小麥種質資源的抗寒性鑒定及品種篩選

趙瑞玲,趙勇,易騰飛,肖軼嬈,張樹華,楊學舉*

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小麥種質資源的抗寒性鑒定及品種篩選

趙瑞玲1,趙勇2,易騰飛2,肖軼嬈3,張樹華1,楊學舉1*

1. 河北農業大學 生命科學學院, 河北 保定 071000 2. 河北農業大學 農學院, 河北 保定 071000 3. 邢臺市農業科學研究院, 河北 邢臺 054000

低溫凍害嚴重影響小麥的產量和品質。為了鑒定不同小麥品種的抗寒性，篩選出抗寒性較強的育種材料，本研究以534份小麥品種為供試材料，種植于保定、淶源、青縣三個試點，返青前調查凍害等級、死苗率和枯葉率。結果表明，小麥的死苗率和枯葉率與凍害等級呈極顯著正相關（=0.562、0.795），可作為小麥抗寒性鑒定、篩選的重要指標。綜合淶源環境下的3個抗寒指標，利用NTsys-2.10e軟件進行遺傳相似系數分析，將供試材料聚成4類。篩選出遠大1號、樂639、運旱618、河農6425、科遺11-6072、京冬8號、中麥175、河農6049、農大211、輪選987等品種為抗寒性強的小麥品種。

小麥; 抗寒性; 品種篩選

植物的生長過程受外界環境溫度的影響[1]，低溫對植物的影響不僅是種植范圍，而且還會影響其產量和品質[2]，引起小麥生長發育期間一系列的適應性變化，這可以從植株外部特征（死苗、死蘗、枯葉等）[3]和內部生理因素變化方面來判定[4]。目前，冬小麥抗寒性鑒定的方法主要有田間直接鑒定、室內人工模擬氣候鑒定和間接抗寒性鑒定3種方法[5]。田間鑒定是從外部特征研究小麥抗寒性，例如計算枯株、枯莖的百分率法和田間目測法等田間直接鑒定方法，對小麥的外部特征變化進行統計調查。凍害等級是對品種抗寒性最最直觀的鑒定方法,但在實際應用中有一定的局限性,比如在幼苗全部凍死或沒有明顯凍害發生時,就很難通過凍害等級對品種抗寒性進行鑒定[6]。同時由于受低溫脅迫程度不同的影響，抗寒差別較小的品種也很難通過田間鑒定的方法加以區別[7]，而死苗率和枯葉率是通過田間計數法區分品種間抗寒性大小，量化性強，準確性高，不受主觀因素影響，調查時間更靈活。

此外，種植地區的選擇也會影響鑒定結果的準確性。氣候條件適宜不足以引起凍害發生或太過嚴寒的地區均不適合進行抗寒性鑒定試驗。因此本研究選取保定、淶源、滄州3個試點，利用534份小麥品種材料，通過測定小麥抗寒相關性狀（凍害等級、死苗率、枯葉率），評價不同小麥品種的抗寒性，篩選出抗寒性強的小麥品種，為小麥抗寒性育種提供優良的品種資源和理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

為了擴大遺傳基礎，選取了521份我國小麥主產區（河北、河南、山東、北京、山西、陜西、安徽、江蘇、天津等省市）的主推品種和區域試驗中的育種高代材料，以及13份美國、墨西哥、意大利等國家影響力大且廣泛種植一些小麥品種資源，這些品種在河北省生長發育正常，綜合表現較好。共534份（圖1）。該群體來源廣泛，且在抗寒性上差異大。

圖1 534份小麥品種地區分布

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗設計2016年，在平均氣溫較低、氣候條件嚴酷的北部冬麥區選取保定（E115°48′，N38°85′）、淶源（E114°67′，N39°37′）、青縣（E116°83′，N38°33′）3個試點種植（試點年氣溫變化圖2）。采用完全隨機設計，行長150 cm，行距25 cm，株距2.5 cm，3次重復。地塊周圍設有保護行，常規田間管理，土地肥力均勻，生長期間沒有發生嚴重病蟲害和倒伏。于2月底~3月初小麥返青后，調查植株凍害等級，根據凍害的變化，確定抗寒性鑒定最適宜地點，調查死苗率和枯葉率。

