小麦种质资源的抗寒性鉴定及品种筛选

赵瑞玲,赵勇,易腾飞,肖轶娆,张树华,杨学举*



小麦种质资源的抗寒性鉴定及品种筛选

赵瑞玲1,赵勇2,易腾飞2,肖轶娆3,张树华1,杨学举1*

1. 河北农业大学 生命科学学院, 河北 保定 071000 2. 河北农业大学 农学院, 河北 保定 071000 3. 邢台市农业科学研究院, 河北 邢台 054000

低温冻害严重影响小麦的产量和品质。为了鉴定不同小麦品种的抗寒性，筛选出抗寒性较强的育种材料，本研究以534份小麦品种为供试材料，种植于保定、涞源、青县三个试点，返青前调查冻害等级、死苗率和枯叶率。结果表明，小麦的死苗率和枯叶率与冻害等级呈极显著正相关（=0.562、0.795），可作为小麦抗寒性鉴定、筛选的重要指标。综合涞源环境下的3个抗寒指标，利用NTsys-2.10e软件进行遗传相似系数分析，将供试材料聚成4类。筛选出远大1号、乐639、运旱618、河农6425、科遗11-6072、京冬8号、中麦175、河农6049、农大211、轮选987等品种为抗寒性强的小麦品种。

小麦; 抗寒性; 品种筛选

植物的生长过程受外界环境温度的影响[1]，低温对植物的影响不仅是种植范围，而且还会影响其产量和品质[2]，引起小麦生长发育期间一系列的适应性变化，这可以从植株外部特征（死苗、死蘖、枯叶等）[3]和内部生理因素变化方面来判定[4]。目前，冬小麦抗寒性鉴定的方法主要有田间直接鉴定、室内人工模拟气候鉴定和间接抗寒性鉴定3种方法[5]。田间鉴定是从外部特征研究小麦抗寒性，例如计算枯株、枯茎的百分率法和田间目测法等田间直接鉴定方法，对小麦的外部特征变化进行统计调查。冻害等级是对品种抗寒性最最直观的鉴定方法,但在实际应用中有一定的局限性,比如在幼苗全部冻死或没有明显冻害发生时,就很难通过冻害等级对品种抗寒性进行鉴定[6]。同时由于受低温胁迫程度不同的影响，抗寒差别较小的品种也很难通过田间鉴定的方法加以区别[7]，而死苗率和枯叶率是通过田间计数法区分品种间抗寒性大小，量化性强，准确性高，不受主观因素影响，调查时间更灵活。

此外，种植地区的选择也会影响鉴定结果的准确性。气候条件适宜不足以引起冻害发生或太过严寒的地区均不适合进行抗寒性鉴定试验。因此本研究选取保定、涞源、沧州3个试点，利用534份小麦品种材料，通过测定小麦抗寒相关性状（冻害等级、死苗率、枯叶率），评价不同小麦品种的抗寒性，筛选出抗寒性强的小麦品种，为小麦抗寒性育种提供优良的品种资源和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

为了扩大遗传基础，选取了521份我国小麦主产区（河北、河南、山东、北京、山西、陕西、安徽、江苏、天津等省市）的主推品种和区域试验中的育种高代材料，以及13份美国、墨西哥、意大利等国家影响力大且广泛种植一些小麦品种资源，这些品种在河北省生长发育正常，综合表现较好。共534份（图1）。该群体来源广泛，且在抗寒性上差异大。

图1 534份小麦品种地区分布

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验设计2016年，在平均气温较低、气候条件严酷的北部冬麦区选取保定（E115°48′，N38°85′）、涞源（E114°67′，N39°37′）、青县（E116°83′，N38°33′）3个试点种植（试点年气温变化图2）。采用完全随机设计，行长150 cm，行距25 cm，株距2.5 cm，3次重复。地块周围设有保护行，常规田间管理，土地肥力均匀，生长期间没有发生严重病虫害和倒伏。于2月底~3月初小麦返青后，调查植株冻害等级，根据冻害的变化，确定抗寒性鉴定最适宜地点，调查死苗率和枯叶率。

