小麦种质资源耐深播性评价体系研究

李永生，王兴荣，张彦军，李 玥，苟作旺，陈伟英，祁旭升

(甘肃省农业科学院作物研究所，甘肃兰州 730070)

种子萌发期是作物生长的关键阶段，萌发期土壤墒情、种子萌发力和发芽率是影响小麦(TriticumaestivumL.)单产水平的重要因素[1]。在我国，春小麦播种期经常多风少雨，土壤干层较厚；冬小麦播种期由于玉米等前茬作物秸秆还田造成土壤表层被撬空，土壤失墒，导致小麦田间保苗困难，缺苗断垄、小老苗等问题经常发生。人们在长期的科学研究和生产实践中也总结出了镇压保墒、地面覆盖、坐水播种以及抢墒播种等一系列防御措施，虽然取得了显著成效，但同时也增加了生产成本，拉长了播期甚至贻误农时。

适当增加播种深度，让小麦种子在墒情较好的土层中完成种子萌芽过程，有利于提高小麦出苗率和芽期抗旱能力[2-3]。但采用这种措施的关键是小麦品种耐深播。研究表明，不同小麦品种(系)的耐深播性存在明显差异[4]，通过遗传改良选育耐深播小麦新品种是可行的。探索适宜的小麦耐深播评价深度，筛选密切相关、简单可行的耐深播评价指标，建立高效便捷的耐深播评价体系是进行小麦耐深播育种及机理研究的先决条件。国内外学者已经在水稻(OryzasativaL.)、玉米(ZeamaysL.)、小麦等作物耐深播评价方面做了大量工作，美国学者鉴定筛选的蓝粒玉米、安霍皮玉米播深可达20～25 cm，Takahashi等[5]在大麦群体中发现了能够深播18 cm的品种，在太平洋西北部的低降水地区种植的冬小麦品种Moro，在干旱条件下深播可获得较高出苗率[6]。在耐深播评价指标方面，Hoshikawa等[4]、Turne等[7]、Dang等[8]认为，水稻和燕麦耐深播性与胚轴和第一节间的伸长密切相关；大麦和小麦耐深播性与地中茎和第一节间的伸长密切相关[9-10]、玉米和高粱耐深播性主要根据中胚轴长进行评价[4,11-12]。Mohan等[13]对662份小麦种质进行耐深播性的研究结果显示，出苗率与胚芽鞘长度显著相关。但目前关于作物耐深播评价并没有形成统一的评价体系。

本研究拟以15份耐深播能力差异明显的小麦种质为材料，在日光温室中模拟大田生产环境，通过对6个不同播种深度下小麦出苗率、出苗时间、苗高、地中茎长、胚芽鞘长、横截面积及初生根长等指标进行测定和统计分析，以筛选与小麦耐深播性密切相关的评价指标，为小麦耐深播品种选育及机理研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料选用15份耐深播能力存在明显差异的小麦种质，由国家农作物种质资源共享服务平台(甘肃)提供。其中，国外引进品种3份，育成品种3份，地方品种9份(表1)。

表1 供试小麦种质材料名称及来源Table 1 Information of wheat germplasms used in this study

1.2 试验设计

试验于2019年9月下旬在甘肃省农业科学院日光温室内进行，温室内温度控制在15～25 ℃之间。试验前浇水至田间持水量的80%(16.5%绝对含水量)。试验设5 cm、7 cm、9 cm、11 cm、13 cm、15 cm共6个播种深度，每个深度种植1行，行长0.5 m，行距0.20 m，株距0.01 m，每行50粒，3次重复。按照6个处理深度，将试验地分为6块，播种前将试验小区内的土挖出，四周放置提前标注深度线的隔板，底部覆盖细土至深度线并整平；采用随机区组法点播小麦种子，之后用筛好的细土覆盖至隔板顶部。

1.3 测定项目与方法

出苗后每天统计出苗数(以幼苗顶出土壤为准)，记录出苗时间(emerging time，ET)，以出苗数达到50%的天数作为出苗时间，待出苗数连续两天不再变化时，统计出苗率(emergence rate，ER)，种子播种后第15天从每行中随机取10株测量苗高(seedling height,SH，指从种子到叶片顶端的长度)、地中茎长(length of coleoptile internode,LCI，指从种子到胚芽鞘节之间的长度)、胚芽鞘长(coleoptile length，CL，指从胚芽鞘基到胚芽鞘顶端的长度)、胚芽鞘横截面积(cross-sectional area of coleoptile，CC)、初生根长(primary root length，PL)。

