免费文献传递   相关文献

Low-temperature response and cold tolerance at spike differentiation stage of winter wheat varieties sowed in spring.

冬麦春播小麦穗分化阶段对低温胁迫的响应及耐寒性


以长江中下游地区引进的10个冬小麦品种为材料,在忻定盆地春播条件下,于2013—2014年研究了低温胁迫对冬小麦穗分化阶段光合作用、渗透调节物质及膜系统产生的影响,并对其抗寒性能进行综合评价.结果表明: 在低温胁迫下,不同品种小麦叶片的离子渗漏率、可溶性糖和可溶性蛋白质含量均不同程度地升高,总叶绿素含量明显下降.通过主成分分析和抗寒性度量值(D值)排序,不同品种冬小麦幼穗分化期间的抗寒性为:渝麦10、扬麦20、云麦42的抗寒性较差;扬麦13、渝麦12、宁麦13的抗寒性较强且年际稳定性好,D值分别为0.665~0.659、0.493~0.495、0.471~0.583;而作为对照的宁2038、新春30分别为0.368~0.397、0.328~0.330.扬麦13、渝麦12、宁麦13的两年籽粒产量显著高于其他品种,可作为忻定盆地的引种材料.
 

A total of 10 winter wheat varieties were imported from the middle and lower reaches of the Yangtze River region in China. Those varieties were sowed in spring in Xinding basin area of Shanxi Province, and the field trials were performed for two years (2013-2014). The traits and physiological characteristics under low temperature stress including grain yield, total content of chlorophyll, osmotic adjustment, membrane system, ion leakage rate, contents of soluble sugar and soluble protein were investigated, and the cold tolerance levels of the wheat varieties were assessed. The results showed that low temperature stress led to increases in wheat leaf ion leakage rate, soluble sugar and protein contents, but obvious reduction of chlorophyll content. According to principal component analysis and cold tolerance (D value), Yumai 10, Yangmai 20, and Yunmai 42 were classed as cold sensitive wheat varieties. Yangmai 13, Yumai 12, and Ningmai 13 were classed as stronger coldresistant wheat genotypes, and showed stability through twoyear field trials, with the D values being 0.665-0.659, 0.493-0.495, and 0.471-0.583, respectively, while the D values for the controls Ning 2038 and Xinchun 30 were 0.368-0.397, and 0.328-0.330, respectively. The grain yields of the cold resistant wheat varieties were significantly higher than that of the other varieties tested. Therefore, Yangmai 13, Yumai 12 and Ningmai 13 could be imported and used as the cold tolerant wheat varieties for North Plain of China.


全 文 :冬麦春播小麦穗分化阶段对低温胁迫
的响应及耐寒性∗
徐  澜1,2  高志强1∗∗  安  伟3  原亚琦2  李彦良3
( 1山西农业大学农学院, 山西太谷 030801; 2忻州师范学院生物系, 山西忻州 034000; 3山西省农业科学院玉米研究所, 山西
忻州 034000)
摘  要   以长江中下游地区引进的 10 个冬小麦品种为材料,在忻定盆地春播条件下,于
2013—2014年研究了低温胁迫对冬小麦穗分化阶段光合作用、渗透调节物质及膜系统产生的
影响,并对其抗寒性能进行综合评价.结果表明: 在低温胁迫下,不同品种小麦叶片的离子渗
漏率、可溶性糖和可溶性蛋白质含量均不同程度地升高,总叶绿素含量明显下降.通过主成分
分析和抗寒性度量值(D值)排序,不同品种冬小麦幼穗分化期间的抗寒性为:渝麦 10、扬麦
20、云麦 42的抗寒性较差;扬麦 13、渝麦 12、宁麦 13的抗寒性较强且年际稳定性好,D值分别
为 0.665 ~ 0. 659、 0. 493 ~ 0. 495、 0. 471 ~ 0. 583;而作为对照的宁 2038、新春 30 分别为
0.368~0.397、0.328~0.330.扬麦 13、渝麦 12、宁麦 13的两年籽粒产量显著高于其他品种,可作
为忻定盆地的引种材料.
关键词  冬麦春播; 穗分化阶段; 生理指标; 籽粒产量; 抗寒性; 主成分分析
文章编号  1001-9332(2015)06-1679-08  中图分类号  S152.7,S512.1  文献标识码  A
Low⁃temperature response and cold tolerance at spike differentiation stage of winter wheat
varieties sowed in spring. XU Lan1,2, GAO Zhi⁃qiang1, AN Wei3, YUAN Ya⁃qi2, LI Yan⁃liang3
( 1College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China; 2Depart⁃
ment of Biology, Xinzhou Teachers University, Xinzhou 034000, Shanxi, China; 3Institute of Maize
Research, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Xinzhou 034000, Shanxi, China) . ⁃Chin. J.
Appl. Ecol., 2015, 26(6): 1679-1686.
Abstract: A total of 10 winter wheat varieties were imported from the middle and lower reaches of
the Yangtze River region in China. Those varieties were sowed in spring in Xinding basin area of
Shanxi Province, and the field trials were performed for two years (2013-2014). The traits and
physiological characteristics under low temperature stress including grain yield, total content of
chlorophyll, osmotic adjustment, membrane system, ion leakage rate, contents of soluble sugar and
soluble protein were investigated, and the cold tolerance levels of the wheat varieties were assessed.
