东北春大豆种质资源抗旱性评价

张立军孙旭刚李盛有王文斌曹永强

(辽宁省农业科学院作物研究所,辽宁 沈阳 110161)

面对全球气候异常、干旱频发、耕地和水资源日益减少、粮食供需矛盾日益突出的严峻现实,如何通过提高作物的抗旱性、提高水资源利用率来增加粮食产量和品质,已成为我国农业持续高效发展的重大要求。大豆是世界上最重要的粮、油、饲、营养等功能兼备的经济作物。然而,由于大豆的蒸腾系数较高,需水量大,抗旱能力相对较弱,干旱加剧对其生长发育及产量、品质产生很大影响。目前,通过遗传改良提高大豆品种的抗旱性是重要的解决途径之一。在国家大力推进种业自主创新、加强种质保护与利用的战略背景下,亟需对大豆种质资源进行抗旱性评价,筛选优异耐旱型种质用于种质创新与新品种选育。

多年来,国内外学者在作物抗旱机理和抗旱性遗传改良研究方面做了大量工作,并从不同角度研究了抗旱性鉴定的试验设计、指标选择、评价方法及抗性分级等问题[1～8]。本研究针对辽宁大豆生产实际,利用半干旱地区生态特点对东北春大豆种质资源进行抗旱性评价,以期筛选出抗旱性较强的大豆材料,为大豆抗旱育种及种质创新提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用春大豆种质资源材料157份,包括东北地区农家品种和选育品种(表1),供试材料由中国农业科学院作物科学研究所提供。

表1 供试大豆种质资源的名称和来源

1.2 试验方法

2021年,在辽宁省阜新市阜蒙县桃李村(半干旱区),采用田间裂区试验设计,主处理为不同土壤水分处理,副处理为157份大豆品种(系)。随机区组设计,3次重复。其中,不同土壤水分处理包括正常灌溉(出现旱象及时灌水,保证水处理田间水分充足)和不灌溉(出苗后至成熟期不灌水)处理。

选择地势平坦,土壤肥力均一、中等以上,土层深厚,保水保肥,避免大豆重茬和迎茬。前茬作物收获后应尽早进行秋耕翻,深度25～30 cm,耕翻后结合施农家肥进行旋耙,春季进行旋耕,保证待播。种子进行筛选,选择健康、干净、发芽率达85%以上的纯净种子进行播种。每小区2行,行长4 m,垄距50 cm,密度1.1万株/667m2。

1.3 测定项目

当豆荚呈固有荚熟色时,及时收获。选取田间生长连续、均匀一致的植株,每小区拔取5株,用于室内考种。对田间收获的5株植株,考察其各自株高和单株生物产量和单株粒重。

1.4 统计分析

采用Excel 2010计算各品种的平均株高、单株生物量和单株粒重,并计算干旱胁迫与正常供水条件下的比值,依下式计算抗旱隶属函数值:RIij=Xij/CKij(比值大于1时,公式为:RIij=1-Xij/CKij);RIi=1/n(∑RIij)。其中,RIij为第i个材料第j个性状干旱条件对正常供水条件的比值,RIi为第i个品种该性状的隶属值。最后将各材料各性状的隶属值平均求得平均隶属函数值。利用SPSS 19.0对抗旱隶属函数值进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同品种大豆株高、单株生物量和单株粒重的影响

方差分析表明,干旱胁迫处理对大豆成熟期株高、单株生物量和单株粒重存在极显著影响(P＜0.01),不同品种大豆间株高、单株生物量和单株粒重存在极显著差异(P＜0.01),并且株高、单株生物量和单株粒重在干旱胁迫处理与品种间互作效应达到极显著水平(P＜0.01)。

由表2可知,干旱胁迫处理使大豆株高、单株生物量和单株粒重分别显著降低了15.4%、30.0%和34.6%。在正常供水条件下,不同品种大豆株高平均值为 83.7 cm,最低值为44.3 cm,最大值为144.0 cm,变异系数为29.7;不同品种大豆生物量平均值为 73.9 g,最低值为25.0 g,最大值为176.5 g,变异系数为41; 不同品种大豆单株粒重平均值为 33.3 g,最低值为16.0 g,最大值为61.17 g,变异系数为28。

