孫 綠，李玉剛，王圣健，劉亞東，王志英，劉 丹，李娜娜，趙長星，蓋紅梅

1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與植物保護學(xué)院，山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點實驗室， 山東 青島 266109；2.青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 山東 青島 266100；3.山東省農(nóng)作物種質(zhì)資源中心， 山東 濟南 250100)

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物。據(jù)統(tǒng)計世界上70%的小麥播種面積分布于干旱和半干旱地區(qū)[[1]。我國小麥主要種植于北方，在小麥生育期間降水少，尤其在播種期間常常會遇到土壤干旱，甚至長時間沒有降水的問題。種子萌發(fā)是小麥生長發(fā)育的起始階段，與田間出苗和幼苗長勢有密切的關(guān)系[2]。在降水稀少、土壤墑情不足的條件下，小麥種子萌發(fā)及出苗會受到嚴(yán)重抑制，導(dǎo)致田間缺苗斷壟，影響基本苗數(shù)量和植株生長，易造成田間群體數(shù)量和質(zhì)量下降，最終引起減產(chǎn)[3]。關(guān)于干旱脅迫對小麥影響的研究多集中于苗期和生育后期的生長發(fā)育、生理生化特性、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面，而對小麥種子萌發(fā)期抗旱性的研究相對較少[2]，且所評價的供試材料較少。發(fā)芽率[4]、初生根數(shù)[5-6]、胚芽鞘長度[6-7]、主胚根長[7-8]等指標(biāo)均可作為小麥萌發(fā)期抗旱性評價指標(biāo)，但僅憑單一指標(biāo)不能全面評價品種抗旱性[9]，目前灰色關(guān)聯(lián)法[10]、主成分分析法[11]和隸屬函數(shù)法[12]等多用于作物多指標(biāo)抗旱性評價中。王蘭芬等[12]采用隸屬函數(shù)法對113份綠豆種質(zhì)進行了芽期抗旱性綜合評價；李國瑞等[13]采用隸屬函數(shù)法對西南地區(qū)小麥品種萌發(fā)期抗旱性進行了綜合評價，都有較好的評價效果。

本研究采用-0.50 MPa的PEG-6000溶液模擬干旱，選用了119份我國冬小麥種質(zhì)，著重對部分黃淮冬麥區(qū)和小部分北部冬麥區(qū)近期選育的小麥品種(系)進行萌發(fā)期抗旱性狀測定，通過抗旱系數(shù)和隸屬函數(shù)法相結(jié)合的方法，對供試材料的抗旱性進行綜合評價，以期篩選出萌發(fā)期抗旱性強的品種(系)，為小麥抗旱研究和生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料119份，其中以黃淮冬麥區(qū)近期育成品種為主，包含部分北部冬麥區(qū)品種和少量老品種，詳細品種名稱信息在結(jié)果分析部分列出。

1.2 試驗設(shè)計

每個供試品種(系)挑選600粒大小一致，長勢飽滿的種子，用0.1%的升汞消毒10 min，用蒸餾水反復(fù)清洗5遍置于濾紙上晾干。用經(jīng)過75%酒精消毒后的鑷子將種子腹股溝向下放在鋪好兩層濾紙的發(fā)芽盒(10 cm×10 cm×5 cm)中，每盒100粒并且將種子整齊擺好。每個品種(系)設(shè)置兩個處理，3次重復(fù)。其中，對照中加入12 ml蒸餾水，干旱處理中加入12 ml -0.50 MPa 19.6% PEG-6000水溶液。將發(fā)芽盒蓋子蓋好放入人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為20℃恒溫，每天12 h光照。

1.3 調(diào)查性狀

將供試材料按1.2的方法培養(yǎng)至第8 d，調(diào)查供試材料的發(fā)芽數(shù)(以胚芽鞘長大于等于1/2種子長或胚根長大于等于種子長為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))，計算發(fā)芽率。每個處理隨機挑選5株幼苗，測量主胚根長、胚芽鞘長、胚根數(shù)、干物質(zhì)重等性狀。

抗旱系數(shù)=PEG脅迫下指標(biāo)的平均值/對照指標(biāo)的平均值。

綜合抗旱系數(shù)=品種所有測定指標(biāo)抗旱系數(shù)的加權(quán)平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

1.4.1 抗旱系數(shù)分布圖繪制方法 采用R軟件的ggplot2包繪制各抗旱系數(shù)的估計密度曲線，其密度估計值由density函數(shù)計算得到。

