不同小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性分析

安欣慧　陳桂順　鞠曉影

摘要：研究不同小麥品種的種子萌發(fā)期抗旱性，利用100 g/L的PEG-6000作為滲透介質進行室內模擬干旱脅迫，測定了30個小麥品種種子萌發(fā)期間貯藏物質轉運率、初生根數(shù)、主胚根長、芽長、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率等生理指標。采用主成分分析法將7個單項指標轉換為2個新的相互獨立的綜合指標，用系統(tǒng)聚類分析法和隸屬函數(shù)法相結合的方法對小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性進行綜合評價。研究結果表明，30個小麥品種可以分為5類，A類為5個抗旱性強的品種，分別為豫農4023、河農6331、藁優(yōu)2018、石家莊8號、中麥175；B類為8個抗旱性較強的品種，分別為衡136、運旱20401、運旱618、新麥21、河農6119、邯麥12號、邯5316、石新828；C類為5個抗旱性中等的品種，分別為邯6172、滄麥6005、長6154、河農6049、輪選987；D類為10個抗旱性較弱的品種，分別為長6359、河農826、洛麥21、邯4589、藁優(yōu)9908、河農825、西農928、滄麥119、長4640、石麥15；E類為2個抗旱性弱的品種，分別為晉麥47、陜農757。

關鍵詞：小麥；PEG-6000；抗旱性；隸屬值；萌發(fā)期

中圖分類號： S512.101文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）14-0054-04

小麥是世界第一大作物，也是我國的主要糧食作物。氣候全球性惡化導致干旱程度加劇，進而嚴重影響著小麥的播種、出苗、灌漿、產量等。通過提高小麥水分利用效率及抗旱能力來增加小麥產量和節(jié)約資源已成為農業(yè)持續(xù)高效發(fā)展的重大需求，培育抗旱節(jié)水的優(yōu)良小麥品種也已受到廣大小麥育種專家的普遍認識，小麥種子的萌發(fā)與幼苗的存活率與后續(xù)營養(yǎng)生長密切相關，直接影響小麥的產量和品質[1]，因此，篩選萌發(fā)期抗旱性強的小麥品種至關重要。為了消除小麥不同品種間固有的生物學和遺傳學特性的差異，目前，多采用不同指標的抗旱系數(shù)[2]來衡量不同小麥品種間抗旱性的差異[3]。大量研究表明，小麥的抗旱性與小麥芽長、胚根長[4-6]、根的數(shù)目[7]、發(fā)芽率[8]、發(fā)芽指數(shù)[9]、相對發(fā)芽率[10]、貯藏物質轉運率[11]等多個形態(tài)性狀相關，但相關程度存在差異，所以單項指標難以全面、準確地反映小麥的抗旱性。目前，五級評分法[12]、聚類分析法、灰色關聯(lián)度[13]、模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法[14]、多重比較和回歸分析法[15]常用作小麥綜合指標的抗旱性評價，每種評價方法均有一定的利弊，大多數(shù)學者認為，模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法可行性和可靠性強，更加科學[14]。本研究借鑒了前人研究方法，利用10%的聚乙二醇（PEG-6000）高滲溶液模擬干旱脅迫，以大田中表現(xiàn)抗旱性較強的30個小麥品種作為供試材料，采用主成分分析、隸屬函數(shù)值等方法，對小麥種子萌發(fā)期抗旱性進行多指標的綜合評價，以期對小麥抗旱性進行科學準確的評價，篩選出干旱脅迫下抗旱性強的品種，為抗旱育種提供親本及材料。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗選用河農825、河農826、河農6049、河農6119、河農6331、邯6172、邯4589、邯5316、邯麥12號、石麥15、石家莊8號、衡136、藁優(yōu)9908、藳優(yōu)2018、滄麥119、石新828、滄麥6005、洛麥21、豫農4023、新麥21、陜農757、西農928、中麥175、輪選987、運旱20401、運旱618、長4640、長6154、長6359、晉麥47等來自北方麥區(qū)的30個小麥品種。滲透劑為分析純PEG-6000（聚乙二醇6000）。

