高建芹, 陳 鋒, 龍衛(wèi)華, 張 維,周曉嬰

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,江蘇南京 210014)

油菜是我國(guó)主要油料作物,常年種植面積1億畝(1 hm2=15畝)左右,是我國(guó)第一大國(guó)產(chǎn)植物油來(lái)源,第二大飼料蛋白來(lái)源[1]。長(zhǎng)江流域是我國(guó)冬油菜優(yōu)勢(shì)種植區(qū),種植面積和產(chǎn)量占全國(guó)的70%以上,該地區(qū)油菜以稻—油輪作為主,土壤含水量相對(duì)較高且排水困難,油菜生長(zhǎng)期間濕潤(rùn)多雨,常出現(xiàn)高強(qiáng)度的集中降水,易引發(fā)漬害[2-4]。長(zhǎng)江流域油菜漬害常年發(fā)生面積在2 000萬(wàn)畝左右,約占總面積的20%[5-7]。甘藍(lán)型冬油菜生長(zhǎng)周期較長(zhǎng),苗期、蕾薹期和花角期均可能遭受漬害,引起減產(chǎn)。種子萌發(fā)和幼苗期出現(xiàn)漬害,成苗率和成苗質(zhì)量下降[8-9];苗期及現(xiàn)蕾期出現(xiàn)漬害,有效分枝數(shù)、有效角果數(shù)和每角粒數(shù)下降[10-12];花角期發(fā)生漬害還會(huì)引發(fā)倒伏和病蟲(chóng)害加重,導(dǎo)致油菜產(chǎn)量和品質(zhì)下降[13-15]。漬害發(fā)生后,油菜的代謝途徑發(fā)生改變,根系發(fā)育受阻和吸收能力減弱,從而影響油菜產(chǎn)量,嚴(yán)重時(shí)可減產(chǎn)17.0%～42.4%[5,16-17]。為減輕漬害帶來(lái)的產(chǎn)量損失,農(nóng)業(yè)措施主要采用開(kāi)溝排水降漬和土壤翻耕晾曬,導(dǎo)致種植成本增加且茬口矛盾更加突出。前人的研究對(duì)油菜漬害致災(zāi)機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和漬害后的恢復(fù)及對(duì)生長(zhǎng)的影響探索較多[18-28],對(duì)品種自身耐漬性的篩選與鑒定報(bào)道較少[29-31]。利用甘藍(lán)型油菜不同種質(zhì)的耐漬性差異,培育和利用耐濕性好的品種是降低漬害危害程度經(jīng)濟(jì)有效的方法。張學(xué)昆等研究發(fā)現(xiàn),種子發(fā)芽耐漬鑒定結(jié)果與模擬田間濕漬害后產(chǎn)量和品質(zhì)的耐濕性指數(shù)顯著相關(guān)[32-33]。本研究對(duì)適宜長(zhǎng)江下游種植的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源進(jìn)行耐漬性比較,并通過(guò)相關(guān)指標(biāo)分析,旨在篩選出耐漬性較強(qiáng)的種質(zhì),為育種者提供依據(jù),為生產(chǎn)者選用品種提供參考,降低產(chǎn)量損失,保障油料飼料安全供給。

1 材料與方法

1.1 材料

選取適合在長(zhǎng)江下游種植的油菜種質(zhì)60份,材料來(lái)自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所種質(zhì)資源庫(kù)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 2019年5月,選取均勻飽滿(mǎn)的油菜種子放入內(nèi)含濾紙直徑為9 cm的無(wú)菌培養(yǎng)皿中,加無(wú)菌水濕潤(rùn)后于人工生長(zhǎng)箱中萌發(fā),25 ℃光照10 h、20 ℃黑暗14 h。參考Burgos等的方法[34],待胚根破殼 2～3 mm時(shí),選取50粒發(fā)芽正常、長(zhǎng)勢(shì)一致的萌發(fā)種子,轉(zhuǎn)移到50 mL的PVC離心管中,無(wú)菌淹水缺氧處理12 h,用無(wú)菌水沖洗3～4次后,移入裝有栽培基質(zhì)的塑料杯中于人工生長(zhǎng)箱中繼續(xù)發(fā)芽6 d。對(duì)照露白后不作淹水處理直接移入栽培基質(zhì)中培養(yǎng)。所添加的基質(zhì)質(zhì)量每杯約110 g,養(yǎng)分含量如下:全氮含量8 g/kg,速效氮含量80 mg/kg,速效磷含量120 mg/kg,速效鉀含量150 mg/kg,有機(jī)質(zhì)含量170 g/kg,pH值為6.8。6 d后統(tǒng)計(jì)存活幼苗數(shù)和成苗率;隨機(jī)選取10株幼苗沖洗干凈后測(cè)量根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)和鮮質(zhì)量,按照下列公式計(jì)算各指標(biāo)[29],試驗(yàn)重復(fù)3次。