1.4.2 采用隸屬函數(shù)法計算D值 采用加權(quán)隸屬函數(shù)法對119份小麥的抗旱性進行綜合評價。公式如下：

U(Xj)=[Xij-Xjmin]/[Xjmax-Xjmin]，j=1、2、3……

1.4.3 UPGMA聚類圖繪制 利用DPS和SAS9.3進行數(shù)據(jù)處理和分析，利用DPS進行UPGMA聚類分析繪制聚類分析圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥萌發(fā)期PEG脅迫對不同種質(zhì)生長發(fā)育的影響

由表1可以看出，在19.6% PEG-6000處理下，5個性狀均值分別比對照下降了77.3%、40.0%、30.7%、16.7%和78.0%，下降最大的性狀指標(biāo)是干物質(zhì)重、發(fā)芽率，其次為胚芽鞘長，表明萌發(fā)期PEG-6000處理不同程度地抑制了小麥的生長，且對各指標(biāo)影響不同。對處理和對照的變異系數(shù)進行了分析，發(fā)現(xiàn)5個性狀處理的變異系數(shù)均大于對照，表明萌發(fā)期干旱脅迫與對照相比增大了品種間的差異。

表1 PEG-600模擬干旱脅迫對小麥萌發(fā)期生長的影響

圖1結(jié)果表明，不同性狀的抗旱系數(shù)分布存在很大差異。其中，干物質(zhì)重抗旱系數(shù)與其它性狀差異最大，其在所有供試材料的值均低于0.5，絕大多數(shù)供試材料的抗旱系數(shù)約為0.1，只有極少數(shù)材料的抗旱系數(shù)大于0.25，表明在小麥萌發(fā)期的PEG-6000模擬抗旱處理，大大減少了供試材料的生物量，少部分抗旱系數(shù)大于0.25的材料可能為此期比較抗旱的種質(zhì)。發(fā)芽率的抗旱系數(shù)最大值為0.75，絕大部分材料的抗旱系數(shù)約為0.13，抗旱系數(shù)在0.25～0.50之間的材料也較多，也表明干旱脅迫處理對供試材料的發(fā)芽率有明顯抑制。胚芽鞘長和胚根數(shù)的抗旱系數(shù)分布較為相似，大部分材料的抗旱系數(shù)接近0.75。主胚根長在不同材料間的分布范圍比較廣，多數(shù)材料的抗旱系數(shù)約為0.8，但有相當(dāng)一部分材料的抗旱系數(shù)大于1，表明，PEG-6000脅迫處理促進了這部分材料胚根的伸長，如果在土壤中，則這些根能夠吸收土壤更深層次水分。不同品種(系)不同性狀的抗旱系數(shù)不盡相同，無法用單一指標(biāo)來全面評價小麥的抗旱性。

圖1供試材料在不同性狀的抗旱系數(shù)分布

Fig.1 Drought resistant coefficient distribution of five traits of tested wheat lines

注：CL，胚芽鞘長；DW，干物質(zhì)重；GR，發(fā)芽率；RL，主胚根長；RN，胚根數(shù)

Note：CL， coleoptile length； DW, dry matter weight； GR, germination rate； RL, main radicle length； RN, radicle number

2.2 小麥萌發(fā)期抗旱性綜合評價

根據(jù)各指標(biāo)的抗旱系數(shù)求出隸屬函數(shù)值，再依據(jù)各指標(biāo)的權(quán)重求出加權(quán)抗旱系數(shù)，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法求出萌發(fā)期抗旱能力綜合評價值(D)。D值與胚芽鞘長、主根數(shù)、主胚根長、干物質(zhì)重、發(fā)芽率的隸屬函數(shù)值呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為分別為0.864、0.626、0.733、0.789和0.816(表2)，說明D值可全面評價小麥萌發(fā)期抗旱性，且D值越大抗旱性越強。D值的變化范圍為0.010～0.864(見表3)，胚芽鞘長與D值相關(guān)系數(shù)最高。D>0.6的材料有洛夫林13、汶農(nóng)14、中國春、漯麥8號、輪選987、泰山22、山農(nóng)17、泰農(nóng)18、煙航選2號、中育6號、魯麥14、泰農(nóng)6258、泰農(nóng)2987等13份材料，0.5

表2 D值與各指標(biāo)隸屬函數(shù)值相關(guān)分析

表3 119份小麥種質(zhì)在萌發(fā)期19.6%PEG-6000脅迫下的抗旱性綜合評價

表3續(xù)

