安欣慧　陳桂順　鞠曉影

摘要：研究不同小麥品種的種子萌發(fā)期抗旱性，利用100 g/L的PEG-6000作為滲透介質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)模擬干旱脅迫，測定了30個小麥品種種子萌發(fā)期間貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、初生根數(shù)、主胚根長、芽長、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率等生理指標(biāo)。采用主成分分析法將7個單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為2個新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，用系統(tǒng)聚類分析法和隸屬函數(shù)法相結(jié)合的方法對小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行綜合評價。研究結(jié)果表明，30個小麥品種可以分為5類，A類為5個抗旱性強(qiáng)的品種，分別為豫農(nóng)4023、河農(nóng)6331、藁優(yōu)2018、石家莊8號、中麥175；B類為8個抗旱性較強(qiáng)的品種，分別為衡136、運(yùn)旱20401、運(yùn)旱618、新麥21、河農(nóng)6119、邯麥12號、邯5316、石新828；C類為5個抗旱性中等的品種，分別為邯6172、滄麥6005、長6154、河農(nóng)6049、輪選987；D類為10個抗旱性較弱的品種，分別為長6359、河農(nóng)826、洛麥21、邯4589、藁優(yōu)9908、河農(nóng)825、西農(nóng)928、滄麥119、長4640、石麥15；E類為2個抗旱性弱的品種，分別為晉麥47、陜農(nóng)757。

關(guān)鍵詞：小麥；PEG-6000；抗旱性；隸屬值；萌發(fā)期

中圖分類號： S512.101文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）14-0054-04

小麥?zhǔn)鞘澜绲谝淮笞魑铮彩俏覈闹饕Z食作物。氣候全球性惡化導(dǎo)致干旱程度加劇，進(jìn)而嚴(yán)重影響著小麥的播種、出苗、灌漿、產(chǎn)量等。通過提高小麥水分利用效率及抗旱能力來增加小麥產(chǎn)量和節(jié)約資源已成為農(nóng)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展的重大需求，培育抗旱節(jié)水的優(yōu)良小麥品種也已受到廣大小麥育種專家的普遍認(rèn)識，小麥種子的萌發(fā)與幼苗的存活率與后續(xù)營養(yǎng)生長密切相關(guān)，直接影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)[1]，因此，篩選萌發(fā)期抗旱性強(qiáng)的小麥品種至關(guān)重要。為了消除小麥不同品種間固有的生物學(xué)和遺傳學(xué)特性的差異，目前，多采用不同指標(biāo)的抗旱系數(shù)[2]來衡量不同小麥品種間抗旱性的差異[3]。大量研究表明，小麥的抗旱性與小麥芽長、胚根長[4-6]、根的數(shù)目[7]、發(fā)芽率[8]、發(fā)芽指數(shù)[9]、相對發(fā)芽率[10]、貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率[11]等多個形態(tài)性狀相關(guān)，但相關(guān)程度存在差異，所以單項(xiàng)指標(biāo)難以全面、準(zhǔn)確地反映小麥的抗旱性。目前，五級評分法[12]、聚類分析法、灰色關(guān)聯(lián)度[13]、模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法[14]、多重比較和回歸分析法[15]常用作小麥綜合指標(biāo)的抗旱性評價，每種評價方法均有一定的利弊，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法可行性和可靠性強(qiáng)，更加科學(xué)[14]。本研究借鑒了前人研究方法，利用10%的聚乙二醇（PEG-6000）高滲溶液模擬干旱脅迫，以大田中表現(xiàn)抗旱性較強(qiáng)的30個小麥品種作為供試材料，采用主成分分析、隸屬函數(shù)值等方法，對小麥種子萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行多指標(biāo)的綜合評價，以期對小麥抗旱性進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的評價，篩選出干旱脅迫下抗旱性強(qiáng)的品種，為抗旱育種提供親本及材料。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用河農(nóng)825、河農(nóng)826、河農(nóng)6049、河農(nóng)6119、河農(nóng)6331、邯6172、邯4589、邯5316、邯麥12號、石麥15、石家莊8號、衡136、藁優(yōu)9908、藳優(yōu)2018、滄麥119、石新828、滄麥6005、洛麥21、豫農(nóng)4023、新麥21、陜農(nóng)757、西農(nóng)928、中麥175、輪選987、運(yùn)旱20401、運(yùn)旱618、長4640、長6154、長6359、晉麥47等來自北方麥區(qū)的30個小麥品種。滲透劑為分析純PEG-6000（聚乙二醇6000）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個品種挑選飽滿整齊、大小均勻、無病蟲害的小麥籽粒400粒，先用5% NaClO消毒15 min，然后用蒸餾水反復(fù)沖洗，放在20 ℃恒溫培養(yǎng)室中避光吸脹24 h。在直徑為9 cm培養(yǎng)皿中鋪2層濾紙，用移液槍分別加入15 mL蒸餾水、100 g/L的 PEG-6000溶液，每處理重復(fù)3次，挑取露白、整齊一致的30粒種子用吸水紙吸干后均勻擺放到已處理好的發(fā)芽床上，培養(yǎng)皿加蓋，在20 ℃、光—暗周期為14 h—10 h恒溫培養(yǎng)室中培養(yǎng)，用蒸餾水補(bǔ)充所失水分確保濾紙水分飽和。以芽長或者根長達(dá)到種子長度的1/2作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，3 d后測定發(fā)芽勢，8 d后測定發(fā)芽率及貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、初生根數(shù)、主胚根長、芽長。

貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率=（芽+根）干質(zhì)量/（芽+根+籽粒）干質(zhì)量×100%。

1.3統(tǒng)計(jì)分析方法

1.3.1抗旱系數(shù)的計(jì)算參照袁菊紅等的方法[16]計(jì)算：某一性狀的抗旱系數(shù)=PEG干旱處理測定值均值（T）/對照測定值均值（CK）×100%；

[JZ]綜合抗旱系數(shù)[17]=[SX（]1n[SX）]∑[DD（]ni=1[DD）][SX（]脅迫培養(yǎng)下測定值對照培養(yǎng)下測定值[SX）]。

1.3.2隸屬函數(shù)值的計(jì)算參照周廣生等的方法[18-19]計(jì)算：

式中：xj表示第j項(xiàng)指標(biāo)抗旱系數(shù)的測定值；xmin表示第j項(xiàng)指標(biāo)抗旱系數(shù)的最小值；xmax表示第j項(xiàng)指標(biāo)抗旱系數(shù)的最大值。若所測指標(biāo)與小麥抗旱性呈正相關(guān)則用公式（1）計(jì)算隸屬函數(shù)值，反之則用公式（2）。D為各品種所有指標(biāo)的隸屬函數(shù)值累加后的平均值，D值越大，表示抗旱性越強(qiáng)。公式（3）中，U（xj）為第j個綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，rj為第j個指標(biāo)與綜合抗旱系數(shù)間的相關(guān)系數(shù)；[FK（W2。6]|rj|/∑[DD（]nj=1[DD）]|rj|[FK）]為指標(biāo)權(quán)數(shù)，表示第j個指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要程度。

1.3.3統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及系統(tǒng)聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同小麥品種萌發(fā)期對干旱脅迫響應(yīng)

方差分析結(jié)果表明，試驗(yàn)所選的指標(biāo)除了發(fā)芽勢以外受品種和處理的影響都達(dá)到了極顯著水平，品種與處理的互作效應(yīng)除了發(fā)芽勢也都達(dá)到了顯著或極顯著水平，表明小麥萌發(fā)狀態(tài)與品種和處理相關(guān)（表1）。

從表2可以看出，芽長、發(fā)芽率、發(fā)芽勢等指標(biāo)的抗旱系數(shù)均小于1，表明所有品種的小麥在萌發(fā)期均受到了100 g/L的PEG-6000或大或小的脅迫抑制。初生根數(shù)、芽長抗旱系數(shù)最大的小麥品種是豫農(nóng)4023，初生根數(shù)為0.873，芽長0246；發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率的抗旱系數(shù)最大的小麥品種是河農(nóng)6119，發(fā)芽率為0.685，萌發(fā)指數(shù)為0.706，發(fā)芽率為0.739；主胚根長的抗旱系數(shù)最大的小麥品種是河農(nóng)6331，為1.167，表明不同小麥品種同一指標(biāo)之間存在差異，相同品種不同指標(biāo)的變化也不盡相同，表明單項(xiàng)指標(biāo)的抗旱系數(shù)不能全面、科學(xué)有效反映小麥品種的抗旱性。從相關(guān)系數(shù)矩陣（表3）來看，貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率與發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、芽長、發(fā)芽率的抗旱系數(shù)之間相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，與根長抗旱系數(shù)達(dá)到顯著水平，而與初生根數(shù)的抗旱系數(shù)相關(guān)不顯著，芽長、初生根數(shù)、發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、根長的抗旱性系數(shù)之間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平，表明各項(xiàng)指標(biāo)之間存在著或大或小的相關(guān)性，從而使它們所提供的信息發(fā)生重疊，同時各單項(xiàng)指標(biāo)對小麥萌發(fā)期抗旱中所起作用不相同，因此，需要通過主成分分析法確立綜合指標(biāo)來評價不同小麥萌發(fā)期的抗旱性。