The results showed that low temperature stress led to increases in wheat leaf ion leakage rate, solu⁃
ble sugar and protein contents, but obvious reduction of chlorophyll content. According to principal
component analysis and cold tolerance (D value), Yumai 10, Yangmai 20, and Yunmai 42 were
classed as cold sensitive wheat varieties. Yangmai 13, Yumai 12, and Ningmai 13 were classed as
stronger cold⁃resistant wheat genotypes, and showed stability through two⁃year field trials, with the
D values being 0.665-0.659, 0.493-0.495, and 0.471-0.583, respectively, while the D values
for the controls Ning 2038 and Xinchun 30 were 0.368-0.397, and 0.328-0.330, respectively. The
grain yields of the cold resistant wheat varieties were significantly higher than that of the other varie⁃
ties tested. Therefore, Yangmai 13, Yumai 12 and Ningmai 13 could be imported and used as the
cold tolerant wheat varieties for North Plain of China.
Key words: winter wheat sowing in spring; spike differentiation stage; physiological indices; grain
yield; cold tolerance; principal component analysis.
∗国家现代农业产业技术体系重大专项(CARS⁃03⁃01⁃24)和忻州师范学院大学生科技创新项目(自然科学类⁃201429)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: gaozhiqiang1964@ 126.com
2014⁃06⁃18收稿,2015⁃03⁃23接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 6月  第 26卷  第 6期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2015, 26(6): 1679-1686
    低温胁迫是造成我国冬春麦混播区小麦减产的
重要因素之一[1-4] .根据 2006—2010 年忻州气象统
计数据,忻定盆地(38°13′ N,112°17′ E)4 月的极端
低温为-9 ℃;2013年 4月极端低温-7 ℃,2014年 5
月低温为-4 ℃,期间正值当地春小麦穗分化发育阶
段,低温胁迫对其产量的影响极大[1,5];极端低温也
对当地冬小麦造成冻害[6] .王树刚等[7]研究表明,不
同品种小麦在-4 ℃ ~0 ℃低温胁迫条件下均受到一
定的伤害,且不同小麦品种对低温的抵抗能力不同.
对于从长江中下游、西南冬麦区引进的优良冬小麦品
种,小麦穗分化阶段耐寒、抗寒性强弱是冬麦春播条
件下引种适应性的重要考量因素之一.因此,研究小
麦低温胁迫的生理反应、伤害机理及其品种抗寒性,
对稳定和提高冬春混播区小麦产量有着重要意义.
有关小麦耐、抗寒性的研究多集中在实验室、人
工控制条件下相关指标的测定与分析[7-12],大田条
件下低温胁迫的抗寒性研究罕见报道.尤其是冬麦
春播条件下南引品种的耐、抗寒性研究未见报道.植
物抗寒性涉及指标较多,基于单个或几个指标变化
对其抗寒性的分析存在一定的局限性[7,13] .而主成
分分析具有不损失或很少损失原有信息的前提下,
将原来个数较多而且彼此相关的指标转换成新的个
数较少、彼此独立的综合指标的特点[13-14] .据此,基
于小麦相关生理指标的主成分分析可以对不同品种
的抗逆性进行较科学的评价.
本试验以长江中下游及西南冬麦区引进的 10
个当地主推的优良冬小麦品种为试验材料,以宁
2038(宁夏)、新春 30(新疆)(引入忻定盆地以来表
现良好)为对照,在忻定盆地春播(即冬麦春播)条
件下,研究了田间低温胁迫对不同品种冬小麦穗分
化阶段的光合作用、渗透调节及膜相变的影响,并对
品种间耐、抗寒性进行了初步评价,旨在探索冬麦春
播条件下不同生态型小麦品种的抗性表现及其生理
基础,为冬春混播区引进、筛选、驯化耐寒、抗寒性小
麦品种提供理论依据.
1  研究区域与研究方法
1􀆰 1  试验地概况
2013—2014年在位于忻州市忻府区小檀村的
山西农业科学院玉米研究所试验地进行试验.该地
区属典型温带大陆性气候, 平均海拔 850 m,四季分
明,冬长夏短,光热资源充足,水利资源丰富.年均气
温 10 ℃,≥0 ℃年积温 3955.2 ℃,≥10 ℃年积温
3546.5 ℃,7月极端最高气温达 40.4 ℃,1 月极端最
低气温-27.2 ℃;霜冻期为 10 月上旬至次年 4 月中
旬,无霜期 180 d左右;年均降水量为 425 mm,降水
集中在 7月前后,年均日照时数 2750 h.
试验田土壤类型为浅褐土,0 ~ 20 cm 土层有机
质含量 8.19 g·kg-1,速效氮 43.30 mg·kg-1,速效
磷 12.47mg· kg-1,速效钾 135.0 mg·kg-1 .试验田
为水浇地,灌溉条件良好.于拔节期、灌浆期各浇水 1
次,每次 800 m3·hm-2 .试验前一次性基施农家肥
33750 kg·hm-2,复合肥 600 kg·hm-2 .小区面积
6􀆰 67 m2,行距 20 cm,手工条播,基本苗 450×104·
hm-2,其他管理措施同一般大田.
1􀆰 2  材料与试验设计
引进的供试冬小麦品种(含对照)为原产地主
推优良品种,由国家小麦产业技术体系各试验站提
供:宁 2038(宁夏,CK1)、皖麦 68(安徽)、宁麦 13
(江苏)、扬麦 13(江苏)、渝麦 9 号(重庆)、云麦 53
(云南)、渝麦 10(重庆)、新春 30(新疆,CK2)、云麦
42(云南)、扬麦 20(江苏)、渝麦 12(重庆)、扬辐麦
2号(江苏).其中,扬辐麦 2 号出苗极差,对引种地
区极不适应,故没有参加后期试验,其余品种按上述
顺序编号为 1~11.
