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摘要：研究不同小麦品种的种子萌发期抗旱性，利用100 g/L的PEG-6000作为渗透介质进行室内模拟干旱胁迫，测定了30个小麦品种种子萌发期间贮藏物质转运率、初生根数、主胚根长、芽长、发芽势、萌发指数、发芽率等生理指标。采用主成分分析法将7个单项指标转换为2个新的相互独立的综合指标，用系统聚类分析法和隶属函数法相结合的方法对小麦品种种子萌发期的抗旱性进行综合评价。研究结果表明，30个小麦品种可以分为5类，A类为5个抗旱性强的品种，分别为豫农4023、河农6331、藁优2018、石家庄8号、中麦175；B类为8个抗旱性较强的品种，分别为衡136、运旱20401、运旱618、新麦21、河农6119、邯麦12号、邯5316、石新828；C类为5个抗旱性中等的品种，分别为邯6172、沧麦6005、长6154、河农6049、轮选987；D类为10个抗旱性较弱的品种，分别为长6359、河农826、洛麦21、邯4589、藁優9908、河农825、西农928、沧麦119、长4640、石麦15；E类为2个抗旱性弱的品种，分别为晋麦47、陕农757。
关键词：小麦；PEG-6000；抗旱性；隶属值；萌发期
中图分类号： S512.101文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2017）14-0054-04
小麦是世界第一大作物，也是我国的主要粮食作物。气候全球性恶化导致干旱程度加剧，进而严重影响着小麦的播种、出苗、灌浆、产量等。通过提高小麦水分利用效率及抗旱能力来增加小麦产量和节约资源已成为农业持续高效发展的重大需求，培育抗旱节水的优良小麦品种也已受到广大小麦育种专家的普遍认识，小麦种子的萌发与幼苗的存活率与后续营养生长密切相关，直接影响小麦的产量和品质[1]，因此，筛选萌发期抗旱性强的小麦品种至关重要。为了消除小麦不同品种间固有的生物学和遗传学特性的差异，目前，多采用不同指标的抗旱系数[2]来衡量不同小麦品种间抗旱性的差异[3]。大量研究表明，小麦的抗旱性与小麦芽长、胚根长[4-6]、根的数目[7]、发芽率[8]、发芽指数[9]、相对发芽率[10]、贮藏物质转运率[11]等多个形态性状相关，但相关程度存在差异，所以单项指标难以全面、准确地反映小麦的抗旱性。目前，五级评分法[12]、聚类分析法、灰色关联度[13]、模糊数学隶属函数法[14]、多重比较和回归分析法[15]常用作小麦综合指标的抗旱性评价，每种评价方法均有一定的利弊，大多数学者认为，模糊数学隶属函数法可行性和可靠性强，更加科学[14]。本研究借鉴了前人研究方法，利用10%的聚乙二醇（PEG-6000）高渗溶液模拟干旱胁迫，以大田中表现抗旱性较强的30个小麦品种作为供试材料，采用主成分分析、隶属函数值等方法，对小麦种子萌发期抗旱性进行多指标的综合评价，以期对小麦抗旱性进行科学准确的评价，筛选出干旱胁迫下抗旱性强的品种，为抗旱育种提供亲本及材料。
1材料与方法
1.1试验材料
试验选用河农825、河农826、河农6049、河农6119、河农6331、邯6172、邯4589、邯5316、邯麦12号、石麦15、石家庄8号、衡136、藁优9908、藳优2018、沧麦119、石新828、沧麦6005、洛麦21、豫农4023、新麦21、陕农757、西农928、中麦175、轮选987、运旱20401、运旱618、长4640、长6154、长6359、晋麦47等来自北方麦区的30个小麦品种。渗透剂为分析纯PEG-6000（聚乙二醇6000）。
1.2试验设计
