小麥雜交后代衡9966與親本及近緣品種抗旱性比較

王梅菊 李 揚

(1.衡水學院生命科學系， 河北 衡水 053000；2.河北省農作物抗旱研究重點實驗室，河北省農林科學院旱作農業研究所， 河北 衡水 053000；3.深州市種業有限公司， 河北 深州 053800)

干旱是制約農作物產量的主要因素之一。全球干旱、半干旱地區約占土地總面積的36%，占耕地面積的43%[1]。植物對干旱的承受能力不僅僅只是與干旱強度、速度有關，而且更受其本身基因的影響[2]。相當大一部分農作物將能夠進行相關抗旱基因的表達，前提是需要在一定干旱闕值脅迫范圍內，會發生一系列的生理生化及相關形態結構等方面的變化。因此，深入探究農作物的內在抗旱原理，科學選育適合半干旱地區種植的優良農作物品種，對于水資源的合理利用和農業的可持續發展有著不同尋常的意義。

衡9966是通過雜交、回交及與60Co-γ射線輻射誘變相結合的方式選育的一個小麥新品種，于2018 年通過河北省農作物品種審定委員會審定(審定編號為 20180019)。其選育過程為：2009年配制雜交組合〔8099(良星99/小黑麥//良星99)/良星66)，收獲后對F0進行60Co輻射處理；2010年F1代選育，同時對收獲種子再次進行輻射處理，以增加優良變異；2011年—2016年后代系譜法選育。前期的研究表明，衡9966田間性狀(株高、小穗數、千粒重等)優于雙親，是一個節水、豐產、抗逆的冬小麥新品種[3]。衡9966具有正向超雙親的葉綠素含量以及葉綠素a/b比值[4]，并且具有優于親本的抗鹽性能[5]。但衡9966在干旱缺水環境下的生理表現，還未進行系統分析。本實驗以衡9966及親本良星99、良星66與近緣品種濟麥22為研究對象，研究干旱脅迫下小麥幼苗生長狀況、各項生理指標的變化，探究小麥雜交后代與親本抗旱性的差異，為今后的小麥抗旱研究與雜交育種工作提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

小麥雜交后代衡9966及其親本良星66、良星99以及近緣品種濟麥22(和良星99、良星66有共同的親本魯麥14)。由河北省農林科學院旱作所提供。

1.2 實驗方法

將4個品種的小麥種子用0.1% HgCl2消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈，濾紙法發芽。待胚根長至2 cm左右時，將萌發一致的幼苗栽種在培養盒的紗網上，每個品種30棵，1/2 Hoagland營養液培養。幼苗長至3葉期時開始干旱處理，用15%聚乙二醇6000(PEG-6000)模擬水分脅迫處理，PEG-6000用1/2 Hoagland溶液配置，對照仍用1/2 Hoagland溶液培養。采取逐日增加PEG-6000的方法，每日遞增5%，3 d后達到脅迫最終濃度15%。光周期為自然日長，溫度在15～25 ℃之間，培養過程中每5 d更換1次培養液。處理15 d后進行各實驗指標的測定。每個處理至少3次重復。

1.3 指標測定方法

用電子天平分別稱量地上部分和根部鮮重，計算根冠比。

硫代巴比妥酸顯色法測定丙二醛(MDA)含量，脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法，超氧化物歧化酶(SOD)的測定采用氮藍四唑(NBT)法，紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)活性，愈創木酚法測定過氧化物酶(POD)活性[6]。

變化率(%)=[(處理-對照)/對照]×100%。

1.4 數據分析

采用Excel 2010軟件進行分析，隸屬函數法計算各品種的抗旱隸屬函數，確定抗旱等級[7]。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同品種小麥鮮重及根冠比的影響

干旱脅迫后4個品種小麥鮮重降低，表明干旱缺水已影響到小麥的生長。其中衡9966鮮重降低幅度較小。干旱脅迫下，為了保證水分的吸收，植物往往通過增加根系體積來加強水分的吸收。表1表明，除濟麥22根冠比變化較小外，其余3個品種的根冠比均表現為顯著增加。

表1 干旱脅迫下不同品種小麥鮮重及根冠比的變化

供試材料測定指標 鮮重/g 根冠比 對照干旱處理變化率/%對照干旱處理變化率/%良星992.70A2.32A-14.10.37B0.47A35.9良星663.27A2.82A-13.80.34B0.50A45.7衡99663.05A2.75B-9.80.40B0.57A42.5濟麥223.2A2.83B-11.60.42AB0.48A20.0

注：表中同行不同大寫字母表示差異極顯著(p>0.01)。下同。

2.2 干旱脅迫下不同品種小麥丙二醛含量的變化

丙二醛(MDA)是植物細胞在干旱脅迫下膜脂過氧化的產物，它對細胞具有很強的毒性，不僅嚴重破壞膜和細胞中的許多生物功能分子，而且還會參與破壞生物膜的結構與功能，因而是膜系統受傷害的重要標志之一[8]。由表2可見，干旱脅迫下親本良星66和良星99丙二醛含量差異顯著，良星99升高幅度達78.9%，衡9966變化不顯著，升高幅度最低。

表4 水分脅迫下小麥抗氧化酶活性的變化

品種生理指標 SOD/(U·g-1) CAT/[U·(g·min)-1] POD/[△A470·(g·min)-1] 對照干旱處理變化率/%對照干旱處理變化率/%對照干旱處理變化率/%良星99114B148A29.8182.6A158.0A-535382A29645B-16.21良星66101B128A26.7175.1A114.8B-3431889A23484B-26.36衡9966123B164A33.3182.4A202.6A11.125639A21980B-14.27濟麥22132A140A6.1202.2A157.1B-2222924A22268A-2.86