圖2 3個試點年氣溫變化圖

1.2.2 凍害等級的鑒定依據葉片和莖受凍害程度進行鑒定，并分為5級，參照申宗坦[8]鑒定方法：

0 級：其葉片沒有凍死部分；

1 級：其葉片凍死部分僅限于葉尖，下部葉片未受凍或很少，全田綠色葉多；

2 級：葉片凍死部分少于綠葉部分，但下部葉凍死者較多，地面有枯黃葉；

3 級：葉片凍死部分多于綠葉部分，地面可見整片枯葉，綠色葉片較少；

4 級：上下部葉片全部凍死枯黃，見到全是枯葉，甚至全株死亡。

記載時，可增設“+”、“-”符號做補充，如2+表示比2級凍害重些，2-表示比2級凍害輕些。

1.2.3 死苗率的測定小麥出苗后，在調查地塊每行選取1 m，調查其中幼苗株數，并用竹簽做好標記。返青后，挖苗調查統計小麥總株數、死苗數，計算小麥死苗率；死苗率=死苗數/總株數×100%[9]。

1.2.4 枯葉率的測定在返青后尚未出現新葉時，每個品種隨機選取10株，取全部葉片，通過測量小麥葉片長寬，計算小麥總葉面積和枯葉面積，統計枯葉率；葉面積=長×寬×0.78；枯葉率=枯葉面積/總葉面積×100%[10]。

1.2.5 數據分析采用Excel 2007軟件對所得數據進行方差分析，SPSS 19.0軟件進行相關性分析，NTsys-2.10e軟件進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同地點小麥凍害等級差異比較

由保定、淶源、青縣3個試點的凍害等級表型分析可知（表1），在淶源試點，凍害等級的最小值為1+，最大值為4，變異系數最大，為23.97%；保定試點凍害等級的最小值1+，最大值為3，變異系數12.23%，居中間水平；青縣試點凍害等級最小值為1+，最大值為3，變異系數最小，為10.44%。因此淶源試點是較適合小麥進行低溫凍害處理的區域，有利于進行小麥抗寒性鑒定試驗。而在保定和青縣抗寒性的區分度相對較小，變異系數較低，說明這兩個地區的溫度和氣候條件對小麥品種有較弱的選擇性，不適合進行小麥抗寒性的鑒定。

表1 不同地區凍害等級表型分析

注：1+，2-，2，2+，3-，3，3+，4分別由4，5，6，7，8，9，10，11代替凍害等級。

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 淶源試點小麥抗寒指標表型分析

在淶源地區采用了3種抗寒性鑒定指標，分別為凍害等級、死苗率和枯葉率。

2.2.1 凍害等級表型分析534份小麥品種的凍害等級分布在1+、2-、2、2+、3-、3、3+、4，8個等級（圖3），其中主要集中在2級和3級，品種數量分別為104個、117個，分別占參試總數的19.48%、21.91%；其次為2-、2+和3-級，品種數量分別為81和95個，分別占參試總數的15.17%、17.79%；抗寒性差的品種（4級）最少，數量為7個，僅占參試總數的1.31%。

圖3 淶源試點小麥凍害等級分布

2.2.2 死苗率的表型分析534份小麥品種死苗率變異范圍0~100%，平均值為50.64%，變異系數為58.95%。均勻分布在5個區間（圖4）。除60.01~80.00%這個區間數量最少，其他各個區間的小麥品種數量相近。其中在80.01~100.00%區間的數量最多，該區間的小麥品種抗寒性差，不適合種植于寒冷地區，其次在0~20.00%和20.01~40.00%區間數量相同，該區間小麥品種抗寒性相對較好。

