陳耀宇，王曙光，閆 雪，梁增浩，史雨剛，孫黛珍

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

逆境脅迫尤其是干旱易引起作物葉片褪綠，加快葉片衰老死亡的進(jìn)程。但是有的基因型作物的葉片衰老起始晚或者衰老速率慢，從而引起植物在花后發(fā)育過(guò)程中葉片衰老延遲而且仍保持著光合作用的能力，這種現(xiàn)象稱為持綠[1]。小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物之一，干旱是影響小麥產(chǎn)量的主要限制因子，尤其是灌漿期干旱，而持綠與抗旱性密切相關(guān)，是作物的重要抗旱機(jī)制[2]。因此，在干旱脅迫和灌溉條件下研究小麥持綠相關(guān)性狀與產(chǎn)量的關(guān)系，對(duì)于提高小麥產(chǎn)量具有重要意義。

目前，關(guān)于作物持綠與產(chǎn)量關(guān)系的研究有許多報(bào)道，大多研究表明，持綠與籽粒產(chǎn)量正相關(guān)。對(duì)于玉米的研究發(fā)現(xiàn)，與正常衰老的玉米相比，持綠玉米的綠葉數(shù)目、葉面積指數(shù)、功能綠葉面積、葉面積比以及在開(kāi)花期與灌漿期的葉綠素含量都比較高，而且在成熟期持綠玉米葉片的含水量也比較高，衰老相對(duì)緩慢[3-5]。RAWSON 等[6]對(duì)棉花與高粱的研究表明，葉片的功能綠葉面積（GLAD）取決于葉片衰老的早晚、衰老速率的快慢以及花后0 d 總的綠葉面積，葉片保持光合活性的持續(xù)期與作物產(chǎn)量顯著相關(guān)。對(duì)小麥的研究表明，重度干旱脅迫時(shí)，具有持綠特性的小麥光合色素（如葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素）的含量顯著高于非持綠性品種[7-9]，而在葉綠素降解過(guò)程中發(fā)揮作用的酶，如葉綠素酶與葉綠素降解相關(guān)蛋白酶的活性卻低于非持綠品種，這表明持綠小麥有較高的光合作用能力，從而表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗旱性[10]；此外，持綠型小麥與非持綠型相比，花后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率大，且花后營(yíng)養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運(yùn)量高[11]。SPANO 等[12]通過(guò)對(duì)4 個(gè)小麥持綠型突變體的研究發(fā)現(xiàn)，小麥旗葉葉綠素含量高的材料光合能力也強(qiáng)，二者表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，在灌漿期至成熟期持綠品種能夠保持較高的光合效率和灌漿持續(xù)期，在干旱脅迫條件下粒質(zhì)量和產(chǎn)量都高于親本。然而另一些研究認(rèn)為，持綠性與產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子相關(guān)性不顯著[13-14]；劉豐明等[15]研究認(rèn)為，小麥和水稻在灌漿期遇到干旱時(shí)，葉片衰老和同化物的再轉(zhuǎn)運(yùn)呈正相關(guān)。JIANG 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，水稻的持綠性與水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量相關(guān)性狀呈負(fù)相關(guān)。顯然，關(guān)于持綠性與產(chǎn)量的關(guān)系仍有很大分歧。

本研究在不同水分條件下研究小麥持綠相關(guān)性狀與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性，為揭示其復(fù)雜的關(guān)系提供依據(jù)，為小麥品種選育提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為小麥旱選10 號(hào)/魯麥14 DH 群體，其包括150 個(gè)家系，群體內(nèi)各株系間變異廣泛[17-18]。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站進(jìn)行，于2011 年9月種植，水分處理分為雨養(yǎng)（Drought-Stress，DS）和灌溉（Well-Watered，WW）。每種水分處理下，每個(gè)家系種2 行，行長(zhǎng)2 m，每行40 粒，點(diǎn)播，重復(fù)3 次，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。雨養(yǎng)與灌溉處理均在播前澆足夠的底墑水，雨養(yǎng)處理在播種后僅依靠自然降水，2011 年10 月上旬到2012 年6 月中旬，即小麥生育期內(nèi)降水量約為109 mm；灌溉處理分別在越冬前、拔節(jié)期和灌漿中期澆水灌溉，每次灌溉量為650 m3/hm2。

