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        PEG脅迫對(duì)8個(gè)不同小麥品種幼苗根系的影響

        2015-06-15 18:49:25王稼苜張志勇歐行奇胡楊
        關(guān)鍵詞:百農(nóng)周麥抗旱性

        王稼苜,張志勇,歐行奇,胡楊

        (1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003;2.廣西大學(xué),廣西南寧530004)

        PEG脅迫對(duì)8個(gè)不同小麥品種幼苗根系的影響

        王稼苜1,張志勇1,歐行奇1,胡楊2

        (1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003;2.廣西大學(xué),廣西南寧530004)

        以百農(nóng)矮抗58、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)等8個(gè)耐旱性不同的冬小麥品種為材料,以PEG6000為水分脅迫劑,對(duì)不同小麥品種在水分脅迫下的根系特性進(jìn)行比較研究.采用根系圖像掃描和WinRHIZO軟件進(jìn)行根系分析,比較不同品種的根長度相對(duì)增長率、根面積相對(duì)增長率、根系平均直徑相對(duì)增長率等5個(gè)指標(biāo),采用方差分析、多重比較、聚類分析等統(tǒng)計(jì)分析方法,判別供試品種的抗旱性.結(jié)果表明:不同小麥品種在200 g/L質(zhì)量濃度的PEG6000脅迫下,抗旱性存在一定差異.依抗旱性可將供試小麥品種分成4類:第一類包括矮抗58與百農(nóng)64;第二類包括百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、周麥16和華育198;第三類為周麥22;第四類為周麥18.該結(jié)果可為小麥根部性狀改良和抗旱性遺傳資源利用提供參考.

        小麥;抗旱性;PEG;根系特性

        隨著全球氣候變化的加劇和生態(tài)平衡的破壞,水資源短缺愈來愈成為全人類面臨的一個(gè)嚴(yán)重生態(tài)問題.干旱是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要環(huán)境因素之一.河南省地處中原,是全國小麥種植面積最大的省區(qū).當(dāng)小麥播種時(shí),嚴(yán)重干旱通常影響小麥的正常出苗,直接影響基本苗數(shù).根系是決定小麥抗旱性和產(chǎn)量的重要因素,根系的功能制約著小麥冠層的發(fā)展與資源利用效率[1].了解不同小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性,有助于根據(jù)土壤墑情選擇播種量,為獲得目標(biāo)大小的群體打好基礎(chǔ)[2].

        PEG(聚乙二醇)作為一種高分子滲透劑,不能穿越植物細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),不會(huì)引起質(zhì)壁分離.其親水性比較強(qiáng),能使植物組織和細(xì)胞處于類似于干旱脅迫的環(huán)境之中,可有效模擬土壤干旱環(huán)境[3-5].苗期運(yùn)用PEG模擬干旱脅迫鑒定小麥抗旱性具有時(shí)間短、容量大、可重復(fù)性強(qiáng)、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[6-7].有研究表明,質(zhì)量濃度200 g/L的PEG6000處理后小麥的SOD、POD、丙二醛、脯氨酸等含量變化比較顯著,用于預(yù)測(cè)小麥品種的抗旱性具有較高的準(zhǔn)確性[8-11].本試驗(yàn)用PEG6000溶液模擬干旱脅迫,通過根系測(cè)定對(duì)8個(gè)小麥品種進(jìn)行了苗期抗旱性評(píng)價(jià),探討各品種根系指標(biāo)對(duì)干旱的響應(yīng),以期為小麥育種工作和小麥的生產(chǎn)提供理論依據(jù).

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        本試驗(yàn)采用8個(gè)耐旱性不同的冬小麥品種為試驗(yàn)材料,分別為百農(nóng)矮抗58、百農(nóng)64、百農(nóng)207、周麥16、周麥18、周麥22、洛旱7號(hào)和華育198.