在干旱胁迫条件下,不同品种大豆株高平均值为71.0 cm,最低值为31.3 cm,最大值为130.0 cm,变异系数为31.0;不同品种大豆生物量平均值为 51.7 g,最低值为19.5.0 g,最大值为122.1 g,变异系数为42.7;不同品种大豆单株粒重平均值为 21.7 g,最低值为6.7 g,最大值为46.1 g,变异系数为38.7。

2.2 大豆种质资源成熟期的加权抗旱系数

由表2可知,157份大豆种质资源成熟期加权抗旱系数平均值0.70,最小值0.47,最大值0.95。经聚类分析将157种质资源划分为3类,分别为干旱敏感型、中间型和耐旱型。

表2 正常供水和干旱胁迫下不同品种大豆农艺性状及抗旱性

其中,干旱敏感型有9份,加权抗旱系数为0.47～0.56;中间型有129份,加权抗旱系数为0.59～0.87;耐旱型有19份,加权抗旱系数为0.89～0.95。其中,耐旱型种质资源包括:永吉枣豆、极早黄、疆莫豆1号、褐大豆、大粒黄、东农42A、东农50、黑河6号、黑农26、黑河1号、垦农4号、黑农48、吉育72、吉林35、吉农22、吉林36、辽08Q104、辽豆32、铁丰29等。

2.3 大豆成熟期加权抗旱系数与生育期的相关性

相关分析表明,加权抗旱系数与始花期天数呈负相关,与成熟期天数呈负相关,但相关系数均未达显著水平(P＞0.05)。由图1可见,不同熟期类型大豆间加权抗旱系数无明显差异。

图1 大豆抗旱隶属函数值与始花期、成熟期天数的相关性

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3 结论与讨论

本研究利用加权抗旱系数法对157份大豆种质资源进行抗旱性评价,筛选出19份耐旱型大豆种质资源。其中,永吉枣豆、极早黄、疆莫豆1号、褐大豆、大粒黄等5份资源为地方品种,可以作为大豆抗旱育种提供遗传基础材料。东农42A、东农50、黑河6号、黑农26、黑河1号、垦农4号、黑农48等7份资源为黑龙江省大豆育成品种,吉育72、吉林35、吉农22、吉林36等4份资源为吉林省育成品种,这些品种生育期较短,适宜在辽宁西部地区开展复种或灾后补种技术推广。辽08Q104、辽豆32、铁丰29等3份资源为辽宁省育成品种(系),其中,辽豆32不仅具有较强的抗旱能力,并且具有较高的产量潜力,曾突破了东北春大豆超高产攻关目标,适宜在辽宁西部地区作为主栽品种进行大面积推广种植。

目前,大豆抗旱资源鉴定方法较多,包括萌芽期抗旱鉴定的PEG干旱模拟试验、生长期的大棚遮雨干旱控水试验、田间自然少雨条件试验等[7]。本研究利用辽宁西部半干旱地区降雨量少、蒸发量大的环境特点,采用正常灌水和全生育期不灌水的方式对大豆种质资源的抗旱性进行了鉴定,这种方法具有便于管理、试验成本低、与生产实际接近等优点。作物的抗旱性是各种性状对干旱胁迫的综合响应结果,但不同性状对干旱胁迫的敏感性存在很大差异。在选择性状指标进行抗旱性评价时,应充分考虑干旱发生的时期、程度以及所选指标对干旱胁迫的响应程度等,以确定有效指标范围,使评价结果符合实际表现[5]。由于大豆抗旱能力与否主要体现在产量表现方面,因而以为研究提出了以产量指标为依据的多种抗旱性直接评价方法,同时也有研究采用了综合评价方法[4～8]。本研究借鉴我国大豆成株期抗旱性鉴定评价方法[5],筛选了与产量密切相关的株高、单株生物量和单株粒重等3个性状作为大豆成株期抗旱性鉴定指标,计算了加权抗旱抗旱系数用于对大豆种质资源抗旱性分级。另外,由于本研究采用的大豆资源分别来自黑龙江、吉林和辽宁地区,生育期存在较大差异,很可能对抗旱鉴定结果准确性造成影响。然而,本研究通过相关性分析表明,大豆成熟期抗旱性与始花期、成熟期天数相关性并不显著,说明本研究抗旱鉴定结果与生育期长短无关。