采用随机区组设计,每个品种 3 次重复,2013
年 3月 9日播种,4 月 20 日降雪,降温至-7 ℃ ~ -8
℃,4月 21日为-4 ℃,各品种处于二棱期-小花分
化期(皖麦 68 处于单棱期);2014 年 3 月 11 日播
种,5月 3日降雪、降温至-4 ℃ ~ -5 ℃,各品种多处
于小花分化期-雌雄蕊分化期(皖麦 68 处于二棱
期)(图 1、表 1).以降温前最后一次常规取样(2013
年 4月 18日和 2014年 4月 30日)所得数据为对照
( CK) ,降温后取样( 2013年4月22日、2014年5月
图 1  试验期间样地最低气温的变化
Fig.1   Minimum temperature change of sampling site during
March and May (2013-2014).
A: 3月 March; B: 4月 April; C: 5月 May. U: 上旬 Upper ten days;
M: 中旬 Middle ten days; L: 下旬 Late ten days.
0861 应  用  生  态  学  报                                      26卷
5日)数据为低温胁迫处理.分别选取与抗寒性紧密
相关的部分生理指标如叶片相对电导率、总叶绿素
含量、可溶性蛋白含量、可溶糖含量,取样、测定,应
用统计分析引进的小麦品种在穗分化阶段的抗寒性
差异,并对产量进行方差分析,最终对品种抗寒性进
行评价.
1􀆰 3  取样及测定方法
降温前后,在田间选取各处理生长发育一致的
代表性植株 10株,带回实验室,取其主茎展开叶,混
匀,作为生理指标测定的材料;设 3 次重复,取平均
值.并用实验室解剖镜观察低温胁迫时不同品种小
麦幼穗的分化进程.
1􀆰 3􀆰 1小麦电导率测定   采用张志良[15]的方法稍
加修正,计算细胞离子渗漏率.即取样结束,材料中
加入去离子水 16 mL,真空抽气 8 min,抽气 3 次,每
次间隔 2 min,然后震荡,混匀,静置 20 min,用 DDS⁃
11A电导仪(上海雷磁仪器厂生产)测电导率(C1),
沸水浴 30 min,自来水冷却 10 min,震荡,静置 1 h
后,测电导率(C2),计算相对离子渗漏率 = C1 / C2 ×
100%[9,15] .由于试验材料较多,测定时使用真空干
燥机抽气.
1􀆰 3􀆰 2叶绿素含量测定  采用 80%丙酮与无水乙醇
(V / V= 1︰1)混合浸泡法[14-15]测定小麦主茎叶片
的总叶绿素含量.
1􀆰 3􀆰 3可溶性蛋白质含量测定  采用考马斯亮蓝法
测定可溶性蛋白质含量[10,16-17] .用万分之一电子天
平称取 0. 200 g 新鲜小麦叶片,加入提取液 [ 0􀆰 1
mol·L-1 pH 6.8的 Tris⁃HCL缓冲液,聚乙烯吡咯烷
酮 10 g,甘油 125 mL] [10] 5.0 mL 在 -20 ℃提取 1
h,用 LC⁃4016型低速离心机(安徽中科中佳科学仪
器有限公司生产)4200 r·min-1离心 20 min,取上清
液,再加入提取液 3.0 mL,离心.以上步骤重复 3 次,
将上清液定容到 10 mL.移取一定体积的上清液,用
蒸馏水定容到 1.0 mL,加入 5.0 mL 考马斯亮蓝溶
液,用 SP⁃723型分光光度计(上海光谱仪器有限公
司生产)在 595 nm下测定其吸光值,重复 3次.
1􀆰 3􀆰 4可溶性糖含量测定  采用 725N 紫外可见分
光光度计及蒽酮比色法[15,17]测定可溶性总糖含量.
