張立軍孫旭剛李盛有王文斌曹永強(qiáng)

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,遼寧 沈陽 110161)

面對(duì)全球氣候異常、干旱頻發(fā)、耕地和水資源日益減少、糧食供需矛盾日益突出的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí),如何通過提高作物的抗旱性、提高水資源利用率來增加糧食產(chǎn)量和品質(zhì),已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展的重大要求。大豆是世界上最重要的糧、油、飼、營(yíng)養(yǎng)等功能兼?zhèn)涞慕?jīng)濟(jì)作物。然而,由于大豆的蒸騰系數(shù)較高,需水量大,抗旱能力相對(duì)較弱,干旱加劇對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)產(chǎn)生很大影響。目前,通過遺傳改良提高大豆品種的抗旱性是重要的解決途徑之一。在國(guó)家大力推進(jìn)種業(yè)自主創(chuàng)新、加強(qiáng)種質(zhì)保護(hù)與利用的戰(zhàn)略背景下,亟需對(duì)大豆種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià),篩選優(yōu)異耐旱型種質(zhì)用于種質(zhì)創(chuàng)新與新品種選育。

多年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在作物抗旱機(jī)理和抗旱性遺傳改良研究方面做了大量工作,并從不同角度研究了抗旱性鑒定的試驗(yàn)設(shè)計(jì)、指標(biāo)選擇、評(píng)價(jià)方法及抗性分級(jí)等問題[1～8]。本研究針對(duì)遼寧大豆生產(chǎn)實(shí)際,利用半干旱地區(qū)生態(tài)特點(diǎn)對(duì)東北春大豆種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià),以期篩選出抗旱性較強(qiáng)的大豆材料,為大豆抗旱育種及種質(zhì)創(chuàng)新提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用春大豆種質(zhì)資源材料157份,包括東北地區(qū)農(nóng)家品種和選育品種(表1),供試材料由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

表1 供試大豆種質(zhì)資源的名稱和來源

1.2 試驗(yàn)方法

2021年,在遼寧省阜新市阜蒙縣桃李村(半干旱區(qū)),采用田間裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),主處理為不同土壤水分處理,副處理為157份大豆品種(系)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù)。其中,不同土壤水分處理包括正常灌溉(出現(xiàn)旱象及時(shí)灌水,保證水處理田間水分充足)和不灌溉(出苗后至成熟期不灌水)處理。

選擇地勢(shì)平坦,土壤肥力均一、中等以上,土層深厚,保水保肥,避免大豆重茬和迎茬。前茬作物收獲后應(yīng)盡早進(jìn)行秋耕翻,深度25～30 cm,耕翻后結(jié)合施農(nóng)家肥進(jìn)行旋耙,春季進(jìn)行旋耕,保證待播。種子進(jìn)行篩選,選擇健康、干凈、發(fā)芽率達(dá)85%以上的純凈種子進(jìn)行播種。每小區(qū)2行,行長(zhǎng)4 m,壟距50 cm,密度1.1萬株/667m2。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

當(dāng)豆莢呈固有莢熟色時(shí),及時(shí)收獲。選取田間生長(zhǎng)連續(xù)、均勻一致的植株,每小區(qū)拔取5株,用于室內(nèi)考種。對(duì)田間收獲的5株植株,考察其各自株高和單株生物產(chǎn)量和單株粒重。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010計(jì)算各品種的平均株高、單株生物量和單株粒重,并計(jì)算干旱脅迫與正常供水條件下的比值,依下式計(jì)算抗旱隸屬函數(shù)值:RIij=Xij/CKij(比值大于1時(shí),公式為:RIij=1-Xij/CKij);RIi=1/n(∑RIij)。其中,RIij為第i個(gè)材料第j個(gè)性狀干旱條件對(duì)正常供水條件的比值,RIi為第i個(gè)品種該性狀的隸屬值。最后將各材料各性狀的隸屬值平均求得平均隸屬函數(shù)值。利用SPSS 19.0對(duì)抗旱隸屬函數(shù)值進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)不同品種大豆株高、單株生物量和單株粒重的影響

方差分析表明,干旱脅迫處理對(duì)大豆成熟期株高、單株生物量和單株粒重存在極顯著影響(P＜0.01),不同品種大豆間株高、單株生物量和單株粒重存在極顯著差異(P＜0.01),并且株高、單株生物量和單株粒重在干旱脅迫處理與品種間互作效應(yīng)達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。

由表2可知,干旱脅迫處理使大豆株高、單株生物量和單株粒重分別顯著降低了15.4%、30.0%和34.6%。在正常供水條件下,不同品種大豆株高平均值為 83.7 cm,最低值為44.3 cm,最大值為144.0 cm,變異系數(shù)為29.7;不同品種大豆生物量平均值為 73.9 g,最低值為25.0 g,最大值為176.5 g,變異系數(shù)為41; 不同品種大豆單株粒重平均值為 33.3 g,最低值為16.0 g,最大值為61.17 g,變異系數(shù)為28。

在干旱脅迫條件下,不同品種大豆株高平均值為71.0 cm,最低值為31.3 cm,最大值為130.0 cm,變異系數(shù)為31.0;不同品種大豆生物量平均值為 51.7 g,最低值為19.5.0 g,最大值為122.1 g,變異系數(shù)為42.7;不同品種大豆單株粒重平均值為 21.7 g,最低值為6.7 g,最大值為46.1 g,變異系數(shù)為38.7。

