雨養農業區冬小麥品種灌漿期抗旱耐逆性評價技術規程

摘要：為進一步推進抗旱耐逆小麥品種的快速篩選及其推廣應用，提高耐旱育種效率，通過半干旱雨養農業區田間生產條件下灌漿期小麥氣孔性狀多年多點的測定，明確小麥灌漿期抗旱耐逆性判定規則，聯合主成分分析和隸屬函數值方法，從適用范圍、規范性引用文件、術語和定義、技術原理、基本要求、田間管理、氣孔性狀調查分析、評價指標的計算及評價等級等方面總結出雨養農業區冬小麥品種灌漿期抗旱耐逆性綜合評價技術規程。

關鍵詞：冬小麥；氣孔；抗旱耐逆性；技術規程；雨養農業區

中圖分類號：S512.1 文獻標志碼：B 文章編號：2097-2172（2024）09-0871-04

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.09.017

Technical Regulation for Evaluating Drought and Stress Resistance of Winter Wheat Varieties at Filling Stage in Rain-fed Agricultural Areas

LI Jingwen 1， BAI Bin 2， HOU Yiqing 1， HE Rui 2， GUO Ying 2， MA Rui 2， WANG Hongmei 1

（1. Biotechnology Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. Wheat Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Gansu Lanzhou 730070， China）

310b3994a1f39046b244bfa00b64d2be673ee7f3e6142358df8d0de8725fdb0aAbstract： In order to further promote the rapid screening and popularization of drought to lerant wheat varieties and improve the efficiency of drought to lerance breeding， the evaluation rules of drought to lerant wheat at filling stage were clarified by multi-year and multi-point determination of wheat stomata characters of flag leaf under field production conditions in semi-arid rain-fed agricultural areas. By combining with the principal component analysis and membership function value method， a comprehensive evaluation method for drought tolerance of winter wheat was summarized from aspects such as the applicable range， normative references， terms and definitions， technical principles， basic requirements， field management， stomatal trait investigation and analysis， calculation of evaluation indicators， and classification of evaluation levels.

Key words： Wheat variety; Stoma; Drought and stress resistance; Technical regulation; Rain-fed agricultural area

小麥是甘肅省第二大糧食作物，冬小麥種植總面積54.67萬hm2左右，占全省小麥的65.2%［1 ］，90%以上的冬小麥在旱地種植［2 ］，主要分布于隴東、隴南及甘肅中部麥區。該區降水稀少且時空分布不勻，土壤瘠薄，為典型的雨養農業區［3 - 4 ］，加之當前氣候變化影響日益加劇，干旱、倒春寒等不利氣候頻繁發生［5 ］。旱地冬小麥一般于9月中下旬至10月中旬播種，6月中下旬成熟收獲。在小麥返青期、拔節期至灌漿成熟期極易遭遇季節性干旱和低溫災害，導致小麥品種產量低而不穩。

小麥生育期的干旱脅迫，生產上可通過耕作納雨、覆蓋保墑等途徑提高有限降水資源利用效率，實現旱地小麥穩產高產。然而在投入不足的旱地生產中選育耐旱、耐瘠薄、高產、穩產新品種歷來是甘肅省小麥首選的增產途徑［6 ］。簡便、可靠、快捷的小麥抗旱性指標對于抗旱耐逆小麥篩選及耐旱品種培育具有重要作用。氣孔作為調控植物光合作用和蒸騰作用的關鍵因素，在應對干旱脅迫中發揮著重要作用［7 ］。近年來對小麥抗旱的外部形態特征、內部生理指標及產量指標等方面開展了大量研究［8 ］，但是在抗旱育種實踐中利用氣孔特性發揮作用的研究較少［9 ］。為此，我們在前期研究的基礎上［10 ］，通過調查旱地冬小麥氣孔性狀，形成氣孔性狀綜合評價度量值，建立了西北雨養農業區旱地冬小麥品種灌漿期抗旱耐逆性評價技術體系，以期為生產上篩選和推廣應用耐旱性小麥品種、提高耐旱育種效率提供技術支撐。