相對(duì)根長(zhǎng)=(處理幼苗根長(zhǎng)/對(duì)照根長(zhǎng))×100%;

相對(duì)莖長(zhǎng)=(處理幼苗莖長(zhǎng)/對(duì)照莖長(zhǎng))×100%;

相對(duì)鮮質(zhì)量=(處理幼苗鮮質(zhì)量/對(duì)照鮮質(zhì)量)×100%;

相對(duì)成苗率=(處理成苗率/對(duì)照成苗率)×100%;

相對(duì)活力指數(shù)=(處理成苗率×處理幼苗莖長(zhǎng)×處理幼苗根長(zhǎng))/(對(duì)照成苗率×對(duì)照幼苗莖長(zhǎng)×對(duì)照根長(zhǎng))。

1.2.2 2019年5月,挑選均勻飽滿(mǎn)的油菜種子放入內(nèi)含濾紙直徑為9 cm的無(wú)菌培養(yǎng)皿中,加無(wú)菌水濕潤(rùn)后放在25 ℃的恒溫箱中萌發(fā)36 h。參照李云等的方法[35]選取發(fā)芽正常、整齊度好的種子移入裝有栽培基質(zhì)的塑料杯中(同處理1),在人工氣候箱進(jìn)行培養(yǎng)(25 ℃光照10 h、20 ℃黑暗14 h)。子葉展平時(shí)去除弱苗,每杯留長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的20株幼苗。塑料杯在裝基質(zhì)前在底部打上小孔,淹水處理時(shí)外套一個(gè)完好的杯子,方便淹水和排水。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)和無(wú)水分脅迫對(duì)照,淹水后7 d統(tǒng)計(jì)存活幼苗數(shù)和成苗率;隨機(jī)選取10株幼苗沖洗干凈后測(cè)量根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)和鮮質(zhì)量。

1.2.3 依據(jù)“1.2.1”節(jié)和“1.2.2”節(jié)的結(jié)果,選取耐漬性較好的9份材料,2020年9月在恒溫箱中發(fā)芽,種子露白后將其移進(jìn)裝有栽培基質(zhì)的穴盤(pán)中,3葉期進(jìn)行淹水處理,水面高過(guò)所有葉片,保持7 d后排水。同時(shí)設(shè)未淹水處理的對(duì)照組與其在相同環(huán)境下生長(zhǎng)。排水后14 d,分別將處理和對(duì)照移進(jìn)大田,大區(qū)試驗(yàn)不設(shè)重復(fù),每個(gè)處理66 m2,密度為 1.2×109株/hm2,其他管理同大田。油菜收獲前1周,每個(gè)處理隨機(jī)取10 株進(jìn)行產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)性狀調(diào)查,考察其株高、單株有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)、千粒質(zhì)量和單株產(chǎn)量。各指標(biāo)性狀的耐濕性指數(shù)(α)用下述公式[36]表示:

α=處理材料被調(diào)查性狀表現(xiàn)值/對(duì)照材料被調(diào)查性狀表現(xiàn)值×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 露白時(shí)淹水協(xié)迫對(duì)種子發(fā)芽性狀的影響

