小麥粒型與抗旱耐鹽性相關性的研究

紀元，盛雨婷，林琪，李夕梅

（青島農業大學農學院／山東省旱作農業技術重點實驗室，山東 青島 266109）

小麥（Triticum aestivum L.）是世界重要的糧食作物，全球約30%的人口以小麥為主食，其種植總面積、總產量及消費量均居糧食作物之首，在農業生產中占據重要地位［1，2］。然而隨著水資源的日益匱乏及土地鹽漬化的日趨嚴重，干旱、鹽堿成為限制小麥產量增加和品質提高的重要非生物脅迫因子［3，4］。雖然我國幅員遼闊，但耕地面積有限，且北方產區大部分小麥全生育期都可能受到干旱脅迫［5］，不合理灌溉和耕作使農田鹽漬化現象也不斷加劇［6］。因此，抗旱耐鹽小麥新品種的培育對保障國家糧食安全具有重要意義。

眾所周知，抗旱耐鹽指標的鑒選對抗旱耐鹽品種的選育具有重要指導意義。先前研究表明，小麥胚芽鞘長度是決定小麥抗旱能力強弱的一個重要指標［7，8］；抗旱性強的小麥品種根系干質量較大［9］；水分脅迫前期，抗旱性強的小麥品種超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）等抗氧化酶活性升幅較大，而隨著水分脅迫程度的加劇，強抗旱性品種的SOD和POD活性降幅較小［10，11］；抗旱性強的品種干旱脅迫下脯氨酸增幅較大［12］，而丙二醛（MDA）含量增幅［13］和葉綠素含量降幅小［14］。由于小麥抗旱性最終要體現在產量上，蘭巨生等［15］提出了抗旱指數法。

孟祥浩等［6］研究認為，發芽率、發芽勢、胚芽鞘長、根長、苗高、第一片葉的生長速度以及苗鮮重等7個性狀指標可以作為冬小麥芽苗期耐鹽性室內篩選的有效指標；袁海濤等［16］的田間試驗表明，春季分蘗數可以作為小麥耐鹽性鑒定的重要指標；此外，前人研究認為K＋／Na＋比率［17］、細胞質膜ATP和SOD酶活性［17］、小麥幼苗根和葉的細胞膜透性［18］、（亞）精胺含量及總PAs／二（元）胺比率［19］、細胞壁羥脯氨酸（Hyp）及糖蛋白中糖分含量變化［20］、甜菜堿積累量［21］，以及體內某些蛋白質的變化［22］，均可以作為鑒定小麥耐鹽性的重要指標。

總結前人研究可看出，抗旱耐鹽指標主要集中于萌發期、苗期，還有少數成株期的報道，所有這些都要涉及小麥種子的萌發及苗期甚至成株期的培養。劉建鳳［23］研究發現，玉米粒重對其吸脹能力有一定影響；郝奇慧［24］研究發現，玉米種子寬度與種子活力相關性不顯著，但總體長度值與低溫發芽率呈極顯著正相關。小麥粒型包括粒長、粒寬、粒厚、千粒重等，是可遺傳且與小麥產量緊密相關的重要性狀［25］。當前，可利用谷物種子圖像分析儀等儀器設備方便、快捷地進行小麥粒型分析。目前尚沒有小麥粒型與抗旱耐鹽性相關關系的研究。因此，本試驗以173個小麥品種（系）為材料，利用谷物種子圖像分析儀測其粒長、粒寬、粒厚及千粒重數據；再用20% PEG溶液（模擬干旱）和150 mmol／L NaCl溶液（模擬鹽堿）分別處理種子，并于萌發期測定其相對胚芽鞘長、相對根長、相對苗高、相對發芽率和相對鮮重，繼而用綜合隸屬函數法計算每個品種（系）的抗旱耐鹽能力，進行粒型與抗旱耐鹽性的相關分析，以期豐富小麥抗旱耐鹽指標相關研究，為抗旱耐鹽小麥新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

青麥6號、德抗961、濟南17、煙農836等173份小麥品種（系），于2017—2018年在青島農業大學膠州現代農業科技示范園相同密度條播繁殖收獲。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥粒型數據的采集 用Seed Count SC 6000T谷物種子圖像分析儀，按說明書規范操作獲得不同小麥品種（系）的粒長、粒寬、粒厚及千粒重數據。

1.2.2 小麥萌發與處理 先用1% NaClO溶液對飽滿且大小一致的小麥籽粒消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗4次，再將其均勻擺入鋪有兩層濾紙的培養皿（每皿30粒）中。處理：對照組補充10 mL蒸餾水，鹽處理組補充150 mmol／L NaCl溶液10 mL，旱處理組補充20% PEG溶液10 mL，置于25℃恒溫光照培養箱中培養。每個處理重復3次。