表5 水分脅迫下不同品種小麥的各項隸屬函數值

品種鮮重根冠比丙二醛脯氨酸SODPODCAT隸屬度良星9900.18000.6210.400.31良星660.860.710.900.810.20000.50衡99661110.3210.2710.80濟麥220.9500.64100.510.300.49

表2 水分脅迫對小麥丙二醛含量的影響

品種ck/(μmol·g-1)干旱/(μmol·g-1)變化率/%良星990.0159B0.0214A34.59良星660.012B0.0149A24.7衡99660.0155A0.0164A5.8濟麥220.0175B0.0194A11.2

2.3 干旱脅迫下不同品種小麥脯氨酸含量的變化

脯氨酸具有較強水合能力，是極其適合的滲透介質。干旱脅迫下脯氨酸積累在保護小麥耐旱方面通過以下2種途徑，一是通過其偶極性，膜蛋白結構的完整性得到保護，同時，膜的柔韌性也有改變；二是增強了小麥的滲透調節作用，使組織的抗脫水力增強。因此可視為作物自身的一種保護性適應對抗外界干旱環境的措施[9]。由表3可知，4個品種小麥葉片中脯氨酸含量在干旱處理下急劇上升，與對照相比差異顯著，其中濟麥22變化率最大。

表3 水分脅迫下小麥脯氨酸含量的變化

品種ck/(μg·g-1)干旱/(μg·g-1)變化率/%良星9962B229A269良星6654.7B235.9A332衡996655.2B215.8A289濟麥2248.9B219.5A349

2.4 干旱脅迫對不同品種小麥抗氧化酶的影響

超氧化物歧化酶(SOD)是植物體內重要的抗氧化酶，原因在于減輕了超氧負離子本身及其所產生的其它活性氧對機體的傷害，作為自然界唯一一個以氧自由基為底物的酶，可以淬滅超氧負離子產生H2O2，組成了細胞體內第一條抗氧化防線，一般來說，水分脅迫下植物體內的SOD活性與植物抗氧化能力呈正相關[10]。由表4可見，4個品種的超氧化物歧化酶(SOD)活性在干旱脅迫下均升高，衡9966升高幅度最大。

由于過氧化氫酶的特性是能將H2O2分解為H2O和O2，能大量減少由過氧化氫(H2O2)誘發的單線態氧(O2-)以及產生的某些自由基，能夠在干旱脅迫條件下起到保護植物、延緩植物衰老的作用。由表4可知，良星66、良星99和濟麥22的CAT活性在干旱脅迫下均降低，差異顯著，且只有衡9966活性升高。

POD是廣泛存在于植物中的一種抗氧化酶，它與CAT作用類似，把H2O2轉化為H2O。由表4可見，4個小麥品種的POD活性在干旱脅迫下均降低，降低幅度不同，濟麥22降低較少，衡9966次之。

2.5 干旱脅迫下不同品種小麥的各項隸屬函數值

將每一供試材料主要性狀的具體隸屬值進行累加，求平均值得到該材料的隸屬度。根據隸屬度控制四級制劃分標準以及表5可知，4個小麥品種的隸屬抗旱性順序為衡9966>良星66>濟麥22>良星99。

3 結論與討論

干旱脅迫下，植物體的生理生化過程發生不同程度變化，MDA含量、脯氨酸含量、抗氧化酶等一些與抗旱性關系密切的指標可作為抗旱性鑒定指標[11]。在本實驗中，衡9966在鮮重和根冠比的變化均表現出較好的抗旱性能。Riesa等研究認為，MDA含量高低和細胞膜透性的改變是反映細胞膜脂過氧化作用強弱和脂膜破壞程度的重要指標[12]。研究表明，抗旱性較強的小麥品種在干旱脅迫下能夠保持較低水平的MDA[13-15]，本實驗表明，雖然4個品種的丙二醛含量均升高，但衡9966的丙二醛變化率最低，表明衡9966減緩干旱傷害的能力較強。滲透調節是植株抵抗水分脅迫的一種重要方式，小麥的滲透調節也主要通過脯氨酸等親和性溶質的積累來體現[16]，干旱脅迫下，4個品種的脯氨酸含量均大幅度升高。

植物細胞在長期進化過程中形成了防御活性氧離子毒害的保護酶系統，其中主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)，來維持植物體內活性氧離子代謝的動態平衡[17]。本實驗表明，小麥在干旱脅迫時葉片組織內的SOD活性升高，且由于4個品種小麥抗旱性存在著差異，SOD活性上升的的幅度也不盡相同，衡9966和親本均有較高幅度的上升。而小麥葉片中CAT活性變化除衡9966活性上升外，其它3個品種小幅降低。所有小麥葉片POD的活性均降低，推測可能是干旱脅迫引起的POD、CAT活性變化可能存在滯后效應，但抗旱性強的品種往往表現出較高的酶活性或下降幅度較低[16,18]。

抗旱性是一個受多因素影響復雜的數量性狀，不同品種小麥對某一單項理化指標的抗旱性反應不一定相同，植物的抗旱性是由于多因素的相互作用相互疊加的結果。因此，若用單一指標難以全面準確地反映各品種抗旱性的強弱，利用隸屬函數分析可以對材料進行綜合評價。根據隸屬度可知， 4個品種中，雜交后代衡9966隸屬度最高，達到了0.80，抗旱性相比于親本和近緣品種有較大程度的提高，至于生育期是否保持較強的抗旱性還有待于進一步研究。衡9966高于親本的抗逆性是否是由于60Co輻射引起了基因突變也有待于基因水平的進一步揭示。