• •
胡润慧1,2,汪军成1,3,司二静1,3,张宏1,3,马小乐1,3,孟亚雄1,3,王化俊1,3,刘青1,2, 姚立蓉1,3,*,李葆春1,2,*
Screening of drought and salt tolerant germplasm during wheat seedling stage and comprehensive evaluation of drought and salt tolerance
HU Run-Hui1,2,WANG Jun-Cheng1,3,SI Er-Jing1,3,ZHANG Hong1,3,MA Xiao-Le1,3,MENG Ya-Xiong1,3,WANG Hua-Jun1,3,LIU Qing1,2,YAO Li-Rong1,3,*,LI Bao-Chun1,2,*
摘要:
通过建立小麦品种(系)抗旱耐盐评价体系,筛选抗旱耐盐小麦种质,以8份不同基因型小麦品种(系)为材料,采用苗期水培法,在干旱处理(20% PEG-6000)、盐处理(200 mmol L-1 NaCl)和双胁迫处理(20% PEG-6000+200 mmol L-1 NaCl)下,测定各小麦品种在不同胁迫下的生物量、根系相关指标和生理指标等19个性状表征值,计算各指标抗旱耐盐胁迫指数,并利用综合隶属函数法进行主成分分析和聚类分析,最终评价各小麦抗旱耐盐能力。与正常处理相比,在3种胁迫条件下,8份小麦品种叶片相对含水量整体呈下降趋势;保护酶活性(SOD,POD和CAT)、质膜氧化程度(MDA含量)、脯氨酸含量在各小麦体内整体呈上升趋势;而可溶性蛋白质含量在不同小麦品种间变化呈下降趋势;根平均体积、根系表面积、根总长等指标呈上升趋势;3种处理下,指标的最高变异系数可达116.86%,确定叶绿素含量(SPAD)、可溶性蛋白含量(SP)、根系表面积、根平均体积、根总长和根冠比6个指标可以作为评价不同小麦(系)抗旱耐盐能力的鉴定指标,以此为依据,对其进行系统聚类分析,最终得到西农535、陇育11号、兰19、兰天10和陇紫麦1号抗旱性较强;陇鉴114和西科麦510的耐盐性较强;西农535和陇育11号在双胁迫(干旱处理+盐处理)下的表现性最好。
[1] Mustafa H, Ilyas N, Akhtar N, Raja N I, Zainab T, Shah T, Ahmad A, Ahmad P. Biosynthesis and characterization of titanium dioxide nanoparticles and its effects along with calcium phosphate on physicochemical attributes of wheat under drought stress. Ecotoxicol Environ Saf, 2021, 223: 112519.
[2] 冯起, 尹鑫卫, 朱猛, 张举涛, 刘蔚, 席海洋, 鱼腾飞, 杨林山, 刘文, 陆志翔. 统筹推进西北地区盐碱地综合治理利用: 现状、挑战与对策建议. 中国科学院院刊, 2024, 39: 2060–2073.
[3] 刘金萍, 高奔, 李欣, 宋杰, 范海, 王宝山, 赵可夫. 盐旱互作对不同生境盐地碱蓬种子萌发和幼苗生长的影响. 生态学报, 2010, 30: 5485–5490.
[4] 汝晨, 胡笑涛, 吕梦薇, 陈滇豫, 王文娥, 宋天媛. 花后高温干旱胁迫下氮素对冬小麦氮积累与代谢酶、蛋白质含量及水氮利用效率的影响. 中国农业科学, 2022, 55: 3303–3320. [5] 马永忠, 蔡福, 赵先丽, 王阳. 花后持续干旱对玉米生理参数及产量的影响.气象与环境学报, 2019, 35(2): 102–106. Ma Y Z,Cai F, Zhao X L, Wang Y. Responses of main physiological parameters and yield of spring maize to drought stress after flowering. J Meteor Environ, 2019,35(2): 102–106 (in Chinese with English abstract).
