程凱　解樹斌　蒲艷艷　李斯深

摘 要：以小麥“山農(nóng)0431×魯麥21”RIL群體的177個系及其父母本為材料，在水培條件下，用PEG-6000模擬干旱脅迫分析小麥苗期抗旱相關(guān)性狀的群體變異；利用主成分分析對所測定抗旱指標(biāo)進(jìn)行綜合篩選，并對材料的抗旱性進(jìn)行綜合評價。通過對14個抗旱相關(guān)指標(biāo)的主成分分析表明：前5項主成分累計貢獻(xiàn)率為8215%，所代表的5類指標(biāo)，可作為小麥苗期抗旱性鑒定指標(biāo)，其重要性為生物量>根冠比>相對生長率、苗高>失水率>根數(shù)、最大根長?？购稻C合評價結(jié)果表明：父本魯麥21的D值為057，較母本山農(nóng)0431抗旱性強(qiáng)，群體綜合抗旱性有較大的分離變異，群體中有90個系的抗旱性低于母本山農(nóng)0431，有11個系抗旱性高于父本魯麥21，有57個系抗旱性在兩親本之間。

關(guān)鍵詞：小麥；重組自交系；抗旱性；苗期；綜合評價

中圖分類號：S11+7；S512.1+10.1 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2012）11-0017-05

Comprehensive Evaluation on Drought Resistance of

Wheat RIL Population at Seedling Stage

Cheng Kai1， Xie ShuBin2*， Pu YanYan1， Li SiShen1**

（1. State Key Laboratory of Crop Biology / College of Agronomy， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China；

2.Institute of Crop Science， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）

Abstract With the recombinant inbred lines （RILs） derived from the cross "Shannong 0431 × Lumai 21" as materials， 14 morphological and physiological traits related with drought resistance were analyzed at the seedling stage under hydroponic cultivation with the osmotic stress treatment induced by PEG-6000. The drought resistance indicators were comprehensively screened by the principal components analysis， and the drought resistance of the materials was comprehensively evaluated by the membership function value analysis. The results showed that five could be used as the indicators for seedling drought resistance identification with the accumulative contribution rate as 82.15%， and the order of their importance was biomass>root-shoot ratio>relative growth rate and seedling height>dehydration rate>root number and the maximum root length. The comprehensive evaluation results indicated that the drought resistance of the male parent Lumai 21 was higher than that of the female parent Shannong 0431. There was a great variation separation of the drought resistance among the RIL population. The drought resistance of 11 lines was higher than that of the parent Lumai 21， 90 lines was lower than the parent Shannong 0431， and 57 lines was between the two parents.

Key words Wheat； Recombinant inbred lines （RILs）； Drought resistance； Seedling stage； Comprehensive evaluation

干旱在我國分布廣泛，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響非常嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，我國每年受旱面積已上升到（2 700～3 300）× 104 hm2，成災(zāi)面積達(dá)到1 200 × 104 hm2[1]。小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一[2，3]，有超過35%的人口以小麥為主食，有70%的小麥播種區(qū)域分布在干旱和半干旱地區(qū)[4]。選育抗旱性好的小麥品種是降低干旱危害的有效方法[5]。

小麥重組自交系（recombinant inbred line，RIL）群體可在很大程度上消除遺傳背景干擾，從而較為準(zhǔn)確地反映不同性狀間的關(guān)系[7]。國內(nèi)外學(xué)者對小麥的抗旱機(jī)制進(jìn)行了深入研究，篩選出了一大批與抗旱性有關(guān)的形態(tài)和生理指標(biāo)[8]。如間斷干旱試驗結(jié)果表明，在干旱條件下株高、植株平均綠葉數(shù)、葉片干物質(zhì)等性狀均有變化[9]；Landjeva等（2008）[10]在PEG模擬干旱脅迫條件下檢測了小麥水培幼苗的根長、胚芽鞘長、苗高及根長苗高比共4個性狀，認(rèn)為根長和胚芽鞘長是小麥幼苗期抗旱的重要指標(biāo)。周曉果等（2005）[11]在干旱脅迫及非脅迫兩種條件下調(diào)查了小麥水培幼苗的單株根數(shù)、最長根長、根鮮重、根干重、根莖鮮重比及根莖干重比等根系性狀，表明小麥苗期根數(shù)和根干重與其抗旱性密切相關(guān)。

