李卓夫，李瑩，王曉楠

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030）

不同抗寒性冬小麥品種間冷凍后電導(dǎo)率與成活率比較分析

李卓夫，李瑩，王曉楠

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030）

為快速準(zhǔn)確鑒定冬小麥植株在寒地越冬期間的抗寒性，以返青率不同的3份冬小麥品種為試驗材料，冬小麥越冬期內(nèi)從田間取樣，進(jìn)行人工冷凍處理，測定不同冷凍處理植株電導(dǎo)率及植株栽植后成活率。結(jié)果表明，冬小麥電導(dǎo)率與成活率呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.66；封凍初期田間取樣的植株再進(jìn)行-12℃處理3 d測定植株電導(dǎo)率，可準(zhǔn)確鑒定不同基因型間抗寒性水平。而在氣溫達(dá)最低時取回植株栽植，其成活率可直接區(qū)別基因型間抗寒性差異。

冬小麥；電導(dǎo)率；存活率；抗寒性

冬小麥?zhǔn)窃蕉魑铮锛静シN，經(jīng)越冬于翌年夏季收獲。目前中國冬小麥主要分布在華北及其以南地區(qū)，黑龍江省由于冬季漫長而寒冷，一直為冬小麥種植禁區(qū)，在同類高寒地區(qū)能否種植冬小麥關(guān)鍵在于冬小麥在當(dāng)?shù)啬芊癜踩蕉?。以黑龍江省哈爾濱市為例，哈爾濱市于11月中旬進(jìn)入封凍期，最低氣溫出現(xiàn)在1月，可達(dá)-30℃以下，平均氣溫-22.4℃，3月下旬日平均氣溫穩(wěn)定高于0℃，封凍期長達(dá)4個多月。因此，華北及以南地區(qū)的冬小麥品種由于抗寒能力不足，在黑龍江省均不能安全越冬。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)培育的冬小麥品種“東農(nóng)冬麥1號”，在黑龍江省高寒地區(qū)能夠安全越冬，越冬返青率達(dá)85%以上[1]，證明遺傳改良可以有效提高冬小麥的抗寒性。

抗寒性準(zhǔn)確鑒定是冬小麥品種越冬性遺傳改良的重要基礎(chǔ)，一般是在控溫冷凍處理后通過生理生化指標(biāo)測定鑒定或經(jīng)田間越冬處理后直接通過越冬返青率鑒定[2-5]。田間越冬返青率測定受年度間溫度和降水影響較大、表現(xiàn)為在不同年份間品種的越冬返青率變化大、鑒定時間長，要等到冬小麥返青時才能判定品種抗寒性高低[2]等特點，不能滿足冬小麥越冬性育種需要。生理生化鑒定品種抗寒性常與冬小麥真實越冬返青率存在出入。人工模擬低溫環(huán)境是根據(jù)冬小麥生長期氣象資料，設(shè)置冬小麥一系列低溫梯度，人為控制性強(qiáng)且能達(dá)較精準(zhǔn)程度，是目前進(jìn)行植物抗寒性評價常用方法。趙玉田等采用田間直接鑒定法和人工氣候模擬鑒定法評價冬小麥15個生理、生化和形態(tài)性狀，證明許多性狀與田間成活指數(shù)存在密切線性關(guān)系[6]。蔣志春分別進(jìn)行實驗室內(nèi)冬小麥抗寒性鑒定，通過計算枯株、死莖的百分率法和田間目測法鑒定冬小麥抗寒性，根據(jù)全田植株所表現(xiàn)的凍結(jié)程度分為凍害輕、凍害中等、凍害重3個等級[7-8]。

本試驗以不同抗寒性冬小麥品種為試驗材料，研究在整個越冬期間分蘗節(jié)相對電導(dǎo)率的變化規(guī)律，以不同時期冷凍后成活率為冬小麥抗凍性的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，分析電導(dǎo)率與成活率間關(guān)系，探討通過電導(dǎo)率準(zhǔn)確鑒定冬小麥抗寒性的可行性，實現(xiàn)冬小麥育種材料抗寒性快速準(zhǔn)確簡便測定。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為冬小麥的3個品種（系），即：抗寒品種東農(nóng)冬麥1號（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)培育，第一個在高寒地區(qū)安全越冬且返青率高于85%的品種），不抗寒品種濟(jì)麥22（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院培育，在黑龍江省嚴(yán)寒條件下越冬返青率小于1%）和中等抗寒型品系東農(nóng)11-633（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的冬小麥高代品系，越冬返青率在50%～60%）。

