干旱胁迫下‘宛麦632’的抗旱性分析

张 彬，李金秀，王 震，石利朝，李金榜

（南阳市农业科学院，河南 南阳 473000）

0 引言

小麦作为中国第二大粮食作物，为了满足人口快速增长的需求，小麦产业的可持续发展对保障国家粮食安全具有重要意义。然而，随着气候变暖、水资源的匮缺、以及生态环境破坏的加剧，加之季节间降雨分布不均，小麦生育期内降水有限，不能满足小麦生长对水分的需求，导致干旱灾害频发[1-2]。有数据表明，干旱是造成粮食作物减产的主要因素之一，全球约50%的小麦产区遭遇干旱灾害，产量损失幅度可达10%～70%[3]。抽穗期干旱提高了小穗败育率和花粉不育率，降低穗粒数；花前干旱对穗粒数、单位面积有效穗和产量均有显著影响，每年因干旱缺水导致的小麦减产已经超过其他限制因素的总和[4-5]。过去20年，干旱也是中国农业生产面临的主要逆境，农业干旱成灾面积由占总成灾面积的9.0%上升至47.3%[6]；同时，黄淮麦区作为中国小麦生产的主产区，水资源严重不足，冬季和春季的干旱比较普遍，影响小麦分蘖和幼穗分化，导致小麦群体数量和质量不高，难以为小麦后期产量形成奠定基础[7]，因此，干旱已经成为中国小麦产量、品质提升的主要制约因素。利用小麦品种间抗旱特性的差异，推广种植抗旱性的小麦品种，对高效利用水资源有重要意义，是干旱条件下维持小麦高产稳产的简便有效途径。聚乙二醇(PEG)作为一种渗透胁迫剂，其对植物无毒害性，通过改变溶液渗透压，常用来模拟干旱条件，对探索干旱条件下小麦的生长机制有重要作用[8]。

小麦的抗旱性是一个复杂的生物学性状，是多因素共同作用的结果，受自身遗传因素、生长发育状况和环境因素的影响，抗氧化物质的合成、渗透调节产物含量的变化及根系形态的建成等均会影响小麦的抗旱性[8-10]。种子萌发期和幼苗生长期是小麦生长发育的起始阶段，会影响小麦群体的建成，是衡量小麦抗旱性强弱的重要时期，抗旱性强的小麦品种比抗旱性弱的品种在发芽率、发芽势，胚芽鞘长、根长、叶长上具有明显的优势，这些农艺学性状影响后期植株生长发育、群体数量及质量，对小麦产量和品质有重要影响[11-12]。此外，有研究发现，在小麦生育前期适度干旱，可以提高小麦生殖生长期间的抗旱性[13]。因此，开展小麦的抗旱性研究对小麦高产稳产有重要意义。‘宛麦632’是由南阳市农科院选育的小麦新品种，研究其在干旱胁迫条件下的生长发育状况，以为其大面积推广种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为‘宛麦632’和‘周麦18’，均由南阳市农业科学院提供。

1.2 试验方法

1.2.1 萌发期抗旱性试验 试验采用培养皿滤纸上发芽的方法，培养皿直径为9 cm，设置20%PEG6000溶液模拟干旱胁迫和蒸馏水对照2个处理，3次重复。每品种选100粒籽粒均匀饱满的种子，先用10%次氯酸钠消毒5m in，蒸馏水冲洗3遍，用滤纸将多余水分吸干，将种子放在铺有2层滤纸的培养皿中，分别加入10m L PEG6000溶液或蒸馏水，置于光照培养箱中，昼夜温度设置为23℃/18℃，时长设置为16 h/8h。第3天计算发芽势，第7天计算发芽率。

1.2.2 苗期抗旱性试验 在塑料杯中装入过筛细土，pH 6.7，有机质含量为1.59%，分别加20%PEG6000溶液或蒸馏水至饱和。选择籽粒饱满的小麦种子于室温条件下催芽，挑选芽长约为种子长度一半的种子种植于上述塑料杯中，10粒/杯，置于光照培养箱中，昼夜温度设置为23℃/18℃，时长设置为16 h/8h，每处理3次重复。15天后测定不同处理小麦的苗高、根长，茎叶鲜重、根鲜重。