本研究以小麥RIL群體為材料，在PEG-6000模擬干旱脅迫和正常水分處理兩種條件下，調(diào)查抗旱相關(guān)性狀在群體中的變異情況，并用主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)法綜合評價其抗旱性，為小麥苗期抗旱分析及抗旱育種研究提供參考。1 材料與方法

11 試驗材料

材料為小麥RIL群體177個系及其父母本，親本組合為“山農(nóng)0431×魯麥21”。其中魯麥21水分利用效率高，抗旱性強(qiáng)；山農(nóng)0431為大粒新種質(zhì)，抗旱性一般。

12 試驗設(shè)計

采用水培法，每次試驗設(shè)置PEG脅迫和非脅迫（CK）兩個處理，重復(fù)3次。整個試驗重復(fù)2次，時間分別為2011年10月19日至11月19日和2011年11月28日至12月28日。試驗在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室實施。小麥RIL群體及其父母本種子經(jīng)10%雙氧水消毒5 min后，用蒸餾水沖洗數(shù)次，放入培養(yǎng)皿中，在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)幼苗（溫度為25℃，光照周期12 h/d，相對濕度60%～70%）。當(dāng)幼苗長至一葉一心時，挑取健壯、長勢一致的幼苗，植于發(fā)芽盤中，每穴2株，用海綿固定植株。將發(fā)芽盤置于盛有20 L Hoagland營養(yǎng)液的黑色塑料盒中，保持根系的黑暗生長環(huán)境，以塑膠封住發(fā)芽盤周圍間隙，防止水分蒸發(fā)。培養(yǎng)1天后，脅迫處理以含192% PEG-6000的Hoagland營養(yǎng)液進(jìn)行水分脅迫處理（小麥抗旱性鑒定評價技術(shù)規(guī)范：GB/T 21121-2007），非脅迫處理則不加PEG。處理8天后測定相關(guān)性狀[11]。

13 指標(biāo)測定

本試驗選擇以下性狀作為抗旱指標(biāo)測定的相關(guān)性狀[10，11]。

根數(shù)、最長根長、苗高、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重均采用常規(guī)方法測定。

總鮮重=地上部鮮重+地下部鮮重

總干重=地上部干重+地下部干重

鮮重根冠比=地下部鮮重/地上部鮮重

干重根冠比=地下部干重/地上部干重

相對生長率（%）=（處理8天后苗高-處理前苗高）/處理前苗高×100

失水率=（鮮重-失水后重）/鮮重（將稱過鮮重的小麥幼苗地上部或地下部放入30℃的干燥器中，在黑暗條件下干燥6 h，再稱量失水后的重量）

14 抗旱性評價

141 性狀相對值 為了減少各株系之間的固有差異，采用性狀相對值進(jìn)行抗旱性綜合評價[12～14]。

性狀相對值=（干旱脅迫下性狀測定值/正常水分下性狀測定值）×100

142 隸屬函數(shù)值 用公式（1）求得每個株系各綜合指標(biāo)得分的隸屬函數(shù)值[17]。

u（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）

j=1，2…n

（1）

式中：Xj表示第j個綜合指標(biāo)的平均值，Xmin表示第j個綜合指標(biāo)的最小值，Xmax表示第j個綜合指標(biāo)的最大值。

143 綜合指標(biāo)權(quán)重 用公式（2）求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重[17]。

Wj=Pj/∑nj=1Pj j=1，2…n

（2）

式中：Wj表示第j個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度，即權(quán)重；Pj為第j個綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

144 各株系抗旱性綜合評價 用公式（3）計算各株系的綜合抗旱能力大小。

D=∑nj=1[u（Xj）×Wj] j=1，2…n

（3）

式中：D值為各株系抗旱性綜合評價值?？蓪⒏髦晗蛋凑湛购稻C合評價分為3級進(jìn)行評價[15]，同時結(jié)合群體親本抗旱能力，劃分為以下3個評價標(biāo)準(zhǔn)：1級：D值≥050，為高抗旱型； 2級：D值在030～049之間，為較抗旱型；3級：D值<030，為不抗旱型。

