云南小麥品種(系)萌發期抗旱性評價

王志偉，王志龍，喬祥梅，程加省，程耿，于亞雄

(云南省農業科學院糧食作物研究所/國家小麥改良中心云南分中心，云南 昆明 650200)

小麥作為我國的主要糧食作物，其產量直接影響國家的糧食安全和社會穩定。干旱是限制小麥生產的最主要非生物因素之一，對小麥產量和品質形成有重要影響[1-2]。實踐證明，培育和推廣抗旱抗逆小麥品種是保障國家糧食安全、促進小麥生產持續穩定發展的有效途徑之一[3]。

種子萌發期是小麥生長發育的起始階段，對干旱脅迫的耐受程度強弱直接關系到小麥生長發育和后期產量建成，因此萌發期是鑒定評價品種抗旱性強弱的關鍵時期[4-5]。聚乙二醇(PEG-6000)是一種理想的旱脅迫滲透調節劑，能適用于小麥種子萌發的抗旱性鑒定評價[6-7]。多年來國內外學者利用其開展了大量的小麥萌發期抗旱性鑒定篩選工作，從不同角度提出了有效的鑒定方法和篩選評價指標。王瑋等[8]利用20% PEG-6000 模擬干旱脅迫法對7 個抗旱性不同冬小麥品種(系)萌發期的芽鞘長、芽長、根長進行測定，表明干旱脅迫下以芽鞘長與抗旱性符合最好，可有效反映品種(系)的抗旱性。楊子光等[9]利用PEG-6000 模擬干旱的方法對15 個品種(系)進行萌發期抗旱性研究，發現胚芽鞘長可作為萌發期抗旱性鑒定的可靠指標。郭曉麗[10]通過20%PEG-6000 脅迫處理，對5 個不同小麥品種的發芽率、胚芽鞘長度、胚根數目、主胚根長進行比較分析，發現胚芽鞘長度和種子的相對發芽率可作為萌發期抗旱性鑒定的主要指標，主胚根長和胚根數可作為參考指標來判斷品種的抗旱性。李國瑞等[11]采用20% PEG-6000 處理對42 個西南小麥品種(系)萌發期的發芽率、發芽勢、發芽指數、苗高、胚芽鞘長、胚根長、胚根數等性狀進行測定，發現發芽指數和發芽率可作為萌發期抗旱性快速鑒定指標。張芳等[12]采用20% PEG-6000 脅迫處理對83份新疆冬小麥品種(系)進行萌發期抗旱性綜合評價，發現胚芽鞘長、最長根長可作為小麥抗旱性快速鑒定指標。

云南地處云貴高原，冬春季節性干旱嚴重影響小麥安全生產，全省三分之二以上耕地為旱地，屬于典型雨養農業，因此抗旱抗逆育種一直是云南小麥遺傳改良的主要目標。分析評價云南小麥品種(系)的抗旱性，對云南小麥的抗旱抗逆育種具有重要意義。周桂蓮等[13]和程加省等[14]研究評價了云南幾個旱地小麥品種的水勢、保水力、葉綠素含量、游離脯氨酸含量等苗期抗旱性生理指標；周國雁等[15-16]不僅對不同云南小麥種質資源的全生育期抗旱性及與主要農藝性狀的相關性進行了評價分析，也對PEG 處理下種子萌發期的性狀變化與品種抗旱性級別劃分進行了評價分析。然而，目前未見有關云南小麥育成品種(系)萌發期抗旱性評價的文獻報道。為更好地了解云南小麥育成品種(系)的抗旱性，本研究按照小麥抗旱性鑒定評價技術規范(GB/T21127-2007)[17]，以41 份云南小麥育成品種(系)為供試材料，采用加權隸屬函數法對小麥種子萌發期抗旱性進行綜合評價分析，以期為云南小麥品種(系)的萌發期抗旱性評價和篩選提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所用試驗材料為41 份云南育成小麥品種和高代品系，分別由云南省內相關育種單位提供。試驗材料名稱詳見表3。

