不同抗旱型小麥品種根系生長特性研究

張學品， 馮偉森， 李團飛， 丁志強， 吳少輝， 楊洪強，溫紅霞， 顧晶晶， 田文仲

(1.洛陽農林科學院， 河南 洛陽 471022； 2.洛陽市科技情報研究所， 河南 洛陽 471003)

干旱是造成農作物減產、農業效益降低的因素之一，也是影響糧食安全的主要因素之一[1]。小麥是我國最主要的糧食作物之一，其產量的主要影響因素取決于滿足生長發育的水分需求。在農作物水分和營養調控機制中，由于根系是主要的器官，因此根系的發達程度直接決定了土壤水分的有效運輸機制，在一定程度上影響地上部分生物產量和經濟產量[2]，這在小麥抗逆選擇中具有重要作用[3]。前人對小麥根系的研究，主要在其生長與構型分布，根系形態與地上部分的相互關系，以及干旱脅迫對根系形成及結構的影響[4-6]。相關研究證明，根系生物量、根體積、表面積、根系活力等與小麥產量存在相關關系。根系的深淺和體積大小主要受土壤水分滲透的深度和范圍決定。有研究表明，在土壤相對含水量為50%～70%時，是小麥根系生長的適宜范圍，而當土壤相對含水量在40%以下，小麥根系生長就受到限制；當土壤相對含水量超過70%以上，小麥根系也受到抑制[7-8]。對于根系的研究，前人主要是用盆栽、土鉆法[9-11]或大型土柱法進行[12]，采用根系掃描儀掃描根量和根表面積報道相對較少。本試驗利用小麥根系研究池，用根系掃描儀對不同品種的整株根系進行掃描，分析不同小麥品種總根長、根表面積、根體積、次生根數。

1 材料與方法

1.1 供試品種

3個不同類型的旱地品種：旱肥地品種洛旱8號；旱薄地品種洛旱13、晉麥47(ck)。

1.2 試驗設計

2014—2015年度在洛陽農林科學院根池設置試驗，將參試品種種植在PVC管內，出苗后每管定苗1株，每個品種15根管柱。管柱試驗用土每50 kg施純N、純P、純K分別為20 g、35 g、25 g，N肥總施肥量的50%作為基肥施入，在拔節期灌水時追施剩下的50%，P、K肥全部作基肥施入。

1.3 根系測定方法

到小麥開花期時，每個品種取5根管柱，放水池中浸泡12 h以上至土層松軟后，用水沖洗干凈，把干凈根系放到Epson-V 10 根系掃描儀中進行掃描，然后用根系掃描分析儀(加拿大WinRHizo)對平均直徑、表面積、根長、根體積等根系指標進行分析。蠟熟期每品種收獲5株，單株計算產量。

1.4 數據處理

用SPSS 22.0和Excel 2010軟件進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同旱地小麥品種間產量及成產三因素的方差分析

對不同品種產量性狀進行方差分析，結果(表1)表明，品種間穗粒數、單株成穗數表現極顯著性差異，千粒重和產量表現顯著性差異。說明品種間地上部產量構成因素生長差異較大。

表1 不同旱地小麥品種間產量及產量構成因素的方差分析

2.2 不同品種間產量及產量構成因素比較

由表2可知，成穗數表現洛旱8號最高，其次為對照晉麥47，洛旱8號較對照高0.42穗，高8%；穗粒數表現洛旱13最高，其次為對照，洛旱8號最低，洛旱13比對照高4.48粒，高14.4%；千粒重和產量表現洛旱8號和洛旱13均高于對照，分別較對照高2.52 g、4.2 g和0.89 g、0.31 g，較對照分別高6.14%、10.24%和11.45%、3.99%。

表2 不同品種間產量及產量構成因素多重比較

2.3 不同品種間根系生長發育指標的方差分析

對3個品種間根系生長發育指標進行方差分析，結果表明，品種間總根長、根表面積、根體積、次生根條數和根生物量達極顯著性差異(表3)。說明除根平均直徑外，品種間根系生長差異較大，與各品種地上部產量構成因素特性差異相一致。

表3 不同品種間根系指標的方差分析

2.4 不同品種間根系生長發育指標分析

由表4可知，洛旱8號和洛旱13的總根長、根表面積、根體積和次生根數均顯著高于對照，洛旱8號較對照高5 548.23 cm、457.54 cm2、3.32 cm3、9條，增幅為59.45%、57.73%、60.47%、34.62%；洛旱13較對照高2 624.95 cm、202.76 cm2、1.28 cm3、7.7條，增幅為28.12%、25.59%、23.32%、29.62%。根干重表現，洛旱8號顯著高于對照，較對照高0.66 g、高41.51%；洛旱13的根干重高于對照但差異不顯著。根平均直徑和地上干重3個品種間差異不顯著。

表4 不同品種間根系分析多重比較

2.5 不同品種根系性狀間與單株產量的相關性分析

根系性狀與單株產量的相關性分析表明(表5)，總根長、根表面積、根體積、次生根數和根干重均與單株產量呈極顯著正相關。總根長與根表面積、根體積、次生根數和根干重呈極顯著正相關。由此可見，品種選育時應選擇植株根系密集發達、根長較長、次生根較多的單株，有利于提高產量。

表5 不同品種根系性狀與單株產量的相關性分析

3 結論與討論

研究結果表明，洛旱8號和洛旱13總根長、根表面積、根體積和次生根數均顯著高于對照，洛旱8號和洛旱13的千粒重和產量均高于對照，洛旱8號較對照高2.52 g和0.89 g，增幅為6.14%和11.45%；洛旱13較對照高10.24%和3.99%。說明在旱地小麥品種選育和對小麥品系的選擇鑒定中，應該選擇小麥植株根系發達的品系，有利于延長地上部綠色器官的功能期，提高光合效率和籽粒產量。

小麥根系是吸水的主要器官，它從土壤中吸收大量的水分，滿足小麥生長和發育的需要，有活力的根系有利于小麥從更廣闊的土壤范圍內吸收水分和養分，對健壯植物的生長和地上部分一樣十分重要。開花期根系的生長發育對作物生產非常重要[13]。根系生物量是衡量根系發達程度和吸收能力強弱的關鍵指標[14-15]。干旱脅迫的地區，開花期根長及根密度較高有利于提高產量。楊榮光等[16]認為，大根系品種成為衡量小麥抗旱性的重要指標。理論與實踐相結合，根系發達，分布廣泛，根密度大，根冠比大的植株性狀，往往是育種家選擇抗旱作物的標準[17]。在遺傳育種過程中，利用技術手段選擇苗期根系深層發達、開花期根系密度大、成熟期根系活力衰亡較快的材料，可能更有利于旱地小麥產量的提高[18]。根、莖、葉是農作物重要的三大營養器官，根系在農作物的生育期和產量形成期都至關重要。在干旱脅迫上研究根系的生物學特征特性以及根系吸水率，這對旱作農業具有較高的指導作用[19]。根系與作物的耐旱性關系十分密切[20]，人們利用根系的發達與否判斷作物的抗旱能力[21]。因此，在旱地小麥育種中，根系農藝性狀的改良與選擇，是今后小麥育種中重要的選擇目標之一，選育根系發達、根深、根長、表面積大的旱地小麥新品種，對旱作農業的發展具有非常重要的意義。能否利用根池，在不同水分處理、不同生育時期，進一步對旱地小麥品種根系生長特性進行研究，是今后根池根系研究新的方向。