145 數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用SAS統(tǒng)計軟件進(jìn)行基本統(tǒng)計量及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

21 抗旱性狀表型變異及相關(guān)性分析

由RIL群體性狀表型（表1）分析表明，對照群體生長明顯好于PEG處理的生長狀況。除脅迫處理下失水率變異系數(shù)小于10%外，其他性狀變異系數(shù)范圍在1295%～5060%之間，變異范圍較大。

從性狀相關(guān)系數(shù)（表2）可以看出：形態(tài)相關(guān)性狀之間大都呈極顯著相關(guān)性，如：苗高和根數(shù)、苗高和最大根長之間均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性；生理和形態(tài)性狀間以及生理性狀間呈現(xiàn)出顯著或極顯著相關(guān)性，如：根部失水率和根數(shù)、根部失水率和葉片失水率分別呈現(xiàn)出顯著、極顯著相關(guān)性；生物量相關(guān)性狀間大都表現(xiàn)為顯著或極顯著相關(guān)，如：地上部鮮重和苗高、地下部鮮重和最大根長分別呈現(xiàn)出顯著、極顯著的相關(guān)性；鮮重根冠比和地下部鮮重呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性，干重根冠比和地上、地下部干重均呈現(xiàn)出極顯著相關(guān)性。所選性狀間均存在一定相關(guān)性，表明試驗所選調(diào)查性狀合理，說明小麥苗期抗旱機(jī)制較為復(fù)雜。各性狀間的相關(guān)性表明，所選性狀可用于對群體進(jìn)行主成分分析和抗旱性綜合評價的研究。

表1

RIL群體14個性狀表型分析

處 理 性 狀

最小值 最大值 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù)（%）

脅 迫

最小值 最大值 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 變異系數(shù)（%）

根數(shù) 5000 12250 7731 1370 17723 3500 10000 6651 1050 15781

最大根長 5750 23750 15041 3044 20240 4500 15900 7554 1648 21820

苗高 14175 33375 22992 3728 16214 12800 38200 27229 4577 16808

相對生長率 0082 2170 0843 0427 50598 0206 2489 1166 0461 39529

地上鮮重 0216 0927 0451 0110 24468 0171 0439 0280 0051 18139

地下鮮重 0068 0297 0132 0039 29653 0047 0175 0086 0018 21077

鮮重根冠比 0176 0634 0293 0050 17209 0208 0440 0307 0040 12951

總鮮重 0299 1210 0583 0144 24707 0230 0615 0366 0066 18041

地上干重 0026 0096 0045 0011 24881 0022 0057 0036 0007 18828

地下干重 0006 0045 0010 0004 39755 0005 0016 0009 0002 21812

干重根冠比 0159 1113 0232 0087 37678 0145 0559 0249 0051 20451

總干重 0031 0117 0056 0014 25034 0029 0072 0045 0008 17978

地上失水率 0072 0684 0296 0093 31321 0403 0955 0846 0058 6801

地下失水率 0182 0685 0376 0084 22390 0733 0908 0838 0036 4283

表2

群體性狀相關(guān)系數(shù)

性狀 根數(shù) 最大根長 苗高 相對生長率 地上部鮮重 地下部鮮重 鮮重根冠比 總鮮重 地上部干重 地下部干重 干重根冠比 總干重 地上失水率

最大根長 -0003

苗高 0301** -0316**

相對生長率 0208** -0250** 0828**

地上部鮮重 -0001 0222** -0159* -0134

地下部鮮重 -0009 0234** -0053 -0088 0798**

鮮重根冠比 -0033 0116 0025 0016 -0142 0456**

總鮮重 -0008 0235** -0100 -0130 0986** 0886** 0014

地上部干重 -0153* 0069 -0071 -0100 0476** 0430** 0017 0483**

地下部干重 -0037 0111 -0010 -0044 0688** 0771** 0219** 0742** 0362**

干重根冠比 0063 -0032 0162* 0174* -0104 0042 0188* -0065 -0400** 0381**

總干重 -0154* 0075 -0070 -0102 0557** 0524** 0048 0572** 0981** 0515** -0314**

地上失水率 0106 0017 0041 -0069 0056 -0058 -0137 0030 -0128 -0080 0042 -0126

地下失水率 -0184* 0064 -0077 -0091 0051 -0022 -0066 0033 0044 -0079 -0155* 0030 0200**