每个品种挑选饱满整齐、大小均匀、无病虫害的小麦籽粒400粒，先用5% NaClO消毒15 min，然后用蒸馏水反复冲洗，放在20 ℃恒温培养室中避光吸胀24 h。在直径为9 cm培养皿中铺2层滤纸，用移液枪分别加入15 mL蒸馏水、100 g/L的 PEG-6000溶液，每处理重复3次，挑取露白、整齐一致的30粒种子用吸水纸吸干后均匀摆放到已处理好的发芽床上，培养皿加盖，在20 ℃、光—暗周期为14 h—10 h恒温培养室中培养，用蒸馏水补充所失水分确保滤纸水分饱和。以芽长或者根长达到种子长度的1/2作为发芽标准，3 d后测定发芽势，8 d后测定发芽率及贮藏物质转运率、初生根数、主胚根长、芽长。
贮藏物质转运率=（芽 根）干质量/（芽 根 籽粒）干质量×100%。
1.3统计分析方法
1.3.1抗旱系数的计算参照袁菊红等的方法[16]计算：某一性状的抗旱系数=PEG干旱处理测定值均值（T）/对照测定值均值（CK）×100%；
[JZ]综合抗旱系数[17]=[SX（]1n[SX）]∑[DD（]ni=1[DD）][SX（]胁迫培养下测定值对照培养下测定值[SX）]。
1.3.2隶属函数值的计算参照周广生等的方法[18-19]计算：
式中：xj表示第j项指标抗旱系数的测定值；xmin表示第j项指标抗旱系数的最小值；xmax表示第j项指标抗旱系数的最大值。若所测指标与小麦抗旱性呈正相关则用公式（1）计算隶属函数值，反之则用公式（2）。D为各品种所有指标的隶属函数值累加后的平均值，D值越大，表示抗旱性越强。公式（3）中，U（xj）为第j个综合指标的隶属函数值，rj为第j个指标与综合抗旱系数间的相关系数；[FK（W2。6]|rj|/∑[DD（]nj=1[DD）]|rj|[FK）]为指标权数，表示第j个指标在所有指标中的重要程度。
1.3.3统计分析采用Excel 2003和SPSS 19.0软件对数据进行统计及系统聚类分析。
2结果与分析
2.1不同小麦品种萌发期对干旱胁迫响应
方差分析结果表明，试验所选的指标除了发芽势以外受品种和处理的影响都达到了极显著水平，品种与处理的互作效应除了发芽势也都达到了显著或极显著水平，表明小麦萌发状态与品种和处理相关（表1）。 从表2可以看出，芽长、发芽率、发芽势等指标的抗旱系数均小于1，表明所有品种的小麦在萌发期均受到了100 g/L的PEG-6000或大或小的胁迫抑制。初生根数、芽长抗旱系数最大的小麦品种是豫农4023，初生根数为0.873，芽长0246；发芽势、萌发指数、发芽率的抗旱系数最大的小麦品种是河农6119，发芽率为0.685，萌发指数为0.706，发芽率为0.739；主胚根长的抗旱系数最大的小麦品种是河农6331，为1.167，表明不同小麦品种同一指标之间存在差异，相同品种不同指标的变化也不尽相同，表明单项指标的抗旱系数不能全面、科学有效反映小麦品种的抗旱性。从相关系数矩阵（表3）来看，贮藏物质转运率与发芽势、萌发指数、芽长、发芽率的抗旱系数之间相关性达到极显著水平，与根长抗旱系数达到显著水平，而与初生根数的抗旱系数相关不显著，芽长、初生根数、发芽势、萌发指数、根长的抗旱性系数之间的相关性达到显著水平，表明各项指标之间存在着或大或小的相关性，从而使它们所提供的信息发生重叠，同时各单项指标对小麦萌发期抗旱中所起作用不相同，因此，需要通过主成分分析法确立综合指标来评价不同小麦萌发期的抗旱性。
2.2PEG-6000干旱胁迫下综合指标的系数及贡献率