1.3 小麥主莖綠葉數(shù)的測(cè)量

小麥開(kāi)花時(shí)，每個(gè)家系掛牌標(biāo)記10 株，從花后10 d 開(kāi)始一直到收獲期，參考賈麗[19]的方法每隔5 d 即花后10（DAA10），15（DAA15），20（DAA20），25（DAA25），30 d（DAA30）進(jìn)行主莖綠葉素（GLNMS）的測(cè)定。

1.4 小麥旗葉功能綠葉面積及衰老特征性狀的計(jì)算與測(cè)定

小麥開(kāi)花期，每個(gè)家系掛牌標(biāo)記10 株長(zhǎng)勢(shì)一致的；參照文獻(xiàn)[20]的方法，將小麥的功能綠葉面積（GLAD）分為0～9，開(kāi)花10 d 后，每隔3 d 即花后13（DAA13），16（DAA16），19（DAA19），22（DAA22），25（DAA25），28（DAA28），31 d（DAA31）用目測(cè)法測(cè)定功能綠葉面積，直到收獲期。進(jìn)而模擬出符合小麥旗葉GLAD 變化趨勢(shì)的Gompertz 類(lèi)型的曲線方程。

式中，K 為花后0 d GLAD 的極限值；e 為常數(shù)；a，b 為待估參數(shù)；t 為開(kāi)花后天數(shù)；Y 為花后某一階段的綠葉面積（GLAD）。

首先用最小二乘法求出3 個(gè)參數(shù)K，a，b 的初始賦值，再結(jié)合SAS 軟件，求出K，a，b 的實(shí)際值；然后利用該曲線方程，獲得花后小麥旗葉GLAD 的變化曲線。再通過(guò)對(duì)曲線方程求一階、二階導(dǎo)數(shù)，求得小麥旗葉衰老過(guò)程中的特征參數(shù)：最大衰老速率（MRS）、衰老起始時(shí)間（Ts）、從花后0 d 到衰老速率最大時(shí)所用的時(shí)間（TMRS）、從花后0 d 到完全衰老之間的時(shí)間（To）、達(dá)到最大衰老速率時(shí)功能綠葉面積的百分比（PGMS）、花后0 d 到旗葉保持3/4 綠葉面積的天數(shù)（75% G）、花后0 d 到旗葉保持1/4 綠葉面積的天數(shù)（25%G）以及75%G 與25%G 之間的天數(shù)（50%G）。

1.5 小麥產(chǎn)量相關(guān)性狀的測(cè)量

小麥成熟后，從每個(gè)家系的2 行中間隨機(jī)選取10 株長(zhǎng)勢(shì)一致的，晾干考種，統(tǒng)計(jì)單株籽粒產(chǎn)量（YPP），并稱取千粒質(zhì)量（TKW），分別計(jì)算10 株的平均值，并將其用作每個(gè)家系YPP 與TKW 的表型值。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 進(jìn)行產(chǎn)量、持綠相關(guān)性狀基本統(tǒng)計(jì)量的分析；并用SPSS 20 進(jìn)行相關(guān)分析和非線性回歸曲線模擬。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥持綠性狀間的相關(guān)性

2.1.1 小麥旗葉功能綠葉面積（GLAD）與主莖綠葉數(shù)（GLNMS）之間的相關(guān)性 從表1 可以看出，2 種不同水分處理下，DAA20 之前，旗葉GLAD 與GLNMS 相 關(guān) 性 不 顯 著；DAA20 之 后，DAA22 的GLAD 與DAA15，DAA20，DAA25 的GLNMS 呈 極顯著正相關(guān)，DAA25，DAA28 的GLAD 與各個(gè)階段的GLNMS 呈顯著或極顯著正相關(guān)，DAA31 的GLAD 與DAA20，DAA25，DAA30 的GLNMS 相 關(guān)性也達(dá)到顯著或極顯著水平。

表1 2 種水分條件下DH 群體不同時(shí)期GLAD 與GLNMS 和衰老特征性狀以及產(chǎn)量性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.1.2 小麥旗葉GLAD 和GLNMS 與衰老特征性狀的相關(guān)性 正常灌溉條件下，DAA10，DAA13，DAA16，DAA19 的GLAD 與各衰老特征性狀間的相關(guān)性不顯著，但隨著花后天數(shù)的增加，DAA22，DAA25，DAA28，DAA31 的GLAD 與各衰老特征性狀呈現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系；而且同一天的GALD 與不同衰老特征性狀相關(guān)性不同，DAA22 的GALD 與最大衰老速率（MRS）呈極顯著負(fù)相關(guān)，與除50%G外的其他衰老特征性狀都表現(xiàn)出顯著正相關(guān)（表1）。各階段的GLNMS 與Ts，To，TMRS，75%G 和25%G 呈顯著或極顯著正相關(guān)，DAA25 和DAA30 的GLNMS 與旗葉MRS 呈極顯著負(fù)相關(guān)（表2）。