1 范圍

本規程規定了小麥品種灌漿期抗旱耐逆性的術語和定義、技術原理、試驗方法及計算與評價要求。

本規程適用于甘肅省年降水量300～550 mm的雨養農業小麥種植區，其他地區可參照使用。

2 規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB 4404.1 — 2008 糧食作物種子 第1部分：禾谷類［11 ］

NY/T 1276 — 2007 農藥安全使用規范 總則［12 ］

GB/T 8321·10 — 2018 農藥合理使用準則（十）［13 ］

NY/T 496 — 2010 肥料合理使用準則 通則 ［14 ］

DB62/T 2476 — 2014 旱地冬小麥栽培技術規程［15 ］

3 術語和定義

下列術語和定義適用于本規程。

3.1 雨養農業區

光照充足，熱量適中，肥力可控，滿足一年一季作物生長，僅依靠天然降水種植農作物區域［16 ］。

3.2 抗旱耐逆性

指作物生長發育和產量對干旱脅迫的反應及適應性。

3.3 抗旱耐逆冬小麥品種

指半干旱雨養農業區氣孔性狀綜合評價度量值大的冬小麥品種（品系）。

3.4 氣孔性狀綜合指標值

反映冬小麥品種對干旱脅迫耐受程度的指標，以同一小麥品種各氣孔性狀表型標準化數據及其特征向量乘積之和表示。

3.5 氣孔性狀綜合度量值

以氣孔反映雨養農業區灌漿期冬小麥品種對干旱脅迫耐受程度的指標，以同一小麥品種氣孔性狀綜合指標的隸屬函數值及其權重乘積之和表示。

3.6 抗旱耐逆性級別

采用氣孔性狀隸屬函數綜合度量值D 分級，從強到弱分3級，依次為Ⅰ級（強抗旱耐逆）、Ⅱ級（中度抗旱耐逆）、Ⅲ級（不抗旱耐逆）。

4 技術原理

4.1 干旱脅迫對小麥灌漿期的影響

小麥灌漿期是小麥水分臨界期之一，小麥產量的70% ～ 80% 形成于灌漿期，其中10% ～ 30% 由旗葉供給［17 - 18 ］。在輕度和中度干旱條件下，氣孔因素對光合作用的影響最大。面對干旱脅迫小麥灌漿期旗葉首先會關閉氣孔來應答逆境，最終導致小麥旗葉的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導度（Gs）降低，胞間CO2濃度（Ci）含量升高，很大程度上阻礙了光合產物的積累及轉運，最終影響小麥產量的提高［18 ］。

4.2 灌漿期抗旱耐逆性與評價原理

冬小麥灌漿期旗葉氣孔性狀與光合生理、農藝性狀等分析表明，灌漿期的氣孔指數、氣孔寬與氣孔導度正相關，氣孔分布頻率（氣孔指數與氣孔密度）、氣孔寬和蒸騰速率正相關，氣孔分布頻率與葉綠素含量正相關，氣孔指數與葉片水分利用率負相關，氣孔寬與影響產量構成因素的株高、穗下節長顯著負相關。驗證了灌漿期選用基于氣孔性狀的品種抗旱耐逆性評價指標與旱地冬小麥應對雨養農業區干旱脅迫能力及其適應性之間存在相關性。試驗結果可為評價在生產中推薦、應用抗旱耐逆冬小麥品種等提供依xzWWu/74TsP0ouZBmsnLBQ==據。

