抗旱性評價[J/OL].生態(tài)學雜志:1-10[2022-01-10].https:// kns.cnki.net/kcms/detail/21.1148.Q.20211230.1913.007.html.

[2]盛雨婷,生林山,陸峻一,等.基于形態(tài)指標和轉錄組的小麥抗旱與耐鹽相關性分析[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2021,49(12):1426-1432.

[3]于海飛,王麗娜,殷貴鴻,等.周8425B衍生品種抗旱特性及其遺傳增益解析[J/OL].山東農(nóng)業(yè)科學:1-20[2022-01-14].https: //kns.cnki.net/kcms/detail/37.1148.S.20211130.1133.002.html.

[4]耿蘇強,劉小鳳.康振生院士團隊最新研究成果可提高小麥苗期抗旱性[N].農(nóng)業(yè)科技報,2021-11-25(3).

[5]王云,喬玲,閆素仙,等.山西省不同年代旱地小麥產(chǎn)量構成因素及抗旱性特征分析[J].作物雜志,2021(5):43-49.

[6]溫宏偉,楊斌,王東勝.植物根際促生菌促進小麥生長及提高其抗旱性的研究進展[J].核農(nóng)學報,2021,35(9):2194-2203.

[7]李方方.七個地衣基因過表達小麥株系抗旱性鑒定及EpTFIIA功能初步研究[D].咸陽:西北農(nóng)林科技大學,2021.

[8]吳曉軍,胡喜貴,陳向東,等.基于小麥外引種質資源的抗旱性分子標記檢測及實用性評價[J].華北農(nóng)學報,2021,36(3):74-82.

[9]趙曉登.苜蓿HD-Zip轉錄因子基因Mfhb-1對煙草和小麥的遺傳轉化及抗旱性研究[D].新鄉(xiāng):河南科技學院,2021.

[10]羅雯.半胱氨酸—乙烯合成在小麥抗旱性中的作用及TaWRKYs的功能鑒定[D].咸陽:西北農(nóng)林科技大學,2021.

[11]陳斌.基于轉錄組測序小麥響應干旱脅迫的候選基因挖掘與遺傳調控網(wǎng)絡分析[D].咸陽:西北農(nóng)林科技大學,2021.

Correlation Analysis of Drought Resistance-Related Traits in Wheat Seedlings and Selection of Germplasm Resources

Guo Zhifang

（The Open University of Taiyuan, Taiyuan, Shanxi, 030000）

The wheat production in my country mainly comes from the north areas, and its cultivation in the north is often affected by seasonal drought. This paper explores the correlation of drought resistance traits of different wheat varieties, in order to provide theoretical guidance for wheat germplasm selection in seasonally arid regions of my country.

Wheat; Drought Resistance; Correlation; Germplasm Selection

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.01.07

S512.1

A

2095-1205(2022)01-19-03

郭志芳（1990- ），女，漢族，山西朔州人，碩士，研究方向為植物學。