與對(duì)照相比,種子露白時(shí)淹水處理發(fā)芽率下降,發(fā)芽勢(shì)變?nèi)?成苗率下降,植株變矮小,根系變短、根毛少(表1)。60份種質(zhì)資源的平均相對(duì)成苗率為67.8%,變幅為36.4%～95.8%;平均相對(duì)莖長(zhǎng)為71.2%,變幅為16.4%～94.2%;平均相對(duì)根長(zhǎng)為64.7%,變幅為0.0%～96.1%;平均相對(duì)鮮質(zhì)量為46.6%,變幅為0.0%～92.4%,品種間的主要發(fā)芽性狀對(duì)淹水缺氧處理的響應(yīng)差異較大。露白時(shí)淹水處理對(duì)地上鮮質(zhì)量影響最大,其次是根系和成苗率。綜合各性狀指標(biāo),P1、P39、P47為高耐漬種質(zhì),共3個(gè),占5%(相對(duì)活力指數(shù)≥0.78); P12、P15、P17、P24、P26、P27、P33為中等耐漬材料,共7個(gè),占11.7%(0.78>相對(duì)活力指數(shù)≥0.65);P3、P6、P7、P13、P14、P19、P21、P25、P29、P42、P48為一般耐漬材料,共11個(gè),占18.3%(0.65>相對(duì)活力指數(shù)≥0.50);不耐漬的種質(zhì)有39份,占65.0%。

表1 露白期淹水對(duì)甘藍(lán)型油菜品種發(fā)芽相關(guān)性狀的影響

2.2 子葉期淹水協(xié)迫對(duì)種子發(fā)芽性狀的影響

與對(duì)照相比,子葉期淹水處理油菜葉片變小、變黃,成苗率下降,根毛少,有腐爛現(xiàn)象(表2)。60份種質(zhì)資源的平均相對(duì)成苗率為87.1%,變幅為49.8%～100.0%;相對(duì)莖長(zhǎng)為82.4%,變幅為49.6%～98.1%;相對(duì)根長(zhǎng)為63.5%,變幅為16.8%～96.3%;相對(duì)鮮質(zhì)量為65.4%,變幅為23.3%～97.0%,品種間差異較大。子葉期淹水處理對(duì)根系影響最大,其次是鮮質(zhì)量和莖。P1、P39、P47為高耐漬種質(zhì),共3個(gè),占5%(相對(duì)活力指數(shù)≥0.88); P12、P23、P24、P26、P33、P42為中等耐漬材料,共6個(gè),10.0%(0.88>相對(duì)活力指數(shù)≥0.75);P5、P16、P17、P19、P21、P25、P29、P35、P36、P44、P51為一般耐漬材料,共11個(gè),占18.3(0.75>相對(duì)活力指數(shù)≥0.60;不耐漬的種質(zhì)有40份,占66.7%。

表2 子葉期淹水對(duì)甘藍(lán)型油菜品種發(fā)芽相關(guān)性狀的影響

2.3 苗期淹水對(duì)各農(nóng)藝性狀的影響

成熟期考種結(jié)果表明,苗期濕害處理對(duì)油菜的產(chǎn)量性狀均有明顯影響,表現(xiàn)為株高、有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)和單株產(chǎn)量降低,千粒質(zhì)量增加,品種間存在明顯差異(表3)。株高為對(duì)照的74.2%～94.5%,有效角果數(shù)為對(duì)照的81.2%～97.6%,每角粒數(shù)為對(duì)照的76.9%～98.3%,除P29外其他材料千粒質(zhì)量增加,單株產(chǎn)量為對(duì)照的68.5%～89.4%。P1、P39和P47表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐漬性,各產(chǎn)量指標(biāo)均為對(duì)照的80%以上,其中單株角果數(shù)和每角粒數(shù)與對(duì)照無(wú)明顯差異,α值大于90%;千粒質(zhì)量α值為對(duì)照的107.5%～119.0%。P17和P29單株產(chǎn)量下降較多,α值低于對(duì)照的70%;P12、P24、P26和P33為對(duì)照的70%～80%,耐漬性較好。

表3 苗期淹水對(duì)甘藍(lán)型油菜品種農(nóng)藝性狀的影響

2.4 種子發(fā)芽性狀與產(chǎn)量耐濕指數(shù)的相關(guān)分析

相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表4,種子的發(fā)芽耐漬性指標(biāo)相對(duì)成苗率、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)莖長(zhǎng)與苗期漬害處理后的株高、有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)和單株產(chǎn)量等產(chǎn)量性狀的相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著或極顯著正相關(guān),其中相對(duì)成苗率與千粒質(zhì)量相關(guān)性達(dá)到顯著水平;千粒質(zhì)量與相對(duì)莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。露白期淹水的相對(duì)鮮質(zhì)量與各產(chǎn)量耐漬性指數(shù)相關(guān)性達(dá)到顯著或極顯著水平,子葉期淹水的相對(duì)鮮質(zhì)量與單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)和單株產(chǎn)量相關(guān)性達(dá)到顯著水平,與株高、有效分枝數(shù)和千粒質(zhì)量則無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。這一結(jié)果表明,發(fā)芽種子的相對(duì)成苗率、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)莖長(zhǎng)、相對(duì)鮮質(zhì)量等耐濕性指標(biāo)可以預(yù)測(cè)油菜品種田間耐濕性,露白期和子葉期鑒定結(jié)果略有差異。