1􀆰 3􀆰 5 计算方法   仿照前人计算抗冻系数的方
法[7],结合本试验实际情况,使用改进的公式求出
抗寒系数:
抗寒系数=低温胁迫后测定值 /低温胁迫前测
定值×100% (1)
各综合指标隶属函数值的计算[7,14]:
表 1  各小麦品种的幼穗分化时间
Table 1  Date of young spike differentiation of different wheat cultivars
年份
Year
品种
Cultivar
单棱期
Single
ridge
stage
二棱期
Dingle
ridge
stage
护颖分化期
Glume
differentiation
stage
小花分化期
Floret
differentiation
stage
雌雄蕊分化期
Pistil & stamen
differentiation
stage
药隔期
Anther
differentiation
stage
2013 宁 2038 Ning 2038 04⁃01 04⁃15 04⁃25 - - -
皖麦 68 Wanmai 68 04⁃20 05⁃09 - - - -
宁麦 13 Ningmai 13 04⁃01 04⁃15 04⁃25 - - -
扬麦 13 Yangmai 13 03⁃30 04⁃14 04⁃23 - - -
渝麦 9 Yumai 9 04⁃02 04⁃13 04⁃20 04⁃22 - -
云麦 53 Yunmai 53 03⁃29 04⁃07 04⁃14 04⁃16 04.27 -
渝麦 10 Yumai 10 04⁃02 04⁃13 04⁃20 04⁃22 04⁃30 -
新春 30 Xinchun 30 03⁃29 04⁃09 04⁃15 04⁃17 04⁃26 -
云麦 42 Yunmai 42 03⁃29 04⁃07 04⁃14 04⁃16 04⁃27 -
扬麦 20 Yangmai 20 04⁃02 04⁃13 04⁃20 04⁃22 04⁃30 -
渝麦 12 Yumai 12 04⁃03 04⁃12 04⁃18 04⁃20 04⁃27 -
2014 宁 2038 Ning 2038 - - 04⁃24 04⁃26 05⁃04 05⁃12
皖麦 68 Wanmai 68 04⁃18 05⁃07 - - - -
宁麦 13 Ningmai 13 - - - 04⁃27 05⁃03 05⁃11
扬麦 13 Yangmai 13 - - - 04⁃26 05⁃02 05⁃13
渝麦 9 Yumai 9 - - - 04⁃23 04⁃29 05⁃10
云麦 53 Yunmai 53 - - - 04⁃17 04⁃27 05⁃10
渝麦 10 Yumai 10 - - - 04⁃21 04⁃29 05⁃12
新春 30 Xinchun 30 - - - - 04⁃25 05⁃09
云麦 42 Yunmai 42 - - - - 04⁃26 05⁃10
扬麦 20 Yangmai 20 - - - - 04⁃29 05⁃13
渝麦 12 Yumai 12 - - - - 04⁃26 05⁃13
∗2013⁃04⁃20和 2014⁃05⁃03为低温胁迫时间 Time of tow temperature stress was April 20, 2013 and May 3, 2014.
18616期                    徐  澜等: 冬麦春播小麦穗分化阶段对低温胁迫的响应及耐寒性           
    u(x j)= (x j-xmin) / (xmax-xmin)( j= 1,2,…,n) (2)
式中:x j为第 j个综合指标;xmax、xmin分别为各品种第
j个综合指标的最大值和最小值.
w j = p j /∑

j = 1
p j   ( j = 1,2…,n) (3)
式中:w j为第 j 个综合指标在所有综合指标中的权
重;p j为各小麦品种第 j个综合指标的贡献率.
D =∑

j = 1
[u(x j)× w j]  ( j = 1,2,…,n) (4)
式中,D值[7,13-14]为各小麦品种苗期低温条件下用
综合指标评价所得的抗寒性综合评价值.
1􀆰 3􀆰 6籽粒产量  于小麦成熟期小区收获、脱粒、自
然风干后测产,籽粒水分含量为 12.5%.
1􀆰 4  数据处理
运用 Microsoft Excel 2003 和 DPS 6.50 软件进
行数据处理、作图和统计分析,采用单因素 Duncan
新复极差法进行方差分析.
2  结果与分析
2􀆰 1  低温胁迫对小麦叶片离子渗漏率、叶绿素、可
溶性糖和可溶性蛋白含量的影响
2013、2014年的试验结果基本一致(图 2).在冬
图 2  低温胁迫对不同品种小麦穗分化阶段生理指标的影响
Fig.2  Effect of low temperature stress on physiological indices at spike differentiation stage of different wheat cultivars.
1) 宁 2038 Ning 2038; 2) 皖麦 68 Wanmai 68; 3) 宁麦 13 Ningmai 13; 4) 扬麦 13 Yangmai 13; 5) 渝麦 9号 Yumai 9; 6) 云麦 53 Yunmai 53;
7) 渝麦 10 Yumai 10; 8) 新春 30 Xinchun 30; 9) 云麦 42 Yunmai 42; 10) 扬麦 20 Yangmai 20; 11) 渝麦 12 Yumai 12. CK: 对照 Control; T: 处
理 Treatment. 不同小写字母表示差异达 0.05显著水平,不同大写字母表示差异达 0.01显著水平 Different small letters are significantly different at
P<0.05, different capital letters are significantly different at P<0.01.
2861 应  用  生  态  学  报                                      26卷
麦春播条件下,经历穗分化阶段低温胁迫后,不同品
种小麦叶片的相对电导率不同程度地升高,均显著
高于降温之前;云麦 53、皖麦 68 小麦叶片的相对电
导率在低温前后的变化幅度较大,2013、2014 年分
别为 174.2% ~ 159.8%、110.5% ~ 126.8%;扬麦 13、
渝麦 12 叶片的变化幅度较小,为 40.7% ~ 24􀆰 6%、
52.7%~38.2%,说明低温胁迫对这两个品种细胞膜
的破坏程度较小.
低温使不同品种小麦叶片的总叶绿素含量不同
程度地下降,大多品种低温胁迫前后差异显著.扬麦
13叶片总叶绿素含量下降幅度最小,2013、2014 年
分别为 17.6%、18.7%;且低温胁迫后其总叶绿素含
量最高,分别为 0.531、1.857 mg·g-1FM.
低温胁迫下,不同品种小麦叶片的可溶性蛋白
含量不同程度地上升,降温前后差异显著,品种间对
低温的响应一致.小麦叶片可溶性蛋白含量增长幅
度较大的品种是渝麦 9号、宁麦 13、皖麦 68,两年增
幅分别为 33.5% ~ 25.8%、32􀆰 8% ~ 25.4%、32􀆰 7% ~
25.4%.低温胁迫后可溶性蛋白含量较高的品种是扬
麦 13 和渝麦 12,分别为 16. 8 ~ 19. 8、15. 8 ~ 18􀆰 8
mg·g-1FM.