1.2試驗設計

每個品種挑選飽滿整齊、大小均勻、無病蟲害的小麥籽粒400粒，先用5% NaClO消毒15 min，然后用蒸餾水反復沖洗，放在20 ℃恒溫培養(yǎng)室中避光吸脹24 h。在直徑為9 cm培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙，用移液槍分別加入15 mL蒸餾水、100 g/L的 PEG-6000溶液，每處理重復3次，挑取露白、整齊一致的30粒種子用吸水紙吸干后均勻擺放到已處理好的發(fā)芽床上，培養(yǎng)皿加蓋，在20 ℃、光—暗周期為14 h—10 h恒溫培養(yǎng)室中培養(yǎng)，用蒸餾水補充所失水分確保濾紙水分飽和。以芽長或者根長達到種子長度的1/2作為發(fā)芽標準，3 d后測定發(fā)芽勢，8 d后測定發(fā)芽率及貯藏物質轉運率、初生根數(shù)、主胚根長、芽長。

貯藏物質轉運率=（芽+根）干質量/（芽+根+籽粒）干質量×100%。

1.3統(tǒng)計分析方法

1.3.1抗旱系數(shù)的計算參照袁菊紅等的方法[16]計算：某一性狀的抗旱系數(shù)=PEG干旱處理測定值均值（T）/對照測定值均值（CK）×100%；

[JZ]綜合抗旱系數(shù)[17]=[SX（]1n[SX）]∑[DD（]ni=1[DD）][SX（]脅迫培養(yǎng)下測定值對照培養(yǎng)下測定值[SX）]。

1.3.2隸屬函數(shù)值的計算參照周廣生等的方法[18-19]計算：

式中：xj表示第j項指標抗旱系數(shù)的測定值；xmin表示第j項指標抗旱系數(shù)的最小值；xmax表示第j項指標抗旱系數(shù)的最大值。若所測指標與小麥抗旱性呈正相關則用公式（1）計算隸屬函數(shù)值，反之則用公式（2）。D為各品種所有指標的隸屬函數(shù)值累加后的平均值，D值越大，表示抗旱性越強。公式（3）中，U（xj）為第j個綜合指標的隸屬函數(shù)值，rj為第j個指標與綜合抗旱系數(shù)間的相關系數(shù)；[FK（W2。6]|rj|/∑[DD（]nj=1[DD）]|rj|[FK）]為指標權數(shù)，表示第j個指標在所有指標中的重要程度。

1.3.3統(tǒng)計分析采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件對數(shù)據進行統(tǒng)計及系統(tǒng)聚類分析。

2結果與分析

2.1不同小麥品種萌發(fā)期對干旱脅迫響應

方差分析結果表明，試驗所選的指標除了發(fā)芽勢以外受品種和處理的影響都達到了極顯著水平，品種與處理的互作效應除了發(fā)芽勢也都達到了顯著或極顯著水平，表明小麥萌發(fā)狀態(tài)與品種和處理相關（表1）。

從表2可以看出，芽長、發(fā)芽率、發(fā)芽勢等指標的抗旱系數(shù)均小于1，表明所有品種的小麥在萌發(fā)期均受到了100 g/L的PEG-6000或大或小的脅迫抑制。初生根數(shù)、芽長抗旱系數(shù)最大的小麥品種是豫農4023，初生根數(shù)為0.873，芽長0246；發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率的抗旱系數(shù)最大的小麥品種是河農6119，發(fā)芽率為0.685，萌發(fā)指數(shù)為0.706，發(fā)芽率為0.739；主胚根長的抗旱系數(shù)最大的小麥品種是河農6331，為1.167，表明不同小麥品種同一指標之間存在差異，相同品種不同指標的變化也不盡相同，表明單項指標的抗旱系數(shù)不能全面、科學有效反映小麥品種的抗旱性。從相關系數(shù)矩陣（表3）來看，貯藏物質轉運率與發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、芽長、發(fā)芽率的抗旱系數(shù)之間相關性達到極顯著水平，與根長抗旱系數(shù)達到顯著水平，而與初生根數(shù)的抗旱系數(shù)相關不顯著，芽長、初生根數(shù)、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、根長的抗旱性系數(shù)之間的相關性達到顯著水平，表明各項指標之間存在著或大或小的相關性，從而使它們所提供的信息發(fā)生重疊，同時各單項指標對小麥萌發(fā)期抗旱中所起作用不相同，因此，需要通過主成分分析法確立綜合指標來評價不同小麥萌發(fā)期的抗旱性。