从表4可以看出，100 g/L的PEG-6000干旱胁迫处理特征值大于1的综合指标有2个，其贡献率分别为54843%、22.809%，累积贡献率为77.652%，其他可忽略不计。这样就将原来7个单项指标转换为2个新的相互独立的综合指标，分别用1、2表示。第1主成分中发芽势、萌发指数、发芽率的系数较大，其次为贮藏物质转运率、芽长、主胚根长；第2主成分中初生根数的抗旱系数较大。综合指标分析表明，不同干旱胁迫下所选用的综合指标1、2涵盖了所有的单项指标信息。
2.3不同小麦品种种子萌发期抗旱性的综合评价结果
运用SPSS19.0软件分别计算不同干旱胁迫条件下相应主成分的得分值[CI（x）]，根据不同胁迫处理的综合指标分别求出30个小麦品种萌发期的隶属函数值U1、U2（表5），再根据萌发期各指标的权重进一步利用加权隶属函数法求出小麦种子萌发期抗旱能力综合评价值（D）。在10% PEG-6000胁迫干旱下，综合分析30个小麦品种抗旱能力的强弱依次为：豫农4023>河农6331>藁优2018>石家庄8号>中麦175>衡136>运旱20401>运旱618>新麦21>河农6119>邯麦12号>邯5316>石新828>邯6172>沧麦6005>长6154>河农6049>轮选987>长6359>河农826>洛麦21>邯4589>藁优9908>河农825>西农928>沧麦119>长4640>石麦15>晋麦47>陕农757。
2.4聚类分析
根据D值对供试的30个小麦品种进行聚类分析（图1），将30个小麦品种聚成5类（分别用A、B、C、D、E表示），A类品种包括豫农4023、河农6331、藁优2018、石家庄8号、中麦175；B类品种包括衡136、运旱20401、运旱618、新麥21、河农6119、邯麦12号、邯5316、石新828；C类品种包括邯6172、沧麦6005、长6154、河农6049、轮选987；D类品种包括长6359、河农826、洛麦21、邯4589、藁优9908、河农825、西农928、沧麦119、长4640、石麦15；E类品种包括晋麦47、陕农757。A类：D>0.75，平均值为0.83，抗旱性强；B类：D>0.55，平均值为0.64，抗旱性较强；C类：D>0.40，平均值为0.47，抗旱性中等；D类：D>0.35，平均值为0.38，抗旱性较弱；E类D>0.15，平均值为0.23，抗旱性弱。
3讨论
根据我国气象科学院统计，黄河以北的干旱频率高于90%[20]，季节性干旱在华北和黄淮麦区特别明显，小麦播种后，若遇旱无水浇，则影响小麦的发芽率、成苗率，导致田地大面积缺苗断垄，严重影响小麦生产。因此，筛选萌发期抗旱小麦品种显得至关重要。本研究以50、100、150 g/L的PEG-6000胁迫处理，PEG-6000在100 g/L时品种间差异显著，因此，本试验最终选取100 g/L的PEG-6000胁迫处理，研究在干旱胁迫下，30个小麦品种种子萌发期的抗旱性，以期为小麦抗旱品种的筛选及耐旱指标的评价提供参考。
的必要组成成分，在逆境条件下，小麦胚中的甘氨酸三甲内盐与组织内部质膜的重组有差别[23]。
对小麦抗旱性已进行了众多研究，但由于有些小麦品种在萌发期表现抗旱，有些小麦品种在幼苗期表现抗旱，有些小麦品种在全生育期表现抗旱[24]，所以至今为止并未确定一个准确、简单、可行的综合鉴定指标来指示小麦的抗旱性，小麦试验中的鉴定指标只适用于植株特定的发育阶段。因此，在培育抗旱节水的小麦品种时，应利用相应的综合鉴定指标对小麦不同生育期的抗旱性进行综合分析。
参考文献：
[1]Yu Y L，Guo G F，Lv D W，et al. Transcriptome analysis during seed germination of elite Chinese bread wheat cultivar Jimai 20[J]. BMC Plant Biology，2014，14（1）：20-38.