表2 2 種水分條件下DH 群體不同時(shí)期GLNMS 與產(chǎn)量性狀、衰老特征性狀的相關(guān)性

雨養(yǎng)條件下，每個(gè)時(shí)期的GLAD 都與衰老特征性狀顯著相關(guān)，其中，與MRS 呈現(xiàn)出顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與其他衰老特征性狀呈顯著正相關(guān)。DAA20，DAA25 和DAA30 的GLNMS 與Ts，TMRS，75%G 和25%G 呈顯著正相關(guān)，而與MRS 呈現(xiàn)出顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

2.1.3 小麥旗葉衰老特征性狀彼此之間的相關(guān)性2 種不同水分處理下，75%G 與多數(shù)衰老特征性狀都呈極顯著正相關(guān)，包括Ts，To，PGMS 和TMRS，但在正常灌溉處理下與MRS 的相關(guān)性與此相反，呈顯著負(fù)相關(guān)；MRS 與25% G 呈極顯著負(fù)相關(guān)，Ts，To 和TMRS 與25%G 呈極顯著正相關(guān)；50%G與多數(shù)衰老特征性狀都呈極顯著正相關(guān)，包括To，PGMS 和TMRS，而與MRS 和Ts 呈極顯著負(fù)相關(guān)；MRS 和Ts 與PGMS 呈極顯著負(fù)相關(guān)；MRS 與Ts 呈極顯著正相關(guān)，但與TMRS，To 呈極顯著負(fù)相關(guān)，這表明具有較大的最大衰老速率（MRS）的家系，衰老的起始時(shí)間晚，衰老過(guò)程卻比較快，能很快達(dá)到最大衰老速率。Ts 和To 與TMRS 呈極顯著正相關(guān)，但Ts 與To 僅在干旱脅迫下呈極顯著正相關(guān)（表3）。

2.2 小麥持綠性狀與產(chǎn)量性狀間的相關(guān)性

2.2.1 小麥旗葉GLAD 與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性 正常灌溉條件下，DAA22 的GLAD 與單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，而在其他時(shí)期，GLAD 與單株產(chǎn)量的相關(guān)性均未達(dá)到顯著性水平；DAA16，DAA19，DAA22的GLAD 與千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。雨養(yǎng)條件下，DAA16，DAA28，DAA31 的GLAD 與單株產(chǎn)量呈顯著和極顯著正相關(guān)；DAA16，DAA19，DAA22，DAA25，DAA28，DAA31 這6 個(gè)時(shí)期的GLAD 與千粒質(zhì)量呈顯著或極顯著相關(guān)。顯然2 種水分條件下，大多數(shù)時(shí)期的GLAD 與千粒質(zhì)量都呈顯著正相關(guān)，尤以雨養(yǎng)條件下表現(xiàn)突出，但與單株產(chǎn)量的相關(guān)性在大多數(shù)時(shí)期不顯著（表1）。

2.2.2 小麥GLNMS 與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性 正常灌溉條件下，DAA15，DAA20 和DAA30 這3 個(gè)時(shí)期的GLNMS 與單株產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)；DAA10，DAA15 和DAA20 時(shí)的GLNMS 與千粒質(zhì)量呈顯著或極顯著正相關(guān)。但干旱脅迫下，雖然GLNMS 與單株產(chǎn)量無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系，但DAA20，DAA25 和DAA30 時(shí)的GLNMS 與千粒質(zhì)量呈顯著或極顯著正相關(guān)（表2）。

2.2.3 小麥旗葉衰老特征性狀與產(chǎn)量性狀之間的相關(guān)性 正常灌溉條件下，衰老特征性狀50%G 和Ts 與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，最大衰老速率（MRS）與單株產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而PGMS，TMRS，75%G 和25%G 與單株產(chǎn)量的相關(guān)性不顯著。Ts，75%G，50%G 與千粒質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)，但在MRS 與千粒質(zhì)量之間表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)，而其他特征性狀與千粒質(zhì)量相關(guān)性不顯著。雨養(yǎng)條件下，50%G 和Ts 與單株產(chǎn)量呈極顯著和顯著正相關(guān)，MRS 與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，而其他特征性狀與單株產(chǎn)量間相關(guān)性不顯著；千粒質(zhì)量與75%G，Ts 呈極顯著和顯著正相關(guān)，與其他衰老特征性狀之間相關(guān)性不顯著（表3）。