1.4 数据统计与分析

数据用Excel 2013整理，用SPSS 19.0进行t检验、多重比较及相关性分析。参考祁旭升等[14-15]、张彦军等[16]的方法，各性状平均值采用相对值，即TR(相对性状)=Xd(胁迫值)/Xw(对照值)，进行加权耐深播系数(weighted deep-sowing resistance coefficient，WDC)综合分析，计算方法见公式(1)。参考路贵和等[17]逐级分类法，将耐深播性划分为极强耐深播、强耐深播、中度耐深播、弱耐深播4 种类型。

(1)

2 结果与分析

2.1 小麦种质耐深播评价适宜深度筛选

出苗率可直接反映小麦的耐深播性，从表2可以看出，随着播种深度的增加，15个小麦种质的出苗率均呈下降趋势。在5 cm、7 cm、9 cm、11 cm、13 cm、15 cm播种深度下，15个小麦种质出苗率平均为92.54%、86.98%、67.76%、 50.80%、29.09%和5.98%，与5 cm播种深度相比，7 cm、9 cm、11 cm、13 cm、15 cm播种深度下的出苗率平均依次下降了5.97%、26.75%、 45.08%、68.55%、93.54%。通过对同一播种深度下不同小麦种质出苗率进行比较发现，11 cm播种深度更能区分不同小麦种质之间的差异，11 cm播种深度下，白光头与其他小麦种质出苗率差异均达到显著水平(P<0.05)；红春麦与大白麦、富尔纳尼等12个种质差异显著；在5 cm播种深度下，白光头与大白麦、大红麦、定西40号、和尚头、魁小麦、陇春23号、小辈力麦及一芒麦等9份小麦种质出苗率差异不显著，红春麦与73-78 talent、富尔纳尼等4个种质差异不显著；7 cm播种深度下，白光头与73-78 talent、大红麦、和尚头、红春麦、魁小麦、陇春23号及小辈力麦共7份小麦种质出苗率差异不显著，红春麦与大白麦、富尔纳尼等11个种质差异不显著；9 cm播种深度下，白光头与定西40号和和尚头2份小麦种质出苗率差异不显著，红春麦与大白麦、富尔纳尼等5个种质差异不显著；13 cm播种深度下，白光头与白春麦、大白麦及定西40号出苗率差异不显著；15 cm播种深度下，白光头与白春麦、73-78 talent、大白麦、定西40号、和尚头、红春麦、魁小麦、陇春23号、西农8727、小白麦、小辈力麦及一芒麦共12份小麦种质出苗率差异不显著，剩余2份种质不能出苗，其他出苗种质的幼苗生活力均较差，已失去研究意义。综上，11 cm播种深度可作为小麦耐深播种质资源筛选的最佳处理深度。

2.2 供试小麦种质耐深播性分析

表3表明，5 cm和11 cm处理下，品种对6个性状均有显著影响，11 cm与5 cm播深比较，除初生根长外，其他5个被测指标的差异均达显著水平(P<0.01)。在5 cm播种深度下，15份小麦种质被测性状的变异系数为4.88%～ 35.47%，具体表现为地中茎长>初生根长>胚芽鞘长>苗高>出苗时间>出苗率。在11 cm播种深度下，15份小麦种质被测性状变异系数介于10.27%～39.04%之间，具体表现为出苗率>胚芽鞘长>地中茎长>出苗时间>苗高>初生根长。11 cm播深处理下，供试种质平均出苗率为50.8%，较CK下降 45.1%；初生根长均值为 6.62 cm，较CK下降 12.08%；出苗时间、苗高、地中茎长、胚芽鞘长均值分别为11.04 d、20.30 cm、6.62cm和7.05cm，较CK分别增加18.97%、51.72%、182.91%、78.48%。

表2 15份小麦种质在不同播种深度下的出苗率Table 2 Emergence rate of 15 wheat germplasms under different sowing depth %

表3 15份种质在2种播深下的苗期指标Table 3 Seedling stage indices of 15 wheat under two sowing depth

