PEG脅迫下小麥新品系萌發(fā)期抗旱性鑒定

摘要：干旱脅迫嚴(yán)重影響小麥種子萌發(fā)速度和成苗質(zhì)量。為鑒定9個(gè)自選小麥新品系的抗旱性強(qiáng)弱，本試驗(yàn)以洛旱7號(hào)為對(duì)照，用20% PEC - 6000模擬干旱脅迫環(huán)境，測(cè)定種子萌發(fā)期相關(guān)形態(tài)指標(biāo)，并利用隸屬函數(shù)分析法對(duì)供試小麥材料的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，干旱脅迫下，小麥發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及胚根長、胚芽鞘長、胚芽長的平均降低幅度分別為32. 9%、6.1%、27.3%、47.1%、15.4%、66. 6%。由隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可知，洛旱7號(hào)、KD7020-2為強(qiáng)抗旱型．KDG07-6、KD7034-8、KD7053-9、KD7043-8為中抗旱型，KD7047-2、KD6055-6、KD701為弱抗旱型，KDG03-1為不抗旱型。由相關(guān)性分析結(jié)果得出，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)對(duì)D值影響最大，可用作小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定的快速評(píng)價(jià)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：小麥；萌發(fā)期；PEG-6000;綜合評(píng)價(jià)：抗旱性鑒定

中圖分類號(hào)：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024）10-0043-06

小麥作為世界三大主要糧食作物之一，其產(chǎn)質(zhì)量在糧食安全方面發(fā)揮著重要作用。干旱問題影響小麥生長發(fā)育全過程，阻礙小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)化進(jìn)程。探究如何提高小麥抗旱性，培育更加耐旱節(jié)水、水分利用率高且高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的小麥品種是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。小麥生長發(fā)育過程中，萌發(fā)期作為小麥生長的初級(jí)階段，對(duì)于小麥后期出苗及水分利用等生長過程均有較大影響。種子能否正常萌發(fā)直接影響到小麥出苗快慢和質(zhì)量，進(jìn)而決定基本苗數(shù)及群體結(jié)構(gòu)，并最終影響小麥產(chǎn)量。因此，種子萌發(fā)期的抗旱性鑒定對(duì)于明確不同小麥品種（系）的抗旱性強(qiáng)弱及其利用均有重要意義。

小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定中經(jīng)常使用PEG-6000模擬干旱環(huán)境的高滲溶液法，溶液濃度越高，干旱脅迫越嚴(yán)重。有學(xué)者用不同濃度PEG-6000溶液先篩選出抗旱品種，再進(jìn)行干旱性強(qiáng)弱鑒定，也有學(xué)者直接采用20% PEG-6000溶液進(jìn)行多指標(biāo)綜合鑒定，這些方法都得出了較為合理的結(jié)論，形成了萌發(fā)期抗旱鑒定的常規(guī)體系。本研究選擇20% PEG-6000水溶液模擬干旱環(huán)境，以國審品種洛旱7號(hào)為對(duì)照，對(duì)課題組選擇培育出的KD系列抗旱性小麥新品系進(jìn)行抗旱性鑒定。

