不同麥類種質抗旱性評價及優異種質篩選

2022-10-19 10:45:08王振平呂迎春虎夢霞馬小樂楊芳萍

麥類作物學報 2022年10期

郭瑩，王振平，呂迎春，虎夢霞，馬小樂，楊芳萍

(1.甘肅省農業科學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學農學院，甘肅蘭州 730070；3.新疆天浩種業有限公司，新疆昌吉 831100)

干旱脅迫是限制小麥產量潛力有效發揮的關鍵因素，抗旱節水品種在農業生產中發揮了重要作用；但因種質資源的重復性應用，使優異育種親本的選擇變得日漸困難，從小麥近緣種或其他物種發掘優異資源顯得非常迫切。小黑麥生物學產量高、抗旱、抗寒、耐鹽、耐瘠薄，籽粒和秸稈含有較高的蛋白質和賴氨酸含量；硬粒小麥品質好，蛋白質含量較普通小麥高，有較高的濕面筋和類胡蘿卜素含量；人工合成小麥具有廣泛適應性，谷蛋白遺傳變異豐富。研究人員利用這些小麥近緣種和普通小麥雜交，選出許多具有抗病、抗蟲等優良特性的小麥新品系、附加系、代換系和易位系等新種質。

因此，本研究以引自CIMMYT的普通小麥、合成小麥、硬粒小麥和小黑麥為材料，在水分脅迫和正常灌溉條件下，測定其葉綠素熒光參數、產量及其構成因素，并用灰色關聯度分析抗旱指數與熒光參數間的關系，以期篩選葉綠素熒光參數中評價抗旱性的有效指標，揭示不同麥類種質間抗旱性差異及其原因所在，發掘豐產、抗旱性突出的材料，為小麥遺傳改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和設計

試驗所用材料引自CIMMYT，包括灌溉圃小麥(BW)12份、干旱半干旱圃小麥(AW)12份、合成小麥(HC)12份、硬粒小麥(YL)12份、小黑麥(XHM)12份，以上材料能代表CIMMYT各類種質的特征特性。用當地主栽小麥品種寧春4號(CK)、西旱2號(CK)為對照。試驗設在蘭州新區上川鎮(北緯36°42′14″、東經103°38′29″，海拔1 880 m，生育期降雨量為186.9 mm)和甘肅省農科院黃羊鎮試驗場(北緯37°40′8″、東經102°51′19″，海拔1 760 m，生育期降雨量113.4 mm)，設正常灌溉(W，即在拔節期和抽穗期灌溉，蘭州總灌溉量為3 000 m·hm，黃羊總灌溉量為 3 750 m·hm)和水分脅迫(D，即全生育期不灌溉)兩個處理，每品種播種5行，行長5 m，行距 0.2 m，3次重復，隨機區組排列。田間肥、水、草管理同當地大田。

1.2 性狀和參數測定方法

農藝性狀鑒定：記載出苗期、抽穗期、成熟期；成熟后每份材料隨機取20莖，考查株高、穗長、可育小穗數、穗粒數和千粒重，按品種單收記產。

1.3 數據分析

采用Excel 2010整理數據并做圖，用DPSv 7.05進行灰色關聯度分析，用SPSS 18.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同麥類作物農藝性狀、產量與抗旱指數比較分析

由表1可知，黃羊點的株高明顯低于蘭州點，這可能與蘭州點降水量高有關；蘭州點的小穗數、穗粒數也明顯高于黃羊點，這是因為蘭州點生育前期溫度低，利于幼穗分化。黃羊點千粒重為44.96～60.80 g，顯著高于蘭州點(36.24～48.20 g)，這可能因黃羊點緯度較蘭州點高，光照充足，日溫差較蘭州大，有利于籽粒灌漿。水分脅迫下，供試材料的農藝性狀整體均下降，黃羊點株高、穗粒數、千粒重的降幅較蘭州點大，而小穗數的降幅較蘭州點小；蘭州點麥類作物減產主要由小穗數減少而引起，而黃羊點主要由千粒重降低而導致。水分脅迫主要影響灌溉圃小麥、小黑麥的穗粒數，硬粒小麥的千粒重，干旱半干旱圃小麥的穗粒數和千粒重；而在蘭州點水分脅迫主要影響合成小麥的穗長和小穗數，在黃羊點主要影響合成小麥的穗粒數和千粒重，說明水分脅迫對不同麥類作物產量構成因素的影響程度不同。