冬麦春播条件下,低温胁迫前不同品种小麦叶
片中可溶性糖含量各不相同,其中 2014 年扬麦 13
叶片中的可溶性糖含量最高(21.5 mg·g-1FM),皖
麦 68的可溶性糖含量最低(17.8 mg·g-1FM);遭遇
低温胁迫后,不同品种叶片的可溶性糖含量均有所
增加,差异极显著;但品种间增幅不一,渝麦 12、扬
麦 13增幅较大,分别达 285.0%~235􀆰 0%、265.6% ~
218.0%.
2􀆰 2  不同品种小麦叶片各项指标的抗寒系数分析
根据各生理指标的测定值,用式(1)求出各单
项指标的抗寒系数(表 2).从中可以看出,低温胁迫
下,不同品种小麦叶片的相对电导率、可溶性糖和可
溶性蛋白含量均有不同程度的升高,而总叶绿素含
量均下降.这与图 1 的结果一致.但各单项指标的变
化幅度不尽相同,品种间差异显著.因此,采用不同
单项指标的抗寒系数来评价其抗寒性具有局限性.
    由表 3可以看出,各指标之间存在着或大或小
的相关性,所表征的信息发生重叠.因此,不能直接
利用这些指标分析本次试验种的抗寒性.
2􀆰 3  主成分分析
利用 DPS 6.50 软件对各单项指标的抗寒系数
进行主成分分析(表 4),根据各向量的绝对值将不
同单项指标划分到不同的主成分中,前 3 个综合指
标的贡献率分别为 59.6% ~ 56.2%、19.9% ~ 25.4%、
14.8% ~13.6%,累积贡献率达94.3% ~95.2%,其余
表 2  不同品种小麦叶片各单项指标的抗寒系数
Table 2  Freezing resistant coefficient of each single index of leaves of different cultivars (%)
指标
Index
相对电导率
Relative electrical conductivity
2013 2014
叶绿素
Chlorophyll
2013 2014
可溶性糖
Soluble sugar
2013 2014
可溶性蛋白
Soluble protein
2013 2014
宁 2038 Ning 2038 274.3a 259.8a 73.3e 76.5d 322.5e 124.0b 130.6c 243.8c
皖麦 68 Wanmai 68 210.6c 226.8b 70.2g 80.0b 223.5k 125.4a 132.8a 199.4f
宁麦 13 Ningmai 13 174.7g 165.4f 68.5g 78.9bc 238.5j 125.5a 132.9a 204.1e
扬麦 13 Yangmai 13 140.7i 124.6h 82.3a 81.3a 365.5b 120.7c 125.4f 317.8b
渝麦 9 Yumai 9 183.2f 173.5e 80.5b 77.9c 243.6i 122.1c 133.5a 216.3e
云麦 53 Yunmai 53 230.7b 218.5b 71.4f 63.4g 268.5h 123.9b 130.3c 235.0d
渝麦 10 Yumai 10 188.0e 192.4d 75.4d 75.0e 304.3f 124.6b 131.5b 272.8ab
新春 30 Xinchun 30 127.8j 121.1h 71.8f 75.9de 345.7c 124.7b 131.7ab 300.4b
云麦 42 Yunmai 42 184.4f 174.6e 74.8d 80.1b 289.3g 122.9c 128.8d 253.5c
扬麦 20 Yangmai 20 209.1d 198.1c 69.7g 74.1f 339.5d 124.2b 130.9bc 288.2ab
渝麦 12 Yumai 12 152.7h 138.2g 78.8c 78.2c 385.1a 125.8a 127.5e 335.7a
数据后不同字母表示差异显著(P<0.05) Date followed by different letters meant significant difference at 0.05 level.
表 3  不同品种小麦叶片各单项指标的相关系数
Table 3  Correlation coefficients of each single index of different cultivars
相对电导率
Relative electrical conductivity
2013 2014
叶绿素
Chlorophyll
2013 2014
可溶性糖
Soluble sugar
2013 2014
叶绿素 Chlorophyll -0.384 -0.355
可溶性糖 Soluble sugar -0.353 -0.395 0.401 0.156
可溶性蛋白 Soluble protein 0.286 0.598 -0.558 -0.075 -0.733 -0.735
38616期                    徐  澜等: 冬麦春播小麦穗分化阶段对低温胁迫的响应及耐寒性           
表 4  不同品种小麦叶片性状主成分(综合指标)的特征向量及贡献率
Table 4  Eigenvectors and percentages of comprehensive index of different cultivars
指标
Index
相对电导率
Relative electrical
conductivity
叶绿素
Chlorophyll
可溶性糖
Soluble
sugar
可溶性蛋白
Soluble
protein
特征值
Eigenvalue
贡献率
Contribution
rate (%)
累计
Cumulative
(%)
CI1 2013 -0.389 0.490 0.539∗ -0.563∗ 2.386 59.6 59.6
2014 0.530 -0.255 0.582∗ -0.593∗ 2.247 56.2 56.2
CI2 2013 0.841∗ -0.154 0.335 -0.395 0.795 19.9 79.5
2014 0.237 -0.870∗ 0.289 -0.319 1.017 25.4 81.6
CI3 2013 0.343 0.810∗ -0.474 0.013 0.593 14.8 94.4
2014 0.721∗ 0.371 -0.549 -0.053 0.543 13.6 95.2
∗某指标在各因子中的最大绝对值 The biggest absolute value of each index in all factors.