1.2 試驗方法

參考小麥抗旱性鑒定評價技術規范GB/T21127-2007 萌發期抗旱性鑒定[17]的參數進行試驗設計，并利用李國瑞等[11]、張芳等[12]的方法進行相關指標統計計算。每個品種(系)選取整齊、飽和完好、發育正常的種子480 粒，用5%的次氯酸鈉消毒處理15 min，然后用蒸餾水反復沖洗6 次后將其擺放在9 cm×9 cm 的玻璃培養皿中，以單層濾紙為芽床，每個培養皿放80 粒種子，用-0.5 MPa PEG-6000 水溶液模擬干旱脅迫處理，無離子水作為對照，均重復3 次。將培養皿放于20 ℃人工氣候箱中，相對濕度(60±5)%，每天12 h 光照，光照強度1 000 Lx。培養過程中，為保證濾紙水分飽和狀態，每個培養皿中每天補加對應液體2 mL。以胚根長大于等于種子長或胚芽長大于等于1/2 種子長作為發芽標準，培養期每天調查發芽數，第3 天計算發芽勢，第7 天后取出進行相關指標測量。分處理每重復中隨機挑選10 株長勢一致幼苗進行根數、苗高、胚芽鞘長、最長根長測量，并進行相關計算。

發芽率(%)＝發芽總數/80×100

發芽勢(%)＝第3 天的發芽種子數/80×100

發芽指數＝1.0n1＋6/7n2＋5/7n3＋4/7n4＋3/7n5＋2/7n6＋1/7n7

式中:n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7分別為第1、2、3、4、5、6、7 天的發芽率。

抗旱系數(%)＝PEG 脅迫處理下指標的測定值/對照指標的測定值×100

綜合抗旱系數＝品種所有測定指標抗旱系數的加權平均值

加權隸屬函數法已被廣泛應用于不同農作物的抗旱性評價研究[11-12，18-20]，表明其可準確、有效地評價品種(系)間的抗旱性差異。以供試材料各指標的抗旱系數為依據，利用加權隸屬函數法求出萌發期綜合評價值(D值)，從而確定41 份供試小麥品種(系)的抗旱性。D值的大小則代表抗旱性的強弱，即D≥0.80 為1 級抗旱型(強抗)，0.60≤D＜0.80 為2 級抗旱型(抗)，0.40≤D＜0.60 為3 級抗旱型(中抗)，0.20≤D＜0.40 為4 級抗旱型(弱抗)，D＜0.20 為5 級抗旱型(不抗)[12]。

式中:U(Xj)—第j個指標的隸屬函數值；Xij—第i個材料第j個指標的抗旱系數；Xjmax和Xjmin分別為各供試材料中第j個指標抗旱系數的最大值和最小值；rj—第j個指標與綜合抗旱系數間的相關系數；(｜rj｜/∑n j＝1｜rj｜)—指標權數，表示j個指標在所有指標中的重要程度。

1.3 數據處理

利用Excel 2007 對基本性狀數據進行整理，利用SPSS19.0 進行方差和相關性分析，并計算基本統計量。

2 結果與分析

2.1 PEG-6000 脅迫對供試小麥品種(系)萌發期各指標的影響

PEG-6000 模擬干旱脅迫條件下，小麥種子發芽率、發芽勢、發芽指數、胚芽鞘長度、苗高、根數和最長根長等7 個萌發期性狀指標均受到不同程度的影響(表1)。其中苗高受影響最大，均值為5.66 cm，較對照下降35.90%。發芽率、發芽勢、發芽指數、胚芽鞘長、最長根長等較對照分別下降8.29%、7.30%、10.59%、0.40%、23.48%，而根數均值較對照上升了1.26%。與對照相比，PEG-6000 模擬干旱脅迫下除根數的變異系數降低外，其他6 個指標的變異系數均增加，其中最長根長的變異系數增加最大。

表1 干旱脅迫下供試小麥品種(系)萌發期各指標的變化Table 1 Statistical analysis of the indexes of wheat germination under drought stress

