不同抗旱型小麦品种根系生长特性研究

张学品， 冯伟森， 李团飞， 丁志强， 吴少辉， 杨洪强，温红霞， 顾晶晶， 田文仲

(1.洛阳农林科学院， 河南 洛阳 471022； 2.洛阳市科技情报研究所， 河南 洛阳 471003)

干旱是造成农作物减产、农业效益降低的因素之一，也是影响粮食安全的主要因素之一[1]。小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量的主要影响因素取决于满足生长发育的水分需求。在农作物水分和营养调控机制中，由于根系是主要的器官，因此根系的发达程度直接决定了土壤水分的有效运输机制，在一定程度上影响地上部分生物产量和经济产量[2]，这在小麦抗逆选择中具有重要作用[3]。前人对小麦根系的研究，主要在其生长与构型分布，根系形态与地上部分的相互关系，以及干旱胁迫对根系形成及结构的影响[4-6]。相关研究证明，根系生物量、根体积、表面积、根系活力等与小麦产量存在相关关系。根系的深浅和体积大小主要受土壤水分渗透的深度和范围决定。有研究表明，在土壤相对含水量为50%～70%时，是小麦根系生长的适宜范围，而当土壤相对含水量在40%以下，小麦根系生长就受到限制；当土壤相对含水量超过70%以上，小麦根系也受到抑制[7-8]。对于根系的研究，前人主要是用盆栽、土钻法[9-11]或大型土柱法进行[12]，采用根系扫描仪扫描根量和根表面积报道相对较少。本试验利用小麦根系研究池，用根系扫描仪对不同品种的整株根系进行扫描，分析不同小麦品种总根长、根表面积、根体积、次生根数。

1 材料与方法

1.1 供试品种

3个不同类型的旱地品种：旱肥地品种洛旱8号；旱薄地品种洛旱13、晋麦47(ck)。

1.2 试验设计

2014—2015年度在洛阳农林科学院根池设置试验，将参试品种种植在PVC管内，出苗后每管定苗1株，每个品种15根管柱。管柱试验用土每50 kg施纯N、纯P、纯K分别为20 g、35 g、25 g，N肥总施肥量的50%作为基肥施入，在拔节期灌水时追施剩下的50%，P、K肥全部作基肥施入。

1.3 根系测定方法

到小麦开花期时，每个品种取5根管柱，放水池中浸泡12 h以上至土层松软后，用水冲洗干净，把干净根系放到Epson-V 10 根系扫描仪中进行扫描，然后用根系扫描分析仪(加拿大WinRHizo)对平均直径、表面积、根长、根体积等根系指标进行分析。蜡熟期每品种收获5株，单株计算产量。

1.4 数据处理

用SPSS 22.0和Excel 2010软件进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同旱地小麦品种间产量及成产三因素的方差分析

对不同品种产量性状进行方差分析，结果(表1)表明，品种间穗粒数、单株成穗数表现极显著性差异，千粒重和产量表现显著性差异。说明品种间地上部产量构成因素生长差异较大。

表1 不同旱地小麦品种间产量及产量构成因素的方差分析

2.2 不同品种间产量及产量构成因素比较

由表2可知，成穗数表现洛旱8号最高，其次为对照晋麦47，洛旱8号较对照高0.42穗，高8%；穗粒数表现洛旱13最高，其次为对照，洛旱8号最低，洛旱13比对照高4.48粒，高14.4%；千粒重和产量表现洛旱8号和洛旱13均高于对照，分别较对照高2.52 g、4.2 g和0.89 g、0.31 g，较对照分别高6.14%、10.24%和11.45%、3.99%。

表2 不同品种间产量及产量构成因素多重比较

2.3 不同品种间根系生长发育指标的方差分析

对3个品种间根系生长发育指标进行方差分析，结果表明，品种间总根长、根表面积、根体积、次生根条数和根生物量达极显著性差异(表3)。说明除根平均直径外，品种间根系生长差异较大，与各品种地上部产量构成因素特性差异相一致。

表3 不同品种间根系指标的方差分析

2.4 不同品种间根系生长发育指标分析

由表4可知，洛旱8号和洛旱13的总根长、根表面积、根体积和次生根数均显著高于对照，洛旱8号较对照高5 548.23 cm、457.54 cm2、3.32 cm3、9条，增幅为59.45%、57.73%、60.47%、34.62%；洛旱13较对照高2 624.95 cm、202.76 cm2、1.28 cm3、7.7条，增幅为28.12%、25.59%、23.32%、29.62%。根干重表现，洛旱8号显著高于对照，较对照高0.66 g、高41.51%；洛旱13的根干重高于对照但差异不显著。根平均直径和地上干重3个品种间差异不显著。

表4 不同品种间根系分析多重比较

2.5 不同品种根系性状间与单株产量的相关性分析

根系性状与单株产量的相关性分析表明(表5)，总根长、根表面积、根体积、次生根数和根干重均与单株产量呈极显著正相关。总根长与根表面积、根体积、次生根数和根干重呈极显著正相关。由此可见，品种选育时应选择植株根系密集发达、根长较长、次生根较多的单株，有利于提高产量。

表5 不同品种根系性状与单株产量的相关性分析

3 结论与讨论

研究结果表明，洛旱8号和洛旱13总根长、根表面积、根体积和次生根数均显著高于对照，洛旱8号和洛旱13的千粒重和产量均高于对照，洛旱8号较对照高2.52 g和0.89 g，增幅为6.14%和11.45%；洛旱13较对照高10.24%和3.99%。说明在旱地小麦品种选育和对小麦品系的选择鉴定中，应该选择小麦植株根系发达的品系，有利于延长地上部绿色器官的功能期，提高光合效率和籽粒产量。

小麦根系是吸水的主要器官，它从土壤中吸收大量的水分，满足小麦生长和发育的需要，有活力的根系有利于小麦从更广阔的土壤范围内吸收水分和养分，对健壮植物的生长和地上部分一样十分重要。开花期根系的生长发育对作物生产非常重要[13]。根系生物量是衡量根系发达程度和吸收能力强弱的关键指标[14-15]。干旱胁迫的地区，开花期根长及根密度较高有利于提高产量。杨荣光等[16]认为，大根系品种成为衡量小麦抗旱性的重要指标。理论与实践相结合，根系发达，分布广泛，根密度大，根冠比大的植株性状，往往是育种家选择抗旱作物的标准[17]。在遗传育种过程中，利用技术手段选择苗期根系深层发达、开花期根系密度大、成熟期根系活力衰亡较快的材料，可能更有利于旱地小麦产量的提高[18]。根、茎、叶是农作物重要的三大营养器官，根系在农作物的生育期和产量形成期都至关重要。在干旱胁迫上研究根系的生物学特征特性以及根系吸水率，这对旱作农业具有较高的指导作用[19]。根系与作物的耐旱性关系十分密切[20]，人们利用根系的发达与否判断作物的抗旱能力[21]。因此，在旱地小麦育种中，根系农艺性状的改良与选择，是今后小麦育种中重要的选择目标之一，选育根系发达、根深、根长、表面积大的旱地小麦新品种，对旱作农业的发展具有非常重要的意义。能否利用根池，在不同水分处理、不同生育时期，进一步对旱地小麦品种根系生长特性进行研究，是今后根池根系研究新的方向。