表 5  不同品种小麦抗寒性的度量值(D值)排序
Table 5  Rank of the resistance of different cultivars to low temperature stress (D value)
品种
Cultivar
2013
D 位次
Rank
产量
Yield (kg·hm-2)
2014
D 位次
Rank
产量
Yield (kg·hm-2)
宁 2038 Ning 2038 0.368 6 4129.8c 0.397 5 4889.5bc
皖麦 68 Wanmai 68 0.420 4 4331.4c 0.508 3 4508.6c
宁麦 13 Ningmai 13 0.472 3 4835.2b 0.583 2 5174.6b
扬麦 13 Yangmai 13 0.666 1 5351.6a 0.659 1 5779.4a
渝麦 9 Yumai 9 0.385 5 4167.8c 0.312 8 4100.7d
云麦 53 Yunmai 53 0.2734 8 3266.7d 0.364 6 4417.1c
渝麦 10 Yumai 10 0.025 11 2798.4e 0.083 10 3319.2e
新春 30 Xinchun 30 0.329 7 4005.9cd 0.330 7 4300.9c
云麦 42 Yunmai 42 0.073 10 3109.2de 0.213 9 4393.6c
扬麦 20 Yangmai 20 0.236 9 3227.6d 0.069 11 3332.5e
渝麦 12 Yumai 12 0.493 2 5876.9a 0.495 4 5026.3b
品种抗寒性综合评价限于冬麦春播条件下品种间的相对耐、抗寒性评价 Comprehensive evaluation on cold resistance of cultivars suited to the rela⁃
tive resistance evaluation of cold resistance under spring seeding of winter wheat for different cultivars. 同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
Values within the same column followed by different small letters meant significant difference at 0.05 level.
可忽略不计.将原来的 4 项单项指标转换为 3 个新
的相互独立的综合指标 CI1、CI2、CI3 .其中,CI1中决
定指标是可溶性蛋白和可溶性糖含量,即主成分 1
相当于 2.386~ 2.247 个单项指标的作用,可反映原
始数据信息量的 59.6% ~ 56.2%,代表了“渗透调节
因子”(2013—2014);CI2中指标系数较高的是相对
电导率,即主成分 2 相当于 0.795 个单项指标的作
用,可单独说明整个原始数据标准差异的 19.9%,代
表了“膜系统影响因子” (2013);CI2中指标系数较
高的是叶绿素含量,即主成分 2 相当于 1.017 个单
项指标的作用,可单独说明整个原始数据标准差异
的 25.4%,代表了“光合性因子” (2014);决定第三
主成分大小的是叶绿素含量,可以反映原始数据信
息量的 14.8%,代表了“光合性因子” (2013); 决定
第三主成分大小的是相对电导率,可以反映原始数
据信息量的 13. 6%,代表了 “膜系统影响因子”
(2014).可见,渗透调节是本研究中小麦适应低温胁
迫的主要方式.
2􀆰 4  不同品种小麦的抗寒性
根据式(2)计算所有品种各综合指标的隶属函
数值,以式(3)计算各综合指标的权重[7,13],再据式
(4)求得 D值(表 5),即代表不同小麦品种在穗分
化阶段遭遇低温胁迫的抗寒性综合评价值.品种抗
寒性强于对照(宁 2038、新春 30)的依次为:扬麦
13、渝麦 12、宁麦 13、皖麦 68、渝麦 9.籽粒产量数据
方差分析同样表明,渝麦 12、扬麦 13、宁麦 13 产量
较高,且与其他品种间的差异显著 ( P < 0. 05)
(2013).2014年品种的抗寒性综合评价居前 4 位的
是:扬麦 13、宁麦 13、皖麦 68、渝麦 12;产量方差分
析表明,扬麦 13、宁麦 13、渝麦 12 显著(P<0.05)高
于其他品种.综合两年的品种抗寒性综合评价值与
籽粒产量状况,在忻定盆地冬麦春播条件下,扬麦
13、渝麦 12、宁麦 13小麦品种在穗分化阶段具有较
强的抗寒性.
3  讨    论
前人研究小麦抗寒性都是在人工控制低温条件
下进行[17-21] .本试验是在大田条件下针对冬麦春播
品种在穗分化阶段经历低温胁迫进行的研究.本研
究结果符合小麦生产的实际情况,对进一步研究混
4861 应  用  生  态  学  报                                      26卷
播区小麦耐、抗寒性有理论指导作用,对当地引种及
优良品种的生产应用也有实际参考价值.在忻定盆
地春播条件下,小麦穗分化阶段耐、抗寒性强的南引
品种为扬麦 13、渝麦 12、宁麦 13,其抗寒性与籽粒
产量有较高的一致性.
本试验观察到,低温胁迫对处于穗分化前、后期
植株形态所产生的影响不一.2013年遇低温时,穗分
化处于二棱期-小花分化期,2014 年时处于小花分
化期-雌雄蕊分化期,后者受低温胁迫的影响较重.
2014年各品种田间植株均可见不同程度的冷害表
现,部分叶片边缘发黄变枯,个别有红斑出现,局部
坏死;而 2013年叶片出现萎焉,个别品种有叶片下
垂披散现象.可见,穗分化不同阶段对低温的敏感程
度不同,对品种的引进与选育时需要对其发育特性
及栽培措施进行甄别.