對供試小麥品種(系)萌發期7 個性狀指標進行方差分析，結果列于表2。從表2 可知，從品種因素看，7 個性狀指標表現在供試小麥品種(系)間存在極顯著差異；從脅迫處理因素看，除胚芽鞘長外，干旱脅迫對其他6 個性狀表現存在極顯著或顯著影響；從品種與干旱脅迫互作看，互作對7 個性狀指標表現也存在極顯著影響。上述結果表明，供試41 份云南小麥品種(系)對干旱脅迫的響應存在顯著差異，可利用上述7 個萌發期性狀指標對品種(系)間的萌發期抗旱性進行鑒定評價。

表2 7 個性狀指標的方差分析結果(F 值)Table 2 Variance analysis of seven indexes of wheat germination under drought stress(F value)

2.2 PEG-6000 脅迫對供試小麥品種(系)萌發期發芽率的影響

參照小麥抗旱性鑒定評價技術規范GB/T21127-2007[17]中萌發期抗旱性鑒定的抗旱性評價分級標準，依據發芽率抗旱系數結果對41 份供試云南育成小麥品種(系)萌發期抗旱性進行分級評價，結果列于表3。從表3 可知，供試云南育成小麥品種(系)相對發芽率變幅為83.87%～100.00%，以云麥72最高、14J-20 最低，供試小麥品種(系)均達到極強(1 級)或強(2 級)抗旱性級別，其中達到極強(1級)抗旱性的品種(系)共27 份，占總品種(系)的65.85%。以上結果說明，基于發芽率指標評價，供試云南小麥品種(系)的萌發期抗旱性均極好。

表3 云南小麥品種(系)萌發期發芽率抗旱性評價Table 3 Drought resistance coefficient evaluation on Germination rate of Yunnan wheat cultivars(lines)

2.3 小麥品種(系)萌發期抗旱性綜合分析

參照李國瑞等[11]、張芳等[12]多指標綜合評價，對41 份云南育成小麥品種(系)進行萌發期抗旱性綜合評價(表4)。從隸屬函數值的均值看，隸屬函數值最大的是發芽勢(0.65)，隸屬函數值最小的是根數(0.40)。從權重看，權重值相對較大的是苗高和最長根長，分別為0.24、0.23，權重值相對較小的是發芽勢、發芽指數和根數，分別為0.03、0.09、0.10。從D值來看，D值的變幅為0.23～0.72，其中云麥69、麗17-2、云麥77、云麥39、云16D2-109、德1550、靖麥24、云麥72 的D值較大，分別為0.72、0.69、0.67、0.63、0.61、0.61、0.61、0.60，表明這8個品種(系)抗旱性強，可作為優異抗旱材料應用于小麥抗旱性遺傳改良。從整體來看，41 份供試云南育成小麥品種(系)中4 級(弱抗)抗旱型品種(系)有13 份，占總品種(系)的31.71%；3 級(中抗)抗旱型品種(系)有20 份，占總品種(系)的48.78%；2級(抗)抗旱型品種(系)的有8 份，占總品種(系)的19.51%；無1 級(強抗)和5 級(不抗)抗旱型品種(系)材料。

表4 PEG 脅迫下云南小麥品種(系)抗旱性綜合評價Table 4 Comprehensive drought resistance evaluations on Yunnan wheat cultivars(lines)under PEG stress

續表4

2.4 各指標抗旱系數與D 值的相關性分析

對41 份供試云南育成小麥品種(系)的7 個性狀指標抗旱系數和D值進行相關性分析(表5)，結果表明，發芽率與發芽勢、發芽指數呈極顯著正相關(P＜0.01)，發芽勢與發芽指數、苗高與最長根長呈極顯著正相關(P＜0.01)，同時苗高與根數也呈顯著正相關(P＜0.05)；發芽勢與最長根長呈極顯著負相關(P＜0.01)，而其他指標間均呈不顯著正相關或負相關，且相關系數均較小。除發芽勢和根數等2 個性狀指標與D值呈不顯著正相關外，發芽指數和胚芽鞘長等2 個指標與D值呈顯著正相關(P＜0.05)，發芽率、苗高、最長根長等3 個指標與D值呈極顯著正相關(P＜0.01)，相關系數分別為0.687、0.662、0.641，表明發芽率、苗高、最長根長等3 個指標可優先作為云南小麥新品種(系)萌發期抗旱性評價篩選指標。