試驗材料于2012年9月11日播于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗田，試驗采用隨機(jī)設(shè)計，小區(qū)設(shè)計9行區(qū)，行長8 m，行距0.3 m，每行播種800粒。

于封凍期分3次取樣，用于冷凍處理、成活率和電導(dǎo)率分析，分別為封凍后7 d（2012年11月20日，日平均氣溫-10℃），封凍后25 d（2012年12月15日，日平均氣溫-16.5℃）和最低氣溫出現(xiàn)的日期（2013年1月10日，日平均氣溫-27℃，日最低氣溫-33℃）。每期取回植株中，各品種留出110株直接栽于盆中，觀察田間冷凍后的成活率；其余植株分批冷凍后，再測人工冷凍后各品種的電導(dǎo)率和移栽成活率。

1.2 方法

1.2.1 試驗材料的處理

從大田取回的冬小麥植株，水洗后用濾紙吸干水分，取分蘗節(jié)，用保鮮膜包裹后放入冰箱進(jìn)行低溫處理。

2012年11月20日取回的麥苗對其分蘗節(jié)進(jìn)行-12℃低溫處理21 d，并分別于處理的第3、6、9、12、15、18和21天測定其電導(dǎo)率，同時將不同低溫處理時間的麥苗栽至塑料盆中，栽后7 d調(diào)查成活率。

2012年12月15日取回的麥苗對其分蘗節(jié)進(jìn)行-20℃低溫處理10 d，并分別于處理的第2、4、6、8和10天測定其電導(dǎo)率，同時將不同低溫處理時間的麥苗栽至塑料盆中，栽后7 d調(diào)查成活率。

2013年1月10日取回的麥苗對其分蘗節(jié)進(jìn)行-27℃低溫處理10 h，并分別于處理的2、4、6、8和10 h測定其電導(dǎo)率，同時將不同低溫處理時間的麥苗栽至塑料盆中，栽后7 d調(diào)查成活率。

1.2.2 分蘗節(jié)電導(dǎo)率的測定

將分蘗節(jié)剪成1 mm小段，混勻后準(zhǔn)確稱取0.2 g分別放入3個小燒杯中，向小燒杯中各加入20 mL去離子水，真空泵抽氣15 min，當(dāng)緩緩放入空氣時，水即滲入細(xì)胞間隙，葉片變成半透明狀態(tài)，沉入水下，抽真空完成后，將燒杯在室溫下放入振蕩培養(yǎng)箱中振蕩1 h，測定其電導(dǎo)率（C1)，然后將燒杯放入沸水浴中15 min，殺死葉片組織，取出后用自來水冷卻至室溫，并在室溫下靜置10 min，搖勻，測其終電導(dǎo)率（C2）。

計算公式：相對電導(dǎo)率=C1/C2。

1.2.3 存活率的測定

將取回的麥苗一部分按照1.2.1中提到的方法進(jìn)行低溫處理，剩余麥苗取100株栽至長50 cm、寬35 cm、高15 cm的塑料盆中，盆中土壤組成為：黑土∶草炭土=10∶1。栽苗后保證土壤相對含水量40%～45%，7 d后調(diào)查成活率，以抽出新葉的麥苗為成活植株。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

采用軟件DPS7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用Excel 2007作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度處理下品種間電導(dǎo)率的比較分析

結(jié)果見圖1。

圖1 -12℃處理不同時間冬小麥品種間相對電導(dǎo)率的變化Fig.1 Change of relative electrical conductivities of winter wheat cultivars in different cold treatment days by-12℃

由于寒地冬小麥越冬成活的部位為分蘗節(jié)，而冷凍后測定該部位的電導(dǎo)率可以快速測定冷凍后植株受傷害程度。2012年11月20日取樣植株不同冷凍處理后的電導(dǎo)率結(jié)果由圖1可見，田間取回的植株立即測定電導(dǎo)率，各品種均低于0.3，說明植株基本未受傷害；取回的植株再經(jīng)過-12℃人工冷凍處理后，各品種的電導(dǎo)率均高于0.5?？购贩N東農(nóng)冬麥1號經(jīng)-12℃低溫處理3 d，電導(dǎo)率為0.55，而冷凍6 d以后直至21 d，電導(dǎo)率一直在0.7上下波動，說明東農(nóng)冬麥1號在-12℃作用6 d后才表現(xiàn)出明顯凍害。中等抗寒的東農(nóng)11-633品系則表現(xiàn)為-12℃處理9 d的植株電導(dǎo)率最高，為0.84，顯著高于其他低溫處理時間下該品系的相對電導(dǎo)率；不抗寒品種濟(jì)麥22表現(xiàn)為-12℃低溫處理3 d至18 d，電導(dǎo)率均在0.7以上，說明濟(jì)麥22在-12℃作用3 d后植株即表現(xiàn)出顯著凍害。結(jié)果說明，田間條件下不同抗寒性品種的幼苗植株達(dá)到一定生長量，并經(jīng)過充分低溫馴化后，于封凍初期取樣在-12℃下冷凍3～9 d，即可從分蘗節(jié)處電導(dǎo)率上檢測到其抗寒性水平的差異。