在萌發(fā)期抗旱性鑒定相關(guān)研究中，鄭立龍、關(guān)周博等研究認(rèn)為小麥抗旱性與胚芽鞘長度有關(guān)，任毅等研究認(rèn)為抗旱性強(qiáng)弱主要由發(fā)芽指數(shù)、根長、根數(shù)來反映，楊子光、吳曉軍等研究認(rèn)為，可以用相對(duì)發(fā)芽率評(píng)價(jià)小麥種子萌發(fā)期抗旱性。研究發(fā)現(xiàn)單一的鑒定指標(biāo)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)品種間的抗旱性差異，所以多利用隸屬函數(shù)法來綜合評(píng)價(jià)作物的抗旱能力大小。目前，作物抗旱性綜合評(píng)價(jià)主要包括模糊隸屬函數(shù)法、主成分分析法、聚類分析法和灰色關(guān)聯(lián)法等。本試驗(yàn)通過對(duì)KD系列小麥新品系發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、胚芽鞘長、胚根數(shù)、胚芽長、胚根長等指標(biāo)的測(cè)定分析來比較其抗旱性強(qiáng)弱，再利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，以期為抗旱型小麥新品種培育開發(fā)提供數(shù)據(jù)參考和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究以洛旱7號(hào)為對(duì)照，以河南科技大學(xué)小麥育種課題組選育的KD701、KDG03 -1、KD6055-6、KD7020 -2、KD7034 -8、KD7043 -8、KD7047-2、KD7053-9、KDG07 -6共9個(gè)小麥新品系為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)于2023年2月在河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥遺傳育種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用高滲溶液法，以20% PEG-6000溶液作為處理組（T），以無菌水作為對(duì)照組（CK）。選擇籽粒飽滿、大小均勻、無黑胚的小麥種子，次氯酸鈉消毒10 min，無菌水沖洗至無明顯異味。發(fā)芽盒規(guī)格為12 cm×12 cm×5 cm，用70%酒精擦洗發(fā)芽盒，晾干后放人滅菌濾紙，用針管抽取20% PEG-6000溶液14 mL均勻加入發(fā)芽盒中，對(duì)照組加入等量無菌水。每個(gè)發(fā)芽盒放置100粒種子，腹溝朝下擺放整齊。將發(fā)芽盒逐個(gè)稱重，以便后期補(bǔ)水。每處理重復(fù)3次。于溫度20℃、濕度60%的人工氣候箱內(nèi)10h/12 h光暗交替培養(yǎng)。采用稱重法每天補(bǔ)充適量無菌水。以芽長大于種子的1/2、根長大于種子長為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，定期調(diào)查發(fā)芽情況。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 種子萌發(fā)及相關(guān)形態(tài)性狀調(diào)查

每天調(diào)查記錄發(fā)芽情況，其中，第3天調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7天調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，第8天調(diào)查胚根數(shù)、胚根長、胚芽長以及胚芽鞘長等生長性狀（每個(gè)發(fā)芽盒內(nèi)隨機(jī)選取10株發(fā)芽幼苗進(jìn)行測(cè)量）。

發(fā)芽勢(shì)（%）=第3天發(fā)芽種子數(shù)／試驗(yàn)種子總數(shù)×100：

發(fā)芽率（%）=第7天發(fā)芽種子數(shù)／試驗(yàn)種子總數(shù)×100：

發(fā)芽指數(shù)（%）=1.00NC +0.75N4 +0.50N6+0.25N8；

式中N2、N4、N6、N8分別指第2、4、6、8天的發(fā)芽率。

變幅（%）=（對(duì)照組指標(biāo)值-脅迫組指標(biāo)值）／對(duì)照組指標(biāo)值×100。

1.3.2 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

參照李國瑞等的方法計(jì)算抗旱系數(shù)和抗旱性度量值（D）：

性狀的相對(duì)值即抗旱系數(shù)相關(guān)計(jì)算公式如下：

抗旱系數(shù)=脅迫組測(cè)定值／對(duì)照組測(cè)定值。

綜合抗旱系數(shù)則為某處理各指標(biāo)抗旱系數(shù)的算術(shù)平均值。

抗旱性度量值D的計(jì)算：由各指標(biāo)的抗旱系數(shù)用隸屬函數(shù)公式計(jì)算得到不同品系各抗旱性鑒定指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U（Xj），再通過加權(quán)平均法計(jì)算得到抗旱性度量值（D）。根據(jù)D值大小區(qū)分抗旱性強(qiáng)弱，一般可分為4級(jí)：D＞0.8為1級(jí)（強(qiáng)抗旱型），0.5＜D≤0.8為2級(jí)（中抗旱型），0.3＜D≤0.5為3級(jí)（弱抗旱型），D≤0.3為4級(jí)（不抗旱型）。

U（Xj）=（Xj-X-）／（Xmax-Xmin）。j=1，2，3，…，n。（1）

U（Xj）= 1-（Xj-X，i.）／（Xmax-Xmin）。j=1，2，3，…，n。（2）

D=∑（各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值×對(duì)應(yīng)權(quán)重）。（3）

