PEG脅迫下小麥新品系萌發期抗旱性鑒定

摘要：干旱脅迫嚴重影響小麥種子萌發速度和成苗質量。為鑒定9個自選小麥新品系的抗旱性強弱，本試驗以洛旱7號為對照，用20% PEC - 6000模擬干旱脅迫環境，測定種子萌發期相關形態指標，并利用隸屬函數分析法對供試小麥材料的抗旱性進行綜合評價。結果表明，干旱脅迫下，小麥發芽勢、發芽率、發芽指數及胚根長、胚芽鞘長、胚芽長的平均降低幅度分別為32. 9%、6.1%、27.3%、47.1%、15.4%、66. 6%。由隸屬函數綜合評價結果可知，洛旱7號、KD7020-2為強抗旱型．KDG07-6、KD7034-8、KD7053-9、KD7043-8為中抗旱型，KD7047-2、KD6055-6、KD701為弱抗旱型，KDG03-1為不抗旱型。由相關性分析結果得出，相對發芽勢和相對發芽指數對D值影響最大，可用作小麥萌發期抗旱性鑒定的快速評價指標。

關鍵詞：小麥；萌發期；PEG-6000;綜合評價：抗旱性鑒定

中圖分類號：S512.1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）10-0043-06

小麥作為世界三大主要糧食作物之一，其產質量在糧食安全方面發揮著重要作用。干旱問題影響小麥生長發育全過程，阻礙小麥高產優質化進程。探究如何提高小麥抗旱性，培育更加耐旱節水、水分利用率高且高產穩產的小麥品種是現在研究的重點。小麥生長發育過程中，萌發期作為小麥生長的初級階段，對于小麥后期出苗及水分利用等生長過程均有較大影響。種子能否正常萌發直接影響到小麥出苗快慢和質量，進而決定基本苗數及群體結構，并最終影響小麥產量。因此，種子萌發期的抗旱性鑒定對于明確不同小麥品種（系）的抗旱性強弱及其利用均有重要意義。

小麥萌發期抗旱性鑒定中經常使用PEG-6000模擬干旱環境的高滲溶液法，溶液濃度越高，干旱脅迫越嚴重。有學者用不同濃度PEG-6000溶液先篩選出抗旱品種，再進行干旱性強弱鑒定，也有學者直接采用20% PEG-6000溶液進行多指標綜合鑒定，這些方法都得出了較為合理的結論，形成了萌發期抗旱鑒定的常規體系。本研究選擇20% PEG-6000水溶液模擬干旱環境，以國審品種洛旱7號為對照，對課題組選擇培育出的KD系列抗旱性小麥新品系進行抗旱性鑒定。

在萌發期抗旱性鑒定相關研究中，鄭立龍、關周博等研究認為小麥抗旱性與胚芽鞘長度有關，任毅等研究認為抗旱性強弱主要由發芽指數、根長、根數來反映，楊子光、吳曉軍等研究認為，可以用相對發芽率評價小麥種子萌發期抗旱性。研究發現單一的鑒定指標不能準確評價品種間的抗旱性差異，所以多利用隸屬函數法來綜合評價作物的抗旱能力大小。目前，作物抗旱性綜合評價主要包括模糊隸屬函數法、主成分分析法、聚類分析法和灰色關聯法等。本試驗通過對KD系列小麥新品系發芽率、發芽勢、發芽指數、胚芽鞘長、胚根數、胚芽長、胚根長等指標的測定分析來比較其抗旱性強弱，再利用隸屬函數法進行抗旱性綜合評價，以期為抗旱型小麥新品種培育開發提供數據參考和理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究以洛旱7號為對照，以河南科技大學小麥育種課題組選育的KD701、KDG03 -1、KD6055-6、KD7020 -2、KD7034 -8、KD7043 -8、KD7047-2、KD7053-9、KDG07 -6共9個小麥新品系為試驗材料。

1.2 試驗設計與處理

試驗于2023年2月在河南科技大學農學院小麥遺傳育種實驗室進行，采用高滲溶液法，以20% PEG-6000溶液作為處理組（T），以無菌水作為對照組（CK）。選擇籽粒飽滿、大小均勻、無黑胚的小麥種子，次氯酸鈉消毒10 min，無菌水沖洗至無明顯異味。發芽盒規格為12 cm×12 cm×5 cm，用70%酒精擦洗發芽盒，晾干后放人滅菌濾紙，用針管抽取20% PEG-6000溶液14 mL均勻加入發芽盒中，對照組加入等量無菌水。每個發芽盒放置100粒種子，腹溝朝下擺放整齊。將發芽盒逐個稱重，以便后期補水。每處理重復3次。于溫度20℃、濕度60%的人工氣候箱內10h/12 h光暗交替培養。采用稱重法每天補充適量無菌水。以芽長大于種子的1/2、根長大于種子長為發芽標準，定期調查發芽情況。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 種子萌發及相關形態性狀調查