2.2PEG-6000干旱脅迫下綜合指標的系數(shù)及貢獻率

從表4可以看出，100 g/L的PEG-6000干旱脅迫處理特征值大于1的綜合指標有2個，其貢獻率分別為54843%、22.809%，累積貢獻率為77.652%，其他可忽略不計。這樣就將原來7個單項指標轉換為2個新的相互獨立的綜合指標，分別用1、2表示。第1主成分中發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率的系數(shù)較大，其次為貯藏物質轉運率、芽長、主胚根長；第2主成分中初生根數(shù)的抗旱系數(shù)較大。綜合指標分析表明，不同干旱脅迫下所選用的綜合指標1、2涵蓋了所有的單項指標信息。

2.3不同小麥品種種子萌發(fā)期抗旱性的綜合評價結果

運用SPSS19.0軟件分別計算不同干旱脅迫條件下相應主成分的得分值[CI（x）]，根據不同脅迫處理的綜合指標分別求出30個小麥品種萌發(fā)期的隸屬函數(shù)值U1、U2（表5），再根據萌發(fā)期各指標的權重進一步利用加權隸屬函數(shù)法求出小麥種子萌發(fā)期抗旱能力綜合評價值（D）。在10% PEG-6000脅迫干旱下，綜合分析30個小麥品種抗旱能力的強弱依次為：豫農4023>河農6331>藁優(yōu)2018>石家莊8號>中麥175>衡136>運旱20401>運旱618>新麥21>河農6119>邯麥12號>邯5316>石新828>邯6172>滄麥6005>長6154>河農6049>輪選987>長6359>河農826>洛麥21>邯4589>藁優(yōu)9908>河農825>西農928>滄麥119>長4640>石麥15>晉麥47>陜農757。

2.4聚類分析

根據D值對供試的30個小麥品種進行聚類分析（圖1），將30個小麥品種聚成5類（分別用A、B、C、D、E表示），A類品種包括豫農4023、河農6331、藁優(yōu)2018、石家莊8號、中麥175；B類品種包括衡136、運旱20401、運旱618、新麥21、河農6119、邯麥12號、邯5316、石新828；C類品種包括邯6172、滄麥6005、長6154、河農6049、輪選987；D類品種包括長6359、河農826、洛麥21、邯4589、藁優(yōu)9908、河農825、西農928、滄麥119、長4640、石麥15；E類品種包括晉麥47、陜農757。A類：D>0.75，平均值為0.83，抗旱性強；B類：D>0.55，平均值為0.64，抗旱性較強；C類：D>0.40，平均值為0.47，抗旱性中等；D類：D>0.35，平均值為0.38，抗旱性較弱；E類D>0.15，平均值為0.23，抗旱性弱。

3討論

根據我國氣象科學院統(tǒng)計，黃河以北的干旱頻率高于90%[20]，季節(jié)性干旱在華北和黃淮麥區(qū)特別明顯，小麥播種后，若遇旱無水澆，則影響小麥的發(fā)芽率、成苗率，導致田地大面積缺苗斷壟，嚴重影響小麥生產。因此，篩選萌發(fā)期抗旱小麥品種顯得至關重要。本研究以50、100、150 g/L的PEG-6000脅迫處理，PEG-6000在100 g/L時品種間差異顯著，因此，本試驗最終選取100 g/L的PEG-6000脅迫處理，研究在干旱脅迫下，30個小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性，以期為小麥抗旱品種的篩選及耐旱指標的評價提供參考。

的必要組成成分，在逆境條件下，小麥胚中的甘氨酸三甲內鹽與組織內部質膜的重組有差別[23]。

對小麥抗旱性已進行了眾多研究，但由于有些小麥品種在萌發(fā)期表現(xiàn)抗旱，有些小麥品種在幼苗期表現(xiàn)抗旱，有些小麥品種在全生育期表現(xiàn)抗旱[24]，所以至今為止并未確定一個準確、簡單、可行的綜合鑒定指標來指示小麥的抗旱性，小麥試驗中的鑒定指標只適用于植株特定的發(fā)育階段。因此，在培育抗旱節(jié)水的小麥品種時，應利用相應的綜合鑒定指標對小麥不同生育期的抗旱性進行綜合分析。

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