[6] 孙淑英, 陈贵林. 干旱胁迫对蒙古黄芪生殖生长及活性成分的影响. 分子植物育种, 2019, 17: 7559–7565. [7] 赵可夫, 李法曾. 中国盐生植物. 北京. 高等教育出版社, 2013. Zhao K F, Li F Z. Chinese Halophytes. Beijing: Higher Education Press, 2013 (in Chinese). [8] 米富贵, 王桂花. 禾本科牧草基因工程技术及应用. 北京. 科学出版社, 2010. Mi F G, Wang G H. Genetic Engineering Technology and Application of Poaceae Forage. Beijing: Science Press, 2010 (in Chinese). [9] 刘欣. 植物的耐盐生物学机制研究进展. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2015, 31(2): 140–145. Liu X. Advances of salt tolerance biology mechanism in plants. Nat Sci J Harbin Normal Univ, 2015, 31(2): 140–145 (in Chinese with English abstract).
[10] 朱金方, 夏江宝, 陆兆华, 刘京涛, 孙景宽. 盐旱交叉胁迫对柽柳幼苗生长及生理生化特性的影响. 西北植物学报, 2012, 32: 124–130.
[11] 沈玉芳, 曲东, 王保莉, 张兴昌. 干旱胁迫下磷营养对不同作物苗期根系导水率的影响. 作物学报, 2005, 31: 214–218.
[12] 惠宏杉, 林立昊, 齐军仓, 廖乐, 王超龙, 程海涛. 干旱胁迫对大麦幼苗根系的影响. 麦类作物学报, 2015, 35: 1291–1297.
[13] Khan A. 小麦根对盐胁迫的响应机制研究.东北师范大学硕士学位论文, 吉林长春, 2020. [14] Wu A J, Fang Y, Liu S, Wang H, Xu B C, Zhang S Q, Deng X P, Palta J A, Siddique K H, Chen Y L. Root morphology and rhizosheath acid phosphatase activity in legume and graminoid species respond differently to low phosphorus supply. Rhizosphere, 2021, 19: 100391.
[15] 宗毓铮, 张函青, 李萍, 张东升, 林文, 薛建福, 高志强, 郝兴宇. 大气CO2与温度升高对北方冬小麦旗叶光合特性、碳氮代谢及产量的影响. 中国农业科学, 2021, 54: 4984–4995.
[16] 陈家婷, 白欣, 谷雨杰, 张潇文, 郭慧娟, 常利芳, 陈芳, 张树伟, 张晓军, 李欣, 等. 小麦芽期和苗期耐盐鉴定方法的适用性评价. 作物学报, 2024, 50: 1193–1206.
[17] 邹琦. 植物生理生化实验指导. 北京: 中国农业出版社, 1995.
[18] 丁富功, 侯泽豪, 卢奕霏, 宋婧含, 孙悦, 马东方, 刘易科, 朱展望, 张鹏飞, 张迎新, 等. 小麦不同组织器官叶绿素测定方法的比较研究. 东北农业科学, 2022, 47(5): 111–115. [19] 孟雨, 田文仲, 温鹏飞, 丁志强, 张学品, 贺利, 段剑钊, 刘万代, 郭天财, 冯伟. 基于不同发育阶段协同的小麦品种抗旱性综合评判. 作物学报, 2023, 49: 570–582. Meng Y, Tian W Z, Wen P F, Ding Z Q, He L, Duan J Z, Liu W D, Guo T C, Feng W. Comprehensive evaluation of drought resistance of wheat varieties based on synergy of different developmental stages. Acta Agron Sin, 2023, 49: 570–582 (in Chinese with English abstract). [20] Xu Z S, Chen M, Li L C, Ma Z Y. Functions and application of the AP2/ERF transcription factor family in crop improvement. J Int Plant Biology, 2011,53: 570–585.
