CN112986311B - 小麦品种春季低温抗性鉴定方法 - Google Patents

小麦品种春季低温抗性鉴定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小麦品种春季低温抗性鉴定方法，旨在解决现有技术中无法判断不同品种小麦的抗冻性能的技术问题。本发明采用在小麦幼穗小凹期、柱头凸起期和柱头羽毛凸起期等三个发育时期进行低温处理，且处理温度包括在特定时期致使小麦冻害的起始温度、半致死温度和重度致灾温度，涵盖小麦不同的对低温敏感阶段，并选取生长发育过程中具代表性的性能指标以综合判定小麦抵抗低温春季低温冻害能力。本发明能够明确不同品种的小麦的抗春季低温冻害能力，为小麦春季低温冻害指标确定和检测预警提供了参考，为小麦品种的麦区划分界限和引种、选种、栽培种植提供了重要的基础和依据。

Description

小麦品种春季低温抗性鉴定方法
技术领域
本发明涉及小麦栽培技术领域，具体涉及一种小麦品种春季低温抗性鉴定方法。
背景技术
冬小麦是我国的主要粮食作物，与我国粮食安全息息相关。而河南省是我国粮食生产核心区之一，其冬小麦种植面积占耕地面积的70％以上，产量占全国小麦总产量的25％以上。因而河南省冬小麦的稳产和高产对于保障国家粮食安全至关重要。
小麦品种春季低温抗性是小麦生产应用中的一个重要性状，也是反映小麦生长发育特性，决定其适应性、稳产性的重要指标。抗性等级不同小麦抵抗低温的能力有很大差异。
小麦春季低温冻害是春季寒流引起的骤然降温对小麦造成的低温伤害，在黄淮小麦产区一般发生于3月中、下旬至4月中、下旬。小麦拔节后，抗寒性降低，一旦遭遇骤然降温，植株体温度下降到冻害发生临界温度以下时，细胞间隙的水分首先结冰，继而细胞内结冰，造成细胞脱水凝固而死。小麦拔节时，幼穗分化处于雌雄蕊分化到要隔形成期，小花正在发育形成，是影响穗粒数的关键时期，进而也是影响产量的主要时期。
近年来，全球极端气候事件发生趋于频繁，而包括河南省在内的黄淮冬小麦种植区的低温冻害发生频次也有所增加，危害程度有加重的趋势，对冬小麦稳产、高产造成重大威胁。譬如，2018年4月份在河南、山西、陕西、山东和安徽等地出现了强降温，气温降幅在15℃左右，有些地区的气温甚至低至零下。2018年河南省个别地区因春季低温冻害的发生冬小麦产量减产达70％以上，灾害严重地块甚至绝收。
由于春季低温冻害的天气因素，常规防治困难较大、成本较高，所以，选育、鉴定和利用低温抗性强的品种是防治小麦春季低温冻害最为经济有效的措施之一。而明确不同品种小麦的抗冻能力是冬小麦品种合理布局和冻害防御的重要前提和基础。
发明内容
本发明旨在提供一种小麦品种春季低温抗性鉴定方法，以期解决现有技术中无法判断不同品种小麦的抗冻性能的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种小麦品种春季低温抗性鉴定方法，包括以下步骤：
(1)将待鉴定品种于田间进行常规盆栽种植，分设试验处理组和对照组；
(2)越冬期调查试验处理组越冬茎数xwg和对照组越冬茎数xwg·ck，并以下式计算待鉴定品种越冬茎数的修正系数αwg：
(3)于低温处理前调查试验处理组茎数xtrfg和对照组茎数xtrfg·ck，并由下式计算待鉴定品种低温处理前茎数的修正系数αtrfg：
且以下式计算确定待鉴定品种低温处理修正茎数xtrfg·α：
(4)在试验组植株的幼穗分别进入对应小凹期、柱头凸起期和柱头羽毛凸起期时，分别取不重复的待处理盆栽样品移入低温室按如下设定重度致灾温度、半致死温度和冻害起始温度三种温度梯度处理：
小凹期分别于-10℃、-8℃、-6℃下移入不重复的盆栽样品；
柱头凸起期分别于-9℃、-7℃、-5℃下移入不重复的盆栽样品；