表4 種子發(fā)芽性狀與3葉期濕害產(chǎn)量耐濕指數(shù)的相關(guān)分析

3 討論與結(jié)論

漬害發(fā)生后,土壤含水量偏高,氧氣少,根系的有氧呼吸減弱,根系活力下降,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì),進(jìn)而引起生長(zhǎng)受阻,油菜株高、莖粗、根長(zhǎng)和綠葉數(shù)均下降,從而造成有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)和每角粒數(shù)大幅減少,導(dǎo)致菜籽產(chǎn)量和品質(zhì)受損[10,23,28]。本研究中品種的耐漬性越好,其相對(duì)成苗率、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)莖長(zhǎng)和相對(duì)鮮質(zhì)量也較高,耐濕性差的材料則相反,這與范其新等的研究結(jié)果[9]一致。張樹(shù)杰等的研究表明,不同油菜品種在濕害條件下均可萌發(fā),且發(fā)芽率變化不顯著,但濕害對(duì)發(fā)芽后油菜幼苗的生長(zhǎng)有重要影響[11]。本研究結(jié)果顯示,露白期濕害對(duì)發(fā)芽率和子葉伸長(zhǎng)影響較小,對(duì)根系和地上鮮質(zhì)量影響較大,品種間存在差異;子葉期淹水,對(duì)成苗率、地上和地下生長(zhǎng)均有明顯影響,與前人的研究結(jié)果存在異同,可能與受試品種及受試時(shí)間有關(guān)[11,20]。另外,淹水時(shí)期不同,同一品種的耐漬性表現(xiàn)有差異,P15在露白時(shí)淹水表現(xiàn)出較好的耐漬性,而子葉期淹水耐漬性一般,甚至表現(xiàn)為不耐漬;P23、P35等材料則子葉期淹水耐濕性好些,與朱建強(qiáng)等得到的油菜各生長(zhǎng)期對(duì)漬害的敏感性有顯著差異趨勢(shì)的研究結(jié)果[18]一致。綜合各時(shí)期耐漬性結(jié)果,P1、P39、P47這3個(gè)材料耐漬性高,受淹水時(shí)期影響較小。

苗期淹水脅迫對(duì)油菜生長(zhǎng)的抑制作用會(huì)延伸至整個(gè)生育階段,從而影響籽粒產(chǎn)量[2]。產(chǎn)量是品種耐漬性檢驗(yàn)的最終決定性指標(biāo)。對(duì)9個(gè)耐漬性較強(qiáng)的材料大田產(chǎn)量驗(yàn)證結(jié)果顯示,苗期淹水后各品種的3個(gè)產(chǎn)量性狀指標(biāo)和單株產(chǎn)量均有下降且多與種子發(fā)芽性狀呈顯著正相關(guān),產(chǎn)量耐漬性指標(biāo)高的,其種子發(fā)芽率好、相對(duì)莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)較大,最終產(chǎn)量較高,P1、P39、P47的發(fā)芽耐漬性4個(gè)指標(biāo)均在90%左右,其產(chǎn)量耐漬性指標(biāo)超過(guò)80%,耐漬性檢驗(yàn)結(jié)果高度一致。這說(shuō)明苗期種子發(fā)芽耐漬性可作為鑒定甘藍(lán)型油菜品種耐濕性的指標(biāo)。

培育耐漬油菜品種已成為重要的育種目標(biāo)。如何快速有效地鑒定油菜耐濕性能為耐漬品種培育提供種質(zhì),為抗?jié)n栽培提供適宜品種,減少產(chǎn)量損失,一直是育種家關(guān)注的焦點(diǎn)。相對(duì)大田篩選鑒定,室內(nèi)早期鑒定便于大量材料篩選,且操作相對(duì)簡(jiǎn)單,受外部環(huán)境影響較少,效率更高。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),可根據(jù)情況兩者配合使用,提高篩選效率和質(zhì)量。