图2 3个试点年气温变化图

1.2.2 冻害等级的鉴定依据叶片和茎受冻害程度进行鉴定，并分为5级，参照申宗坦[8]鉴定方法：

0 级：其叶片没有冻死部分；

1 级：其叶片冻死部分仅限于叶尖，下部叶片未受冻或很少，全田绿色叶多；

2 级：叶片冻死部分少于绿叶部分，但下部叶冻死者较多，地面有枯黄叶；

3 级：叶片冻死部分多于绿叶部分，地面可见整片枯叶，绿色叶片较少；

4 级：上下部叶片全部冻死枯黄，见到全是枯叶，甚至全株死亡。

记载时，可增设“+”、“-”符号做补充，如2+表示比2级冻害重些，2-表示比2级冻害轻些。

1.2.3 死苗率的测定小麦出苗后，在调查地块每行选取1 m，调查其中幼苗株数，并用竹签做好标记。返青后，挖苗调查统计小麦总株数、死苗数，计算小麦死苗率；死苗率=死苗数/总株数×100%[9]。

1.2.4 枯叶率的测定在返青后尚未出现新叶时，每个品种随机选取10株，取全部叶片，通过测量小麦叶片长宽，计算小麦总叶面积和枯叶面积，统计枯叶率；叶面积=长×宽×0.78；枯叶率=枯叶面积/总叶面积×100%[10]。

1.2.5 数据分析采用Excel 2007软件对所得数据进行方差分析，SPSS 19.0软件进行相关性分析，NTsys-2.10e软件进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同地点小麦冻害等级差异比较

由保定、涞源、青县3个试点的冻害等级表型分析可知（表1），在涞源试点，冻害等级的最小值为1+，最大值为4，变异系数最大，为23.97%；保定试点冻害等级的最小值1+，最大值为3，变异系数12.23%，居中间水平；青县试点冻害等级最小值为1+，最大值为3，变异系数最小，为10.44%。因此涞源试点是较适合小麦进行低温冻害处理的区域，有利于进行小麦抗寒性鉴定试验。而在保定和青县抗寒性的区分度相对较小，变异系数较低，说明这两个地区的温度和气候条件对小麦品种有较弱的选择性，不适合进行小麦抗寒性的鉴定。

表1 不同地区冻害等级表型分析

注：1+，2-，2，2+，3-，3，3+，4分别由4，5，6，7，8，9，10，11代替冻害等级。

Note:1+,2-,2,2+,3-,3,3+,4 replace frost damage levels by 4,5,6,7,8,9,10,11, respectively.

2.2 涞源试点小麦抗寒指标表型分析

在涞源地区采用了3种抗寒性鉴定指标，分别为冻害等级、死苗率和枯叶率。

2.2.1 冻害等级表型分析534份小麦品种的冻害等级分布在1+、2-、2、2+、3-、3、3+、4，8个等级（图3），其中主要集中在2级和3级，品种数量分别为104个、117个，分别占参试总数的19.48%、21.91%；其次为2-、2+和3-级，品种数量分别为81和95个，分别占参试总数的15.17%、17.79%；抗寒性差的品种（4级）最少，数量为7个，仅占参试总数的1.31%。

图3 涞源试点小麦冻害等级分布

2.2.2 死苗率的表型分析534份小麦品种死苗率变异范围0~100%，平均值为50.64%，变异系数为58.95%。均匀分布在5个区间（图4）。除60.01~80.00%这个区间数量最少，其他各个区间的小麦品种数量相近。其中在80.01~100.00%区间的数量最多，该区间的小麦品种抗寒性差，不适合种植于寒冷地区，其次在0~20.00%和20.01~40.00%区间数量相同，该区间小麦品种抗寒性相对较好。

表2 死苗率表型数据

图4 涞源试点小麦死苗率区间分布图

2.2.3 枯叶率表型分析534份小麦品种枯叶率变异范围15.00~100.00%，平均值为71.19%，变异系数为29.05%。小麦枯叶率分布在5个区间（图5），各区间分布较为均匀。其中分布在0~20.00%区间数量最少，为63个，占参试总数的11.80%，此区间的小麦品种抗寒性较强。80.01~100.00%区间的数量较多，为133个，占参试总数的24.90%，此区间的小麦品种抗寒性相对较差。整个区间的品种分布趋势与死苗率大致相同。

表3 枯叶率表型数据

图5 涞源地区小麦枯叶率区间分布图

2.3 抗寒指标的相关性分析

对死苗率、枯叶率与田间冻害等级进行相关性分析可以看出，在调查的534份品种（系）中，死苗率与田间冻害等级、枯叶率与田间冻害等级、死苗率与枯叶率之间呈极显著相关（=0.562、0.795、0.709）。表明低温冻害后，通过小麦的死苗率和枯叶率可以间接判定小麦的冻害等级（表4）。

表4 冻害等级、死苗率、枯叶率相关性分析

注：**表示0.01水平上显著相关。

Note: ** indicates significance at 0.01 level.