品種Variety綜合抗旱系數(shù)ComprehensivedroughtresistantcoefficientD值Dvalue品種Variety綜合抗旱系數(shù)ComprehensivedroughtresistantcoefficientD值Dvalue品種Variety綜合抗旱系數(shù)ComprehensivedroughtresistantcoefficientD值Dvalue山農(nóng)22Shannong220.5970.525煙農(nóng)999Yannong9990.4910.405淮麥29Huaimai290.3520.252魯麥13Lumai130.5720.5225182-360.5020.401小罌粟Xiaoyingsu0.3240.235山農(nóng)23Shannong230.5840.519藁麥2018Gaomai20180.4910.395普冰04-446Pubing04-4460.3250.232冀麥5265Jimai52650.5630.518魯麥21Lumai210.4570.389鑫289Xin2890.3420.226旱5363Han53630.6130.516中優(yōu)206Zhongyou2060.4610.388周麥18Zhoumai180.3580.224煙農(nóng)26號Yannong260.5710.514煙農(nóng)0428Yannong04280.4640.388淮麥26Huaimai260.3300.217濟麥22Jimai220.5960.512新麥26Xinmai260.4850.386晉麥61Jinmai610.3290.209農(nóng)大5182Nongda51820.5810.511農(nóng)大5057Nongda50570.4850.383良星99Liangxing990.3230.206青農(nóng)2號Qingnong20.5810.508中麥155Zhongmai1550.4490.379百農(nóng)AK58BainongAK580.2920.205皖麥38Wanmai380.5430.507豫農(nóng)416Yunong4160.4750.379淮麥33Huaimai330.2990.200淮麥18Huaimai180.5660.503周麥9號Zhoumai90.4180.377周麥26Zhoumai260.3000.190鑫296Xin2960.5790.503煙農(nóng)5158Yannong51580.4440.376周麥16Zhoumai160.2320.126小偃6號Xiaoyan60.5840.501鄭麥366Zhengmai3660.4860.375農(nóng)大3753Nongda37530.1890.069農(nóng)大3338Nongda33380.6300.498青豐1號Qingfeng10.4550.375農(nóng)大211Nongda2110.1310.010晉麥72Jinmai720.5590.498豫麥34Yumai340.4670.373

2.3 聚類分析

基于小麥萌發(fā)期的發(fā)芽率(GR)、主根數(shù)(RN)、主胚根長(RL)、胚芽鞘長(CL)和干物質(zhì)重(DW)的抗旱系數(shù)，對供試材料進行了歐氏距離(UPGMA)聚類分析(圖2)。結(jié)果表明，在遺傳距離為0.82處，供試材料可分為兩類，一類為萌發(fā)期抗旱種質(zhì)，另一類為萌發(fā)期干旱敏感種質(zhì)。在遺傳距離約為0.45處，可把第一類分為三個亞群，亞群I為萌發(fā)期強抗旱種質(zhì)，包括中育6號、泰農(nóng)6258、山農(nóng)17、魯麥14、泰農(nóng)2987、漯麥8號、輪選987、泰山22、中國春、洛夫林13、汶農(nóng)14、泰農(nóng)18、煙航選2 號等13份種質(zhì)；亞群II為萌發(fā)期抗旱種質(zhì)，包括淮麥18、青農(nóng)2號、煙農(nóng)19、煙農(nóng)21、濟麥21、煙農(nóng)836、鑫麥296、臨麥6號、濟麥22、淮麥20、濟麥20、蚰包、白蚰包、魯麥13、煙農(nóng)2415、小偃6號、冀麥585、晉麥56、旱5363、農(nóng)大5182、5133、5182-100等45份種質(zhì)；亞群III為農(nóng)大3338，單獨成為一支，為萌發(fā)期抗旱性較強的品種。在遺傳距離約為0.42處，可以將第二類分為四個亞群，亞群IV為萌發(fā)期中度抗旱種質(zhì)，包括晉麥61、鑫289、良星99、淮麥29、淮麥26、淮麥31、淮麥33、農(nóng)林89、農(nóng)林10號、矮抗58、周麥22、周麥26、周麥27等13份種質(zhì)；亞群V為萌發(fā)期干旱較為敏感種質(zhì)，包括臨汾125、周99233、農(nóng)大5181、囤麥378、新麥26、洲元9369、Abbodanza等28份種質(zhì)；亞群VI為萌發(fā)期干旱敏感種質(zhì)，包括皖麥41、濟麥23、鄭引4號、煙農(nóng)15、魯麥18、3097等17份種質(zhì)；亞群VII為萌發(fā)期干旱高度敏感種質(zhì)，包括周麥16、農(nóng)大3753、農(nóng)大211。其中抗旱型和中度抗旱型的品種較多，分別占供試小麥品種數(shù)量的72.3%,高度抗旱和高度敏感的較少。UPGMA聚類結(jié)果與D值評價結(jié)果比較吻合。

