CN108770614A - 一种小麦耐热性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小麦耐热性评价方法，包括大田种植，搭棚高温处理，植株形态观察记录，冠层的叶绿素含量测定，籽粒硬度和直径测试，小麦籽粒的灌浆速率的测定，耐热性评价等步骤。高温处理后冠层叶绿素含量下降显著，耐热性差；高温处理后冠层叶绿素含量下降不显著，耐热性好。本发明利用冠层（旗叶、穗下节间、穗以及旗叶鞘）叶绿素含量为耐热性指标，为小麦抗逆稳产栽培技术及其品种选育提供理论基础。
Description
技术领域
本发明涉及小麦抗逆生理领域，具体涉及一种小麦耐热性评价方法。
背景技术
小麦是全世界分布范围最广，种植面积最大，总产量最高的粮食作物。小麦也是我国第三大粮食作物，其产量的丰欠直接影响人民生活水平和国家粮食安全。在小麦250天左右的生育期里，非生物胁迫是造成小麦产量降低的主要原因，其中高温胁迫，尤其是生育后期的高温严重影响小麦产量和品质。小麦开花后经常遭遇32℃以上的高温，此时正是小麦产量和品质形成的关键时期。高温胁迫使小麦光合能力下降，植株老化加速，灌浆时间缩短，粒重大大降低。高温条件也是诱发干热风的主要因素之一。在我国的黄淮海小麦主产区，干热风天气在小麦灌浆的初期、中期以及后期均经常出现，严重影响小麦的产量和品质。有报道指出，到2100年全球平均温度较1980年～2000年间的平均温度将增加1.8℃-4.0℃。在全球环境温度不断增高的背景下，小麦灌浆期遭遇高温胁迫的频率也将呈上升趋势，高温胁迫对小麦的直接危害也将变得日益明显与突出。虽然前人关于高温胁迫对小麦产量的影响研究较多，但是不同耐热性小麦品种形态和产量对高温的响应的差异研究甚少。
前人研究小麦对高温胁迫的反应，并进行耐热性筛选与评价，采取了很多研究方法，如高温胁迫后小麦叶绿素荧光变化、细胞膜透性变化、冠层温度变化等生理生化指标；依据千粒重和容重计算的热感指数或热害指数；根据小麦旗叶功能期和千粒重计算出干热风抗逆指数和抗逆系数等。然而许多研究者在进行小麦耐热性筛选与评价时只重视耐热性而忽视产量，或者由于试验方法仅限于实验室测定等，目前尚没有统一的、简单易行的评价小麦耐热性指标方法。
因此，有必要兼顾小麦品种耐热性与丰产性，提供简单易行的科学鉴定与评价方法，保障小麦抗逆稳产丰产性。
发明内容
本发明的目的就在于兼顾小麦品种耐热性与丰产性，提供一种简单易行的耐热评价方法 。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供了一种小麦耐热性评价方法，包括以下步骤：
Step1.大田种植，搭棚高温处理
大田种植测试的小麦品种；采取田间搭棚的方法进行高温处理，以不搭棚的大田小区作为对照；田间自动气象站记录对照温度；高温处理时期为开花后12-14天，即小麦灌浆的初期搭建塑料大棚，在每个小区冠层上方50cm处均匀悬挂三个温度计，每日8:00-20:00每2个小时调查记录小区温度；大棚两侧上部对称预留若干30cm×30cm的小窗口，以保证棚内良好的通风状态；肥水管理同正常大田；每个小区分为两部分，一部分材料用作数据测定和取样分析，另一部分成熟时测产；
Step2.植株形态观察记录
高温处理结束后观察并记录处理与对照叶片、穗部、穗下节间的形状与颜色变化；
Step3.冠层的叶绿素含量测定
称取旗叶、穗下节间、基部第三小穗以及旗叶鞘0.5 g左右，放入1：1的无水乙醇和丙酮混合提取液中，常温、黑暗条件下充分提取超过24 h，于 663、645和470 nm处测定吸光值，叶绿素含量按照Arnon的公式计算；