2.3 不同性状与出苗率的相关性

为筛选小麦耐深播密切相关性状，对5 cm和11 cm下各性状与出苗率进行相关性分析。从表4可以看出，在5 cm播种深度下，出苗率与苗高的相关性达到极显著水平(P<0.01)，与其他性状的相关性均不显著；在11 cm播种深度下，出苗率与出苗时间呈极显著负相关关系，与地中茎长呈极显著正相关关系，与苗高和胚芽鞘长呈显著正相关，与初生根长相关性不显著。说明在 11 cm播深条件下，小麦的出苗时间、苗高、胚芽鞘长、地中茎长与出苗率关系密切，可作为小麦耐深播评价的指标。

2.4 供试小麦种质耐深播评价

采用加权耐深播系数对15份小麦种质进行评价分析，参照路贵和等[17]提出的逐级分类法，将15份小麦种质分为4级(表5)，其中，红春麦属于极强耐深播种质，强耐深播种质有白春麦、白光头、定西40号共3份，魁小麦、小辈力麦为弱耐深播种质，其他种质属于中度耐深播种质类型。

表4 5 cm和11 cm播种深度下各性状指标与出苗率的相关性Table 4 Correlation coefficients between agronomic traits and emergence rate under 5 cm and 11 cm sowing depth

表5 15份小麦种质耐深播性等级划分Table 5 Grading of 15 wheat germplasms for deep-sowing tolerance

3 讨 论

3.1 小麦种质耐深播性评价方法

目前，国内外关于作物耐深播评价尚没有形成统一的标准，多数研究是以蛭石或细沙为介质，在花盆或PVC管中设置不同播种深度进行耐深播评价[18-22]，也有采用小锄头开沟播的方法[23-24]。但上述方法均存在一定问题，在花盆或PVC管中进行耐深播鉴定时幼苗会沿管壁生长，没有达到深播胁迫的目的，开沟播种不能保证所有种质均在一个深度水平上，这两种方法均会造成试验误差较大。本试验对前人在大豆[25]和高粱[26]耐深播鉴定的方法基础上进行改进，采用挖土池的方法，通过在土池四周放置设有刻度的隔板来控制深度，既减少了播种深度的误差，也杜绝了种子沿盆壁或管壁向上生长带来的误差。同时，该方法接近田间生产实际，试验数据更加可靠，对小麦耐深播育种具有直接指导意义。

3.2 小麦种质耐深播性评价最佳播种深度

目前，在进行作物耐深播性评价时，不同作物或同一作物不同研究并没有统一的评价深度。彭云玲等[18]、张晓龙等[24]、谢 浩等[25]在15 cm播种深度下分别对玉米、小麦、大豆进行耐深播种质资源筛选；史亚兴等[19]、岳丽杰等[21]、张 磊等[23]分别在9 cm、10 cm播种深度下对玉米种质资源进行耐深播筛选。本试验结果表明，15 cm播种深度下，小麦出苗率过低，幼苗生活力极差，而在11 cm播种深度下能够很好地区分材料本身的差异，可作为小麦萌发期耐深播种质资源评价体系的最佳鉴定深度。

3.3 耐深播性评价密切相关指标

筛选耐深播性密切相关指标是鉴定评价耐深播种质的重要因素。Matsui等[27]、Suge等[28]一致认为，耐深播性与胚芽鞘长度密切相关。本研究发现，小麦耐深播性并不是受单一指标控制的，在11 cm播种深度下，出苗率与出苗时间、苗高、地中茎长及胚芽鞘长的相关性均达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)，这与本课题组前期研究结果一致[29]，故建议将这些指标作为小麦耐深播评价的指标。

4 结 论

本研究通过对15份小麦资源在6个播种深度下的6个性状进行研究，最终确定11 cm为小麦耐深播种质资源筛选及评价的最佳播种深度；出苗率、出苗时间、苗高、胚芽鞘长、地中茎长，可作为小麦种质资源苗期耐深播性鉴定与综合评价指标；采用加权耐深播系数法对15份小麦种质进行综合评价，筛选到1份极强耐深播性和2份弱耐深播性的小麦种质。本研究结果将为小麦耐深播育种及耐深播机理研究提供基础。