圖2 119份小麥材料抗旱系數(shù)UPGMA聚類分析

Fig.2 Cluster analysis of 119 wheat cultivars based on drought resistance coefficient with UPGMA

3 結(jié)論與討論

在我國北方冬麥區(qū)和黃淮冬麥區(qū)，小麥生長期間常常出現(xiàn)少雨甚至長時間無雨的情況，尤其在小麥播種時期遭遇干旱，會導(dǎo)致小麥缺苗斷壟，嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量。不同品種小麥在不同生育期抗旱性并不相同，種子萌發(fā)期是植物生命歷程的起點，是作物適應(yīng)干旱脅迫最為關(guān)鍵時期，其萌發(fā)率高低、幼苗生長、萌發(fā)期生理進程皆關(guān)乎植物后期生育狀況[14-15]，目前關(guān)于小麥品種抗旱性評價多集中于苗期至生育后期[16-18]，萌發(fā)期抗旱研究較少，且評價種質(zhì)材料數(shù)量較少[2,9]。試驗結(jié)果表明，在19.6%PEG-6000溶液模擬干旱脅迫下，模擬干旱處理不同程度地抑制了供試材料的生長，其中對發(fā)芽率和干物質(zhì)重的抑制程度最高，而且PEG-6000脅迫液處理增加了不同品種間的差異。各性狀的抗旱系數(shù)分布分析顯示，主胚根長在材料間的差異很大，脅迫處理促進了部分材料的主胚根長伸長。評價結(jié)果顯示：農(nóng)大3338，泰農(nóng)18，汶農(nóng)14，輪選987，蚰包，泰農(nóng)6258，煙航選2號，山農(nóng)17，旱5363，漯麥8號，泰農(nóng)2987，中育6號，小偃6號，洛夫林13，鄭麥366，濟麥22，農(nóng)大5133等24個品種都在抗旱大類，且有些是綜合評價為強抗旱的種質(zhì)，這部分材料應(yīng)重點利用。

小麥萌發(fā)期抗旱指標(biāo)的篩選，對于較為準(zhǔn)確地評價一份材料的抗旱性具有重要意義。Farshadfar等[19]認(rèn)為發(fā)芽率可作為小麥萌發(fā)期抗旱性鑒定指標(biāo)。王瑋等[6]、錢雪婭等[10]認(rèn)為，胚芽鞘長是小麥萌發(fā)期抗旱性評價較好的指標(biāo)。周桂蓮等[8]認(rèn)為抗旱性強的品種根系發(fā)達，根長較長。僅憑單一指標(biāo)不能全面評價品種抗旱性[9]。如何根據(jù)作物多個抗旱性指標(biāo)對供試材料的抗旱性進行更加準(zhǔn)確的評價，也是眾多學(xué)者的研究課題。目前灰色關(guān)聯(lián)度法[5,16,20]、主成分分析法[2,21]、隸屬函數(shù)法[9,12]等方法常被用于作物多指標(biāo)的抗旱性綜合評價。其中隸屬函數(shù)法在作物抗旱性評價方面具有較好的效果。王蘭芬等[12]采用隸屬函數(shù)法對113份綠豆種質(zhì)進行了芽期抗旱性綜合評價；李國瑞等[9]應(yīng)用隸屬函數(shù)法在西南地區(qū)41個小麥品種中挑選出了蜀萬8號和錦麥等5個強抗旱性品種。本試驗綜合選用了發(fā)芽率、胚芽鞘長、主胚根長、胚根數(shù)、干物質(zhì)重等5個指標(biāo)，應(yīng)用加權(quán)隸屬函數(shù)法和D值對5個指標(biāo)進行了綜合評價。并通過UPGMA聚類，將供試材料分為高度抗旱、抗旱、中度抗旱、中間類型、中度敏感、敏感、高度敏感等7個類群。UPGMA聚類分析與D值的排序有較高的吻合度。但僅用D值排序，雖然能得到供試材料的抗旱綜合評價值，卻無法得到供試材料之間的遺傳關(guān)系，不容易對抗旱級別進行劃分；僅用UPGMA聚類分析，雖然能較好地體現(xiàn)了供試材料在抗旱性方面的遺傳關(guān)系，對供試材料進行分類，卻無法明確哪一類抗旱，哪一類敏感。只有將兩者有機地結(jié)合使用，才能較為全面地對供試材料進行抗旱級別劃分和抗旱性評價。因此，在開展作物抗旱性評價時，建議將隸屬函數(shù)法和UPGMA方法結(jié)合使用。