Step4.耐热性评价标准
高温处理后冠层叶绿素含量下降显著，耐热性差；
高温处理后冠层叶绿素含量下降不显著，耐热性好。
优选的，Step4.中所述冠层为旗叶、穗下节间、穗、旗叶鞘或以上所有光合器官中两个以上的组合。
本发明提供的小麦耐热性评价方法可以在小麦抗逆稳产栽培技术中的应用。
发明提供的小麦耐热性评价方法可以在小麦耐热品种选育中的应用。
有益效果在于：本发明采用耐热性不同的小麦品种（系）为研究对象，通过灌浆初期进行高温处理，揭示高温对不同耐热性小麦形态和产量形成的影响及其生理基础，利用冠层（旗叶、穗下节间、基部第三小穗以及旗叶鞘）叶绿素含量为耐热性指标，为小麦抗逆稳产栽培技术及其品种选育提供理论基础。
附图说明
图1是高温胁迫对不同品种冬小麦植株形态的影响。
具体实施方式
实施例1
No.1. 材料与方法
No.1.1 试验设计
试验于2011- 2013年年在山东省农业科学院济南试验田进行。供试材料为济麦22（JM22） 和056852品系 （056852） （山东省农业科学院作物研究所选育）、新麦26（XM26，河南省新乡市农业科学院选育）和藁城8901（GC8901，河北省藁城市农业科学研究所选育）。采取田间搭棚的方法进行高温处理(Str)，以不搭棚的大田小区作为对照(CK)，田间自动气象站（CM10l Campbell Scientific, Lo.gan, UT, USA）记录对照温度。高温处理时期为开花后12-14天，即小麦灌浆的初期搭建塑料大棚，大棚采用刷白漆铁骨架作构架，塑料薄膜的厚度为70 μm，透光率为92.7%，在每个小区冠层上方50cm处均匀悬挂三个温度计，每日8:00-20:00每2个小时调查记录小区温度。
表1 2012年搭棚期间试验田与高温棚内温度表
表2 2013年搭棚期间试验田与高温棚内温度表
大棚两侧上部对称预留若干30cm×30cm的小窗口，以保证棚内良好的通风状态。高温处理期间，处理与对照田的温度如表1和表2所示，2012年和2013年三天的平均气温差分别是：10.48℃、9.71℃、9.84℃和10.65℃、8.99℃、9.96℃。小区面积1.5 m×9 m，基本苗11万，行距25cm。完全随机排列，三次重复。肥水管理同正常大田。每个小区分为两部分，一部分材料用作数据测定和取样分析，另一部分成熟时测产。
No.1.2 测定项目与方法
No.1.2.1 植株形态观察记录
高温处理结束后观察并记录处理与对照叶片、穗部、穗下节间的形状与颜色变化。
No.1.2.2 叶片和穗部的叶绿素含量测定
称旗叶、穗下节间、基部第三小穗以及旗叶鞘各0.5 g左右，放入1：1的无水乙醇和丙酮混合提取液中，常温、黑暗条件下充分提取超过24 h，于 663、645和470 nm处测定吸光值，叶绿素含量按照Arnon（1949）的公式计算。
No.1.2.3 归一化植被指数（NDVI）值测定
处理结束后三天采用GreenSeeker手持式光谱仪（美国NTech 公司）测定NDVI 值，传感器与冬小麦冠层保持平行, 距离地面高度60 cm, 顺麦垄方向采集NDVI 值获取3组数据。每小区固定3组测定区域。
No.1.2.4 籽粒硬度和直径测试
采用4100型单籽粒硬度仪（瑞典PERTEN公司）测定。每个处理测定300个籽粒，取平均值，样品的籽粒硬度用平均硬度指数表示。籽粒直径用游标卡尺取最宽处测定，每个处理测定50个籽粒，取平均值。
No.1.2.5 小麦籽粒的灌浆速率的测定
