小麦芽期抗旱性表型鉴定与分析

尤燕聪 文卿琳

(塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300)

在温室效应的影响下，全球气候变暖，全球各地频繁出现干旱现象，使农业生产出现了重大的变动[1]。在各种非生物胁迫中，干旱是对农作物造成影响最大的一种，造成的损失也几乎是其他非生物胁迫的总和，在我国，干旱造成的致灾面积就占自然总致灾面积的1/2，损失约占总损失的1/3[2]。小麦是我国主要粮食作物之一，如何保持小麦的稳产增产对保障我国粮食安全有着重要的意义[3]，近年来干旱频发已经严重威胁小麦的生长发育，导致小麦产量不稳定[4]。小麦在萌发阶段对水分的变化十分敏感[5]，在严重缺水的状况下小麦根系吸水量减小，植株矮小。

小麦芽期抗旱性的强弱直接决定了苗期幼苗能否正常长成和后期小麦产量的高低，因此，研究不同基因型的小麦芽期对干旱的响应对于筛选耐旱型小麦品种具有重要意义[6]。小麦抗旱性研究是非常复杂的，仅凭单一的指标很难对品种抗旱性作出全面的鉴定，因此，大多数的研究都需要采用隶属函数、主成分分析和灰色关联度分析法等方法进行抗旱性综合评价[7]。郭志芳[8]对相关数据进行主成分分析，得出根系干物质等5项指标与苗期抗旱有着显著相关性，筛选出22个具有较强抗旱能力的高产小麦品种；魏良迪等[9]利用主成分分析和聚类分析对芽期的芽长等指标进行综合评价，共筛选出21个抗旱性小麦品种；郑立龙等[10]对10个小麦品种的胚芽长度等指标进行方差分析，共筛选出具有较强抗旱能力的4个小麦品种。

本试验使用42个抗旱性不同的小麦品种，采用方差分析、耐旱系数值和抗旱性综合评价，分析在20%PEG-6000模拟干旱胁迫下的相关指标，进行不同小麦品种芽期抗旱性表型鉴定，对抗旱性小麦品种进行初步筛选。

1 材料与方法

1.1 试验材料

42份小麦试验材料均由西北农林大学提供，具体见表1，于2021年12月进行发芽试验。

表1 小麦品种

1.2 试验设计

每个品种选取籽粒饱满、无损、无虫蛀的种子100粒，浸泡在纯水中12h后，平均分成6份，每份25粒。在培养皿中铺垫3层滤纸，分为20%PEG-6000的胁迫组和纯水的对照组，每个处理2次重复。将培养皿置于20℃的条件下培养，第10天停止培养，随机抽取10株幼苗测量根长、茎粗、下胚轴长、株高、根数。

以胚芽突破种皮，胚根长与种子等长，胚芽长达种子长度1/2作为发芽标准，每日记录发芽数。计算发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数。计算公式：

发芽率(%)=(S1/S0)×100%

发芽势(%)=(S2/S0)×100%

发芽指数=∑Gt/Dt

活力指数=(∑Gt/Dt)×SL

式中，S1为7d的发芽数；S0为种子总数；S2为3d的发芽数；Gt为时间t内的发芽数；Dt为相应的发芽天数；SL为7d内根长的平均值。

1.3 数据处理与抗旱性评价

使用Excel 2016进行数据整理，采用IBM SPSS 25.0进行方差分析、主成分分析。通过各指标进行耐旱系数值的计算，利用隶属函数对抗旱性指标进行综合性评价[11]。利用标准差确定各指标的权重，通过隶属函数值和权重计算抗旱性综合评价值(D)值。计算公式：

耐旱系数=干旱胁迫下指标值/费干旱胁迫下指标值

隶属函数值：

μ(Xi)=U(Xi-Xmin)/U(Xmax-Xmin)

权重：

综合评价值：

式中，Xi为性状测定值；Xmin为相关性状最小值；Xmax为相关性状最大值；Pi为第i个性状与抗旱系数间的相关系数。

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫处理下小麦芽期各指标的方差分析

从表2可知，不同品种之间各指标均不显著；不同处理间各指标均存在极显著差异；品种和处理的交互作用下，下胚轴长存在极显著差异，株高存在显著性差异，即不同品种在20%PEG-6000的胁迫下的下胚轴长与株高反应有很大的差异。说明在PEG的处理下，小麦芽期各指标会出现显著性的变化，且各指标对PEG胁迫的相应不同。

表2 PEG胁迫处理下小麦各指标的方差分析

2.2 PEG胁迫处理下对小麦芽期表型特征的影响

从表3可知，CK和PEG胁迫下的小麦根长、茎粗、下胚轴长、株高、根数等指标的变幅程度不同。清水处理中，各指标的变异系数在8.86%～26.75%，说明小麦品种的各指标之间存在较为明显的差异；在PEG胁迫处理下各指标的变异系数在18.07%～55.69%，说明PEG处理下各指标之间同样表现出明显的差异。在PEG胁迫处理中，根据各指标的变异系数，由大到小依次为下胚轴长、茎粗、株高、根长、根数，其中，PEG胁迫下下胚轴长的差异最为显著，变异系数为55.69%，根数的差异相对较小，变异系数为18.07%，且所有指标均低于CK，说明PEG胁迫对各指标均产生了明显的抑制作用。