式中Xj為第j個(gè)指標(biāo)抗旱系數(shù)的測(cè)定值，Xmin為該指標(biāo)抗旱系數(shù)的最小值，Xmax為該指標(biāo)抗旱系數(shù)的最大值。根據(jù)公式（1）和（2）計(jì)算抗旱性鑒定指標(biāo)相應(yīng)的隸屬函數(shù)值時(shí)，正向作用用公式（1），負(fù)向作用用公式（2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016及SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫處理下不同品系小麥萌發(fā)情況差異分析

由表1可知，除對(duì)照品種洛旱7號(hào)外，處理組小麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)較對(duì)照組均有不同程度的降低。處理組小麥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的變化范圍分別為8. 3% - 94. 3%、57.8%- 100.0%、30.6% - 86.7%。

PEG脅迫處理下，洛旱7號(hào)發(fā)芽勢(shì)降幅最小，KD701、KDG03-1、KD6055-6降幅較大，分別為69.6%、90.5%和81．0%：洛旱7號(hào)發(fā)芽率增加0.6%， KD6055 -6、KD7020 -2、KD7034 -8、KD7043 -8、KD7053-9發(fā)芽率降幅均在3%以內(nèi)，KD7047 -2、KDG07-6與對(duì)照組持平，KDG03-1降幅最大，達(dá)41.0%；KD7053-9、KD7020-2、KD7034-8發(fā)芽指數(shù)降幅均較小，分別為11. 5%、13. 4%、17.0%，KDC03-1降幅最大，達(dá)64.7%。

PEG脅迫處理下，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照相比變幅分別為-3.2% - - 90.5%、0.6% --41 .0%、- 11. 5% - - 64. 7%，平均降幅分別為32.9%、6.1%、27.3%。

2.2 PEG脅迫處理下不同品系小麥形態(tài)指標(biāo)分析

由表2可知，相較于對(duì)照組，處理組小麥的胚根長均受到不同程度的抑制，在4.2 - 8.2 cm之間，變幅均值為-47.1%，除KD7020-2、KDG07-6分別減少37.0%、37. 9%外，其他均減少40%以上。處理組胚根數(shù)范圍為4.1 -5.9條／株，除KD701、KDG03 -1、KD6055 -6分別減少12. 0%、12.7%、8.9%外，其余品系（種）變幅均在4.1% -42.1%之間，其中洛旱7號(hào)胚根數(shù)增幅最大，達(dá)42.1%。

相較于對(duì)照組，處理組小麥的胚芽鞘長均有所降低，長度范圍為2.0 - 2.6 cm，變幅在-4. 0% -- 27.6%之間，均值為- 15. 4%。其中KD701、KDG03-1、KD7043 -8、KD7047 -2降幅均在20%以上，洛旱7號(hào)、KD7020-2、KDG07-6降幅較小，均在10%以下。處理組胚芽長度范圍在2.0 - 5.9cm之間，與對(duì)照組相比變幅在- 50.0% - - 81. 5%之間，均值為- 66.6%。

2.3 PEG脅迫處理下不同品系小麥抗旱性綜合評(píng)價(jià)

由表3可知，各供試材料的D值范圍在0.016-0.904之間，根據(jù)D值大小進(jìn)行抗旱性分級(jí)，共分為4級(jí)。1級(jí)為強(qiáng)抗旱型，包括洛旱7號(hào)和KD7020-2;2級(jí)為中抗旱型，包括KD7034-8、KD7043-8、KD7053-9、KDG07-6;3級(jí)為弱抗旱型，包括KD701、KD7047 -2、KD6055 -6；4級(jí)為不抗旱型，只有KDG03-1。