研究表明,植物受到低温影响会使细胞的质膜
透性发生不同程度的外渗,致使电导率会有不同程
度的加大[9] .本试验研究结果与之一致.相对电导率
作为小麦抗寒的理化指标,有相对电导率绝对值和
相对值两种指标体系,本试验中相对值(如前后变
化幅度)能更好地反映品种的抗寒特性.在正常情况
下,细胞膜对物质具有选择透性能力.当植物受到逆
境影响时,细胞膜遭到破坏,膜透性增大,使细胞内
的电解质外渗,植物细胞浸提液的电导率增大.相对
电导率的增大是膜系统受到低温胁迫所做出的
响应.
叶绿素是植物进行光合作用的重要物质,在光
能转换成化学能的过程中起重要作用.本研究表明,
在低温胁迫下,不同品种叶片的总叶绿素含量均不
同程度地下降.低温胁迫对一些酶的活性产生影响,
如超氧化物歧化酶含量降低,无法保护叶绿素不受
自由基伤害,使叶绿素含量降低[22-23] .温度降低直
接导致光合作用过程中的一些酶活性降低,光合作
用受到影响,导致叶绿素含量降低.
研究表明,小麦苗期低温胁迫使叶片中游离脯
氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量明显高于对
照[17];拔节初期麦苗经-4 ℃低温胁迫后,功能叶的
可溶性糖含量是影响籽粒产量的主导因素[20] .可溶
性糖含量可用来衡量小麦抗寒性的强弱[17-19,24-25],
是细胞质中渗透调节的有机溶剂.低温胁迫下,植物
可溶性糖含量会提高,并在许多器官内积累.本研究
表明,低温胁迫后,不同小麦品种叶片的可溶性蛋白
含量均有不同程度的增加,原因是低温胁迫导致许
多新的冷响应蛋白质的合成[3,24] .本试验中低温胁
迫后,耐、抗寒性强的品种扬麦 13、渝麦 12 叶片中
能积累较多的可溶性糖,增强了细胞渗透调节能力,
具有较强忍受低温伤害的能力.其籽粒产量也显著
高于其他品种.
前人研究表明,半冬性小麦品种的耐寒性较强,
春性品种的耐寒性较弱[7,17] .本研究表明,原产地为
半冬性品种的皖麦 68 较原产地为春性品种的扬麦
13、渝麦 12和宁麦 13的抗寒性弱;在忻定盆地春播
条件下,春性品种的云麦 53、扬麦 20、云麦 42、渝麦
10的抗寒性较弱,其 D 值低于 CK1、CK2 .其原因需
要进一步研究.
4  结    论
冬麦春播条件下,在穗分化阶段遭遇田间低温
胁迫,渗透调节是小麦适应低温胁迫的主要方式.扬
麦 13、渝麦 12叶片的离子渗透率变化较小,低温胁
迫后可溶性糖含量较高,可溶性蛋白含量最高, 宁
麦 13的可溶性蛋白含量增幅最大.这 3 个品种均具
有较强的抗寒性,产量显著高于其他品种,可作为混
播区春麦引种的优选品种.
参考文献
[1]  Gao Z⁃Q (高志强), Miao G⁃Y (苗果园), Zhang G⁃H
(张国红). Analysis of growth, development and yield
compositions of winter wheat growing in original and
northern region. Scientia Agricultura Sinica (中国农业
科学), 2003, 36(1): 31-36 (in Chinese )
[2]  Gao Z⁃Q (高志强), Zhang G⁃H (张国红), Miao G⁃Y
(苗果园), et al. Relationship between vernalization
and freezing tolerance of different wheat varieties. Jour⁃
nal of Triticeae Crops (麦类作物学报), 2003, 23(1):
49-52 (in Chinese)
[3]  Wu D⁃B (吴东兵), Li J⁃H (李建华), Zhang W (张
文). The growth expression of transition⁃type wheat varie⁃
ties under early sown conditions of non⁃transitional zone
in China. Agricultural Meteorology (四川气象), 1997,
18(4): 4-9 (in Chinese)
[4]  Cao G⁃C (曹广才), Yu M⁃L (于美玲). The growth
expression of transition⁃type wheat varieties under early
sown conditions of non⁃transitional zone in China. Agri⁃
cultural Meteorology (中国农业气象), 1997, 18(4):
4-9 (in Chinese)
[5]  Zhao H (赵   鸿), Xiao G⁃J (肖国举),Wang R⁃Y
(王润元), et al. Impact of climate change on spring
wheat growth in semiarid rain feed region. Advances in
Earth Science (地球科学进展), 2007, 22(3): 322-
327(in Chinese)
[6]  Li J (李  军), Wang L⁃X (王立祥), Shao M⁃A (邵
明安), et al. Simulation of wheat potential productivity
on Loess Plateau region of China. Journal of Natural Re⁃
sources (自然资源学报), 2001, 16(2): 161-165 (in
Chinese)
[7]  Wang S⁃G (王树刚), Wang Z⁃L (王振林), Wang P
(王  平), et al. Evaluation of wheat freezing resistance
58616期                    徐  澜等: 冬麦春播小麦穗分化阶段对低温胁迫的响应及耐寒性           
based on the responses of the physiological indices to low
temperature stress. Acta Ecologica Sinica (生态学报),
2011, 31(4): 1064-1072 (in Chinese)
[8]  Liu W⁃P (刘文平), Guo M⁃P (郭慕萍), An W (安
炜), et al. Influence of climatic change on winter wheat
cropping system in Shanxi. Journal of Arid Land Re⁃
sources and Environment (干旱区资源与环境), 2009,
23(11): 88-93 (in Chinese)
[9]  Wang R (王  瑞), Ma F⁃M (马凤鸣), Li C⁃F (李彩
凤), et al. Effect of low temperature stress on proline,
malondialdehyde contents and electric conductivity of
maize seedling. Journal of Northeast Agricultural Univer⁃
sity (东北农业大学学报), 2008, 39(5): 20-23 ( in
Chinese)
[10]  Yi Y (衣  莹), Zhang Y⁃L (张玉龙), Guo Z⁃F (郭志
富), et al. Physiological responses of winter wheat’ s
leaves to low temperature stress. Acta Agriculturae Borea⁃
li⁃Sinica (华北农学报), 2013, 28(1): 144-148 ( in