1.3 指標測定及方法

1.3.1 小麥抗旱耐鹽形態指標的測量與計算 處理3天后，分別選取有代表性的3株發芽幼苗，使用毫米刻度尺測量胚芽鞘長；培養7天后，以芽長超過種子長的一半為標準計算發芽率；使用毫米刻度尺測量根長和苗高。用吸水紙吸干各培養皿中所有發芽和未發芽種子的水分后，用千分之一天平稱量鮮重。隨后采用莊巧生等［26］的方法計算小麥受脅迫下的相對抗旱或耐鹽系數，相對抗旱或耐鹽系數＝（旱或鹽脅迫下性狀值／對照性狀值）。

1.3.2 小麥粒型和相對抗旱（耐鹽）系數的統計分析 利用Microsoft Excel 2007對所得小麥粒型和相對抗旱（耐鹽）系數進行統計分析，包括中位數、平均值、標準差、極大值、極小值、極差、變異系數等。

1.3.3 小麥抗旱和耐鹽能力的綜合評定 利用隸屬函數值進行品種（系）各發芽指標的抗旱和耐鹽性評定。隸屬函數值公式為：R（Xi）＝（Xi-Xmin）／（Xmax-Xmin），式中Xi為各鑒定小麥品種（系）某一指標的測定值，Xmax為所有鑒定品種（系）該指標的最大值，Xmin為所有鑒定品種（系）該指標的最小值。將隸屬函數值相加并求平均值，得到各品種（系）的綜合隸屬函數值，據此再進行抗旱或耐鹽性綜合評價，綜合隸屬函數值越大，表明該品種抗旱性或耐鹽性越強。

1.3.4 小麥粒型與抗旱或耐鹽性的相關性分析 利用SPSS 22.0軟件計算粒型與抗旱或耐鹽性之間的相關系數。相關系數r的取值范圍是-1≤r≤1。0＜r≤1，呈正相關關系；r＝0，為不相關；-1≤r＜0，呈負相關關系。r的絕對值越大，相關程度越高。一般認為0.8≤｜r｜＜1，存在極強相關性；0.6≤｜r｜＜0.8，為強相關；0.4≤｜r｜＜0.6，為中度相關；0.2≤｜r｜＜0.4，為弱相關；0＜｜r｜≤0.2，為極弱相關或不相關。

2 結果與分析

2.1 不同品種（系）小麥粒型分析

173個小麥品種（系）粒型統計結果如表1所示，粒長中位數為6.35 mm，平均值為6.35 mm，極大值為7.29 mm，極小值為5.71 mm，極差為1.58 mm，變異系數為4.72%；粒寬中位數為3.45 mm，平均值為3.43 mm，極大值為3.78 mm，極小值為2.81 mm，極差為0.97 mm，變異系數為4.66%；粒厚中位數為3.12 mm，平均值為3.10 mm，極大值為3.41 mm，極小值為2.42 mm，極差為0.99 mm，變異系數為4.84%；千粒重中位數為44.53 g，平均值為44.57 g，極大值為54.66 g，極小值為31.70 g，極差為22.96 g，變異系數為10.28%。

表1 不同小麥品種（系）的粒型統計

2.2 不同品種（系）小麥抗旱系數及抗旱性綜合評價

由表2可以看出，干旱脅迫下，相對胚芽鞘長中位數為0.24，平均值為0.27，極大值為0.65，極小值為0.07，極差為0.58，變異系數為51.85%；相對根長中位數為0.37，平均值為0.40，極大值為0.93，極小值為0.12，極差為0.81，變異系數為42.50%；相對苗高中位數為0.28，平均值為0.32，極大值為1.66，極小值為0.03，極差為1.63，變異系數為59.38%；相對發芽率中位數為0.74，平均值為0.72，極大值為1.38，極小值為0.07，極差為1.31，變異系數為25.00%；相對鮮重中位數為0.70，平均值為0.70，極大值為0.99，極小值為0.26，極差為0.73，變異系數為21.43%。

表2 小麥抗旱形態指標

由圖1可知，抗旱性綜合隸屬函數值范圍在0.30～0.49內的品種（系）最多，有116個，占總數的67.05%；0.10～0.29和0.50～0.59范圍內的品種（系）數相差不大，分別是29個和23個，占比分別為16.76%和13.29%；0.60～0.80范圍內的品種（系）最少，僅有5個，占總數的2.89%。

