小麦杂交后代衡9966与亲本及近缘品种抗旱性比较

王梅菊 李 扬

(1.衡水学院生命科学系， 河北 衡水 053000；2.河北省农作物抗旱研究重点实验室，河北省农林科学院旱作农业研究所， 河北 衡水 053000；3.深州市种业有限公司， 河北 深州 053800)

干旱是制约农作物产量的主要因素之一。全球干旱、半干旱地区约占土地总面积的36%，占耕地面积的43%[1]。植物对干旱的承受能力不仅仅只是与干旱强度、速度有关，而且更受其本身基因的影响[2]。相当大一部分农作物将能够进行相关抗旱基因的表达，前提是需要在一定干旱阙值胁迫范围内，会发生一系列的生理生化及相关形态结构等方面的变化。因此，深入探究农作物的内在抗旱原理，科学选育适合半干旱地区种植的优良农作物品种，对于水资源的合理利用和农业的可持续发展有着不同寻常的意义。

衡9966是通过杂交、回交及与60Co-γ射线辐射诱变相结合的方式选育的一个小麦新品种，于2018 年通过河北省农作物品种审定委员会审定(审定编号为 20180019)。其选育过程为：2009年配制杂交组合〔8099(良星99/小黑麦//良星99)/良星66)，收获后对F0进行60Co辐射处理；2010年F1代选育，同时对收获种子再次进行辐射处理，以增加优良变异；2011年—2016年后代系谱法选育。前期的研究表明，衡9966田间性状(株高、小穗数、千粒重等)优于双亲，是一个节水、丰产、抗逆的冬小麦新品种[3]。衡9966具有正向超双亲的叶绿素含量以及叶绿素a/b比值[4]，并且具有优于亲本的抗盐性能[5]。但衡9966在干旱缺水环境下的生理表现，还未进行系统分析。本实验以衡9966及亲本良星99、良星66与近缘品种济麦22为研究对象，研究干旱胁迫下小麦幼苗生长状况、各项生理指标的变化，探究小麦杂交后代与亲本抗旱性的差异，为今后的小麦抗旱研究与杂交育种工作提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

小麦杂交后代衡9966及其亲本良星66、良星99以及近缘品种济麦22(和良星99、良星66有共同的亲本鲁麦14)。由河北省农林科学院旱作所提供。

1.2 实验方法

将4个品种的小麦种子用0.1% HgCl2消毒10 min，蒸馏水冲洗干净，滤纸法发芽。待胚根长至2 cm左右时，将萌发一致的幼苗栽种在培养盒的纱网上，每个品种30棵，1/2 Hoagland营养液培养。幼苗长至3叶期时开始干旱处理，用15%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫处理，PEG-6000用1/2 Hoagland溶液配置，对照仍用1/2 Hoagland溶液培养。采取逐日增加PEG-6000的方法，每日递增5%，3 d后达到胁迫最终浓度15%。光周期为自然日长，温度在15～25 ℃之间，培养过程中每5 d更换1次培养液。处理15 d后进行各实验指标的测定。每个处理至少3次重复。

1.3 指标测定方法

用电子天平分别称量地上部分和根部鲜重，计算根冠比。

硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛(MDA)含量，脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法，超氧化物歧化酶(SOD)的测定采用氮蓝四唑(NBT)法，紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性，愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性[6]。

变化率(%)=[(处理-对照)/对照]×100%。

1.4 数据分析

采用Excel 2010软件进行分析，隶属函数法计算各品种的抗旱隶属函数，确定抗旱等级[7]。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同品种小麦鲜重及根冠比的影响

干旱胁迫后4个品种小麦鲜重降低，表明干旱缺水已影响到小麦的生长。其中衡9966鲜重降低幅度较小。干旱胁迫下，为了保证水分的吸收，植物往往通过增加根系体积来加强水分的吸收。表1表明，除济麦22根冠比变化较小外，其余3个品种的根冠比均表现为显著增加。

表1 干旱胁迫下不同品种小麦鲜重及根冠比的变化

供试材料测定指标 鲜重/g 根冠比 对照干旱处理变化率/%对照干旱处理变化率/%良星992.70A2.32A-14.10.37B0.47A35.9良星663.27A2.82A-13.80.34B0.50A45.7衡99663.05A2.75B-9.80.40B0.57A42.5济麦223.2A2.83B-11.60.42AB0.48A20.0

注：表中同行不同大写字母表示差异极显著(p>0.01)。下同。

2.2 干旱胁迫下不同品种小麦丙二醛含量的变化

丙二醛(MDA)是植物细胞在干旱胁迫下膜脂过氧化的产物，它对细胞具有很强的毒性，不仅严重破坏膜和细胞中的许多生物功能分子，而且还会参与破坏生物膜的结构与功能，因而是膜系统受伤害的重要标志之一[8]。由表2可见，干旱胁迫下亲本良星66和良星99丙二醛含量差异显著，良星99升高幅度达78.9%，衡9966变化不显著，升高幅度最低。

表4 水分胁迫下小麦抗氧化酶活性的变化

品种生理指标 SOD/(U·g-1) CAT/[U·(g·min)-1] POD/[△A470·(g·min)-1] 对照干旱处理变化率/%对照干旱处理变化率/%对照干旱处理变化率/%良星99114B148A29.8182.6A158.0A-535382A29645B-16.21良星66101B128A26.7175.1A114.8B-3431889A23484B-26.36衡9966123B164A33.3182.4A202.6A11.125639A21980B-14.27济麦22132A140A6.1202.2A157.1B-2222924A22268A-2.86