        1.2 干旱脅迫幼苗生長試驗(yàn)方法

        選取大小均勻、子粒飽滿的種子,分別置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中,在25℃條件下清水培養(yǎng)5 d,選取36株長勢(shì)一致的幼苗,移至Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng).至小麥長出三葉一心時(shí),設(shè)置處理和對(duì)照,在處理植株中加入PEG6000模擬干旱脅迫,PEG6000每間隔一天加入1次,共加入3次,使加入后PEG6000的質(zhì)量濃度分別為50 g/L、100 g/L和200 g/L.每個(gè)品種處理和對(duì)照均設(shè)3次重復(fù),25℃條件下培養(yǎng)21 d后取幼苗進(jìn)行測(cè)定.

        1.3 測(cè)定項(xiàng)目及數(shù)據(jù)采集處理方法

        主要進(jìn)行幼苗耐旱性試驗(yàn)生長指標(biāo)的測(cè)定.從處理和對(duì)照培養(yǎng)器皿中隨機(jī)選出30株幼苗用于掃描根系數(shù)據(jù).采用EPSON perfection V700 photo進(jìn)行根系圖像掃描得到圖片,再利用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)測(cè)定總長、平均直徑、表面積、總體積、根系長度等.本次選取所獲數(shù)據(jù)中的5個(gè)重要指標(biāo),無量綱處理每次重復(fù)的相對(duì)值數(shù)據(jù),得到5個(gè)指標(biāo)的3次重復(fù)增長率結(jié)果,即根長度相對(duì)增長率、根面積相對(duì)增長率、根系平均直徑增長率、每m3的根系長度增長率和根表面積相對(duì)增長率.采用DPS軟件進(jìn)行方差分析與多重比較、聚類分析等.

        2 結(jié)果與分析

        2.1 干旱脅迫下根長度相對(duì)增長率

        干旱脅迫下不同小麥品種的根長度相對(duì)增長率見表1.

        表1 根長度相對(duì)增長率Tab.1 The relative growth rate of root length

        由表1可知,8個(gè)參試小麥品種的幼苗根長度相對(duì)增長率自大至小依次為周麥22,華育198,周麥16,百農(nóng)207,洛旱7號(hào),矮抗58,百農(nóng)64,周麥18.其中,周麥22、華育198、周麥16、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、矮抗58和百農(nóng)64在200 g/L PEG6000水分脅迫條件下根長度相對(duì)增長率平均值均為正值,表示根的生長大于相應(yīng)對(duì)照,即在200 g/L PEG6000水分脅迫條件下根反而生長加快;周麥18的根長度相對(duì)生長率為負(fù)值,說明經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,周麥18根系生長變緩.多重比較結(jié)果表明,在200 g/L PEG6000水分脅迫條件下,周麥22的根長度相對(duì)增長率與洛旱7號(hào)、矮抗58差異顯著(P<0.05),與百農(nóng)64、周麥18差異極顯著(P<0.01),周麥18則與其他7個(gè)品種差異均極顯著(P<0.01).

        2.2 干旱脅迫下根面積相對(duì)增長率

        干旱脅迫下不同小麥品種的根面積相對(duì)增長率見表2.

        表2 根面積相對(duì)增長率Tab.2 The relative growth rates of root area

        由表2可知,在200 g/LPEG6000水分脅迫條件下,周麥18的根面積相對(duì)增長率與其他7個(gè)品種在0.05水平和0.01水平上都存在顯著差異;在0.05水平上,周麥22與洛旱7號(hào)、百農(nóng)64存在顯著差異;周麥22、華育198、矮抗58、周麥16、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)和百農(nóng)64在0.01水平上差不顯著異.根據(jù)根面積相對(duì)增長率的正負(fù)性可知,經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,周麥18根系生長變緩,而其他小麥品種的根面積相對(duì)增長率則均大于對(duì)照.

        2.3 干旱脅迫下根系平均直徑相對(duì)增長率

        干旱脅迫下不同小麥品種的根系平均直徑相對(duì)增長率見表3.