注：* 表示相關(guān)性分析005顯著水平，** 表示相關(guān)性分析001極顯著水平。22 抗旱性狀主成分分析

用SAS軟件對14個單項指標(biāo)的抗旱性狀相對值進(jìn)行主成分分析，前5個主成分的貢獻(xiàn)率分別為：4031%、1505%、1065%、892%和722%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)8215%，其余忽略不計。這樣就把原來14個單項指標(biāo)轉(zhuǎn)換為5個新的相對獨立的綜合指標(biāo)，分別定義為第1到第5主成分（表3）。在第1主成分中，地上部、地下部和總

表3 各綜合指標(biāo)因子載荷系數(shù)、貢獻(xiàn)率及權(quán)重主成分 CI（1） CI（2） CI（3） CI（4） CI（5）

根數(shù) -0125 -0002 0341 -0163 0715

最大根長 0189 -0153 -0165 0298 0552

苗高 -0231 0357 0437 -0053 -0131

相對生長率 -0171 0314 0522 -0022 -0041

地上部鮮重 0385 -0084 0242 -0023 -0013

地下部鮮重 0375 0222 0061 0044 0099

鮮重根冠比 0027 0497 -0299 0114 0207

總鮮重 0395 -0018 0211 -0003 0012

地上部干重 0390 -0032 0124 -0178 -0073

地下部干重 0311 0397 -0098 -0095 -0009

干重根冠比 -0065 0530 -0261 0095 0075

總干重 0394 0071 0079 -0169 -0069

地上失水率 0002 -0038 0307 0631 0104

地下失水率 0110 0033 0055 0624 -0292

貢獻(xiàn)率（%） 4031 1505 1065 892 722

權(quán)重（%） 491 183 130 109 88

鮮重，地上部、地下部和總干重的因子載荷系數(shù)較大，均為生物量性狀；第2主成分中，鮮重根冠比和干重根冠比的因子載荷系數(shù)較大，均為生物量根冠比性狀；第3主成分中，相對生長率和苗高的因子載荷系數(shù)較大，為苗期地上部生長率性狀；第4主成分中，葉片失水率和根部失水率的因子載荷系數(shù)較大，為水分利用性狀；第5主成分中，根數(shù)和最大根長的因子載荷系數(shù)較大，均為苗期根系生長性狀。

23 綜合評價

根據(jù)5種主成分的貢獻(xiàn)率大小，用公式計算得到抗旱能力綜合評價值D值。根據(jù)D值，對群體親本和各株系進(jìn)行抗旱性強(qiáng)弱排序（表4），其中株系37的D值（002）最小，表明抗旱性最差；株系133的D值（083）最大，其抗旱性最強(qiáng)。父本魯麥21（D值為057）抗旱性強(qiáng)于母本山農(nóng)0431（D值為032）。其中有90個株系抗旱性低于兩親本，有57個株系抗旱性在兩親本之間，有11個株系（9、56、97、101、104、111、133、140、165、173和176）抗旱性強(qiáng)于父本。D值≥050的有27個株系，其中有4個株系（9、56、140、170）千粒重大于50 g，可作為抗旱育種材料利用。