柱头羽毛凸起期分别于-8℃、-6℃、-4℃下移入不重复的盆栽样品；
各盆栽样品低温处理后移至田间，遮阳恢复处理48h，再回归正常栽培环境。
上述低温处理时期和处理温度的选择依据：小麦在过春化以后，其对低温的抵御能力逐渐降低，影响小麦对低温的抵御能力外界因素有土壤湿度、空气湿度、风速、以及土壤肥力和小麦自身健壮程度等等，但小麦幼穗发育时期是影响小麦对低温的抵御能力的最重要的因素，小麦幼穗发育时期不同，小麦对低温抵御能力差异很大，且小麦在小凹期春季低温冻害主要影响小麦后期群体要素，在柱头凸起期主要影响小麦后期群体要素和穗结实要素，在柱头羽毛凸起期则主要影响小麦穗结实要素和千粒重要素，这三个时期分别对应小麦不同的对春季低温冻害的应激特性，又小麦春季低温发生冻害的程度随温度不同有差异，不同冻害发生后小麦的冻害表征和生长恢复也会因自身抗性不尽相同，进行小麦春季低温抗性判定时应用不同温度水平低温处理后综合判定。试验中控制土壤湿度、空气湿度、风速、以及土壤肥力和小麦自身健壮程度等因素差异，在小麦幼穗发育在小凹期、柱头凸起期和柱头羽毛凸起期分别对小麦应用重度致灾温度、半致死温度和冻害起始温度三种温度梯度低温处理。
(5)于孕穗后期调查试验组经低温处理后存活茎数xsg(取各处理时期、各处理温度下的平均值)和对照组成穗茎数xsg·ck(取各处理时期、各处理温度下的平均值)，于抽穗期调查对照组的抽穗期成穗数xeg·ck；并由下式计算小麦单茎生长点(幼穗)冻死率XDR·i：
式④中，Xwep为基于越冬群体成穗率，且
(6)于小麦成株后测定经低温处理的试验处理组的株高xi·H(取平均值)和对照组的株高xck·H(取平均值)，并由下式计算待鉴定品种的株高变化率XHR·i：
(7)小麦收获后，测定试验处理组收获产量xi·Y和对照组收获产量xck·Y，并由下式计算待鉴定品种的产量变化率X YR·i：
(8)按下式计算小麦待鉴定品种的春季低温冻害程度LTS：
LTS＝(KDR*|XDR|+KHR*|XHR|+KYR*|XYR|)/100 ⑧
式⑧中，KDR取值0.45～0.55，KHR取值0.25～0.35，KYR取值0.15～0.25，且KDR+KHR+KYR＝1；优选的，KDR＝0.5，KHR＝0.3，KYR＝0.2。
小麦单茎生长点(幼穗)冻死率(DR)试验中统计数据和低温处理温度相关性明显，其值受低温胁迫直接影响，其它条件对其影响甚小，结合长期的生产实践经验，综合考虑赋权重比例为0.5左右；株高变化率(HR)和低温处理温度相关性明显，但其还受自然气候等条件影响，结合实践经验，综合考虑赋权重比例为0.3左右；产量变化率(YR)除受低温胁迫影响外，还受到自然气候条件和小麦自身群体、穗粒数和千粒重在受冻后生长恢复的影响，试验中产量变化率和低温处理温度相关性较弱，结合长期的实践经验，综合考虑赋权重比例为0.2左右。
在所述步骤(1)同时设置春季低温抗冻性指数参照品种周麦22，并按所述步骤(2)至(8)得到周麦22的春季低温冻害程度LTSzm，再按下式计算待鉴定小麦品种的春季低温抗冻害指数LTF：
式⑨中，LTSx为待鉴定品种春季低温冻害程度，LTSzm为春季低温抗冻性指数参照品种周麦22的春季低温冻害程度。
将待鉴定品种低温抗性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别，分别对应春季低温抗冻害指数LTF≤0.199、0.200～0.299、0.300～0.399和≥0.400，对应的低温抗性描述为强、较强、一般和较弱，如表1所示。
表1鉴定及评价标准
在所述步骤(4)中，确定小麦发育时期的方法为：于小麦返青后每5天取生长势一致的3株小麦，每株选取3个大分蘖剥取幼穗镜检观察幼穗发育时期。