2.2PEG-6000干旱脅迫下綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率

從表4可以看出，100 g/L的PEG-6000干旱脅迫處理特征值大于1的綜合指標(biāo)有2個，其貢獻(xiàn)率分別為54843%、22.809%，累積貢獻(xiàn)率為77.652%，其他可忽略不計(jì)。這樣就將原來7個單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為2個新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，分別用1、2表示。第1主成分中發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)、發(fā)芽率的系數(shù)較大，其次為貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、芽長、主胚根長；第2主成分中初生根數(shù)的抗旱系數(shù)較大。綜合指標(biāo)分析表明，不同干旱脅迫下所選用的綜合指標(biāo)1、2涵蓋了所有的單項(xiàng)指標(biāo)信息。

2.3不同小麥品種種子萌發(fā)期抗旱性的綜合評價結(jié)果

運(yùn)用SPSS19.0軟件分別計(jì)算不同干旱脅迫條件下相應(yīng)主成分的得分值[CI（x）]，根據(jù)不同脅迫處理的綜合指標(biāo)分別求出30個小麥品種萌發(fā)期的隸屬函數(shù)值U1、U2（表5），再根據(jù)萌發(fā)期各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)一步利用加權(quán)隸屬函數(shù)法求出小麥種子萌發(fā)期抗旱能力綜合評價值（D）。在10% PEG-6000脅迫干旱下，綜合分析30個小麥品種抗旱能力的強(qiáng)弱依次為：豫農(nóng)4023>河農(nóng)6331>藁優(yōu)2018>石家莊8號>中麥175>衡136>運(yùn)旱20401>運(yùn)旱618>新麥21>河農(nóng)6119>邯麥12號>邯5316>石新828>邯6172>滄麥6005>長6154>河農(nóng)6049>輪選987>長6359>河農(nóng)826>洛麥21>邯4589>藁優(yōu)9908>河農(nóng)825>西農(nóng)928>滄麥119>長4640>石麥15>晉麥47>陜農(nóng)757。

2.4聚類分析

根據(jù)D值對供試的30個小麥品種進(jìn)行聚類分析（圖1），將30個小麥品種聚成5類（分別用A、B、C、D、E表示），A類品種包括豫農(nóng)4023、河農(nóng)6331、藁優(yōu)2018、石家莊8號、中麥175；B類品種包括衡136、運(yùn)旱20401、運(yùn)旱618、新麥21、河農(nóng)6119、邯麥12號、邯5316、石新828；C類品種包括邯6172、滄麥6005、長6154、河農(nóng)6049、輪選987；D類品種包括長6359、河農(nóng)826、洛麥21、邯4589、藁優(yōu)9908、河農(nóng)825、西農(nóng)928、滄麥119、長4640、石麥15；E類品種包括晉麥47、陜農(nóng)757。A類：D>0.75，平均值為0.83，抗旱性強(qiáng)；B類：D>0.55，平均值為0.64，抗旱性較強(qiáng)；C類：D>0.40，平均值為0.47，抗旱性中等；D類：D>0.35，平均值為0.38，抗旱性較弱；E類D>0.15，平均值為0.23，抗旱性弱。

3討論

根據(jù)我國氣象科學(xué)院統(tǒng)計(jì)，黃河以北的干旱頻率高于90%[20]，季節(jié)性干旱在華北和黃淮麥區(qū)特別明顯，小麥播種后，若遇旱無水澆，則影響小麥的發(fā)芽率、成苗率，導(dǎo)致田地大面積缺苗斷壟，嚴(yán)重影響小麥生產(chǎn)。因此，篩選萌發(fā)期抗旱小麥品種顯得至關(guān)重要。本研究以50、100、150 g/L的PEG-6000脅迫處理，PEG-6000在100 g/L時品種間差異顯著，因此，本試驗(yàn)最終選取100 g/L的PEG-6000脅迫處理，研究在干旱脅迫下，30個小麥品種種子萌發(fā)期的抗旱性，以期為小麥抗旱品種的篩選及耐旱指標(biāo)的評價提供參考。