[21] 姚宁,宋利兵,刘健, 冯浩, 吴淑芳, 何建强. 不同生长阶段水分胁迫对旱区冬小麦生长发育和产量的影响. 中国农业科学, 2015, 48: 2379–2389. [22] 董杰, 陈新新, 杨倩, 张怀渝, 陈洋尔. 高光、水分和盐胁迫下小麦光合特性和抗氧化酶系统的比较. 麦类作物学报, 2018, 38: 315–322. Dong J, Chen X X, Yang Q, Zhang H Y, Chen Y E. Effects of high light, water and salt stresses on photosynthetic characteristics and antioxidant enzyme system in wheat. J Triticeae Crops, 2018, 38: 315–322 (in Chinese with English abstract). [23] 李国领, 齐学礼, 张志强, 罗鹏, 辛均安, 李延峰, 史利霞. 不同小麦品种的生理和产量特性对灌浆期干旱胁迫的响应. 河南农业科学, 2018, 47(4): 8–14. Li G L, Qi X L, Zhang Z Q, Luo P, Xin J A, Li Y F, Shi L X. Response of physiological and yield characters of different wheat cultivars to drought stress at grain filling stage. J Henan Agric Sci, 2018,47(4):8–14 in Chinese with English abstract).
[24] 段凌凤, 傅金阳, 王新轶, 施家伟, 李为坤, 杨万能. 基于深度学习的小麦抗旱相关根系表型原位测量与分析. 农业机械学报, 2024, 55(5): 207–217. [25] Datir S S, Inamdar A. Biochemical responses of wheat cultivars to PEG-induced drought stress. Russ Agric Sci, 2019, 45: 5–12.
[26] 王旭明, 赵夏夏, 陈景阳, 许江环, 周柏霖, 王盼盼, 莫素, 莫俊杰, 谢平, 周鸿凯. 盐胁迫下海水稻抗逆生理响应分析. 中国生态农业学报(中英文), 2019, 27: 747–756. [27] 陈春舟, 马占军, 孟亚雄, 马小乐, 王化俊, 李葆春. 小麦种质资源抗旱耐盐性评价及种质筛选. 分子植物育种, 2021, 19: 4820–4835. Chen C Z, Ma Z J, Meng Y X, Ma X L, Wang H J, Li B C. Evaluation and screening of wheat germplasm resources for drought and salt tolerance. Mol Plant Breed, 2021, 19: 4820–4835 (in Chinese with English abstract).
[28] 兰巨生, 胡福顺, 张景瑞. 作物抗旱指数的概念和统计方法. 华北农学报, 1990, 5(2): 20–25. [29] 范蓉. 基于生理指标与基因表达量评价棉花抗旱耐盐性. 新疆农业大学硕士学位论文, 新疆乌鲁木齐, 2020. Fan R. Evaluation of Cotton Drought and Salt Tolerance Based on Physiological Indexes and Gene Expression. MS Thesis of Xinjiang Agricultural University, Urumqi, Xinjiang, China, 2020 (in Chinese with English abstract).
[30] 盛雨婷, 生林山, 陆峻一, 赵爱菊, 李夕梅. 基于形态指标和转录组的小麦抗旱与耐盐相关性分析. 山西农业科学, 2021, 49: 1426–1432.
[31] 高宝云, 张军. 9个冬小麦品种对苗期干旱的生理响应及抗旱性评价. 山西农业科学, 2017, 45: 340–345.
[32] 袁海涛, 傅秀云, 郝鲁湘, 贾德新, 张超. 耐盐小麦主要农艺性状的表现及其与产量的关系. 麦类作物学报, 1996, 16: 26–28.