[2]贾寿山，朱俊刚，王曙光，等. 山西小麦地方品种萌发期的抗旱性[J]. 华北农学报，2011，26（2）：213-217.
[3]李晓云，赵勇，王杰，等. 不同小麦品系耐低钾性的综合评价[J]. 麦类作物学报，2014，34（6）：842-846.
[4]王玮，邹琦，杨军，等. 水分胁迫条件下抗旱性不同小麦品种芽鞘生长的动态分析[J]. 植物生理学通讯，1999，35（5）：359-364.
关键词：小麦；PEG-6000；抗旱性；隶属值；萌发期
中图分类号： S512.101文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2017）14-0054-04
小麦是世界第一大作物，也是我国的主要粮食作物。气候全球性恶化导致干旱程度加剧，进而严重影响着小麦的播种、出苗、灌浆、产量等。通过提高小麦水分利用效率及抗旱能力来增加小麦产量和节约资源已成为农业持续高效发展的重大需求，培育抗旱节水的优良小麦品种也已受到广大小麦育种专家的普遍认识，小麦种子的萌发与幼苗的存活率与后续营养生长密切相关，直接影响小麦的产量和品质[1]，因此，筛选萌发期抗旱性强的小麦品种至关重要。为了消除小麦不同品种间固有的生物学和遗传学特性的差异，目前，多采用不同指标的抗旱系数[2]来衡量不同小麦品种间抗旱性的差异[3]。大量研究表明，小麦的抗旱性与小麦芽长、胚根长[4-6]、根的数目[7]、发芽率[8]、发芽指数[9]、相对发芽率[10]、贮藏物质转运率[11]等多个形态性状相关，但相关程度存在差异，所以单项指标难以全面、准确地反映小麦的抗旱性。目前，五级评分法[12]、聚类分析法、灰色关联度[13]、模糊数学隶属函数法[14]、多重比较和回归分析法[15]常用作小麦综合指标的抗旱性评价，每种评价方法均有一定的利弊，大多数学者认为，模糊数学隶属函数法可行性和可靠性强，更加科学[14]。本研究借鉴了前人研究方法，利用10%的聚乙二醇（PEG-6000）高渗溶液模拟干旱胁迫，以大田中表现抗旱性较强的30个小麦品种作为供试材料，采用主成分分析、隶属函数值等方法，对小麦种子萌发期抗旱性进行多指标的综合评价，以期对小麦抗旱性进行科学准确的评价，筛选出干旱胁迫下抗旱性强的品种，为抗旱育种提供亲本及材料。
1材料与方法
1.1试验材料
试验选用河农825、河农826、河农6049、河农6119、河农6331、邯6172、邯4589、邯5316、邯麦12号、石麦15、石家庄8号、衡136、藁优9908、藳优2018、沧麦119、石新828、沧麦6005、洛麦21、豫农4023、新麦21、陕农757、西农928、中麦175、轮选987、运旱20401、运旱618、长4640、长6154、长6359、晋麦47等来自北方麦区的30个小麦品种。渗透剂为分析纯PEG-6000（聚乙二醇6000）。
1.2试验设计
每个品种挑选饱满整齐、大小均匀、无病虫害的小麦籽粒400粒，先用5% NaClO消毒15 min，然后用蒸馏水反复冲洗，放在20 ℃恒温培养室中避光吸胀24 h。在直径为9 cm培养皿中铺2层滤纸，用移液枪分别加入15 mL蒸馏水、100 g/L的 PEG-6000溶液，每处理重复3次，挑取露白、整齐一致的30粒种子用吸水纸吸干后均匀摆放到已处理好的发芽床上，培养皿加盖，在20 ℃、光—暗周期为14 h—10 h恒温培养室中培养，用蒸馏水补充所失水分确保滤纸水分饱和。以芽长或者根长达到种子长度的1/2作为发芽标准，3 d后测定发芽势，8 d后测定发芽率及贮藏物质转运率、初生根数、主胚根长、芽长。