表3 2 種水分條件下DH 群體衰老特征性狀之間以及與產(chǎn)量性狀間的相關(guān)系數(shù)

3 討論

3.1 持綠相關(guān)性狀間的相互關(guān)系

THOMAS 等[21]根據(jù)植物衰老特征將持綠性分為4 種類(lèi)型，其中，第1 種類(lèi)型整葉衰老癥狀延遲出現(xiàn)和第2 種類(lèi)型衰老癥狀按時(shí)出現(xiàn)，但衰老速度緩慢，屬于功能性持綠型，分別由于控制衰老過(guò)程起始晚和速率慢，而延長(zhǎng)了光合時(shí)間，合成更多的光合產(chǎn)物。根據(jù)THOMAS 等[21]的分類(lèi)，功能性持綠型在外觀形態(tài)上表現(xiàn)為功能綠葉面積（GLAD）大，衰老過(guò)程中葉片葉綠素含量高等特點(diǎn)。JOSHI 等[22]將作物的葉片和穗子的綠色面積分為0～9（修正后為1～10），其中，綠色面積＜3～6 為持綠型、2＜綠色面積＜3 為中度持綠型、1＜綠色面積＜2 為中度非持綠型、0＜綠色面積＜1 為非持綠型。VERMA等[23]研究認(rèn)為，花后旗葉綠色部分的面積所占葉片總面積的比列，可以用來(lái)作為小麥持綠性的評(píng)價(jià)因素。YANG 等[24]以灌漿持續(xù)期作為評(píng)價(jià)小麥持綠性的指標(biāo)。薛暉等[11]以籽粒生理成熟期的綠葉數(shù)和功能綠葉面積作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。在玉米上，用相對(duì)綠葉面積（花后某時(shí)刻綠葉面積占最大綠葉面積的百分比）、保綠度（生理成熟期綠葉面積占最大綠葉面積的百分比）來(lái)評(píng)價(jià)玉米的持綠性[25]。由于葉片的衰老是一個(gè)程序性死亡過(guò)程，持綠性與整個(gè)衰老過(guò)程息息相關(guān)，顯然用某一生長(zhǎng)階段的葉綠素含量或綠葉面積來(lái)表述作物的持綠性有些欠缺。本研究在觀測(cè)小麥整個(gè)灌漿期的旗葉功能葉面積、主莖綠葉數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)非線性回歸分析得到衰老特征參數(shù)，并分析其相關(guān)性。并且發(fā)現(xiàn)，2 種水分條件下，DAA20 以后的功能綠葉面積（GLAD）與主莖綠葉數(shù)（GLNMS）呈現(xiàn)出顯著相關(guān)關(guān)系；DAA22 功能綠葉面積與衰老特征參數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)；DAA25 主莖綠葉數(shù)與衰老特征參數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)。因此，為了簡(jiǎn)便，可以利用灌漿后期的旗葉功能綠葉面積或主莖綠葉數(shù)評(píng)價(jià)小麥的持綠性。但是將旗葉功能綠葉面積、主莖綠葉數(shù)與衰老特征參數(shù)等綜合起來(lái)研究，可以更加確切的闡述不同小麥品種或品系的持綠性。

通過(guò)對(duì)衰老特征性狀彼此之間的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)最大衰老速率（MRS）與達(dá)到最大衰老速率的時(shí)間（TMRS）和完全衰老時(shí)間（To）呈顯著和極顯著負(fù)相關(guān)，與衰老起始時(shí)間（Ts）呈極顯著正相關(guān)，表明具有較大的最大衰老速率（MRS）的家系，衰老的發(fā)生時(shí)間較晚，但是會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)完全衰老，這可能與六倍體小麥在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的對(duì)環(huán)境適應(yīng)性有關(guān)。