2.2 大豆種質(zhì)資源成熟期的加權(quán)抗旱系數(shù)

由表2可知,157份大豆種質(zhì)資源成熟期加權(quán)抗旱系數(shù)平均值0.70,最小值0.47,最大值0.95。經(jīng)聚類分析將157種質(zhì)資源劃分為3類,分別為干旱敏感型、中間型和耐旱型。

表2 正常供水和干旱脅迫下不同品種大豆農(nóng)藝性狀及抗旱性

其中,干旱敏感型有9份,加權(quán)抗旱系數(shù)為0.47～0.56;中間型有129份,加權(quán)抗旱系數(shù)為0.59～0.87;耐旱型有19份,加權(quán)抗旱系數(shù)為0.89～0.95。其中,耐旱型種質(zhì)資源包括:永吉棗豆、極早黃、疆莫豆1號(hào)、褐大豆、大粒黃、東農(nóng)42A、東農(nóng)50、黑河6號(hào)、黑農(nóng)26、黑河1號(hào)、墾農(nóng)4號(hào)、黑農(nóng)48、吉育72、吉林35、吉農(nóng)22、吉林36、遼08Q104、遼豆32、鐵豐29等。

2.3 大豆成熟期加權(quán)抗旱系數(shù)與生育期的相關(guān)性

相關(guān)分析表明,加權(quán)抗旱系數(shù)與始花期天數(shù)呈負(fù)相關(guān),與成熟期天數(shù)呈負(fù)相關(guān),但相關(guān)系數(shù)均未達(dá)顯著水平(P＞0.05)。由圖1可見,不同熟期類型大豆間加權(quán)抗旱系數(shù)無明顯差異。

圖1 大豆抗旱隸屬函數(shù)值與始花期、成熟期天數(shù)的相關(guān)性

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3 結(jié)論與討論

本研究利用加權(quán)抗旱系數(shù)法對(duì)157份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià),篩選出19份耐旱型大豆種質(zhì)資源。其中,永吉棗豆、極早黃、疆莫豆1號(hào)、褐大豆、大粒黃等5份資源為地方品種,可以作為大豆抗旱育種提供遺傳基礎(chǔ)材料。東農(nóng)42A、東農(nóng)50、黑河6號(hào)、黑農(nóng)26、黑河1號(hào)、墾農(nóng)4號(hào)、黑農(nóng)48等7份資源為黑龍江省大豆育成品種,吉育72、吉林35、吉農(nóng)22、吉林36等4份資源為吉林省育成品種,這些品種生育期較短,適宜在遼寧西部地區(qū)開展復(fù)種或?yàn)?zāi)后補(bǔ)種技術(shù)推廣。遼08Q104、遼豆32、鐵豐29等3份資源為遼寧省育成品種(系),其中,遼豆32不僅具有較強(qiáng)的抗旱能力,并且具有較高的產(chǎn)量潛力,曾突破了東北春大豆超高產(chǎn)攻關(guān)目標(biāo),適宜在遼寧西部地區(qū)作為主栽品種進(jìn)行大面積推廣種植。

目前,大豆抗旱資源鑒定方法較多,包括萌芽期抗旱鑒定的PEG干旱模擬試驗(yàn)、生長(zhǎng)期的大棚遮雨干旱控水試驗(yàn)、田間自然少雨條件試驗(yàn)等[7]。本研究利用遼寧西部半干旱地區(qū)降雨量少、蒸發(fā)量大的環(huán)境特點(diǎn),采用正常灌水和全生育期不灌水的方式對(duì)大豆種質(zhì)資源的抗旱性進(jìn)行了鑒定,這種方法具有便于管理、試驗(yàn)成本低、與生產(chǎn)實(shí)際接近等優(yōu)點(diǎn)。作物的抗旱性是各種性狀對(duì)干旱脅迫的綜合響應(yīng)結(jié)果,但不同性狀對(duì)干旱脅迫的敏感性存在很大差異。在選擇性狀指標(biāo)進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)充分考慮干旱發(fā)生的時(shí)期、程度以及所選指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度等,以確定有效指標(biāo)范圍,使評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際表現(xiàn)[5]。由于大豆抗旱能力與否主要體現(xiàn)在產(chǎn)量表現(xiàn)方面,因而以為研究提出了以產(chǎn)量指標(biāo)為依據(jù)的多種抗旱性直接評(píng)價(jià)方法,同時(shí)也有研究采用了綜合評(píng)價(jià)方法[4～8]。本研究借鑒我國(guó)大豆成株期抗旱性鑒定評(píng)價(jià)方法[5],篩選了與產(chǎn)量密切相關(guān)的株高、單株生物量和單株粒重等3個(gè)性狀作為大豆成株期抗旱性鑒定指標(biāo),計(jì)算了加權(quán)抗旱抗旱系數(shù)用于對(duì)大豆種質(zhì)資源抗旱性分級(jí)。另外,由于本研究采用的大豆資源分別來自黑龍江、吉林和遼寧地區(qū),生育期存在較大差異,很可能對(duì)抗旱鑒定結(jié)果準(zhǔn)確性造成影響。然而,本研究通過相關(guān)性分析表明,大豆成熟期抗旱性與始花期、成熟期天數(shù)相關(guān)性并不顯著,說明本研究抗旱鑒定結(jié)果與生育期長(zhǎng)短無關(guān)。