        表3 根系平均直徑相對(duì)增長率Tab.3 The relative growth rates of average root diameter

        由表3可知,矮抗58與洛旱7號(hào)在0.05和0.01水平上差異均不顯著;周麥18、百農(nóng)64與洛旱7號(hào)、周麥16、華育198、百農(nóng)207、周麥22相較,在0.05水平上有顯著差異;周麥18、百農(nóng)64與周麥16、華育198、百農(nóng)207、周麥22在0.01水平上差異極顯著.根系平均直徑相對(duì)增長率均為負(fù)值,說明經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,各小麥品種的根系在直徑生長指標(biāo)上均受到抑制.

        2.4 干旱脅迫下根表面積相對(duì)增長率

        干旱脅迫下8個(gè)小麥品種根系根表面積相對(duì)增長率見表4.

        表4 根表面積相對(duì)增長率Tab.4 The relative growth rate of root surface area

        由表4可知,供試的8個(gè)小麥品種中,只有周麥18的根面積相對(duì)增長率為負(fù)值,且與其他7個(gè)品種在0.05水平和0.01水平上差異均顯著;周麥22與華育198、矮抗58、周麥16、百農(nóng)207之間在0.05水平上差異不顯著,與洛旱7號(hào)、百農(nóng)64在0.05水平上差異顯著;除周麥18之外的7個(gè)品種在0.01水平上差異不顯著.

        2.5 干旱脅迫下8個(gè)品種根系5個(gè)變量的系統(tǒng)聚類分析

        以8個(gè)品種根系的根長度相對(duì)生長率、根面積相對(duì)增長率、根系平均直徑相對(duì)增長率、每m3的根系長度相對(duì)增長率和根表面積相對(duì)增長率5個(gè)指標(biāo)作為變量,在DPS軟件中進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析.結(jié)果見圖1.

        圖1 8個(gè)小麥品種根系的5個(gè)變量系統(tǒng)聚類Fig.1 The 5 variables system clustering of 8 cultivars roots

        由圖1可知,依據(jù)抗旱性可將供試8個(gè)小麥品種分為4類:第一類包括矮抗58與百農(nóng)64;第二類包括百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、周麥16和華育198;第三類為周麥22;第四類為周麥18.

        周麥22、周麥18分別作為兩個(gè)單獨(dú)的分類,其他品種約在0.7~1.0的水平上聚為一類.這與周麥18是冬性品種,抗冬、春寒害,抗旱性比較強(qiáng)的特性是一致的.周麥22作為另一類,耐旱性較好,本結(jié)果與該品種的種植特性相一致.矮抗58與百農(nóng)64為一小類聚在一起,百農(nóng)64是百農(nóng)207的父本.華育198品種與周麥16為一小類,接著與百農(nóng)207、洛旱7號(hào)四個(gè)品種約在0.7的水平上聚為一類.可能它們的半冬性抗旱基因有一定相關(guān)性或有較近遺傳關(guān)系.同理,百農(nóng)207、周麥16和洛旱7號(hào)聚為一小類,這與百農(nóng)207屬半冬性中晚熟品種,該品種來源于周16/百農(nóng)64關(guān)系密切.冬性的周麥18、周麥22在14.79聚為一小類,冬性的周麥18、周麥22與其他6個(gè)半冬性品種在36.99的水平上才聚為一大類.

        3 結(jié)論與討論

        本研究結(jié)果表明:在200 g/L PEG6000脅迫下,8個(gè)供試小麥品種根系的5個(gè)不同指標(biāo)存在顯著性差異.依據(jù)抗旱性表現(xiàn)可將其分為4類:第一類包括矮抗58與百農(nóng)64;第二類包括百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、周麥16和華育198;第三類為周麥22;第四類為周麥200 g/L PEG6000水分脅迫條件下,周麥18測(cè)定的5個(gè)指標(biāo)增長變緩,說明周麥18根系生長變緩.同理,周麥22、華育198、周麥16、百農(nóng)207、洛旱7號(hào)、矮抗58和百農(nóng)64經(jīng)200 g/L PEG6000處理后,根的生長均大于相應(yīng)對(duì)照,即表示水分脅迫情況下反而根生長加快.

