李丁+孟祥海+魏建偉+趙鳳梧+喬文臣+孫書孌+趙明輝+李會敏+李強

摘要：干旱脅迫是小麥增產(chǎn)的主要限制因素。加強小麥根部性狀對于提高小麥的抗旱性的研究，進而提高小麥的產(chǎn)量具有重要意義。為了快速準(zhǔn)確測量小麥根系的各項指標(biāo)和篩選適宜于小麥品種抗旱性鑒定的指標(biāo)，該文對小麥抗旱性有關(guān)的根系研究方法和評價指標(biāo)進行了歸納總結(jié)與比較分析，提出了當(dāng)前根系研究方法中的幾點問題，以期為根系研究方法的選擇和改進提供科學(xué)依據(jù)，為小麥抗旱育種和高產(chǎn)栽培技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：小麥；干旱脅迫；根部性狀；抗旱性

李 丁，孟祥海，魏建偉，等. 小麥抗旱性根系研究方法及探討[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（14）：73-74.

干旱災(zāi)害是影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的最主要自然災(zāi)害。干旱脅迫是限制小麥生產(chǎn)的主要因素，因此小麥抗旱性已成為目前研究的熱點。小麥作為全國主要糧食作物，有近1億畝左右完全沒有水澆條件，屬于純旱地小麥，占小麥總面積的28%；近年來氣候多變，小麥苗期干旱、開花前干旱、灌漿期干旱以及持續(xù)干旱均可發(fā)生，尤其北方旱地小麥，干旱頻發(fā)，造成全國小麥主產(chǎn)區(qū)播種困難，播期推遲，嚴(yán)重影響小麥生產(chǎn)[1]。國內(nèi)外學(xué)者從小麥形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理機制、生理生化以及分子水平等方面對作物抗旱性和根系都進行了大量研究，從不同角度提出了許多鑒定方法和指標(biāo)，目前小麥抗旱性的根系指標(biāo)眾多[2]，鑒定方法和指標(biāo)也較多[3-8]。北方小麥生長時期正值春秋干旱時節(jié)，水分不足已成為北方小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要限制因素。培育抗旱節(jié)水高產(chǎn)、抗逆性強的小麥品種將是保障國家糧食安全、促進小麥生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的有效途徑，因此小麥抗旱性研究和小麥抗旱育種已成為當(dāng)今世界上的重要課題之一。

一、小麥抗旱性與根系的關(guān)系

根系在小麥的生長過程中，對小麥的整個生長發(fā)育過程都有著非常重要的作用，是小麥吸收水分，運輸養(yǎng)分的主體，此外在小麥面臨干旱脅迫時，能供應(yīng)充足的水分，減輕干旱對小麥的影響，因此小麥根系的強弱是影響小麥抗旱性和產(chǎn)量最直接的因素，因此研究小麥的根系對于改良小麥的抗旱性有著重要的意義。因此與根系發(fā)達程度相關(guān)的性狀，常被用來當(dāng)做抗旱性鑒定的重要指標(biāo)[9]，比如根的條數(shù)、最大根長、根活性、根干重和根冠比等。幼苗時期的根干重與抗旱性呈顯著正相關(guān)，根干重受根數(shù)及根長的影響也不一樣[10]；楊子光[11]認為初生根數(shù)可作為抗旱性鑒定的重要參考指標(biāo)之一；胡秀娟等[12-13]以CCD攝像系統(tǒng)為圖像采集系統(tǒng)分別完成了對植物根系的生長動態(tài)的監(jiān)測工作。

二、小麥根系研究方法

小麥根系研究方法是調(diào)查根系形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的重要手段。人們?yōu)榱苏莆招←湼翟谕寥乐猩L與分布的真實情況，研究出了多種方法來測定小麥根系的形態(tài)和生理特征特性，這就要求取樣工作快速而準(zhǔn)確以及取得的根系完整性。

1、挖掘法

挖掘法是小麥根系研究中應(yīng)用最早的方法，為了得到小麥的全部根系，就要從土壤中挖出待測小麥的根系，經(jīng)過清水處理之后進行測量[14]。此方法操作簡單、易行、應(yīng)用廣泛，但是缺點也較多，比如操作費時、費力，尤其小麥具有較深的根系，取樣面積受限；沖洗根系易損失，誤差大；難以得到完整根系；無法進行小麥全生育期的觀測。

2、土鉆法

土鉆法主要是利用土鉆取土，鉆頭部分大小不等，鉆頭直徑從幾厘米到幾十厘米不等，根據(jù)試驗需要采用合適大小的鉆頭。為了提高試驗結(jié)果準(zhǔn)確性，還應(yīng)該保證土芯完整無損，以免造成小麥根量流失；如果樣品不能立即處理調(diào)查，應(yīng)立即將土樣冰凍保存；同時應(yīng)該盡可能多的增加取樣的重復(fù)次數(shù)來減少誤差。此方法取樣迅速，較為簡便，取樣地點靈活，因此能消除環(huán)境引起的誤差，對麥田和土壤的破壞性也輕，使得測定結(jié)果更精確[15-16]。

3、容器法

容器法根據(jù)培養(yǎng)的容器具體可分為盆栽法、池栽法、管栽法等；按培養(yǎng)的介質(zhì)又分為蛭石培養(yǎng)法、水培法、氣培法（噴霧法）、沙培法等[17]。此方法最大的優(yōu)點是非常容易得到小麥完整的根系，因此常用來進行小麥根系的生態(tài)學(xué)研究；也可控制小麥不同的生長環(huán)境，來研究各種因素對小麥根系生長的影響。此方法的優(yōu)點是便于控制試驗條件，操作簡單，可觀性強，重復(fù)性較好；缺點是因為與大田的生長環(huán)境有差異，可能與大田的實際結(jié)果不同。