2.4 PEG脅迫處理下不同品系小麥萌發(fā)指標(biāo)與D值的相關(guān)性分析

由表4可以看出，小麥抗旱性度量值D值與其種子相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)胚芽鞘長、相對(duì)胚芽長、相對(duì)胚根數(shù)、相對(duì)胚根長均呈極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.798、0.913、0.902、0.798、0.886、0.797、0.890。萌發(fā)指標(biāo)間，相對(duì)發(fā)芽指數(shù)與相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)間，相對(duì)胚芽長與相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)胚芽鞘長間，相對(duì)胚根數(shù)與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)間，及相對(duì)根長與相對(duì)胚芽鞘長、相對(duì)胚芽長之間均呈極顯著正相關(guān)：相對(duì)發(fā)芽勢(shì)與相對(duì)發(fā)芽率間，相對(duì)胚芽長與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)間，相對(duì)胚根數(shù)與相對(duì)發(fā)芽指數(shù)間，及相對(duì)胚根長與相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)間均呈顯著正相關(guān)；其他指標(biāo)間無顯著相關(guān)關(guān)系。

綜上可知，相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)與D值的相關(guān)系數(shù)較大，可用作小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定的快速評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 討論

賈壽山等研究認(rèn)為，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)可作為小麥萌發(fā)期較為準(zhǔn)確有效的抗旱性鑒定指標(biāo)，種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)大小能夠反映種子抗旱性水平的高低。本研究中，各小麥材料受到干旱脅迫時(shí)，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)均被抑制，降低幅度反映被抑制程度。相關(guān)性分析結(jié)果表明，發(fā)芽指標(biāo)與D值呈極顯著正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果基本一致。表明發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)確實(shí)可以較為準(zhǔn)確客觀地評(píng)價(jià)小麥萌發(fā)期抗旱性。

胚根長及胚根數(shù)是表征小麥吸水能力的主要生長指標(biāo)，胚根越長根數(shù)越多的品種，相較于胚根短且根數(shù)少的品種吸水能力更強(qiáng)。胚芽鞘的主要作用是保護(hù)胚芽幼葉，保證胚芽生長。馬玉慧等，研究表明，20% PEG-6000處理對(duì)不同小麥品種的初生根數(shù)、胚芽鞘長、主胚根長均有不同程度的抑制作用。本研究結(jié)果認(rèn)為，干旱脅迫處理組的胚根長、胚芽長及胚芽鞘長均受到不同程度的抑制作用，相關(guān)性分析結(jié)果可知，萌發(fā)期指標(biāo)與抗旱性度量值D值均呈極顯著正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果一致。有些品種在脅迫狀態(tài)下可能會(huì)通過增加胚根數(shù)量來達(dá)到抗旱的目的，本研究中，部分小麥品系胚根數(shù)在干旱脅迫處理后有所增加，這可能與其應(yīng)對(duì)干旱脅迫的機(jī)制不同有關(guān)，也可能與品系自身生長特性有關(guān)，其中以洛旱7號(hào)胚根數(shù)增幅最大，可能表示其抗旱能力較強(qiáng)。

作物相關(guān)性狀的隸屬函數(shù)值大小與其所受高滲溶液脅迫影響呈負(fù)相關(guān)。通過對(duì)各指標(biāo)隸屬函數(shù)值進(jìn)行加權(quán)統(tǒng)計(jì)得到PEG脅迫下的抗旱性度量值D，根據(jù)D值大小進(jìn)行供試材料抗旱性分級(jí)得出，本試驗(yàn)條件下對(duì)照洛旱7號(hào)為強(qiáng)抗旱類型，但國家審定標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為其為中等抗旱，這可能與不同生育時(shí)期進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)有關(guān)。本研究初步明確了供試小麥品系萌發(fā)期抗旱性強(qiáng)弱，其在苗期、水分臨界期和全生育期的抗旱性表現(xiàn)還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

對(duì)PEG脅迫處理下小麥品系發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及胚根胚芽等相關(guān)指標(biāo)的差異進(jìn)行研究，并采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和抗旱性分析，結(jié)果顯示，洛旱7號(hào)、KD7020-2為強(qiáng)抗旱型；KD7034-8、KD7043 -8、KD7053-9、KDG07 -6為中抗旱型；KD701、KD7047 -2、KD6055-6為弱抗旱型：KDG03-1為不抗旱型。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽指數(shù)對(duì)抗旱性度量值（D）影響最大，可用作小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定的快速評(píng)價(jià)指標(biāo)。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（U1304320，U1904108）；河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（202102110022）