2012年12月15日取樣植株各品種不同冷凍處理下的電導(dǎo)率結(jié)果見圖2。

圖2 -20℃處理不同時間冬小麥品種間的相對電導(dǎo)率變化Fig.2 Change of relative electrical conductivities of winter wheat cultivars in different cold treatment days by-20℃

由圖2可知，此時日平均氣溫降至-16.5℃。田間取回3個品種植株直接測得電導(dǎo)率表現(xiàn)為東農(nóng)冬麥1號最低，其次是東農(nóng)11-633，最高者為濟(jì)麥22，說明在自然封凍33 d后，直接測植株的電導(dǎo)率，即可明確分辨出品種抗寒性水平。而另外3個品種植株分別經(jīng)過-20℃人工冷凍2～10 d，各品種分蘗節(jié)的電導(dǎo)率均大幅度提高，說明各品種凍害程度均明顯加重。抗寒品種東農(nóng)冬麥1號和中等抗寒的東農(nóng)11-633品系分蘗節(jié)電導(dǎo)率均在0.55上下波動，而不抗寒品種濟(jì)麥22則表現(xiàn)為，隨著-20℃冷凍處理天數(shù)的延長，植株分蘗節(jié)電導(dǎo)率顯著上升，說明抗寒性弱的品種凍害程度更為嚴(yán)重。

2013年1月10日取樣植株各品種冷凍處理后電導(dǎo)率見圖3。

圖3 -27℃處理不同時間冬小麥品種間的相對電導(dǎo)率變化Fig.3 Change of relative electrical conductivities of winter wheat cultivars in different cold treatment days by-27℃

此時日平均氣溫已降至-27℃。取回植株直接測的電導(dǎo)率結(jié)果顯示，東農(nóng)冬麥1號最低，其次為東農(nóng)11-633，最高的是濟(jì)麥22，此時通過測定植株電導(dǎo)率取可明確得出品種間抗寒性差異。各品種植株再經(jīng)過-27℃處理2～10 h后，3個品種電導(dǎo)率高低表現(xiàn)均為東農(nóng)冬麥1號最低，始終低于0.5，東農(nóng)11-633高于東農(nóng)冬麥1號，低于0.6，濟(jì)麥22最高，在0.55～0.70波動。說明各處理電導(dǎo)率高低與品種抗寒性水平強(qiáng)弱一致。

2.2 品種間成活率與電導(dǎo)率的比較分析

各取樣時期各品種在不同冷凍溫度下的成活率與電導(dǎo)率見表1。

表1 不同取樣時間及冷凍處理3個冬小麥品種電導(dǎo)率與成活率Table 1 Conductivity and survival rate of 3 winter wheat cultivars under frozen treatments

2012年11月20日取回的各品種植株直接栽種，其成活率均為100%。植株再經(jīng)過經(jīng)過-12℃冷凍處理后，3個品種的成活率變化明顯。冷凍3 d后，東農(nóng)冬麥1號、東農(nóng)冬麥11-633、濟(jì)麥22的成活率分別為96%、82%、14%；而冷凍6 d后，東農(nóng)冬麥1號和東農(nóng)11-633品系成活率分別為53%和46%，濟(jì)麥22成活率為0；冷凍9 d后，東農(nóng)冬麥1號和東農(nóng)11-633品系成活率分別為23%和8%；冷凍12 d后東農(nóng)冬麥1號成活率為8%，東農(nóng)11-633品系成活率為0；冷凍15 d后3種參試品種的成活率均為0。

另外2個時期取回各品種植株直接栽植的成活率差異較大，東農(nóng)冬麥1號分別為98%和82%；東11-633為84%和32%；濟(jì)麥22為72%和30%。這兩個時期取樣植株再經(jīng)-17和-27℃冷凍處理后再栽植，各品種均沒有植株成活。