的必要組成成分，在逆境條件下，小麥胚中的甘氨酸三甲內(nèi)鹽與組織內(nèi)部質(zhì)膜的重組有差別[23]。

對小麥抗旱性已進(jìn)行了眾多研究，但由于有些小麥品種在萌發(fā)期表現(xiàn)抗旱，有些小麥品種在幼苗期表現(xiàn)抗旱，有些小麥品種在全生育期表現(xiàn)抗旱[24]，所以至今為止并未確定一個準(zhǔn)確、簡單、可行的綜合鑒定指標(biāo)來指示小麥的抗旱性，小麥試驗(yàn)中的鑒定指標(biāo)只適用于植株特定的發(fā)育階段。因此，在培育抗旱節(jié)水的小麥品種時，應(yīng)利用相應(yīng)的綜合鑒定指標(biāo)對小麥不同生育期的抗旱性進(jìn)行綜合分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yu Y L，Guo G F，Lv D W，et al. Transcriptome analysis during seed germination of elite Chinese bread wheat cultivar Jimai 20[J]. BMC Plant Biology，2014，14（1）：20-38.

[2]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.

[3]李曉云，趙勇，王杰，等. 不同小麥品系耐低鉀性的綜合評價[J]. 麥類作物學(xué)報，2014，34（6）：842-846.

[4]王瑋，鄒琦，楊軍，等. 水分脅迫條件下抗旱性不同小麥品種芽鞘生長的動態(tài)分析[J]. 植物生理學(xué)通訊，1999，35（5）：359-364.

[5]王瑋，鄒琦. 滲透脅迫對不同抗旱性小麥品種胚芽鞘生長的影響[J]. 植物生理學(xué)通訊，1997，33（3）：168-171.

[6]鄒琦，王瑋，楊興洪，等. 冬小麥抗旱性鑒定的新方法——低水勢下胚芽鞘長度法[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2000，16（5）：23-25，28.

[7]景蕊蓮，胡榮海，朱志華，等. 冬小麥不同基因型幼苗形態(tài)性狀遺傳力和抗旱性的研究[J]. 西北植物學(xué)報，1997，17（2）：152-157.

[8]劉源霞，蘭進(jìn)好，林琪. 利用胚芽鞘長度法鑒定冬小麥抗旱性的研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（2）：51-54.

[9]石貴玉，廖文雪，秦麗鳳，等. PEG模擬水分脅迫對香椿種子萌發(fā)的生理生化指標(biāo)影響[J]. 福建林業(yè)科技，2009，36（4）：142-145.

[10]張燦軍，冀天會，楊子光，等. 小麥抗旱性鑒定方法及評價指標(biāo)研究Ⅰ鑒定方法及評價指標(biāo)[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（9）：226-230.

[11]楊子光，張燦軍，冀天會，等. 小麥抗旱性鑒定方法及評價指標(biāo)研究Ⅴ苗期抗旱指標(biāo)的比較研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24（1）：156-159.

[12]蘭巨生. 農(nóng)作物綜合抗旱性評價方法的研究[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，1998，7（3）：85-87.

[13]王曙光，孫黛珍，周福平，等. 六倍體小黑麥萌發(fā)期抗旱性分析[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，16（6）：1403-1408.

[14]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.

[15]李士磊，霍鵬，高歡歡，等. 復(fù)合鹽脅迫對小麥萌發(fā)的影響及耐鹽閾值的篩選[J]. 麥類作物學(xué)報，2012，32（2）：260-264.

[16]袁菊紅，屠乃美，胡綿好，等. 水稻和陸稻品種抗旱性綜合評價[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2005，21（6）：167-170.

[17]孫祖東，陳懷珠，楊守臻. 苗期干旱脅迫對大豆生長發(fā)育的影響與耐旱材料的篩選[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002（1）：11-13.

[18]周廣生，梅方竹，周竹青，等. 小麥不同品種耐濕性生理指標(biāo)綜合評價及其預(yù)測[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（11）：1378-1382.

[19]謝志堅(jiān). 農(nóng)業(yè)科學(xué)中的模糊數(shù)學(xué)方法[M]. 武漢：華中理工大學(xué)出版社，1983.

[20]程玉紅，萇收偉. 我國北方旱地小麥生產(chǎn)中的問題研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，14（1）：22-24.

[21]Bewley J D，Black M. Seeds：physiology of development and germination[M]. New York and London：Plenum Press，1994.

[22]Bewley J D. Seed germination and dormancy[J]. Plant Cell，1997，9（7）：1055-1066.

[23]黃先緯. 小麥種子萌發(fā)的生理生化[J]. 麥類作物學(xué)報，1984（4）：18-21，38.

[24]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.