每天調查記錄發芽情況，其中，第3天調查統計發芽勢，第7天調查統計發芽率，第8天調查胚根數、胚根長、胚芽長以及胚芽鞘長等生長性狀（每個發芽盒內隨機選取10株發芽幼苗進行測量）。

發芽勢（%）=第3天發芽種子數／試驗種子總數×100：

發芽率（%）=第7天發芽種子數／試驗種子總數×100：

發芽指數（%）=1.00NC +0.75N4 +0.50N6+0.25N8；

式中N2、N4、N6、N8分別指第2、4、6、8天的發芽率。

變幅（%）=（對照組指標值-脅迫組指標值）／對照組指標值×100。

1.3.2 抗旱性綜合評價

參照李國瑞等的方法計算抗旱系數和抗旱性度量值（D）：

性狀的相對值即抗旱系數相關計算公式如下：

抗旱系數=脅迫組測定值／對照組測定值。

綜合抗旱系數則為某處理各指標抗旱系數的算術平均值。

抗旱性度量值D的計算：由各指標的抗旱系數用隸屬函數公式計算得到不同品系各抗旱性鑒定指標的隸屬函數值U（Xj），再通過加權平均法計算得到抗旱性度量值（D）。根據D值大小區分抗旱性強弱，一般可分為4級：D＞0.8為1級（強抗旱型），0.5＜D≤0.8為2級（中抗旱型），0.3＜D≤0.5為3級（弱抗旱型），D≤0.3為4級（不抗旱型）。

U（Xj）=（Xj-X-）／（Xmax-Xmin）。j=1，2，3，…，n。（1）

U（Xj）= 1-（Xj-X，i.）／（Xmax-Xmin）。j=1，2，3，…，n。（2）

D=∑（各綜合指標的隸屬函數值×對應權重）。（3）

式中Xj為第j個指標抗旱系數的測定值，Xmin為該指標抗旱系數的最小值，Xmax為該指標抗旱系數的最大值。根據公式（1）和（2）計算抗旱性鑒定指標相應的隸屬函數值時，正向作用用公式（1），負向作用用公式（2）。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016及SPSS 26.0軟件進行數據整理及統計分析。

2 結果與分析

2.1 PEG脅迫處理下不同品系小麥萌發情況差異分析

由表1可知，除對照品種洛旱7號外，處理組小麥種子發芽勢、發芽率、發芽指數較對照組均有不同程度的降低。處理組小麥種子發芽勢、發芽率、發芽指數的變化范圍分別為8. 3% - 94. 3%、57.8%- 100.0%、30.6% - 86.7%。

PEG脅迫處理下，洛旱7號發芽勢降幅最小，KD701、KDG03-1、KD6055-6降幅較大，分別為69.6%、90.5%和81．0%：洛旱7號發芽率增加0.6%， KD6055 -6、KD7020 -2、KD7034 -8、KD7043 -8、KD7053-9發芽率降幅均在3%以內，KD7047 -2、KDG07-6與對照組持平，KDG03-1降幅最大，達41.0%；KD7053-9、KD7020-2、KD7034-8發芽指數降幅均較小，分別為11. 5%、13. 4%、17.0%，KDC03-1降幅最大，達64.7%。

PEG脅迫處理下，發芽勢、發芽率、發芽指數與對照相比變幅分別為-3.2% - - 90.5%、0.6% --41 .0%、- 11. 5% - - 64. 7%，平均降幅分別為32.9%、6.1%、27.3%。

2.2 PEG脅迫處理下不同品系小麥形態指標分析

由表2可知，相較于對照組，處理組小麥的胚根長均受到不同程度的抑制，在4.2 - 8.2 cm之間，變幅均值為-47.1%，除KD7020-2、KDG07-6分別減少37.0%、37. 9%外，其他均減少40%以上。處理組胚根數范圍為4.1 -5.9條／株，除KD701、KDG03 -1、KD6055 -6分別減少12. 0%、12.7%、8.9%外，其余品系（種）變幅均在4.1% -42.1%之間，其中洛旱7號胚根數增幅最大，達42.1%。

相較于對照組，處理組小麥的胚芽鞘長均有所降低，長度范圍為2.0 - 2.6 cm，變幅在-4. 0% -- 27.6%之間，均值為- 15. 4%。其中KD701、KDG03-1、KD7043 -8、KD7047 -2降幅均在20%以上，洛旱7號、KD7020-2、KDG07-6降幅較小，均在10%以下。處理組胚芽長度范圍在2.0 - 5.9cm之間，與對照組相比變幅在- 50.0% - - 81. 5%之間，均值為- 66.6%。