表3 PEG胁迫处理下小麦芽期表型性状变化统计

2.3 PEG胁迫处理下小麦发芽情况的变化

从表4可知，活力指数与相对活力指数中的最大值均大于1，除此以外，其余7项指标均小于1，说明PEG胁迫会对42个品种的发芽势、发芽率等指标起到抑制作用，但是各指标之间的变异程度不同，变异系数越大时，说明此性状对PEG胁迫的反应越敏感；变异系数越小时，说明此性状对PEG胁迫的反应越不敏感，各指标性状在PEG胁迫下的敏感程度为：相对活力指数>发芽势>相对发芽势>活力指数>发芽指数>相对发芽指数>发芽率>相对发芽率。

表4 PEG胁迫处理下小麦发芽情况的变化

2.4 PEG胁迫处理下小麦芽期各指标的耐旱系数

从表5可知，小麦发芽势的耐旱系数为0.800～0，其中耐旱系数为0.6～0.8的品种有8个，耐旱系数<0.6的品种有34个；小麦发芽率的耐旱系数为0.913～0，其中耐旱系数为0.8～1的品种有3个，耐旱系数为0.6～0.8的品种有17个，耐旱系数<0.6的品种有22个；小麦发芽指数的耐旱系数为0.820～0，其中耐旱系数为0.8～1的品种有1个，耐旱系数为0.6～0.8的品种有7个，耐旱系数<0.6的品种有34个；小麦活力指数的耐旱系数为1.286～0，其中耐旱系数≥1的品种有1个，耐旱系数<0.6的品种有41个；小麦根长的耐旱系数为1.734～0，其中耐旱系数≥1的品种有2个，耐旱系数为0.8～1的品种有3个，耐旱系数为0.6～0.8的品种有10个，耐旱系数<0.6的品种有27个；小麦茎粗的耐旱系数为1.343～0，其中耐旱系数≥1的品种有2个，耐旱系数为0.8～1的品种有6个，耐寒品种为0.6～0.8的品种有22个，耐旱系数<0.6的品种有12个；小麦下胚轴长的耐旱系数为1.446～0，其中耐旱系数≥1的品种有1个，耐旱系数为0.8～1的品种有2个，耐寒品种为0.6～0.8的品种有6个，耐旱系数<0.6的品种有33个；小麦株高的耐旱系数为0.803～0，其中耐旱系数为0.8～1的品种有1个，耐旱系数<0.6的品种有41个；小麦根数的耐旱系数为1.480～0，其中耐旱系数≥1的品种有5个，耐旱系数为0.8～1的品种有11个，耐寒品种为0.6～0.8的品种有16个，耐旱系数<0.6的品种有10个。

表5 不同指标的耐旱系数值

2.5 抗旱性综合评价

采用权重和隶属函数法对42种小麦的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、根长、茎粗、下胚轴长、株高、根数9个指标进行综合评价。从表6可知，42个小麦品种的综合评价值为0.843～0，差异性较大，把42个品种分为高度抗旱型、抗旱型、中度抗旱型、干旱敏感型、干旱高度敏感型5类，综合评价值大于0.550的有“天民180”、“泉麦890”、“新麦36”、“济麦21”、“天民380”、“陕垦81”、“新麦38”为高度抗旱型品种；综合评价值在0.550～0.450范围内的有“晋麦47”、“Quarrion”、“优麦2号”、“濮兴5号”、“新麦35”、“普冰201”、“新冬55”、“石家庄8号”、“周麦26”、“旱优98”为抗旱型品种；综合评价值在0.450～0.350范围内的有“偃展4110”、“天民285”、“新麦2111”、“西农928”、“裕田麦119”、“红芒麦”、“洛麦23”、“小偃22-3”为中度抗旱型品种；综合评价值在0.350～0.250范围内的有“兰天10号”、“京411”、“新麦58”、“旱选1号”、“新冬39”、“丰产3号”、“小偃6号”为干旱敏感型品种；剩余品种为干旱高度敏感型品种。

表6 小麦抗旱性综合评价

3 讨论

水分是限制作物生长发育的主要因子之一，同时也在种子萌发期起到关键作用[12]。水分影响种子的萌发率，种子的萌发能力和苗期的生长效率通常被用于测量作物的抗逆性[13]。鲁富宽等[14]研究发现，干旱胁迫下苜蓿种子的初始，萌发时间推迟，在干旱胁迫解除后，干旱胁迫处理下的苜蓿种子的复萌率整体呈现出先升后降的趋势。研究表明，在轻度的干旱胁迫下可以促进胚根的生长，反之重度干旱胁迫会抑制其生长，不同植物在干旱胁迫下会表现出不同的响应极抗旱能力[15]。文竹梅等[16]研究发现，在轻度的干旱胁迫下，幼苗的根长等在萌发以后受到显著抑制，在高温或干旱地区种植易造成根系吸水率降低，从而造成植株死亡。刘凯强等[17]研究发现，在燕麦的生育期内连续多次进行深度干旱胁迫不利于其生长发育，在长期间的水分亏损状态下，燕麦的株高、茎粗会呈现减小的现象。本实验得出的结论与前人相似，PEG胁迫后小麦各指标有明显的变化，不同小麦品种在PEG胁迫处理下的根长、下胚轴长与株高均出现了下降趋势，从以上数据来看，芽期的干旱不利于幼苗根系的生长，幼苗得不到充分水分后，植株的生长受到抑制。

4 结论

本试验对42个小麦品种在PEG胁迫处理下的发芽率、发芽势等9个指标进行了方差分析耐旱系数值和综合评价，鉴定出了7个高度抗旱型品种，10个抗旱型品种，8个中度抗旱型品种，7个干旱敏感型品种，10个干旱高度敏感型品种。由于“荔垦2号”和“普冰143”的各项指标均为0，因此不推荐其作为抗旱试验材料。