表5 水分胁迫下不同品种小麦的各项隶属函数值

品种鲜重根冠比丙二醛脯氨酸SODPODCAT隶属度良星9900.18000.6210.400.31良星660.860.710.900.810.20000.50衡99661110.3210.2710.80济麦220.9500.64100.510.300.49

表2 水分胁迫对小麦丙二醛含量的影响

品种ck/(μmol·g-1)干旱/(μmol·g-1)变化率/%良星990.0159B0.0214A34.59良星660.012B0.0149A24.7衡99660.0155A0.0164A5.8济麦220.0175B0.0194A11.2

2.3 干旱胁迫下不同品种小麦脯氨酸含量的变化

脯氨酸具有较强水合能力，是极其适合的渗透介质。干旱胁迫下脯氨酸积累在保护小麦耐旱方面通过以下2种途径，一是通过其偶极性，膜蛋白结构的完整性得到保护，同时，膜的柔韧性也有改变；二是增强了小麦的渗透调节作用，使组织的抗脱水力增强。因此可视为作物自身的一种保护性适应对抗外界干旱环境的措施[9]。由表3可知，4个品种小麦叶片中脯氨酸含量在干旱处理下急剧上升，与对照相比差异显著，其中济麦22变化率最大。

表3 水分胁迫下小麦脯氨酸含量的变化

品种ck/(μg·g-1)干旱/(μg·g-1)变化率/%良星9962B229A269良星6654.7B235.9A332衡996655.2B215.8A289济麦2248.9B219.5A349

2.4 干旱胁迫对不同品种小麦抗氧化酶的影响

超氧化物歧化酶(SOD)是植物体内重要的抗氧化酶，原因在于减轻了超氧负离子本身及其所产生的其它活性氧对机体的伤害，作为自然界唯一一个以氧自由基为底物的酶，可以淬灭超氧负离子产生H2O2，组成了细胞体内第一条抗氧化防线，一般来说，水分胁迫下植物体内的SOD活性与植物抗氧化能力呈正相关[10]。由表4可见，4个品种的超氧化物歧化酶(SOD)活性在干旱胁迫下均升高，衡9966升高幅度最大。

由于过氧化氢酶的特性是能将H2O2分解为H2O和O2，能大量减少由过氧化氢(H2O2)诱发的单线态氧(O2-)以及产生的某些自由基，能够在干旱胁迫条件下起到保护植物、延缓植物衰老的作用。由表4可知，良星66、良星99和济麦22的CAT活性在干旱胁迫下均降低，差异显著，且只有衡9966活性升高。

POD是广泛存在于植物中的一种抗氧化酶，它与CAT作用类似，把H2O2转化为H2O。由表4可见，4个小麦品种的POD活性在干旱胁迫下均降低，降低幅度不同，济麦22降低较少，衡9966次之。

2.5 干旱胁迫下不同品种小麦的各项隶属函数值

将每一供试材料主要性状的具体隶属值进行累加，求平均值得到该材料的隶属度。根据隶属度控制四级制划分标准以及表5可知，4个小麦品种的隶属抗旱性顺序为衡9966>良星66>济麦22>良星99。

3 结论与讨论

干旱胁迫下，植物体的生理生化过程发生不同程度变化，MDA含量、脯氨酸含量、抗氧化酶等一些与抗旱性关系密切的指标可作为抗旱性鉴定指标[11]。在本实验中，衡9966在鲜重和根冠比的变化均表现出较好的抗旱性能。Riesa等研究认为，MDA含量高低和细胞膜透性的改变是反映细胞膜脂过氧化作用强弱和脂膜破坏程度的重要指标[12]。研究表明，抗旱性较强的小麦品种在干旱胁迫下能够保持较低水平的MDA[13-15]，本实验表明，虽然4个品种的丙二醛含量均升高，但衡9966的丙二醛变化率最低，表明衡9966减缓干旱伤害的能力较强。渗透调节是植株抵抗水分胁迫的一种重要方式，小麦的渗透调节也主要通过脯氨酸等亲和性溶质的积累来体现[16]，干旱胁迫下，4个品种的脯氨酸含量均大幅度升高。

植物细胞在长期进化过程中形成了防御活性氧离子毒害的保护酶系统，其中主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)，来维持植物体内活性氧离子代谢的动态平衡[17]。本实验表明，小麦在干旱胁迫时叶片组织内的SOD活性升高，且由于4个品种小麦抗旱性存在着差异，SOD活性上升的的幅度也不尽相同，衡9966和亲本均有较高幅度的上升。而小麦叶片中CAT活性变化除衡9966活性上升外，其它3个品种小幅降低。所有小麦叶片POD的活性均降低，推测可能是干旱胁迫引起的POD、CAT活性变化可能存在滞后效应，但抗旱性强的品种往往表现出较高的酶活性或下降幅度较低[16,18]。

抗旱性是一个受多因素影响复杂的数量性状，不同品种小麦对某一单项理化指标的抗旱性反应不一定相同，植物的抗旱性是由于多因素的相互作用相互叠加的结果。因此，若用单一指标难以全面准确地反映各品种抗旱性的强弱，利用隶属函数分析可以对材料进行综合评价。根据隶属度可知， 4个品种中，杂交后代衡9966隶属度最高，达到了0.80，抗旱性相比于亲本和近缘品种有较大程度的提高，至于生育期是否保持较强的抗旱性还有待于进一步研究。衡9966高于亲本的抗逆性是否是由于60Co辐射引起了基因突变也有待于基因水平的进一步揭示。