Chinese)
[11]   Xu C⁃X (徐呈祥). Research progress on the mecha⁃
nism of improving plant cold hardiness. Acta Ecologica
Sinica (生态学报), 2012, 32(24): 7966-7980 ( in
Chinese)
[12]  Yoshida M, Abe J, Moriyama M, et al. Carbohydrate
levels among winter wheat cultivars varying in freezing
tolerance and snow mold resistance during autumn and
winter. Physiologia Plantarum, 1998, 103: 8-16
[13]  Meng Q⁃L (孟庆立), Guan Z⁃B (关周博), Feng B⁃L
(冯佰利), et al. Principal component analysis and
fuzzy clustering on drought⁃tolerance related traits of fox⁃
tail millet. Scientia Agricultura Sinica (中国农业科
学), 2009, 42(8): 2667-2675 (in Chinese)
[14]  Bai Z⁃Y (白志英), Li C⁃D (李存东), Song H⁃C (孙
红春), et al. Principal component analysis and compre⁃
hensive evaluation on physiological indices of drought re⁃
sistance in wheat substitution. Scientia Agricultura Sinica
(中国农业科学), 2008, 41(12): 4264 - 4272 ( in
Chinese)
[15]  Zhang Z⁃L (张志良). Handbook of Plant Physiology
Experiment. Beijing: Higher Education Press, 1990 (in
Chinese)
[16]  Baek K, Skinner DZ. Differential expression of manga⁃
nese superoxide dismutase sequence variants in near iso⁃
genic lines of wheat during cold acclimation. Plant Cell
Reports, 2006, 25: 223-230
[17]  Li C⁃Y (李春燕), Chen S⁃S (陈思思), Xu W (徐 
雯), et al. Effect of low temperature at seedling stage on
antioxidation enzymes and cytoplasmic osmoticum of
leaves in wheat cultivar Yangmai 16. Acta Agronomica
Sinica (作物学报), 2011, 37(12): 2293-2298 ( in
Chinese)
[18]  Suzuki M, Nass HG. Fructan in winter wheat, triticale,
and fall rye cultivars of varying cold hardiness. Canadian
Journal of Botany, 1988, 66: 1723-1728
[19]  Wang X⁃N (王晓楠), Fu L⁃S (付连双), Li Z⁃F (李
卓夫), et al. Effect of low temperature at seedling stage
on antioxidation enzymes and cytoplasmic osmoticum of
leaves in wheat cultivar Yangmai 16. Acta Agronomica
Sinica (作物学报), 2011,37(12): 2293- 2298 ( in
Chinese)
[20]  Wang S⁃G (王树刚), Wang Z⁃L (王振林), Wang P
(王  平), et al. Freeze resistance analysis of different
wheat cultivars based on the relationships between physio⁃
logical indices and grain yield. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2011, 22(6): 1477-1484
(in Chinese)
[21]  Xu W (徐  雯), Yang J (杨  景), Zheng M⁃M (郑明
明), et al. The effects of low temperature on morphologi⁃
cal and physiological characteristics of wheat plants and
prevention, Journal of Jinling Institute of Ttechnology
(金陵科技学院学报), 2013, 29(2): 62-68 (in Chi⁃
nese)
[22]  Yu Y (于  旸), Wang M⁃L (王铭伦), Zhang J (张
俊), et al. Study on the effects of sowing date on photo⁃
synthetic characteristics and yield of peanut. Journal of
Qingdao Agricultural University (Natural Science) (青
岛农业大学学报:自然科学版), 2011, 28(1): 16-
19 (in Chinese)
[23]  Xiao K (肖  凯), Gu J⁃T (谷俊涛), Zhang Y⁃X (张
荣铣), et al. Preliminary study on the photosynthetic
characteristics of hybrid wheat. Acta Agronomica Sinica
(作物学报), 1997, 23(4): 425-431 (in Chinese)
[24]  Cholaw B, Cubasch U, Lin YH, et al. The change of
North China climate in transient simulations using the
IPCC SRES A2 and B2 scenarios with a coupled atmos⁃
phere⁃ocean general circulation model. Advances in
Atmospheric Sciences, 2003, 20: 755-766
[25]  Iriki N, Kawakami A, Takata K, et al. Screening rela⁃
tives of wheat for snow mold resistance and freeing tole⁃
rance. Euphytica, 2001, 122: 335-341
作者简介  徐  澜,女,1975年生,博士研究生,副教授.主要
从事旱作栽培与农业生态研究. E⁃mail: 929138055@ qq.com
责任编辑  张凤丽
6861 应  用  生  态  学  报                                      26卷