圖1 不同小麥品種（系）旱脅迫綜合隸屬函數值分布

2.3 不同品種（系）小麥耐鹽系數及耐鹽性綜合評價

由表3可以看出，鹽脅迫下，相對胚芽鞘長中位數為0.40，平均值為0.40，極大值為0.71，極小值為0.11，極差為0.60，變異系數為32.50%；相對根長中位數為0.37，平均值為0.38，極大值為0.81，極小值為0.13，極差為0.68，變異系數為28.95%；相對苗高中位數為0.40，平均值為0.41，極大值為1.02，極小值為0.14，極差為0.88，變異系數為36.59%；相對發芽率中位數為0.75，平均值為0.74，極大值為1.07，極小值為0.33，極差為0.74，變異系數為18.92%；相對鮮重中位數為0.77，平均值為0.75，極大值為1.04，極小值為0.35，極差為0.69，變異系數為17.33%。

表3 小麥耐鹽形態指標

由圖2可知，耐鹽性綜合隸屬函數值范圍在0.30～0.49內的品種（系）最多，有98個，占總數的56.65%；0.50～0.59范圍內的有57個，占比32.95%；0.20～0.29和0.60～0.80范圍內的品種（系）相對較少，分別有8個和10個，占比為4.62%和5.78%。

圖2 不同小麥品種（系）鹽脅迫綜合隸屬函數值分布

2.4 小麥粒型與旱脅迫、鹽脅迫綜合隸屬函數的相關性分析

如表4所示，粒長、粒寬、粒厚、千粒重與旱脅迫綜合隸屬函數的相關系數分別為-0.052、-0.074、-0.107、-0.097，與鹽脅迫綜合隸屬函數的相關系數分別為-0.007、0.069、0.066和0.074，均可視為不相關。

表4 小麥粒型與抗旱、耐鹽性綜合隸屬函數之間的相關系數

3 討論與結論

3.1 不同小麥品種（系）粒型總體變異較小

小麥粒型數據統計結果顯示，粒長、粒寬、粒厚變異系數分別僅為4.72%、4.66%和4.84%，千粒重變異系數相對大些，為10.28%，說明本研究所用小麥材料的粒型豐富度較低。因為小麥高產需要群體穗數、穗粒數、千粒重等產量構成因素的協調發展，現代小麥育種工作促使小麥粒型選擇達到一個相對合理水平，從而導致當前推廣小麥品種的粒型總體差異不大。

3.2 隸屬函數法可較系統全面地綜合評價小麥抗旱或耐鹽性

隸屬函數屬于模糊評價函數的概念，其特點是評價結果不是絕對地肯定或否定，而是用一個模糊集合來表示［27］。本研究對各小麥品種（系）每一個抗旱或耐鹽指標的隸屬函數值進行累加，并取平均值，然后進行各品種（系）的綜合評價，這樣就消除了因單指標反映抗旱或耐鹽性的片面性，能夠較為系統全面地反映各品種（系）綜合抗旱或耐鹽能力。

3.3 不同小麥品種（系）抗旱、耐鹽能力變異較大

相對抗旱系數統計結果顯示，本研究所用小麥材料相對胚芽鞘長、相對根長、相對苗高、相對發芽率、相對鮮重的變異系數分別達到51.85%、42.50%、59.38%、25.00%和21.43%，而綜合隸屬函數值變化范圍在0.12～0.63之間，說明不同小麥品種（系）間抗旱性差異明顯。大部分品種（系）綜合隸屬函數值在0.30～0.49之間，為中度抗旱材料；少數品種（系）綜合隸屬函數值在0.60～0.80之間，抗旱性達到極強水平。

相對耐鹽系數統計結果顯示，相對胚芽鞘長、相對根長、相對苗高、相對發芽率、相對鮮重的變異系數分別為32.50%、28.95%、36.59%、18.92%和17.33%，綜合隸屬函數值變化范圍在0.22～0.76之間，說明不同小麥品種（系）間耐鹽性差異也較為明顯。大部分品種（系）綜合隸屬函數值在0.30～0.49之間，為中度耐鹽材料；少數品種（系）綜合隸屬函數值在0.60～0.80之間，耐鹽性達到極強水平。

3.4 小麥粒型與抗旱、耐鹽性沒有相關性

小麥粒長、粒寬、粒厚、千粒重與旱脅迫或鹽脅迫綜合隸屬函數的相關性分析表明，相關系數絕對值均小于0.2，說明小麥粒型各指標與抗旱性或耐鹽性均不相關。小麥抗旱耐鹽指標仍應以得到前人眾多研究證實的胚芽鞘長等形態指標［6-9，16］、超 氧 化 物 歧 化 酶 等 生 理 指標［10-14，17-22］、抗旱耐鹽指數［15］為主要參考。此外，還應積極挖掘抗旱耐鹽功能分子標記，以加快抗旱耐鹽小麥品種的培育。