3.2 GLAD，GLNMS 及衰老特征性狀與產(chǎn)量性狀的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn)，正常灌溉處理下，GLAD 對(duì)粒質(zhì)量具有正向效應(yīng)，表現(xiàn)在DAA16，DAA19，DAA22，但與單株產(chǎn)量的相關(guān)性不顯著；干旱脅迫下，GLAD 與DAA16，DAA19，DAA22，DAA25，DAA28 和DAA31時(shí)的千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，但與單株產(chǎn)量?jī)H在DAA28 和DAA31 時(shí)相關(guān)性顯著，可以看出，GLAD對(duì)正常灌溉下的灌漿中期和干旱脅迫下的灌漿中后期的粒質(zhì)量起重要作用，但對(duì)單株產(chǎn)量?jī)H在干旱脅迫的后期影響較大。

眾所周知，植物的光合作用主要發(fā)生在綠色葉片上。在小麥的灌漿期內(nèi)綠葉的數(shù)量以及持綠時(shí)間會(huì)影響光合作用與同化物的產(chǎn)生、運(yùn)輸和積累，進(jìn)而影響產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，DAA20，DAA25 和DAA30 的GLNMS 與千粒質(zhì)量呈顯著或極顯著正相關(guān)；正常灌溉條件下，DAA15，DAA20和DAA30 時(shí)GLNMS 與單株產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，DAA10，DAA15 和DAA20 時(shí)的GLNMS 與千粒質(zhì)量也呈顯著或極顯著正相關(guān)。因此，與GLAD 相似，灌漿期間GLNMS 對(duì)千粒質(zhì)量的影響較大。

本研究發(fā)現(xiàn)，小麥旗葉最大衰老速率（MRS）出現(xiàn)在DAA20；正常灌溉條件下，MRS 與單株產(chǎn)量和千粒質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)；干旱脅迫下，MRS 對(duì)單株產(chǎn)量的負(fù)向效應(yīng)也達(dá)到極顯著水平。當(dāng)小麥旗葉達(dá)到MRS 時(shí)，GLAD 與GLNMS 都呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，如果這個(gè)時(shí)期GLAD 越大或GLNMS 越多，光合產(chǎn)物就越多，小麥的粒質(zhì)量和單株產(chǎn)量就越高。2 種水分條件下，50%G 和衰老起始時(shí)間（Ts）都對(duì)產(chǎn)量相關(guān)性狀具有顯著的正向效應(yīng)，而50%G 出現(xiàn)時(shí)間大概在DAA24 左右，該時(shí)期正處于灌漿的漸增期，是粒質(zhì)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，且前人研究發(fā)現(xiàn)該時(shí)期的灌漿速率對(duì)粒質(zhì)量的影響要高于灌漿持續(xù)期[18]，故適當(dāng)延長(zhǎng)50%G 時(shí)間段將有利于小麥粒質(zhì)量和產(chǎn)量的提高。本研究還發(fā)現(xiàn)，完全衰老時(shí)間（To）與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性不顯著，可以推斷雖然延長(zhǎng)小麥?zhǔn)斋@期可能會(huì)對(duì)產(chǎn)量有一定的影響，但不顯著，因此，生產(chǎn)上不能過(guò)于強(qiáng)調(diào)持綠，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)某墒炱?，才能得到理想的結(jié)果。綜上所述，對(duì)小麥產(chǎn)量影響比較大的衰老特征性狀是MRS 和Ts。因此，可以將MRS 和Ts 作為篩選持綠性品種的參考指標(biāo)，MRS 較大或者衰老起始較早的品種，單株產(chǎn)量或者千粒質(zhì)量較低。蔡慶生等[26]研究發(fā)現(xiàn)，隨著灌漿速率的增加，小麥粒質(zhì)量也隨之增加，二者顯著正相關(guān)，而灌漿持續(xù)時(shí)間與粒質(zhì)量無(wú)相關(guān)性。段國(guó)輝等[27]研究表明，灌漿速率是影響小麥灌漿期各階段粒質(zhì)量的主要因素，而灌漿時(shí)間對(duì)其影響不大。葉片衰老即持綠與灌漿速率相匹配，并且具有相同的數(shù)學(xué)模型和原理[24，28]，持綠性較好即為功能性持綠型，這種類(lèi)型葉片衰老緩慢，光合作用較旺盛，灌漿速率較快，積累的干物質(zhì)較多，這與THOMAS 等[21]的持綠類(lèi)型的劃分相吻合。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，灌溉和雨養(yǎng)條件下，衰老起始時(shí)間（Ts）與最大衰老速率（MRS）是影響小麥產(chǎn)量的2 個(gè)最主要的衰老特征性狀。育種實(shí)踐中應(yīng)該選育衰老起始晚，功能綠葉面積大，衰老緩慢即最大衰老速率較小的品種。