5 基本要求

5.1 試驗用種

評價用的小麥種子質量應符合GB 4404.1 — 2008中的要求。

5.2 產地環境

雨養農業區冬小麥品種及資源的抗旱耐逆性評價在田間生產條件下進行。全生育期依靠天然降水。化肥使用原則應符合NY/T 496 — 2010的規定。

5.3 田間試驗設計

5.3.1 小區設計 試驗設3次重復，隨機區組排列。參試各小麥品種為1個小區，小區面積15 m2。試驗區周圍設置寬度大于1.5 m的保護區。

5.3.2 對照品種設置 試驗共設對照品種3個，分別為冬小麥品種晉麥47號（全國旱地小麥區域試驗對照品種）、矮抗58（表現矮稈、高產、抗病，是黃淮麥區南片種植面積最大的品種之一）、周麥22號（黃淮冬麥區南片主要推薦種植品種）。以對照品種和待測冬小麥品種（系）氣孔綜合度量值D來綜合判定待測品種抗旱耐逆性級別。

6 田間管理

按照試驗評價需要選擇品種。田間種植和栽培管理按照DB62/T 2476 — 2014標準執行。病蟲防治藥劑使用應符合NY/T 1276 — 2007、GB/T 8321·10 — 2018的規定。

7 氣孔性狀調查

灌漿初期及時調查氣孔密度、氣孔指數、氣孔長、氣孔寬、氣孔長/氣孔寬及表皮細胞數等6個氣孔性狀。

7.1 氣孔印跡獲取

花后10 d 9： 00～12： 00時選取各參試冬小麥品種3～4株生長一致植株，在旗葉遠軸面（下表皮）中部平整部位選取2 cm2的區域采用牙齒合成樹脂獲取旗葉遠軸面氣孔印跡。牙齒合成樹脂印跡法具體步驟為將混合速凝的牙齒合成樹脂涂抹于小麥旗葉（背面葉）葉中部位，撕下印跡皮，再將其貼在涂有指甲油的載玻片上［19 - 20 ］。小麥旗葉表皮微觀結構被二次印跡在載玻片上，待指甲油凝固后，撕去印跡皮，載玻片置于顯微鏡下觀察，鏡檢。每片旗葉做3～4個印跡，每個冬小麥品種3個生物學重復。

7.2 氣孔表型觀察及統計

光學顯微鏡下觀察小麥旗葉下表皮印跡，用10×10格 （0.062 5 mm2） 計數板目鏡鏡筒觀察和統計，用 Image J 軟件測量氣孔長（SL，μm）、氣孔寬（SW，μm）（圖1），重復3次。每個表皮印跡隨機選取10個視野，統計等面積內的氣孔和表皮細胞數目，應用下列公式計算氣孔分布頻率。氣孔分布頻率主要從氣孔密度（SD，個 / mm2）和氣孔指數（SI）2方面確定。

氣孔密度=氣孔個數/計數視野面積

氣孔指數=氣孔數/（氣孔數+表皮細胞數）

8 評價指標計算與評價等級

8.1 評價指標計算

對獲得的氣孔性狀表型數據，通過主成分分析獲取氣孔綜合指標值，記為λ（Xj）；采用隸屬函數值（Yj）和各單一指標的權重（Wj）計算各小麥品種氣孔性狀綜合度量值（D）。按下列公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）分別計算氣孔綜合指標值、權重、隸屬函數值、氣孔性狀綜合度量值（D）。其中隸屬函數值與育種目標一致的性狀參照公式（3）計算，與育種目標相反的性狀參照公式（4）計算。

λj=m1 j X1 j+m2 j X2j+…+m ij Xij（1）

（i=1，2，…，n；j=1，2，…，n）

式中，λj為氣孔綜合指標值；m ij表示各單一氣孔性狀的特征值所對應的特征向量；Xij為各單一氣孔性狀標準化處理值（Z-score法）。

Wj=Pj/∑Pj （j=1，2…，n）（2）

式中，Wj表示第j 個氣孔性狀在所有氣孔性狀中的重要程度，即權重；Pj代表第j個氣孔性狀的信息貢獻率。

Yj=（λj-λjmin ）/（λjmax-λjmin）（3）

Yj=1-（λj-λjmin ）/（λjmax-λjmin）（4）

式中：Yj為第j 個指標的隸屬函數值；λj為氣孔綜合指標值；λjmax為第j個指標的最大值；λjmin 為第j個指標的最小值。

D=∑（Yj×Wj） （j=1，2…，n）（5）

式中，Yj為第j個隸屬函數值；Wj表示各單一氣孔性狀的權重。

8.2 評價等級

基于氣孔性狀綜合度量值（D）來評價冬小麥品種灌漿期抗旱耐逆性，具體分級見表1。

參考文獻：

［1］ 楊長剛，楊文雄，王世紅，等. 甘肅省小麥產業發展對策［J］. 中國種業，2017（11）：1-6.

