利用智能温室鉴定小麦灌浆期耐热性

时间：2024-05-25

隋新霞，刘学俊，樊庆琦，崔德周，李永波，黄琛，黄承彦，楚秀生

（1.山东省农业科学院作物研究所／农业部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室／小麦玉米国家工程实验室，山东济南 250100；2.山东农业工程学院，山东济南 250100）

小麦是我国重要的粮食作物，性喜凉，灌浆期的适宜温度为18～22℃，上限温度为26～28℃，日均气温30℃以上就会造成一定程度的高温胁迫［1］。随着全球气候变暖，黄淮麦区小麦灌浆后期常常出现30～35℃的高温天气，影响籽粒灌浆，造成千粒重下降、产量降低，减产幅度可达10%～30%，给小麦生产带来严重危害［2-9］。

小麦不同品种灌浆期的耐高温能力不同，建立合理有效的小麦灌浆期耐热鉴定技术体系，并用其对育成小麦品种（系）及种质资源进行耐热性鉴定，是培育耐热小麦新品种的重要基础［10-15］。由于大田鉴定小麦耐热性易受周围环境及气候因素的影响，目前最常见的小麦灌浆期耐热性鉴定方法是在田间搭建人工增温棚模拟高温环境：如陈希勇等［16］通过塑料大棚人工升温的办法模拟高温胁迫环境，认为可以采用千粒重或穗粒重热感指数和几何平均产量两个指标相结合来鉴定和评价小麦品种的耐热性；李世平等［17］通过搭建日光温室研究小麦灌浆期的耐热性，认为千粒重耐热指数是最直接的评价指标，生理性状指标则是耐热性鉴定的间接辅助指标，这与许为钢等［12］的观点一致。

本研究利用温度、光照、湿度等因素可精准控制的智能温室，通过设置室内高温条件模拟大田高温胁迫环境，对20个黄淮麦区小麦品种（系）灌浆期耐热性进行鉴定评价，以期为培育耐热小麦新品种（系）、筛选耐热小麦种质资源以及研究小麦耐热机理等提供强有力的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用21个黄淮麦区主栽或新育成小麦品种（系）作为试验材料，其系谱和来源见表1。其中济麦22和洲元9369分别作为热敏感对照和耐热对照［10，18］。

表1 供试小麦品种（系）的系谱和来源

1.2 试验方法

试验分别于2013、2014、2016年在山东省农业科学院作物研究所智能温室内进行。小麦种子浸泡24 h，露白后于4℃春化处理40 d；然后种于直径230 mm的花盆中，每盆4株，每个材料种10盆，置于控温、控光、控湿的智能温室中生长发育。营养生长阶段设置智能温室昼夜温度为20℃／16℃，昼夜时长为16 h／8 h；开花后将昼夜温度调整为25℃／16℃，昼夜时长不变。开花后15 d时，将每个材料分为高温胁迫组和未胁迫对照组进行试验。

在2013年智能温室高温胁迫试验中，三间温室分别设昼夜温度为35℃／20℃、37℃／20℃和39℃／20℃，以便判定最适宜的高温胁迫温度；其它年份的高温胁迫试验中，以确定的最适宜昼夜温度进行高温胁迫处理，昼夜时长不变，直至小麦发育成熟；对照组的昼夜温度仍为25℃／16℃，昼夜时长不变，直至小麦发育成熟。在小麦整个生长发育期间，保证盆土水分正常，注意防治白粉病、蚜虫等小麦病虫害。记载每个小麦品种（系）的单株开花期和成熟期，计算灌浆持续期，并在成熟后脱粒，考察每个小麦单株的主穗粒重、粒数等性状。

1.3 热感指数（S）计算

2 结果与分析

2.1 智能温室高温胁迫最适温度筛选

耐热鉴定结果（表2）表明，在小麦灌浆期进行高温胁迫，其主穗粒重、单株粒重、千粒重和灌浆持续期均显著减少（P＜0.01），可作为鉴定小麦灌浆期耐热性的候选指标。三个高温胁迫处理间，除39℃处理的千粒重显著低于35℃和37℃处理外，其余指标三者间均无显著差异。因此，综合考虑智能温室节能以及山东省大田小麦灌浆期的实际高温条件等因素，35℃是智能温室内鉴定小麦灌浆期耐热性较为适宜的高温胁迫温度。