對冷凍處理下冬小麥各品種植株電導(dǎo)率與成活率之間進(jìn)行相關(guān)性分析，二者間相關(guān)系數(shù)為：r=-0.66**，相關(guān)性達(dá)極顯著水平，說明盡管不同品種在冷凍條件下電導(dǎo)率與成活率間平行關(guān)系存在一定程度變化，但總體上存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

相對電導(dǎo)率是反映植物組織受凍后細(xì)胞原生質(zhì)膜透性大小的重要指標(biāo)，以相對電導(dǎo)率表示植物在低溫傷害下細(xì)胞質(zhì)膜透性變化是鑒定植物抗寒性常用方法[9-10]。低溫下細(xì)胞膜透性增大，造成電解質(zhì)外滲，溫度愈低，電解質(zhì)滲透率越大，相對電導(dǎo)率越大[11]。張靜會以燕山板栗為材料，采取不同低溫處理，測定其電導(dǎo)率等生理指標(biāo)及嫁接成活率，結(jié)果表明板栗枝條電解質(zhì)滲出率、傷害率均隨處理溫度降低而增加，成活率隨處理溫度降低而降低，并確定材料致死溫度為-20℃[12]。

本研究對冬小麥分蘗節(jié)測定得出，充分冷馴化后再以-12℃冷凍3 d，抗寒品種東農(nóng)冬麥1號分蘗節(jié)相對電導(dǎo)率為0.559，但植株成活率為96%，抗寒性中間型東農(nóng)11-633電導(dǎo)率為0.6251，植株成活率為82%，不抗寒品種濟(jì)麥22經(jīng)歷-12℃3 d后電導(dǎo)率為0.8059，成活率僅為14%[13]。說明冬小麥植株分蘗節(jié)部位活力鑒定，不能用電導(dǎo)率數(shù)值0.5作為標(biāo)準(zhǔn)，抗寒品種東農(nóng)冬麥1號電導(dǎo)率為0.75時，相對應(yīng)的成活率為53%，接近一半死亡?？购灾虚g型東農(nóng)11-633電導(dǎo)率為0.71時，成活率為46%，已經(jīng)有一半的植株死亡，因此用分蘗節(jié)部位電導(dǎo)率進(jìn)行品種死亡判定時，數(shù)值至少要達(dá)到0.7以上才能說明植株有一半出現(xiàn)死亡。

通過不同冷凍處理下冬小麥植株電導(dǎo)率測定與栽植后成活率鑒定。結(jié)果表明，冬小麥抗寒性水平應(yīng)在充分完成冷馴化后進(jìn)行。在土壤封凍后10 d內(nèi)取回植株，經(jīng)-12℃冷凍3 d測定植株電導(dǎo)率可準(zhǔn)確鑒定不同基因型間抗寒性水平。在氣溫達(dá)最低時取回植株直接栽植，測成活率可直接區(qū)分不同基因型間抗寒性差異。

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Comparative analysis of electrical conductivity and survival rate on winter wheat varieties with different cold resistances after freezingtreatment/

LI Zhuofu,LI Ying,WANG Xiaonan(School of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

Three winter wheat cultivars which were different in overwintering survival rates were used to measure electrical conductivities and survival rates of field samples and artifitial freezing treatment parts of the same ones in every stages of winter season,in order to test the levels of cold resistance in winter wheat rapidly and accurately during overwintering period in frigid region.The results showed that electrical conductivity of winter wheat was significantly negative correlated with survival rate,the correlation coefficient was-0.66;plants sampled from early stage during frozen period were treated by-12℃for 3 d,the freezing tolerant levels of winter wheat cultivars could be accurately identified with the electrical conductivities.And the plants which were sampled from field when temperature reached lowest in the winter season and then replanted in the laboratory could be used to distinquish directly the difference of antifreezing levels among winter wheat cultivars in survival rate.

winter wheat;electrical conductivity;survival rate;cold resistance

S512.1+1

A

1005-9369（2014）06-0001-05

時間 2014-6-11 16:16:06 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140611.1616.015.html

李卓夫,李瑩,王曉楠.不同抗寒性冬小麥品種間冷凍后電導(dǎo)率與成活率比較分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,45(6):1-5.

Li Zhuofu,Li Ying,Wang Xiaonan.Comparative analysis of electrical conductivity and survival rate on winter wheat varieties with different cold resistances after freezing treatment[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(6):1-5.(in Chinese with English abstract)

2013-08-03

黑龍江省教育廳研究生創(chuàng)新科研資金項目（YJSCX2012-036HLJ）

李卓夫（1957-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向為小麥遺傳育種。E-mail:zflicn@163.com