1.2.3 成株期抗旱性试验 成株期主要采用田间直接鉴定的放法，重点考察干旱胁迫条件下不同品种的田间生长状况及最终生产能力。试验在南阳市农业科学院试验基地进行，播种前按常规大田翻耕施肥。采用随机裂区设计，主区为自然干旱区和人工灌水区，在干旱区和灌水区间设置5m的防渗隔离区；干旱区小麦全生育期不灌水，仅有自然降水；灌水区在越冬前、拔节期、灌浆期各灌水一次。副区为品种，每品种3次重复，共计12个小区。每品种种植6行，行距20 cm，行长9m，小区面积13.5m2。出苗后，每个小区选1m长固定样段，用以测定株高、最高分蘖、有效穗、穗粒数、千粒重。小区收货时测量实际产量，最终结果以小区平均产量折合为公顷产量。除水分外，各小区均按当地大田生产要求进行管理。

1.2.4 各指标的测定和计算 发芽势、发芽率、抗旱系数、抗旱指数的计算分别见公式(1)、(2)、(3)、(4)[14]；以抗旱指数的平均值作为综合抗旱指数。

1.3 数据处理与统计分析

采用Excel2007和SPSS 19.0对数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 萌发期抗旱性

由图1和图2可知，在利用PEG模拟干旱胁迫下，‘宛麦632’和‘周麦18’的发芽率和发芽势均显著下降，说明干旱胁迫对种子萌发具有一定的抑制作用。在干旱胁迫条件下，‘宛麦632’和‘周麦18’的发芽率分别下降了23.5%、48%；‘宛麦632’和‘周麦18’的发芽势分别下降了44.1%、66.7%。结果说明，在干旱环境下，‘宛麦632’比‘周麦18’的发芽能力强，种子萌发活力高。

图1 不同小麦品种的种子发芽率

图2 不同小麦品种的种子发芽势

2.2 苗期抗旱性

干旱胁迫条件下，‘宛麦632’和‘周麦18’的苗高、根长、茎叶鲜重和根鲜重均显著小于正常处理，但受抑制程度不同，说明两个小麦品种的抗旱能力有差异（表1）。‘宛麦632’的苗高、根长、茎叶鲜重和根鲜重的干旱抑制率分别为27.86%、33.64%、24.14%和30.43%；‘周麦18’的干旱抑制率分别为57.24%、56.48%、57.14%和52.38%，结果表明，在幼苗生长期，干旱对‘宛麦632’的抑制程度较小，‘宛麦632’比‘周麦18’更易于适应干旱环境，具有较强的抗旱能力。

表1 干旱胁迫对小麦幼苗生长的影响

2.3 成株期抗旱性

如表2所示，灌水处理下，‘宛麦632’和‘周麦18’的农艺性状无显著差异。干旱处理下，2个小麦品种的主要农艺性状均受到不同程度的抑制，株高、最高分蘖、有效穗、穗粒数、千粒重和产量较灌水处理均有不同程度的下降。干旱条件下，‘宛麦632’和‘周麦18’的株高分别为75.8 cm、73.6 cm，差异显著；最高分蘖分别为1417万/hm2、1390万/hm2，但二者间差异不显著。干旱处理相比于灌水处理，从产量构成三要素看，干旱胁迫对有效穗的影响程度较小，‘宛麦632’和‘周麦18’的有效穗分别下降4.47%、3.00%，各处理间差异不显著；干旱胁迫对穗粒数和千粒重的影响显著，‘宛麦632’和‘周麦18’的穗粒数分别下降15.22%、27.08%，千粒重分别下降12.03%、19.79%。从最终产量看，干旱条件下，‘宛麦632’和‘周麦18’的产量分别为6521 kg/hm2、6106 kg/hm2，相比灌水处理分别降低7.53%、11.71%，并且二者间差异显著。结果表明，‘宛麦632’抗旱性强，在干旱胁迫下仍具有较高的产量优势。