表4

RIL群體各個株系及其父母本抗旱性綜合評價

抗旱性級別 株系號（D值）

不抗旱（<030） 37（002） 160（003） 12（004） 17（005） 162（005） 72（005） 52（006） 53（008）

158（008） 73（008） 28（008） 149（008） 164（009） 5（009） 58（009） 44（010）

15（011） 45（011） 116（012） 49（012） 124（012） 19（013） 123（014） 54（014）

159（014） 118（014） 27（015） 113（015） 169（016） 90（016） 143（017） 1（017）

93（017） 157（017） 23（018） 2（018） 16（018） 114（018） 4（018） 177（019）

171（019） 59（022） 63（022） 13（022） 126（022） 129（023） 152（023） 22（023）

67（023） 110（024） 112（024） 61（024） 71（024） 8（024） 109（024） 40（024）

137（024） 79（024） 43（025） 128（025） 150（025） 62（026） 94（026） 60（026）

33（027） 39（027） 121（028） 122（028） 76（028） 131（028） 144（028） 83（029）

74（029） 48（029） 153（029） 81（029）

較抗旱（030～049） 155（030） 166（030） 151（030） 50（030） 26（031） 25（031） 108（031） 3（031）

34（031） 136（031） 87（032） 69（032） 64（032） 105（032） 179（032） 30（032）

46（033） 168（033） 75（033） 65（035） 68（036） 51（036） 82（037） 36（037）

115（038） 57（039） 174（039） 55（039） 91（039） 146（039） 41（040） 24（040）

70（041） 96（041） 38（041） 119（041） 80（043） 127（044） 35（045） 148（045）

156（045） 78（045） 145（046） 154（046） 92（046） 172（046） 163（046） 175（047）

29（047） 18（047） 47（048） 138（048） 139（048） 32（049） 135（049） 100（049）

161（049）

高抗旱（≥050） 167（050） 117（051） 89（051） 42（051） 31（051） 88（051） 95（052） 14（052）

130（052） 66（053） 170（054） 142（054） 106（055） 134（055） 98（056） 178（057）

97（058） 104（060） 165（063） 176（066） 140（066） 56（070） 173（072） 101（075）

9（081） 111（082） 133（083）

注：表中179（032）為母本山農(nóng)0431；178（057）為父本魯麥21。

3 結(jié)論與討論

小麥的抗旱性是受多基因控制的復(fù)雜性狀，利用單項指標(biāo)鑒定小麥抗旱性有較大的局限性。以往研究表明，采用多個指標(biāo)以“平均隸屬函數(shù)值”法鑒定作物抗逆性較為可行[17，18]，許多學(xué)者利用隸屬函數(shù)法對小麥抗旱性進(jìn)行綜合評價[12～18]。采用主成分分析法，以綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)值的加權(quán)平均值對21個小麥代換系及其親本的抗旱性進(jìn)行了分類和評價，該方法可在不損失或很少損失原有信息的前提下，將個數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成新的個數(shù)較少且彼此獨立的綜合指標(biāo)，求出每一個綜合指標(biāo)值的隸屬函數(shù)值后進(jìn)行加權(quán)，得到各品種抗逆性的綜合評價值，從而對各作物品種的抗逆性進(jìn)行評價[16～18]。

小麥抗旱與環(huán)境條件的影響有較大關(guān)系，本試驗以常用的PEG-6000模擬干旱脅迫，在較大程度上消除了群體株系間及環(huán)境條件帶來的干擾。本研究供試材料的14個性狀值為生物量積累、根系生長、苗期相對生長率、植株水分等方面的形態(tài)及生理性狀的相對值，對其通過主成分分析轉(zhuǎn)換為5項綜合指標(biāo)，然后利用隸屬函數(shù)法求得該RIL群體苗期各株系及親本抗旱性綜合評價值（D值），從而較為科學(xué)地對RIL群體苗期抗旱性進(jìn)行評價。結(jié)果表明，小麥RIL群體苗期綜合抗旱性有較大的分離變異，超親分離普遍存在，該群體適于進(jìn)一步用來進(jìn)行小麥苗期抗旱相關(guān)性狀遺傳機(jī)理和QTL定位研究。主成分分析表明：生物量、根冠比、相對生長率、失水率、根數(shù)、最大根長等主成分與小麥綜合抗旱能力關(guān)系密切，可作為小麥早期抗旱鑒定指標(biāo)。由各株系及父母本D值可見，其中既抗旱又有較高千粒重的株系可作為抗旱育種材料。參 考 文 獻(xiàn)：

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