2.4 小麦抗寒品种的筛选

利用NTsys-2.10软件中的DICE法计算样品间的相似系数，然后利用SAHN Clustering进行不加权成对算数平均法对534份小麦材料的三个抗寒指标进行系统聚类分析，从而得到该群体的UPGMA聚类图（图6）。将534份小麦材料划分成4大类群，遗传相似系数为0.105。4大类群分别用A、B、C、D来表示，其中，A类共212份材料，全部来自国内河北、河南、山西、陕西、北京、山东、江苏、安徽省份（表5）（图7），河北省、山西省和北京市的供试材料主要分布在此类中，分别占各自省（市）份供试材料总数的51.06%，53.57%和48.89%。例如品种远大1号、乐639、运旱618、河农6425、科遗11-6072、京冬8号、中麦175、河农6049、农大211、轮选987等品种，该类特点是冻害等级小于2+，死苗率在5.00%~60.00%之间，枯叶率低于70.00%，品种抗寒性强。

B类共51份材料，包括国内河北、河南、山西、北京、天津、山东、江苏省份的50份品种（系），以及国外的1份材料，其中，天津市的小麦供试材料全部分布在此类中。例如品种邯00~7050、冀麦26、石家庄8号、石新618、H6756、运旱20410、CA0045、轮选061、津农6号、津07214、阿夫（意大利）等品种，该类特点是冻害等级低于3-，均值为2，死苗率在5.00%~55.00%之间，枯叶率在22.00%~89.34%之间，品种抗寒性较强。

C类共247份材料，包括国内河北、河南、山西、陕西、北京、山东、江苏、安徽、甘肃省份的235份品种（系），以及国外的12份材料，其中，河南省、陕西省、山东省、江苏省、安徽省和国外的供试材料主要分布在此类中，分别占各自省（市）份供试材料总数的52.17%，82.14%、55.48%、48.00%、81.82%和92.31%，甘肃省供试材料全部分布在此类中。例如品种邯早1号、分支1号、百农160、小偃22、丰德存1号、宁麦资22、花培3号、山农08-29、博北3、原始AI败、马奎斯（加拿大）、Seri（墨西哥）、Atlas66（美国）等品种；该类特点是冻害等级在2~4之间，死苗率在20.00%~100.00%之间，枯叶率在23.97%~100.00%之间，品种抗寒性较弱；

D类共24份材料，全部来自国内河北、河南、山西、陕西、北京、山东、江苏、安徽省份，例如洛麦24、西农529、徐麦29、徐8133、阜84111、课15、W11031等品种，该类特点是冻害等级在3-~4之间，死苗率在53.10%~100.00%之间，枯叶率在59.14%~100.00%之间，品种抗寒性弱；

表5 各地区小麦品种在A-D类中的百分比

图6 534份小麦表型性状聚类图

图7 各地区小麦品种在A-D类中的分布图

3 讨论

涞源位于河北省保定地区西北部，太行山北端，冬季严寒，平均温度比保定和青县地区低，更容易区分各个小麦品种的抗寒性大小，因此在本地区进行小麦品种的抗寒性鉴定试验最具有代表性。

小麦能否安全越冬主要取决于品种的抗寒性，但也受其它因素如水肥管理措施、种植技术等影响[11]。首先，播种深浅影响小麦的抗寒性。冬小麦适宜的播种深度为4~5 cm，播种过浅，分蘖节露于地表，易发生冻害；播种过深，出苗缓慢，抗寒性差[9]。因此开沟后先检查沟的深度是否一致，播种时播于沟的最底部，盖土镇压，最后搂平。并且，Marshall等[12]认为，种植0.5~1.5 m单行重复小区是田间鉴定选择最可靠有效的方法。其次，播种时间对小麦的抗寒性影响很大。适期播种可以充分利用冬前的有效生长积温，利于麦苗安全越冬[13]。因此，播种时期要适宜且不同品种同期播种。此外，肥水管理也同样影响小麦的抗寒性。一些元素如氮[14]、钼[15]、硅[16]等，对增强小麦抗冻能力有一定作用，因此，土壤中的肥水含量必须均匀一致，每个品种增设重复来降低外界因素影响。