表2 干旱胁迫条件下宛麦632与周麦18的主要农艺性状

2.4 小麦的抗旱性评价

由表3可知，‘宛麦632’和‘周麦18’各性状指标的抗旱指数均不相同，说明两个品种的抗旱能力有差异。从小麦生长的整个生育期看，‘宛麦632’和‘周麦18’的综合抗旱指数分别为0.901、0.582，说明‘宛麦632’比‘周麦18’具有更强的抗旱性，较适合在干旱区域推广种植。此外，同一时期，同一小麦品种不同指标的抗旱指数存在差异，说明干旱胁迫对不同农艺性状的抑制程度有差异。

表3 宛麦632与周麦18的抗旱指数

3 讨论与结论

干旱会引起植物体内生理代谢紊乱、光合性能降低，直接抑制作物的生长发育，但是，由于作物的抗旱性是受多基因控制、多因素协调的数量型生物学性状，是一个非常复杂的生物学现象，对作物抗旱性的鉴定不能局限在某一时期[7,15]。在植物生长发育的不同阶段，可能会表现出不同程度的抗旱性，有研究表明，小麦苗期的抗旱性与成株期的抗旱性不显著相关[16]。有的在种子萌发阶段抗旱，有的在幼苗生长阶段抗旱，有的则为全生育期抗旱[6,17]。在本研究中，‘宛麦632’在萌发期、苗期和成株期均表现出抗旱性，但是各生育期的抗旱相关性还需要进一步研究。同时，抗旱性鉴定的关键是抗旱指标或评价性状的合理选择，采用某一单一指标很难对试验材料的真实抗旱水平做出全面评价[7,16]。在本研究中，同一小麦品种不同指标受干旱的抑制不同，导致同一品种不同指标的抗旱指数互不相同，这与许红等[18]人的研究结果一致。由此说明，用任何单一指标来评价品种的抗旱性都存在局限性。因此，本研究对小麦新品种‘宛麦632’的不同生长发育阶段的抗旱能力分别作了研究，并采用多个抗旱指标进行抗旱指数计算。

种子萌发期是植物生长的起始阶段，也是植物对干旱胁迫最为敏感的生长阶段，植物抗旱能力的强弱直接关系到出苗的速度和质量，决定后续的生育状况，对最终产量和品质具有重要影响[19-20]。本研究结果显示，干旱胁迫抑制了‘宛麦632’和‘周麦18’的发芽率和发芽势，但是干旱胁迫条件下，‘宛麦632’的发芽率和发芽势要显著高于‘周麦18’。此结果与任毅等[20]的研究结果一致，在干旱胁迫下，抗旱能力强的小麦品种，发芽率和发芽势更高。植物根系是直接吸收水分和养分的器官，当干旱缺水时，根系对水分含量的变化也最为敏感，并迅速做出反应，向整个植株发出信号，使植物对干旱做出响应[11,22]，因此，根系是研究作物抗旱能力的重要组成部分。本研究中，干旱胁迫后，‘宛麦632’的根长和根鲜重显著大于‘周麦18’，说明‘宛麦632’受干旱抑制的程度相对较低。这种受干旱抑制程度越低的小麦品种，具有的抗旱能力越强，这与前人研究干旱的响应机制一致[23]。此外，有研究表明，小麦在生育后期遇到干旱胁迫对小麦产量影响极为显著，抗旱性不同的小麦品种，在干旱胁迫时产量差异很大，有效穗、穗粒数和千粒重在干旱胁迫条件下均会降低[10,24]，这与本研究的结果相同。另有研究表明，对小麦进行适度的干旱处理，可以提高小麦的抗旱能力，并不会严重抑制作物的光合作用，作物水分利用状况可在夜间恢复，有利于增加同化物向籽粒运输，可显著增加穗粒数、千粒重和籽粒产量，有助于提高农业水资源的利用效率[13,25]。而关于适度干旱可以提高作物产量的机理仍不清楚，需做进一步的研究。

综上所述，干旱胁迫条件下，‘宛麦632’在各生育阶段的农艺性状特性均优于对照品种‘周麦18’，‘宛麦632’和‘周麦18’的综合抗旱指数分别为0.901和0.582。其中，产量三要素：有效穗、穗粒数和千粒重分别比‘周麦18’高1.44%、14.71%和10.61%，产量比‘周麦18’高6.80%。表明‘宛麦632’具有较强的抗旱能力，适宜大面积推广种植‘宛麦632’，这对干旱环境下小麦的正常生产具有极其重要的意义。