贮藏物质转运率=（芽 根）干质量/（芽 根 籽粒）干质量×100%。
1.3统计分析方法
1.3.1抗旱系数的计算参照袁菊红等的方法[16]计算：某一性状的抗旱系数=PEG干旱处理测定值均值（T）/对照测定值均值（CK）×100%；
[JZ]综合抗旱系数[17]=[SX（]1n[SX）]∑[DD（]ni=1[DD）][SX（]胁迫培养下测定值对照培养下测定值[SX）]。
1.3.2隶属函数值的计算参照周广生等的方法[18-19]计算：
式中：xj表示第j项指标抗旱系数的测定值；xmin表示第j项指标抗旱系数的最小值；xmax表示第j项指标抗旱系数的最大值。若所测指标与小麦抗旱性呈正相关则用公式（1）计算隶属函数值，反之则用公式（2）。D为各品种所有指标的隶属函数值累加后的平均值，D值越大，表示抗旱性越强。公式（3）中，U（xj）为第j个综合指标的隶属函数值，rj为第j个指标与综合抗旱系数间的相关系数；[FK（W2。6]|rj|/∑[DD（]nj=1[DD）]|rj|[FK）]为指标权数，表示第j个指标在所有指标中的重要程度。
1.3.3统计分析采用Excel 2003和SPSS 19.0软件对数据进行统计及系统聚类分析。
2结果与分析
2.1不同小麦品种萌发期对干旱胁迫响应
方差分析结果表明，试验所选的指标除了发芽势以外受品种和处理的影响都达到了极显著水平，品种与处理的互作效应除了发芽势也都达到了显著或极显著水平，表明小麦萌发状态与品种和处理相关（表1）。 从表2可以看出，芽长、发芽率、发芽势等指标的抗旱系数均小于1，表明所有品种的小麦在萌发期均受到了100 g/L的PEG-6000或大或小的胁迫抑制。初生根数、芽长抗旱系数最大的小麦品种是豫农4023，初生根数为0.873，芽长0246；发芽势、萌发指数、发芽率的抗旱系数最大的小麦品种是河农6119，发芽率为0.685，萌发指数为0.706，发芽率为0.739；主胚根长的抗旱系数最大的小麦品种是河农6331，为1.167，表明不同小麦品种同一指标之间存在差异，相同品种不同指标的变化也不尽相同，表明单项指标的抗旱系数不能全面、科学有效反映小麦品种的抗旱性。从相关系数矩阵（表3）来看，贮藏物质转运率与发芽势、萌发指数、芽长、发芽率的抗旱系数之间相关性达到极显著水平，与根长抗旱系数达到显著水平，而与初生根数的抗旱系数相关不显著，芽长、初生根数、发芽势、萌发指数、根长的抗旱性系数之间的相关性达到显著水平，表明各项指标之间存在着或大或小的相关性，从而使它们所提供的信息发生重叠，同时各单项指标对小麦萌发期抗旱中所起作用不相同，因此，需要通过主成分分析法确立综合指标来评价不同小麦萌发期的抗旱性。
2.2PEG-6000干旱胁迫下综合指标的系数及贡献率
从表4可以看出，100 g/L的PEG-6000干旱胁迫处理特征值大于1的综合指标有2个，其贡献率分别为54843%、22.809%，累积贡献率为77.652%，其他可忽略不计。这样就将原来7个单项指标转换为2个新的相互独立的综合指标，分别用1、2表示。第1主成分中发芽势、萌发指数、发芽率的系数较大，其次为贮藏物质转运率、芽长、主胚根长；第2主成分中初生根数的抗旱系数较大。综合指标分析表明，不同干旱胁迫下所选用的综合指标1、2涵盖了所有的单项指标信息。
2.3不同小麦品种种子萌发期抗旱性的综合评价结果