        小麥抗旱性育種的實(shí)質(zhì)是適應(yīng)性育種[5],冬小麥幼苗初生根數(shù)目與抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)間都表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系[12].本文僅用200 g/L PEG6000水分脅迫處理得到階段性處理結(jié)果,以后可采用不同質(zhì)量濃度PEG6000水分脅迫處理,來模擬不同耐旱條件下,不同冬小麥品種的根系生長特性.

        [1]吳永成,周順利,王志敏.小麥與抗旱性有關(guān)的根系遺傳改良研究進(jìn)展[J].麥類作物學(xué)報(bào),2004,24(3):101-104.

        [2]王瑾,劉桂茹,楊學(xué)舉.PEG脅迫下小麥再生植株根系特性與抗旱性的關(guān)系[J].麥類作物學(xué)報(bào),2006,26(3):117-119.

        [3]姬俊華,李雪林,璟霍昱,等.水分脅迫對(duì)不同基因型小麥種子幼苗生長的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,39(16):3-4.

        [4]蘆靜,曹俊梅,周安定,等.PEG處理下新疆冬小麥品種幼苗期生理指標(biāo)的抗旱性研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,51(3):393-402.

        [5]丁強(qiáng)強(qiáng),劉敏,萬志兵.PEG脅迫對(duì)光皮樺種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2013,25(6):13-16.

        [6]李鳳珍,馬曉崗.PEG處理下青海栽培小麥萌發(fā)期及幼苗期抗旱性研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(21):44-48.

        [7]吳永成,周順利,王志敏,等.冬小麥初生根系與抗旱性及產(chǎn)量關(guān)系的初步研究[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,25(3):168-170.

        [8]劉新月,張久剛,衛(wèi)云宗.優(yōu)質(zhì)抗旱小麥新品種臨豐3號(hào)選育研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2007,25(1):212-215.

        [9]楊玉萍,韋鵬霄,岑秀芬,等.干旱脅迫劑PEG處理對(duì)冬小麥萌芽期抗旱性影響的研究[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,35(1):4-7,11.

        [10]賈少磊,呂金印,劉昌欣,等.PEG脅迫對(duì)抗旱性不同的小麥幼苗光合關(guān)鍵酶活性的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào),2014,34(7):976-982.

        [11]姜淑欣,劉黨校,龐紅喜,等.PEG脅迫及復(fù)水對(duì)不同抗旱性小麥幼苗脯氨酸代謝關(guān)鍵酶活性的影響[J].西北植物學(xué)報(bào), 2014,34(8):1581-1587.

        (責(zé)任編輯:鄧天福)

        Effect of water stress by PEG on the seedling root characteristics of 8 wheat varieties

        Wang Jiamu1,Zhang Zhiyong1,Ou Xingqi1,Hu Yang2
        (1.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China;2.Guangxi University,Nanning 530004,China)

        The root characteristics test for 8 wheat varieties was conducted under 20g/L PEG6000 stress.5 indicators of roots was analysed by root image scanning and WinRHIZO software.The results showed that:the drought stress resistance of 8 wheat varieties were evaluated comprehensively by 200 g/L PEG6000 stress;8 wheat varieties can be categorized as four classes,such as the first class includes Bainong AK58 and Bainong 64;the second category includes Bainong 207,Luohan 7,Zhoumai 16 and Huayu 198;the third category includes Zhoumai 22;the fourth is Zhoumai 18 varieties.The results can be used as improved wheat root traits and drought resistance genetic resources to take advantage of reference.

        wheat;drought resistance;PEG;root characteristics

        S512.1

        A

        1008-7516(2015)03-0001-05

        10.3969/j.issn.1008-7516.2015.03.001

        2015-04-24

        新鄉(xiāng)市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(06N054)

        王稼苜(1990―),女,河南浚縣人,碩士研究生.主要從事小麥抗旱性研究.

        歐行奇(1964―),男,河南鄲城人,教授.主要從事小麥育種研究.

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