小麦抗寒性是小麦生产应用中的一个重要特性，也是反映小麦生长发育特性,决定其适应性、稳产性的一个重要指标[17]。品种类型不同其抗寒能力有很大差异，根据供试小麦品种在苗期对抗寒性表现的不一致性，基本上可以把抗寒品种与不抗寒品种区分开。本研究以冻害等级、死苗率以及单株枯叶率为3个抗寒鉴定指标，对534个小麦品种进行初步抗寒性鉴定。结果表明，在本试验中抗寒性强的小麦品种有远大1号、乐639、运旱618、河农6425、科遗11-6072、京冬8号、中麦175、河农6049、农大211、轮选987等，适宜在北部冬麦区等寒冷地区广泛种植。另外一些品种如邯00-7050、冀麦26、石家庄8号、石新618、H6756、运旱20410、CA0045、轮选061、津农6号、津07214等抗寒性较强，适宜在北部冬麦区、黄淮北片麦区等地区种植；邯早1号、分支1号、百农160、矮抗58、丰德存1号、晋麦30、陕160、山农08-29、博北3、原始AI败等品种抗寒性较弱；邯早1号、分支1号、百农160、矮抗58、丰德存1号、晋麦30、陕160、山农08-29、博北3、原始AI败等品种抗寒性较弱；洛麦24、西农529、徐麦29、徐8133、阜84111、课15、W11031等品种抗寒性弱，适宜在黄淮南片麦区等较温暖地区种植。与游光霞[18]、曹文昕[19]、王永玖[20]、吴青霞[21]、徐澜[22]等人小麦抗寒性筛选的结果有一致性和差异性。这可能与参试品种的鉴定地区有关，有些品种可能不是当地适应的生态型，或者品种的其他生育特性(如苗穗期短)掩盖了其抗寒性表现。

4 结论

本研究主要以冻害等级、死苗率和枯叶率3个指标，对我国主推小麦品种进行鉴定及筛选。结果表明：品种抗寒能力较好，小麦冻害等级、死苗率和枯叶率较低，反之，该品种的抗寒能力则相对较差。且小麦死苗率、枯叶率与冻害等级呈显著正相关也表明，小麦越冬期的死苗率、枯叶率可与冻害等级同时作为小麦田间抗寒性鉴定的重要指标。远大1号、乐639、运旱618、河农6425、科遗11-6072、京冬8号、中麦175、河农6049、农大211、轮选987等品种抗寒性强，适宜在北部冬麦区等较寒冷地区广泛种植。

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Cold Resistance Identification and Variety Screening of Wheat Germplasm Resources

ZHAO Rui-ling1, ZHAO Yong2, YI Teng-fei2, XIAO Yi-rao3, ZHANG Shu-hua1, YANG Xue-ju1

1.071000,2.071000,3.054000,

Low temperature damage seriously affects the yield and quality of wheat. In order to identify the cold resistance of different wheat varieties and to select the wheat varieties with strong cold resistance, 534 wheat varieties were selected as the test materials, Which planted in Baoding, Laiyuan, Qingxian three regions, and investigated frost damage grade, mortality rate of cold and withered leaves rate before reviving. The results showed that the mortality rate and withered leaves rate were significantly positively correlated with the frost damage grade (=0.562, 0.795), which could be used as an important index for identification and screening of wheat cold hardiness. The three cold resistant indexes in Laiyuan environment were synthesized by using NTsys-2.10e software to analyze the genetic similarity coefficient, and the tested materials were gathered into 4 categories. The varieties of Yuanda 1, Le 639, Yunhan 618, Henong 6425, Keyi 11-6072, Jingdong 8, Zhongmai 175, Henong 6049, Nongda 211, Lunxuan 987 and others were selected as wheat varieties with strong cold resistance.

Wheat; winter resistance; variety screening

S521.1

A

1000-2324(2019)01-0025-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.01.005

2018-03-26

2018-04-10

国家重点研发计划项目:黄淮冬麦区北片高产优质节水小麦新品种培育(2017YFD0100600);河北省科技支撑计划项目:冬小麦种质资源与育种技术创新(16226320D)

赵瑞玲(1992-),女,硕士研究生,从事小麦性状遗传与改良研究工作. E-mail:zrling000@163.com

Author for correspondence. E-mail:shmyxj@hebau.edu.cn