开花期取开花一致的小麦单茎标记，开花至成熟期每隔5天取标记的小穗5穗，105℃杀青10 min， 70 ℃烘至恒重，称籽粒重，用于籽粒灌浆速率的测定。籽粒的增重动态参照李世清（2003）的方法，用三次多项方程式y=c+b1t+b2t2+ b3 t3进行模拟，其中b1、b2、b3是根据品种不同的确定常数，y代表粒重，t代表花后天数。并推导出当t =-b2/3b 3最大灌浆速率Vmax= b1-b2 2/3b3，最大灌浆速率持续期dVmax= -2（b2 2-3b3b1）1/2 /3b3。
No.1.3 数据分析
因2011-2013两年度的试验结果趋势基本一致。采用SPSS19.0（Statistical Packagefor the Social Science）软件对试验数据进行方差分析和多重比较（LSD法），用SigmaPlot 10.0软件作图。
No.2. 结果与分析
No.2.1 高温胁迫对不同小麦品种植株形态的影响
图1是高温胁迫对不同品种冬小麦植株形态的影响。
No.2.2 灌浆初期高温对不同品种小麦冠层叶绿素含量的影响
高温胁迫后所有品种的小麦冠层叶绿素含量下降（表3）。冠层各光合器官比较发现，穗部的叶绿素含量受高温胁迫的影响变化最大，XM26和GC8901穗部光合色素分别下降12.10%和10.73%，JM22和056852下降5.29%和1.95%；穗下节间的光合色素含量下降最小，变化最大的XM26和GC8901下降5.65%和7.18%，JM22和056852变化较小，分别为0.61%和3.13%；旗叶和旗叶鞘的光合色素含量变化居于穗部和穗下节间之间。品种间相比，以056852叶片、穗部、穗下节间、旗叶鞘处理与对照之间变化最小，只有旗叶鞘处理对照差异显著，其他冠层光合器官处理与对照差异不显著。XM26和GC8901冠层各光合器官处理与对照的差异均达显著，并且其变化也是所有品种中变化较大的。JM22冠层各光合器官处理的光合色素与对照相比无显著性差异。
表3 高温胁迫后冠层不同光合器官叶绿素下降百分比
No.2.3 灌浆初期高温胁迫对不同小麦品种归一化植被指数的影响
灌浆初期连续三天的高温胁迫降低了小麦的归一化植被指数（表4），但是不同品种影响程度不同。其中，XM26和GC8901归一化植被指数较对照降低差异显著，分别较对照降低9.66%和10.28%，而JM22和056852品系分别下降4.45%和2.53%，处理与对照无显著差异。随着生育进程的推进，至5月29日灌浆末期时，处理与对照的差异变得极显著，而且XM26和GC8901着两个品种处理与对照的NDVI值显著低于JM22和056852品系，至6月2日收获前时这种现象更加明显。这是由于自5月下旬以来环境温度越来越高，加速了不耐热品种的早衰，耐热性较差的品种的对照也由于外界环境温度升高而趋于成熟，使得处理与对照差异不显著。
表4 高温胁迫后群体NDVI值变化
No.2.4 高温胁迫对不同耐热性小麦籽粒产量的影响
表5 高温胁迫对不同耐热品种千粒重和产量的影响
注：表中数据为三次重复的平均值。大小写字母分别表示差异显著（p < 0.05）和极显著（p < 0.01）
灌浆初期高温胁迫显著降低了小麦的千粒重，从而造成了产量的降低（如表5）。与对照相比， XM26和GC8901籽粒产量受高温胁迫分别减产11.43%和10.05%，差异极显著。而JM22和056852品系减产的幅度小，分别为6.41%和6.93%，差异显著。
No.3 结论