［2］ 魯清林，馬忠明，楊文雄，等. 甘肅小麥育種現狀及對策［J］. 甘肅農業科技，2022，53（5）：1-5.

［3］ 楊肅昌，陳瀟湘，尚明瑞. 基于甘肅寒旱區域劃分視角的寒旱農業概念和發展問題研究［J］. 寒旱農業科學，2024，3（2）：99-108.

［4］ 楊肅昌，陳瀟湘. 甘肅現代寒旱農業高質量發展研究［M］. 蘭州：蘭州大學出版社，2023.

［5］ 白 斌，杜久元，張禮軍，等. 小麥品種蘭天19號持久抗病、高產與廣適性解析［J］. 中國種業，2019（6）：48-51.

［6］ 楊文雄． 中國西北春小麥［M］． 北京：中國農業出版社，2016.

［7］ BERTOLINO L T， CALINE R S， GRAY J E. Impact of stomatal density and morphology on water-use efficiency in a changing world［J］. Frontiers in Plant Science， 2019 （10）： 225.

［8］ 劉 眾，鄭 琪，李 杰，等. 隴東旱塬區小麥主要農藝性狀與產量的相關性分析［J］. 寒旱農業科學，2023，2（7）：615-620.

［9］ 楊天樂，吳峰峰，劉 濤，等. 作物氣孔的作用及其影響因素的研究進展［J］. 北方園藝，2020（3）：143-148.

［10］ 劉耀權，張曉洋，白 斌. 不同生態型小麥品種葉片氣孔密度及形態差異分析［J］. 西北農業學報，2023，

32（5）：677-684.

［11］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 糧食作物種子 第1部分：禾谷類：GB 4404.1—2008［S］. 北京：中國標準出版社，2008.

［12］ 中華人民共和國農業部. 農藥安全使用規范 總則：NY/T 1276 — 2007［S］. 北京：中華人民共和國農業部，2007.

［13］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 農藥合理使用準則（十）：GB/T 8321·10 —2018［S］. 北京：中國標準出版社，2018.

［14］ 中華人民共和國農業部. 肥料合理使用準則 通則：NY/T 496 — 2010［S］. 北京：中華人民共和國農業部，2010.

［15］ 甘肅省質量技術監督局. 旱地冬小麥栽培技術規程：DB62/T 2476—2014［S］. 蘭州：甘肅省質量技術監督局，2014.

［16］ 程錄平，王立剛，王迎春，等. 西北旱區雨養農業可持續發展研究［C］//中國農業資源與區劃學會. 2015年中國農業資源與區劃學會學術年會論文集. 西寧：出版者不詳，2015.

［17］ WANG Z L， YIN Y P， HE M R， et al. Allocation of photosynthates and grain growth of two wheat cultivars with different potential grain growth in response to pre-and post-anthesis shading［J］. Journal of Agronomy and Crop Science， 2003， 189（5）： 280-285.

［18］ ZHANG Y P， ZHANG Y H， WANG Z M， et al. Characteristics of canopy structure and contributions of non-leaf organs to yield in winter wheat under different irrigated conditions［J］. Field Crops Research， 2011， 123（3）： 187-195.

［19］ 周文期，寇思榮，連曉榮，等. 水稻和玉米葉表皮突變體的篩選和鑒定［J］. 植物生理學報，2020，56（2）：189-199.

［20］ KAGAN M L， NOVOPLANSKY N， SACHS T. Variable Cell Lineages form the Functional Pea Epidermis［J］. Annals of Botany， 1992， 4： 303-312.