表2 死苗率表型數據

圖4 淶源試點小麥死苗率區間分布圖

2.2.3 枯葉率表型分析534份小麥品種枯葉率變異范圍15.00~100.00%，平均值為71.19%，變異系數為29.05%。小麥枯葉率分布在5個區間（圖5），各區間分布較為均勻。其中分布在0~20.00%區間數量最少，為63個，占參試總數的11.80%，此區間的小麥品種抗寒性較強。80.01~100.00%區間的數量較多，為133個，占參試總數的24.90%，此區間的小麥品種抗寒性相對較差。整個區間的品種分布趨勢與死苗率大致相同。

表3 枯葉率表型數據

圖5 淶源地區小麥枯葉率區間分布圖

2.3 抗寒指標的相關性分析

對死苗率、枯葉率與田間凍害等級進行相關性分析可以看出，在調查的534份品種（系）中，死苗率與田間凍害等級、枯葉率與田間凍害等級、死苗率與枯葉率之間呈極顯著相關（=0.562、0.795、0.709）。表明低溫凍害后，通過小麥的死苗率和枯葉率可以間接判定小麥的凍害等級（表4）。

表4 凍害等級、死苗率、枯葉率相關性分析

注：**表示0.01水平上顯著相關。

Note: ** indicates significance at 0.01 level.

2.4 小麥抗寒品種的篩選

利用NTsys-2.10軟件中的DICE法計算樣品間的相似系數，然后利用SAHN Clustering進行不加權成對算數平均法對534份小麥材料的三個抗寒指標進行系統聚類分析，從而得到該群體的UPGMA聚類圖（圖6）。將534份小麥材料劃分成4大類群，遺傳相似系數為0.105。4大類群分別用A、B、C、D來表示，其中，A類共212份材料，全部來自國內河北、河南、山西、陜西、北京、山東、江蘇、安徽省份（表5）（圖7），河北省、山西省和北京市的供試材料主要分布在此類中，分別占各自省（市）份供試材料總數的51.06%，53.57%和48.89%。例如品種遠大1號、樂639、運旱618、河農6425、科遺11-6072、京冬8號、中麥175、河農6049、農大211、輪選987等品種，該類特點是凍害等級小于2+，死苗率在5.00%~60.00%之間，枯葉率低于70.00%，品種抗寒性強。

B類共51份材料，包括國內河北、河南、山西、北京、天津、山東、江蘇省份的50份品種（系），以及國外的1份材料，其中，天津市的小麥供試材料全部分布在此類中。例如品種邯00~7050、冀麥26、石家莊8號、石新618、H6756、運旱20410、CA0045、輪選061、津農6號、津07214、阿夫（意大利）等品種，該類特點是凍害等級低于3-，均值為2，死苗率在5.00%~55.00%之間，枯葉率在22.00%~89.34%之間，品種抗寒性較強。

C類共247份材料，包括國內河北、河南、山西、陜西、北京、山東、江蘇、安徽、甘肅省份的235份品種（系），以及國外的12份材料，其中，河南省、陜西省、山東省、江蘇省、安徽省和國外的供試材料主要分布在此類中，分別占各自省（市）份供試材料總數的52.17%，82.14%、55.48%、48.00%、81.82%和92.31%，甘肅省供試材料全部分布在此類中。例如品種邯早1號、分支1號、百農160、小偃22、豐德存1號、寧麥資22、花培3號、山農08-29、博北3、原始AI敗、馬奎斯（加拿大）、Seri（墨西哥）、Atlas66（美國）等品種；該類特點是凍害等級在2~4之間，死苗率在20.00%~100.00%之間，枯葉率在23.97%~100.00%之間，品種抗寒性較弱；

D類共24份材料，全部來自國內河北、河南、山西、陜西、北京、山東、江蘇、安徽省份，例如洛麥24、西農529、徐麥29、徐8133、阜84111、課15、W11031等品種，該類特點是凍害等級在3-~4之間，死苗率在53.10%~100.00%之間，枯葉率在59.14%~100.00%之間，品種抗寒性弱；

表5 各地區小麥品種在A-D類中的百分比

圖6 534份小麥表型性狀聚類圖

圖7 各地區小麥品種在A-D類中的分布圖

3 討論

淶源位于河北省保定地區西北部，太行山北端，冬季嚴寒，平均溫度比保定和青縣地區低，更容易區分各個小麥品種的抗寒性大小，因此在本地區進行小麥品種的抗寒性鑒定試驗最具有代表性。