2.3 PEG脅迫處理下不同品系小麥抗旱性綜合評價

由表3可知，各供試材料的D值范圍在0.016-0.904之間，根據D值大小進行抗旱性分級，共分為4級。1級為強抗旱型，包括洛旱7號和KD7020-2;2級為中抗旱型，包括KD7034-8、KD7043-8、KD7053-9、KDG07-6;3級為弱抗旱型，包括KD701、KD7047 -2、KD6055 -6；4級為不抗旱型，只有KDG03-1。

2.4 PEG脅迫處理下不同品系小麥萌發指標與D值的相關性分析

由表4可以看出，小麥抗旱性度量值D值與其種子相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數、相對胚芽鞘長、相對胚芽長、相對胚根數、相對胚根長均呈極顯著正相關，其相關系數分別為0.798、0.913、0.902、0.798、0.886、0.797、0.890。萌發指標間，相對發芽指數與相對發芽率、相對發芽勢間，相對胚芽長與相對發芽指數、相對胚芽鞘長間，相對胚根數與相對發芽勢間，及相對根長與相對胚芽鞘長、相對胚芽長之間均呈極顯著正相關：相對發芽勢與相對發芽率間，相對胚芽長與相對發芽勢間，相對胚根數與相對發芽指數間，及相對胚根長與相對發芽勢、相對發芽指數間均呈顯著正相關；其他指標間無顯著相關關系。

綜上可知，相對發芽勢、相對發芽指數與D值的相關系數較大，可用作小麥萌發期抗旱性鑒定的快速評價指標。

3 討論

賈壽山等研究認為，發芽率、發芽勢及發芽指數可作為小麥萌發期較為準確有效的抗旱性鑒定指標，種子發芽率和發芽勢大小能夠反映種子抗旱性水平的高低。本研究中，各小麥材料受到干旱脅迫時，發芽勢、發芽率及發芽指數均被抑制，降低幅度反映被抑制程度。相關性分析結果表明，發芽指標與D值呈極顯著正相關，這與前人研究結果基本一致。表明發芽勢、發芽率和發芽指數確實可以較為準確客觀地評價小麥萌發期抗旱性。

胚根長及胚根數是表征小麥吸水能力的主要生長指標，胚根越長根數越多的品種，相較于胚根短且根數少的品種吸水能力更強。胚芽鞘的主要作用是保護胚芽幼葉，保證胚芽生長。馬玉慧等，研究表明，20% PEG-6000處理對不同小麥品種的初生根數、胚芽鞘長、主胚根長均有不同程度的抑制作用。本研究結果認為，干旱脅迫處理組的胚根長、胚芽長及胚芽鞘長均受到不同程度的抑制作用，相關性分析結果可知，萌發期指標與抗旱性度量值D值均呈極顯著正相關，這與前人研究結果一致。有些品種在脅迫狀態下可能會通過增加胚根數量來達到抗旱的目的，本研究中，部分小麥品系胚根數在干旱脅迫處理后有所增加，這可能與其應對干旱脅迫的機制不同有關，也可能與品系自身生長特性有關，其中以洛旱7號胚根數增幅最大，可能表示其抗旱能力較強。

作物相關性狀的隸屬函數值大小與其所受高滲溶液脅迫影響呈負相關。通過對各指標隸屬函數值進行加權統計得到PEG脅迫下的抗旱性度量值D，根據D值大小進行供試材料抗旱性分級得出，本試驗條件下對照洛旱7號為強抗旱類型，但國家審定標準認為其為中等抗旱，這可能與不同生育時期進行抗旱性綜合評價有關。本研究初步明確了供試小麥品系萌發期抗旱性強弱，其在苗期、水分臨界期和全生育期的抗旱性表現還需要進一步研究。

4 結論

對PEG脅迫處理下小麥品系發芽勢、發芽率、發芽指數及胚根胚芽等相關指標的差異進行研究，并采用隸屬函數法進行綜合評價和抗旱性分析，結果顯示，洛旱7號、KD7020-2為強抗旱型；KD7034-8、KD7043 -8、KD7053-9、KDG07 -6為中抗旱型；KD701、KD7047 -2、KD6055-6為弱抗旱型：KDG03-1為不抗旱型。相對發芽勢和相對發芽指數對抗旱性度量值（D）影響最大，可用作小麥萌發期抗旱性鑒定的快速評價指標。

基金項目：國家自然科學基金項目（U1304320，U1904108）；河南省科技攻關項目（202102110022）