337份小麦品种(系)萌发期抗旱性鉴定及生理响应

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小麦是我国重要的粮食作物之一,是人类重要的食物来源,其产量和品质直接关系到人们的生活水平和国家粮食安全。小麦在生长过程中常受到干旱等环境胁迫,影响小麦的产量。小麦萌发期也是衡量小麦抗旱性强弱的重要时期。因此,探索小麦抗旱鉴定方法,筛选小麦抗旱种质资源,揭示小麦抗旱生理机制,对提升小麦抗旱水平的研究提供理论指导,为进一步培育抗旱新种质奠定基础。本研究选取有代表性的小麦材料337份,通过PEG-6000处理模拟干旱条件,研究了干旱胁迫下其发芽势、发芽率、植株干质量、地上部干重和地下部干重等5个性状的差异,并采用抗旱系数(DC)、频率分布分析、抗旱性综合评价值(D值)、主成分分析、隶属函数分析、聚类分析和逐步回归分析相结合的方法,对小麦萌发期抗旱指标筛选和抗旱性进行了评价。同时选取抗旱性不同的小麦品种为试验材料,采用不同浓度PEG-6000模拟不同干旱胁迫程度,通过测定生理指标参数初步揭示了四种不同抗旱级别小麦品种的差异。主要结果如下:1.利用-0.5 Mpa的PEG-6000模拟干旱胁迫,对337份小麦品种进行萌发期干旱胁迫试验。结果显示:各品种的发芽势、发芽率、植株干质量、地上部干重、地下部干重均发生不同程度的降低;配对t检验结果显示均达到极显著水平(P<0.01),t值在-83.99至-26.24之间,说明各项萌发指标在干旱胁迫下均受到抑制而降低,但干旱胁迫对各项萌发指标的抑制程度有所差异。对各萌发指标进行相关性和频次分析,发现各萌发指标间均显著正相关,相对发芽势与相对地上部干重相关系数最低为0.55,相对植株干质量与相对地下部干重最高为0.98。各萌发指标分布频率不同容易造成各萌发指标信息的相互交叉,在进行品种的抗旱性鉴定时会存在较大的偏差,不能得到客观准确的评价结果,因此还需引入综合指标来进行评价小麦的抗旱性。2.通过主成分分析将各萌发指标抗旱系数转化成3个新的独立的综合指标,计算每个主成分的综合指标值并结合隶属函数法求出337份小麦品种的抗旱性综合评价值(D值),D值越高抗旱能力越强。利用R studio软件进行聚类分析,结果筛选出29个高度抗旱型品种,88个抗旱型品种,107个干旱敏感型品种,113个干旱高敏感型品种。对抗旱型综合评价值(D值)与萌发期指标的抗旱系数进行相关性分析,各指标抗旱系数均与D值呈极显著正相关,说明D值作为抗旱性鉴定的标准是可靠有效的。发芽势和发芽率与D值相关系数最高,分别为0.85和0.93。逐步回归分析表明,与D值密切相关的指标有发芽势和发芽率,因此,发芽势和发芽率可作为小麦抗旱性鉴定初步筛选指标。3.通过前期D值排序结果与聚类分析分类结果,随机选取四类不同抗旱型材料:高度抗旱型材料南大2419,抗旱型材料天麦989,干旱敏感型材料14MA-429,干旱高敏感型材料周麦38。测定四种材料在10%PEG-6000(轻度干旱)和20%PEG-6000(重度干旱)的叶绿素含量、抗氧化酶活性、MDA含量和游离脯氨酸含量,发现随着干旱胁迫程度的增加,各材料总叶绿素含量均保持先上升后下降的趋势,POD和SOD活性均升高,升高幅度与抗旱性类别一致,南大2419>天麦989>14MA-429>周麦38,CAT活性表现为先增加后减少的趋势,MDA和游离脯氨酸含量均表现增加的趋势。与对照相比,南大2419在轻度干旱和重度干旱下MDA含量分别提高了14.40%和48.74%;天麦989提高了36.89%和60.81%;14MA-429提高了44.47%和78.73%;周麦38提高了77.65%和113.56%,周麦38在不同干旱胁迫下表现的差异最大,而南大2419的差异最小,表现出的抗性最强。南大2419、天麦989、14MA-429和周麦38在轻度干旱下游离脯氨酸含量提高47.69%、40.49%、29.09%和10.53%,重度干旱下是对照的3.04倍、2.69倍、2.56倍、2.54倍。
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