[33] 王一凡, 杨江伟, 唐勋, 晋昕, 张宁, 司怀军. 马铃薯响应磷胁迫机制及磷高效利用育种. 中国马铃薯, 2021, 35: 68–74. |
[1] | 吕国锋, 范金平, 吴素兰, 张晓, 赵仁慧, 李曼, 王玲, 高德荣, 别同德, 刘健. 早熟小麦品种扬麦37主要目标性状的遗传构成分析[J]. 作物学报, 2025, 51(6): 1538-1547. |
[2] | 旺姆, 卓嘎, 扎桑, 西若曲宗, 达瓦顿珠, 郭刚刚, 张京, 卓嘎, 伦珠朗杰. 基于6个表型性状的青稞种质遗传多样性分析及综合评价[J]. 作物学报, 2025, 51(6): 1526-1537. |
[3] | 吴美娟, 张寅辉, 李元昊, 刘海霞, 黄以琳, 李甜, 刘红霞, 张学勇, 郝晨阳, 郭杰, 侯健. 小麦蔗糖合酶基因TaSUS2调控籽粒淀粉合成及品质的功能研究[J]. 作物学报, 2025, 51(6): 1514-1525. |
[4] | 杨思杰, 杜启迪, 柴守玺, 熊宏春, 谢永盾, 赵林姝, 古佳玉, 郭会君, 刘录祥. 小麦小旗叶突变性状基因定位与遗传分析[J]. 作物学报, 2025, 51(6): 1548-1557. |
[5] | 赵刚, 张建军, 党翼, 樊廷录, 王磊, 周刚, 王淑英, 李兴茂, 倪胜利, 米文博, 周旭姣, 程万莉, 李尚中. 黄土旱塬区秸秆覆盖量对不同降雨年型土壤水温效应和冬小麦产量的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(6): 1643-1653. |
[6] | 孟祥宇, 刁邓超, 刘雅睿, 李云丽, 孙玉晨, 吴玮, 赵雯, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君. 小麦新品种西农877高产稳产的遗传特性解析[J]. 作物学报, 2025, 51(5): 1261-1276. |
[7] | 王青, 王伊秀, 李越男, 吕永辉, 张海波, 刘娜, 程红艳. 高、低Cd积累小麦对Cd胁迫的转录组学响应差异[J]. 作物学报, 2025, 51(5): 1230-1247. |
[8] | 王佳婕, 王正楠, BATOOL Maria, 王旺年, 文静, 任长忠, 何峰, 武优悠, 徐正华, 王晶, 蒯婕, 汪波, 周广生, 傅廷栋. 油菜和小麦响应盐碱胁迫的生理特性比较[J]. 作物学报, 2025, 51(5): 1215-1229. |
[9] | 王东, 王森, 尚丽, 冯浩伟, 张永巧, 崔佳鸣, 李爽, 章佳聪, 车欢. 补灌对黄土高原半湿润区冬小麦产量和水分利用效率的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(5): 1312-1325. |
[10] | 李培华, 李杰, 孟祥宇, 孙玉晨, 冯永佳, 李云丽, 刁邓超, 赵雯, 吴玮, 韩德俊, 张嵩午, 郑炜君. 高温胁迫下冷型小麦的抗逆性评估及其生理响应研究[J]. 作物学报, 2025, 51(4): 1118-1130. |
[11] | 李乔, 叶杨春, 常旭虹, 王德梅, 王艳杰, 杨玉双, 马瑞琦, 赵广才, 蔡瑞国, 张敏, 刘希伟. 花后高温干旱逆境对冬小麦光合特性和产量的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(4): 1077-1090. |
[12] | 王娇, 白海霞, 韩语燕, 梁惠, 冯雅楠, 张东升, 李萍, 宗毓铮, 史鑫蕊, 郝兴宇. CO2浓度升高、升温及其交互作用对良星99冬小麦叶片碳氮代谢的影响[J]. 作物学报, 2025, 51(4): 1061-1076. |
[13] | 程红娜, 秦丹丹, 许甫超, 徐晴, 彭严春, 孙龙清, 徐乐, 郭英, 杨新泉, 徐得泽, 董静. 彩色青稞和彩色小麦籽粒的代谢组学比较分析[J]. 作物学报, 2025, 51(4): 932-942. |
[14] | 李慧敏, 邢志鹏, 张海鹏, 魏海燕, 张洪程, 李光彦. 化学调控及其他栽培措施在小麦抗倒伏高产栽培中的应用[J]. 作物学报, 2025, 51(4): 847-862. |
[15] | 金欣欣, 宋亚辉, 苏俏, 杨永庆, 李玉荣, 王瑾. 冀花系列高油酸花生抗旱性鉴定与综合评价[J]. 作物学报, 2025, 51(3): 797-811. |
|