小麥能否安全越冬主要取決于品種的抗寒性，但也受其它因素如水肥管理措施、種植技術等影響[11]。首先，播種深淺影響小麥的抗寒性。冬小麥適宜的播種深度為4~5 cm，播種過淺，分蘗節露于地表，易發生凍害；播種過深，出苗緩慢，抗寒性差[9]。因此開溝后先檢查溝的深度是否一致，播種時播于溝的最底部，蓋土鎮壓，最后摟平。并且，Marshall等[12]認為，種植0.5~1.5 m單行重復小區是田間鑒定選擇最可靠有效的方法。其次，播種時間對小麥的抗寒性影響很大。適期播種可以充分利用冬前的有效生長積溫，利于麥苗安全越冬[13]。因此，播種時期要適宜且不同品種同期播種。此外，肥水管理也同樣影響小麥的抗寒性。一些元素如氮[14]、鉬[15]、硅[16]等，對增強小麥抗凍能力有一定作用，因此，土壤中的肥水含量必須均勻一致，每個品種增設重復來降低外界因素影響。

小麥抗寒性是小麥生產應用中的一個重要特性，也是反映小麥生長發育特性,決定其適應性、穩產性的一個重要指標[17]。品種類型不同其抗寒能力有很大差異，根據供試小麥品種在苗期對抗寒性表現的不一致性，基本上可以把抗寒品種與不抗寒品種區分開。本研究以凍害等級、死苗率以及單株枯葉率為3個抗寒鑒定指標，對534個小麥品種進行初步抗寒性鑒定。結果表明，在本試驗中抗寒性強的小麥品種有遠大1號、樂639、運旱618、河農6425、科遺11-6072、京冬8號、中麥175、河農6049、農大211、輪選987等，適宜在北部冬麥區等寒冷地區廣泛種植。另外一些品種如邯00-7050、冀麥26、石家莊8號、石新618、H6756、運旱20410、CA0045、輪選061、津農6號、津07214等抗寒性較強，適宜在北部冬麥區、黃淮北片麥區等地區種植；邯早1號、分支1號、百農160、矮抗58、豐德存1號、晉麥30、陜160、山農08-29、博北3、原始AI敗等品種抗寒性較弱；邯早1號、分支1號、百農160、矮抗58、豐德存1號、晉麥30、陜160、山農08-29、博北3、原始AI敗等品種抗寒性較弱；洛麥24、西農529、徐麥29、徐8133、阜84111、課15、W11031等品種抗寒性弱，適宜在黃淮南片麥區等較溫暖地區種植。與游光霞[18]、曹文昕[19]、王永玖[20]、吳青霞[21]、徐瀾[22]等人小麥抗寒性篩選的結果有一致性和差異性。這可能與參試品種的鑒定地區有關，有些品種可能不是當地適應的生態型，或者品種的其他生育特性(如苗穗期短)掩蓋了其抗寒性表現。

4 結論

本研究主要以凍害等級、死苗率和枯葉率3個指標，對我國主推小麥品種進行鑒定及篩選。結果表明：品種抗寒能力較好，小麥凍害等級、死苗率和枯葉率較低，反之，該品種的抗寒能力則相對較差。且小麥死苗率、枯葉率與凍害等級呈顯著正相關也表明，小麥越冬期的死苗率、枯葉率可與凍害等級同時作為小麥田間抗寒性鑒定的重要指標。遠大1號、樂639、運旱618、河農6425、科遺11-6072、京冬8號、中麥175、河農6049、農大211、輪選987等品種抗寒性強，適宜在北部冬麥區等較寒冷地區廣泛種植。

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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

國家重點研發計劃項目:黃淮冬麥區北片高產優質節水小麥新品種培育(2017YFD0100600);河北省科技支撐計劃項目:冬小麥種質資源與育種技術創新(16226320D)

趙瑞玲(1992-),女,碩士研究生,從事小麥性狀遺傳與改良研究工作. E-mail:zrling000@163.com

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