运用SPSS19.0软件分别计算不同干旱胁迫条件下相应主成分的得分值[CI（x）]，根据不同胁迫处理的综合指标分别求出30个小麦品种萌发期的隶属函数值U1、U2（表5），再根据萌发期各指标的权重进一步利用加权隶属函数法求出小麦种子萌发期抗旱能力综合评价值（D）。在10% PEG-6000胁迫干旱下，综合分析30个小麦品种抗旱能力的强弱依次为：豫农4023>河农6331>藁优2018>石家庄8号>中麦175>衡136>运旱20401>运旱618>新麦21>河农6119>邯麦12号>邯5316>石新828>邯6172>沧麦6005>长6154>河农6049>轮选987>长6359>河农826>洛麦21>邯4589>藁优9908>河农825>西农928>沧麦119>长4640>石麦15>晋麦47>陕农757。
2.4聚类分析
根据D值对供试的30个小麦品种进行聚类分析（图1），将30个小麦品种聚成5类（分别用A、B、C、D、E表示），A类品种包括豫农4023、河农6331、藁优2018、石家庄8号、中麦175；B类品种包括衡136、运旱20401、运旱618、新麥21、河农6119、邯麦12号、邯5316、石新828；C类品种包括邯6172、沧麦6005、长6154、河农6049、轮选987；D类品种包括长6359、河农826、洛麦21、邯4589、藁优9908、河农825、西农928、沧麦119、长4640、石麦15；E类品种包括晋麦47、陕农757。A类：D>0.75，平均值为0.83，抗旱性强；B类：D>0.55，平均值为0.64，抗旱性较强；C类：D>0.40，平均值为0.47，抗旱性中等；D类：D>0.35，平均值为0.38，抗旱性较弱；E类D>0.15，平均值为0.23，抗旱性弱。
3讨论
根据我国气象科学院统计，黄河以北的干旱频率高于90%[20]，季节性干旱在华北和黄淮麦区特别明显，小麦播种后，若遇旱无水浇，则影响小麦的发芽率、成苗率，导致田地大面积缺苗断垄，严重影响小麦生产。因此，筛选萌发期抗旱小麦品种显得至关重要。本研究以50、100、150 g/L的PEG-6000胁迫处理，PEG-6000在100 g/L时品种间差异显著，因此，本试验最终选取100 g/L的PEG-6000胁迫处理，研究在干旱胁迫下，30个小麦品种种子萌发期的抗旱性，以期为小麦抗旱品种的筛选及耐旱指标的评价提供参考。
的必要组成成分，在逆境条件下，小麦胚中的甘氨酸三甲内盐与组织内部质膜的重组有差别[23]。
对小麦抗旱性已进行了众多研究，但由于有些小麦品种在萌发期表现抗旱，有些小麦品种在幼苗期表现抗旱，有些小麦品种在全生育期表现抗旱[24]，所以至今为止并未确定一个准确、简单、可行的综合鉴定指标来指示小麦的抗旱性，小麦试验中的鉴定指标只适用于植株特定的发育阶段。因此，在培育抗旱节水的小麦品种时，应利用相应的综合鉴定指标对小麦不同生育期的抗旱性进行综合分析。
参考文献：
[1]Yu Y L，Guo G F，Lv D W，et al. Transcriptome analysis during seed germination of elite Chinese bread wheat cultivar Jimai 20[J]. BMC Plant Biology，2014，14（1）：20-38.
[2]贾寿山，朱俊刚，王曙光，等. 山西小麦地方品种萌发期的抗旱性[J]. 华北农学报，2011，26（2）：213-217.
[3]李晓云，赵勇，王杰，等. 不同小麦品系耐低钾性的综合评价[J]. 麦类作物学报，2014，34（6）：842-846.
[4]王玮，邹琦，杨军，等. 水分胁迫条件下抗旱性不同小麦品种芽鞘生长的动态分析[J]. 植物生理学通讯，1999，35（5）：359-364.