表5 各指標抗旱系數與D 值的相關性分析Table 5 Correlation analysis of the index of drought resistance coefficient and D values

3 討論

萌發期抗旱性直接決定小麥的出苗率，相關研究表明種子萌發與抗旱性關系密切[21]。因此，為能準確、有效地評價品種的抗旱性，加強對小麥萌發期抗旱指標的評價篩選十分必要。就小麥萌發期抗旱性快速鑒定指標而言，王瑋等[8]研究發現芽鞘長與抗旱性符合最好，楊子光等[9]也發現胚芽鞘長可作為萌發期抗旱性鑒定的可靠指標，郭曉麗[10]發現胚芽鞘長度和種子的相對發芽率可作為小麥種子萌發期抗旱性鑒定的主要指標，李國瑞等[11]則發現發芽指數和發芽率可作為萌發期抗旱性鑒定指標，而張芳等[12]研究發現胚芽鞘長、最長根長可作為小麥抗旱性快速鑒定指標。本研究結果表明，PEG-6000脅迫條件下，發芽率、發芽勢、發芽指數、胚芽鞘長度、苗高、根數和最長根長均受到明顯影響，發芽率、苗高、最長根長等3 個指標與D值呈極顯著正相關性，相關系數分別為0.687、0.662、0.641，可作為有效鑒定小麥品種(系)萌發期抗旱性的篩選指標。本結果與前人研究結果基本一致，但也有差異，可能與供試材料和鑒定方法不同有關。

種子萌發期抗旱性是干旱地區小麥品種(系)最重要的特性，準確客觀評價小麥品種(系)萌發期抗旱性對保障旱區小麥安全生產至關重要。而相關研究表明，運用單一指標難以全面客觀地評價品種間萌發期抗旱性的差異[21]，因此開展抗旱性多指標綜合性評價尤為必要。李國瑞等[22]對20 份西南小麥萌發期抗旱性進行多指標綜合鑒定，發現抗旱型材料占比5%；孫綠等[5]對119 份全國冬小麥的抗旱性進行多指標綜合評價，發現抗旱型材料達到10.9%；張芳等[12]對83 份新疆冬小麥品種(系)進行萌發期抗旱性多指標綜合評價，發現1～2 級抗旱型材料僅占總材料的13.3%。本研究參照小麥抗旱性鑒定評價技術規范GB/T21127-2007[17]，依據發芽率抗旱系數結果進行萌發期抗旱性分級評價，發現供試小麥品種(系)均達到強抗旱性級別以上；而對41 份云南小麥育成品種(系)萌發期抗旱性進行多指標綜合評價鑒定，則31.71%為4 級(弱抗)抗旱型品種(系)，48.78%為3 級(中抗)抗旱型品種(系)，19.51%為2 級(抗)抗旱型品種(系)。表明云南小麥品種(系)整體具有較好萌發期抗旱性，但單一指標難以全面客觀地評價品種間抗旱性差異。供試品種中云麥69、麗17-2、云麥77、云麥39、云16D2-109、德1550、靖麥24、云麥72 等8 個萌發期優異抗旱性品種可作為改良抗旱性的寶貴資源材料，在抗旱性聚合育種中利用。

4 結論

云南小麥育成品種(系)萌發期具有較強抗旱性，發芽率、苗高和最長根長可作為萌發期抗旱性篩選指標。云麥69、麗17-2、云麥77、云麥39、云16D2-109、德1550、靖麥24、云麥72 等8 個萌發期強抗旱性品種(系)可作為我省小麥改良抗旱性的寶貴資源材料。