由表2可知，與正常灌溉相比，水分脅迫下所有參試材料均減產，黃羊點減產幅度較蘭州點大，這與生育期蘭州點降雨量高有關。小黑麥正常灌溉下籽粒產量為6 548.00～ 8 860.00 kg·hm，水分脅迫下產量為 4 842.00～ 7 137.00 kg·hm，兩種處理下產量均居參試作物第一位，其次為干旱半干旱圃小麥，硬粒小麥在水分脅迫下產量最低。在水分脅迫下，蘭州點僅合成小麥、硬粒小麥的產量低于對照寧春4號，其他麥類種質產量均高于對照；黃羊點僅小黑麥產量高于寧春4號，其余類型材料均低于對照或與對照相當。蘭州點供試材料的抗旱指數 (0.684～0.946)整體高于黃羊點(0.516～ 0.825)。蘭州點抗旱指數從高到低依次為小黑麥、灌溉圃小麥、干旱半干旱圃小麥、合成小麥、硬粒小麥，黃羊點依次為干旱半干旱圃小麥、小黑麥、灌溉圃小麥、合成小麥、硬粒小麥。從兩試點平均抗旱指數來看，小黑麥抗旱指數最高，合成小麥和硬粒小麥最低。在水分脅迫程度較高的黃羊點，干旱半干旱圃小麥的抗旱指數較灌溉圃小麥高，并且變異系數較小，說明干旱半干旱圃小麥在水分脅迫下的穩產性較灌溉圃小麥好。總體評價5種麥類作物，小黑麥、干旱半干旱圃小麥抗旱性較強，其次為灌溉圃小麥、合成小麥、硬粒小麥。

2.2 水分脅迫對麥類種質葉綠素熒光參數的影響

W：正常灌溉；D：水分脅迫；JS:拔節期；HS：抽穗期；GS：灌漿期。圖柱上不同字母表示不同水分處理和麥類種質間差異顯著(P<0.05)。下同。

表1 不同水分處理下麥類作物農藝性狀Table 1 Agronomic traits of different Triticeae crops under different treatments

表2 不同處理下麥類作物產量與抗旱指數Table 2 Grain yield and drought tolerance index of different Triticeae crops under different treatments

圖2 不同麥類作物Fv/Fm的變化

2.2.2 對非光化學淬滅系數(NPQ)的影響

蘭州點NPQ變化范圍為0.22～0.60，黃羊點變化范圍為0.35～0.75，均隨生育進程推移呈上升趨勢，說明在生育后期作物的光能利用率下降，光合電子傳遞率降低，耗散的熱能增加(圖4)。水分脅迫下各麥類種質在不同生育時期的NPQ均高于正常灌溉，表明水分虧缺會導致NPQ的升高；灌漿期的升幅普遍高于抽穗期；各類型材料灌漿期NPQ上升幅度不同，灌溉圃小麥、干旱半干旱圃小麥、合成小麥、硬粒小麥上升幅度較大，分別為 20.45%、19.85%、12.90%、13.50%，小黑麥和CK、CK的上升幅度較小，分別為4.03%、 5.89%、5.22%。各麥類材料間比較，合成小麥的NPQ在兩試點均最高，其次為干旱半干旱圃小麥和灌溉圃小麥，說明在本試驗條件下，小黑麥與硬粒小麥熱耗散較低，用于電子傳遞的光能較多，具有較高的光合效率。

2.3 抗旱指數與葉綠素熒光參數的灰色關聯度分析

2.4 優異材料農藝性狀表現

圖3 不同麥類作物的變化

3 討論

3.1 不同麥類作物在甘肅生態區域的抗旱性

通過比較不同水分處理下各麥類種質的農藝性狀、產量和抗旱指數，發現來自CIMMYT的麥類作物變異類型豐富。小黑麥植株高大，莖稈粗壯，穗粒數多，抗旱性、豐產性、抗病性明顯優于其他麥類作物，篩選的三個品系T-128、T-133、T-137可在適宜區域推廣種植。在正常灌溉下硬粒小麥表現出較好的豐產性，而水分脅迫條件下產量驟減，這與楊芳萍的研究結果一致。宋全昊對34份人工合成小麥進行了抗旱性鑒定，認為合成小麥存在二倍體粗山羊草的遺傳背景，抗旱性較普通小麥強。本研究中合成小麥的產量、抗旱指數較灌溉圃小麥和干旱半干旱圃小麥低，這可能與材料不同或試驗的環境條件有關。