前人研究表明，千粒重可以作为耐热筛选的简易指标。而作为作物耐热评价指标的热感指数, 也是从粒重和产量的热胁迫表现来反映作物对热胁迫的敏感性的。本试验发现，灌浆初期连续3天的高温处理，通过使四个参试品种JM22、056852、XM26和GC8901籽粒灌浆特性改变而使粒重和产量发生改变。，JM22和056852灌浆持续期比对照分别减少1.4天和0.8天，XM26和GC8901分别减少2.4天和3.0天。籽粒灌浆快增期的灌浆速率降低，XM26和GC8901受热胁迫影响的时间早于JM22和056852。JM22、056852 、GC8901和XM26最大灌浆速率分别下降29.41%、35.29%下、5.56%和10.53%。粒重降低与籽粒形态变化相吻合。高温胁迫后灌浆物质充实度下降导致籽粒饱满度下降，籽粒直径减少，硬度指数升高。因此可以确定JM22和056852为耐热品种，XM26和GC8901为不耐热品种。
本研究发现，灌浆期高温胁迫后不同耐热小麦植株冠层黄化失绿，冠层叶和非叶光合器官的叶绿素含量降低。品种间比较发现，GC8901和XM26冠层叶和非叶叶绿素含量下降大于JM22和056852。归一化植被指数可以无损快速的估算作物冠层叶绿素含量，本试验中高温胁迫后小麦群体的归一化植被指数降低，证实了冠层叶绿素含量降低，叶面积指数减少。高温胁迫后JM22和056852品系植被指数下降，但差异不显著，而XM26和GC8901处理与对照归一化植被指数差异显著。
本研究结果表明，植株冠层叶绿素含量可以作为小麦耐热性筛选的评价指标。在进行耐热性评价时，应综合考虑品种（系）耐热性与丰产性，本研究中XM26和GC8901耐热性较差，产量也较低；056852品系虽然耐热性较好，但是产量一般；JM22耐热性较好，产量表现也最好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (4)
1. 一种小麦耐热性评价方法，包括以下步骤：
Step1.大田种植，搭棚高温处理
大田种植测试的小麦品种；采取田间搭棚的方法进行高温处理，以不搭棚的大田小区作为对照；田间自动气象站记录对照温度；高温处理时期为开花后12-14天，即小麦灌浆的初期搭建塑料大棚，在每个小区冠层上方50cm处均匀悬挂三个温度计，每日8:00-20:00每2个小时调查记录小区温度；大棚两侧上部对称预留若干30cm×30cm的小窗口，以保证棚内良好的通风状态；肥水管理同正常大田；每个小区分为两部分，一部分材料用作数据测定和取样分析，另一部分成熟时测产；
Step2.植株形态观察记录
高温处理结束后观察并记录处理与对照叶片、穗部、穗下节间的形状与颜色变化；
Step3.冠层的叶绿素含量测定
称取旗叶、穗下节间、基部第三小穗以及旗叶鞘0.5 g左右，放入1：1的无水乙醇和丙酮混合提取液中，常温、黑暗条件下充分提取超过24 h，于 663、645和470 nm处测定吸光值，叶绿素含量按照Arnon的公式计算；
Step4.耐热性评价标准
高温处理后冠层叶绿素含量下降显著，耐热性差；
高温处理后冠层叶绿素含量下降不显著，耐热性好。
2.根据权利要求1所述的一种小麦耐热性评价方法，其特征在于：Step4.中所述冠层为旗叶、穗下节间、穗、旗叶鞘或以上所有光合器官中两个以上的组合。
3.根据权利要求2所述的一种小麦耐热性评价方法，其特征在于：所述小麦耐热性评价方法在小麦抗逆稳产栽培技术中的应用。
4.根据权利要求2所述的一种小麦耐热性评价方法，其特征在于：所述小麦耐热性评价方法在小麦耐热品种选育中的应用。
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