表2 2013年智能温室不同温度处理对小麦农艺性状的影响

2.2 不同耐热指标比较

为了验证智能温室小麦耐热鉴定指标的稳定性，分别在2013、2014连续两年对12个小麦品种（系）进行智能温室35℃高温胁迫处理试验，通过对小麦主穗粒重、单株粒重、千粒重和灌浆持续期热感指数的比较分析发现（表3），主穗粒重热感指数的稳定性较好，两年数据相关系数达0.67，其它指标两年热感指数的相关系数相对较低，因此选取主穗粒重作为小麦灌浆期耐热性判定的主要指标，其它指标作为辅助判定指标。根据小麦主穗粒重热感指数结合其它辅助指标，判定小麦品种郑麦7698、烟农19和济麦23具有较好的灌浆期耐热性。

表3 2013年和2014年智能温室不同小麦品种（系）的热感指数

挂牌标记每个小麦品种（系）主茎穗的开花日期，使每个材料接受高温胁迫的时期完全相同，由此获得的主穗粒重最能客观反映小麦品种（系）受高温胁迫影响的程度，因此是智能温室判定小麦品种（系）灌浆期耐热性的主要指标。但不同小麦品种（系）的分蘖发育快慢不同，而高温热胁迫均是在主穗开花后15 d时进行，因此单株粒重和由单株粒重与粒数折算的千粒重不能准确反映小麦品种（系）的耐热性，仅能作为耐热性判定的参考指标。灌浆持续期是通过目测各个小麦品种（系）籽粒的成熟程度来确定籽粒灌浆的终止时间，在判断上会产生一定的偏差，因此该指标仅可作为耐热性判定的参考指标。

2.3 不同小麦品种（系）灌浆期耐热性鉴定

2016年，利用本研究建立的智能温室小麦耐热性鉴定方法对黄淮麦区11个主推小麦品种进行灌浆期耐热性鉴定。以主穗粒重热感指数为主要耐热指标，同时综合考虑单株粒重、千粒重和灌浆持续期的热感指数，判定小麦品种安农0711和淮麦33具有较好的灌浆期耐热性（表4）。

表4 2016年智能温室黄淮麦区小麦品种各性状的热感指数

3 讨论

随着全球异常气候条件频发，黄淮麦区小麦灌浆期出现高温、干热风的天气越来越多，因此培育灌浆期耐热性好的小麦品种，是实现小麦高产稳产的重要基础。研究表明，小麦品种的耐热性由多个基因控制，而且受环境变化影响较大，因此准确鉴定小麦的耐热特性，对于利用耐热小麦种质资源和培育耐热性好的小麦新品种（系）至关重要。

3.1 小麦耐热鉴定指标的确定

适宜的鉴定方法以及合理有效的评价指标是准确鉴定小麦耐热性的重要基础。多数耐热性研究都以计算小麦热感指数为基础来判断小麦品种（系）的耐热性，认为热感指数小于1为耐热品种，大于1则为不耐热品种。韩利明等［18］研究指出，以热感指数是否小于1来划分品种耐热性的方法不尽合理，因为其所反映的是该品种在所参试品种中的相对表现。本研究结果也显示，同一个小麦品种在不同的鉴定群体中，计算的热感指数不同，对同一个小麦品种可能会有不同的判定结果。因此，本研究认为在进行小麦耐热性鉴定时应设置耐热品种和热敏感品种为对照，在判断小麦品种（系）的耐热性时，依据所在群体的热感指数与对照品种热感指数进行比较，若热感指数＜1，则判定该品种为耐热品种，且与耐热品种相比，其热感指数值越小耐热性越强；若热感指数≥1，则判定为不耐热品种，且与热敏感品种相比，其热感指数值越大耐热性越差。

3.2 智能温室小麦耐热性鉴定方法的优缺点

当前鉴定冬小麦灌浆期耐热性主要是通过田间搭建增温棚提高棚内温度来对小麦材料进行热胁迫，进而判断小麦品种（系）的耐热性。研究表明，在小麦灌浆期搭建大田增温棚，可使棚内温度比环境温度提高5～10℃，能对棚内小麦起到一定的热胁迫作用。但该方法受周围环境及气候因素如播种质量、出苗情况以及光照、湿度等因素的影响较大，导致所获数据的重复性差，对小麦品种耐热性判定不够准确［19-21］。而利用智能温室鉴定小麦品种（系）的耐热性，则不受小麦生长季节的限制以及环境气候条件的影响，一年可进行多次鉴定，克服了田间鉴定易受小麦生长季节以及环境气候等不可控因素影响的缺点；更重要的是，智能温室能够对温度、光照、湿度等条件进行精准控制，所获得的数据准确可靠，对小麦品种耐热性划分更加精准。