4、根系觀測室法

根系觀測室法是由玻璃壁法改進而來。玻璃壁法是通過設(shè)置于土壤剖面的玻璃窗來持續(xù)觀察和記錄根系的生長的方法，促進了現(xiàn)代化的根系觀測室的產(chǎn)生，因此造成了根系形態(tài)學(xué)的大發(fā)展[18]。此方法建立在根系觀測室基礎(chǔ)上，由一條地下通道和通道兩旁的數(shù)量不等的觀測室組成。觀測室面向通道的一面是透明玻璃窗，另外三面都是鋼筋水泥鑄成，每一個觀測室內(nèi)可由人工灌滿土。此方法可滿足不同試驗及多種試驗處理的需要，也可對小麥根系進行針對性和特殊的研究，因為土體培養(yǎng)可以最大模擬大田的生長環(huán)境，試驗結(jié)果也基本與大田的結(jié)果相符。缺點是由于根系具有避光生長的特性，根系觀測室應(yīng)該是黑暗封閉的環(huán)境，這對于根系的調(diào)查觀測也帶來不便；另外只能觀測玻璃一面的根系，可供觀測的根系受限。

5、生理生化法

生理生化法是指運用生理生化分析的方法來測定小麥根系中各類物質(zhì)含量以及根系中各種酶類物質(zhì)的活性的方法。其中常用來測定的指標(biāo)有根系表面積、根系中全氮含量的測定、根系活力的測定、根系中各種微量元素的測定。此方法優(yōu)點是操作簡單易行且直觀性強，反應(yīng)較靈敏；缺點是取樣后應(yīng)該立即檢測或者馬上冷凍封存，如果測定時間不同或者測定的環(huán)境不一致就容易造成結(jié)果不準(zhǔn)確，重復(fù)性較差[19]。

6、同位素示蹤法

同位素示蹤法又稱核素示蹤法，是一種用同位素示蹤劑作為指示劑，來研究被追蹤植物的運動、轉(zhuǎn)化規(guī)律，常見的同位素示蹤法包括放射自顯影法、根部標(biāo)記法、地上部標(biāo)記法和中子照像法[20-21]等。

7、根系掃描法

根系掃描技術(shù)主要是對植物根系生長的監(jiān)測和對其根系的分析[21]。通過植物根系監(jiān)測系統(tǒng)，對小麥不同生長發(fā)育階段都可以進行動態(tài)監(jiān)測、掃描；再利用專業(yè)的植物根系分析軟件來分析計算植物的根系總表面積、根尖數(shù)目、根體積、最大根長、根數(shù)等多個根系形態(tài)性狀指標(biāo)，再對得到的根系形態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。當(dāng)前使用廣泛的根系分析系統(tǒng)有加拿大的Regent WinRHIZO、美國Bartz公司的BTC-100X以及英國的 DT-SCAN等。此方法操作簡單，在根系形態(tài)建成和構(gòu)型分析的研究方面有廣泛運用。此方法優(yōu)點是可根據(jù)試驗?zāi)康男枰`活設(shè)計試驗處理，操作較為簡單，能夠全程監(jiān)控小麥根系的動態(tài)生長過程，也能分析小麥各生育期的根系各項指標(biāo)，進而為研究小麥的抗逆性尤其是抗旱性和小麥根系的相互作用打基礎(chǔ)。缺點是受試驗場地的限制，耗時費工，群體較大時不易操作。

8、其他方法

目前研究小麥根系的還有很多方法，比如網(wǎng)袋法、微根管系統(tǒng)監(jiān)測法、整段標(biāo)本法、分根移位法[19]、非放射性示蹤物吸收法[22]、染色技術(shù)法[23]等，操作起來工作繁瑣、準(zhǔn)確性差、操作性不強或者成本高及維護維修費用昂貴，實際應(yīng)用的不多，就不做具體介紹了。

三、存在的問題及探討

小麥根系強壯與否是判斷小麥生長發(fā)育強弱的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，發(fā)達的根系可以促進小麥及其分蘗的生長，從而提高小麥生物量，獲得較高的產(chǎn)量，因此研究小麥的根系對于提高小麥的抗旱性和產(chǎn)量方面具有重大的意義。為了順利的開展小麥根系研究，提高試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，解決當(dāng)前試驗中遇到的實際問題，有必要繼續(xù)開展有關(guān)小麥根系研究方法與技術(shù)的研究，不斷提高小麥根系研究的水平，進而提高小麥的抗旱性和產(chǎn)量。

小麥的根系與抗旱性是密切相關(guān)的，研究小麥根系方法也是多種多樣的，但當(dāng)前小麥根系研究方法與技術(shù)還不能滿足小麥抗旱性研究的需要，研究的也不夠深入，小麥根系各項指標(biāo)的抗旱性機理和調(diào)控機制有待于進一步研究。

育種工作者在做小麥根系抗旱性研究時總是希望用較少的指標(biāo)能全面的反映小麥的抗旱性，如何從眾多指標(biāo)中挑選出最具有代表性的指標(biāo)，是育種工作者最關(guān)心的問題。筆者認為可依據(jù)小麥抗旱性鑒定的需要用兩種或者幾種根系研究方法相結(jié)合的方法，比如根系觀測室法、根系掃描法和生理生化法可以較好的結(jié)合，豐富試驗內(nèi)容，依據(jù)試驗根系指標(biāo)結(jié)果闡明小麥的抗旱性強弱，從而為抗旱育種提供良好的基礎(chǔ)。

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