本試驗采用PEG-6000模擬干旱并采用加權(quán)隸屬函數(shù)法對119份冬小麥品種萌發(fā)期抗旱性進行了綜合評價，并通過聚類分析和加權(quán)隸屬函數(shù)法相結(jié)合對其抗旱性進行了分類，最終篩選出了洛夫林13、汶農(nóng)14、中國春、漯麥8號、輪選987、泰山22、山農(nóng)17、泰農(nóng)18、煙航選2號、中育6號、魯麥14、泰農(nóng)6258和泰農(nóng)2987共13份萌發(fā)期具有較強抗旱性的材料，為小麥育種和生產(chǎn)提供參考。

[1] 張林剛,鄧西平.小麥抗旱性生理生化研究進展[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2000,18(3):87-92.

[2] 許 紅,劉 楊,王威雁,等.冬小麥種子萌發(fā)期抗旱性的基因型差異[J].麥類作物學(xué)報,2014,34(10):1426-1432.

[3] 郁飛燕.干旱脅迫下硒對小麥種子萌發(fā)的影響[D].洛陽：河南科技大學(xué),2012.

[4] 賈壽山,朱俊剛,王曙光,等.山西小麥地方品種萌發(fā)期的抗旱性[J].華北農(nóng)學(xué)報,2011,26(2):213-217.

[5] 賴運平,李 俊,張澤全,等.小麥苗期抗旱相關(guān)形態(tài)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J].麥類作物學(xué)報,2009,29(6):1055-1059.

[6] 王 瑋,鄒 琦.胚芽鞘長度作為冬小麥抗旱性鑒定指標(biāo)的研究[J].作物學(xué)報,1997,23(4):459-467.

[7] 關(guān)周博,王士強,陳 亮,等.模擬干旱脅迫下冬小麥胚芽鞘長度變化及與抗旱性的關(guān)系研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27(4):125-130．

[8] 周桂蓮.小麥抗旱性鑒定的形態(tài)指標(biāo)及其分析評價[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),1996,(4):33-34.

[9] 李國瑞,馬宏亮,胡雯媚,等.西南麥區(qū)小麥品種萌發(fā)期抗旱性的綜合鑒定及評價[J].麥類作物學(xué)報,2015,35(4):479-487.

[10] 錢雪婭,景蕊蓮,王 輝,等.不同處理條件下小麥胚芽鞘長的遺傳分析[J].西北植物學(xué)報,2008,28(12):2436-2441.

[11] 張 軍,吳秀寧,魯 敏,等.拔節(jié)期水分脅迫對冬小麥生理特性的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報,2014,29(1):129-134.

[12] 王蘭芬,武 晶,景蕊蓮,等.綠豆種質(zhì)資源芽期抗旱性鑒定[J].植物遺傳資源學(xué)報,2014,15(3):498-503.

[13] 李國瑞,李朝蘇,吳 春,等.西南地區(qū)小麥品種萌發(fā)期抗旱性分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2015,(4):212-219．

[14] 藺吉祥,李曉宇,唐佳紅,等.鹽堿脅迫對小麥種子萌發(fā)、早期幼苗生長及Na+、K+代謝的影響[J].麥類作物學(xué)報,2011,31(6):1148-1152.

[15] Ashraf M. Including drought tolerance in plants recent advances[J]. Biotechnol Advan, 2010,28(1):169-183.

[16] 田夢雨,李丹丹,戴廷波,等.水分脅迫下不同基因型小麥苗期的形態(tài)生理差異[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(1):41-47.

[17] 李 素.小麥田間抗旱性綜合評價及抗旱基因表達研究[D].煙臺：煙臺大學(xué),2012.

[18] 李 云.不同冬小麥品種抗旱行鑒定及抗旱指標(biāo)研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2009.

[19] Farshadfar E, Galiba G, Koszegi B, et al. Some aspects of genetic analysis of drought tolerance in bread wheat[J]. Cereal Research Communications， 1993,31:223-330．

[20] 王士強,胡銀崗,佘奎軍,等.小麥抗旱相關(guān)農(nóng)藝性狀和生理生化性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007,40(11):2452-2459.

[21] 趙殿軒,張青孌.玉米抗旱生物學(xué)特性及抗旱育種研究的幾個問題[J].玉米科學(xué),1998,6(Z1):27-30.

[22] 鈕福祥,華希新,郭小丁,等.甘薯品種抗旱性生理指標(biāo)及其綜合評價初探[J].作物學(xué)報,1996,22(4):392-398.