在所述步骤(4)中，在进行低温处理时，先于0.5h内由室温逐步稳定至10℃，在于5.5h内由10℃逐步降至设定最低温度T℃，并维持4h后，再于2h内由T℃逐渐升至8℃后移至田间恢复生长。
在所述步骤(4)中，恢复期间以透光率为30～50％的遮阳网遮阳，以避免阳光直射麦株加重伤害。
在所述步骤(4)中，经低温处理的盆栽样品回归田间后，在大田环境温度低于5℃时进行保温处理。
放回原处生长的各试验盆栽于低温处理后5d定量浇水1000ml/盆，后期生长根据小麦试验管理要求防治病虫害和肥水管理。
在所述步骤(1)中，低温抗冻性指数参照品种一般可选择如周麦22等有代表性的具有一定推广应用面积，且对春季低温冻害具有一定抗性的品种。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：
1.本发明为小麦低温抗性品种的鉴定、检测提供一种新的方向，也为培育出的新品系进行抗寒性评价提供了依据。
2.本发明能够明确不同品种的小麦的抗春季低温冻害能力，为小麦春季低温冻害指标确定和检测预警提供了参考，为小麦品种的麦区划分界限和引种、选种、栽培种植提供了重要的基础和依据，为小麦大田生产和新品种的推广区域界定提供了技术支撑。
3.本发明采用在小麦幼穗小凹期、柱头凸起期和柱头羽毛凸起期等三个发育时期进行低温处理，涵盖小麦不同的对低温敏感阶段，来综合进行判定小麦抵抗低温春季低温冻害能力，比在单一时期进行判定更为准确。
4.本发明采用多个温度对小麦进行低温处理，处理温度包括在特定时期致使小麦冻害的起始温度、半致死温度和重度致灾温度，能全面激发小麦对低温的反映能力，比应用单一温度处理结果判定小麦对低温春季低温冻害的抵抗能力更加全面、准确。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例所涉及的试验方法：
小麦抗春季低温抗性鉴定采用盆栽控制试验(按照16万/亩基本苗标准播种，试验用盆内按照3-5-3种植3行，共11株，要求出苗整齐一致)，小麦种植在标准试验田，处理之前小麦在田间生长，处理时把盆和小麦运进低温室，处理后把小麦放回原处。每次处理品种内为3盆次重复。
以下实施例所涉及的试验材料：
试验用盆为PP排水管改造制成，制成后试验用盆直径φ为25cm，试验用盆高度H为35cm，下部边缘1cm处十字交叉固定铁丝和孔径0.8cm×0.8cmHPDE材质(聚乙烯)0.5cm厚度垫片。试验用盆内用土为耕层土壤，按照容重1.35g/cm3(本区域耕层土壤容重)称重装入盆内，回填土前试验用盆内面涂凡士林，回填土时要求上虚下实，还原土壤耕层和犁底层。
所涉及的田间管理：
播种-返青期按常规方法定苗、冬灌；返青-拔节期按常规方法除草、防治病虫草害，浇水；拔节-孕穗期按常规方法防治病虫害、准备试验、调查试验数据；孕穗-成熟期按常规方法防治病虫害、调查试验数据，收获。
低温处理温度：本发明所述低温处理温度系指小麦植株体所达到的温度，其与气象预报的气象温度不同，气象预报的温度为1.5米处百叶箱温度，为空气温度，气象温度对小麦的影响因受到空气湿度、风速以及小麦生长的环境等条件会产生不同的冻害结果，气象温度为产生小麦冻害的间接温度；以下试验中设定的试验温度为试验条件下小麦植株体达到的温度，植株体温度是小麦植株受胁迫的直接温度。
实施例一：小麦低温抗冻性指数参照品种周麦22春季低温冻害程度评测
(1)试验条件和试验材料
试验在商丘市梁园区双八镇商丘市农林科学院试验示范中心实施，试验为盆栽控制试验，试验用盆为盆内用土为耕层土壤，每盆按照容重1.39g/cm3称重回填，做到上虚下实，盆埋入地下，上部边缘和地面持平。由低温室提供低温处理环境，低温室面积60m2，室内温度由电脑程序控制，低温室温度范围30℃～-30℃，设定温度响应时间≤3min，低温室温控系统敏感度≤0.1℃，测温精度±0.2℃。低温室内部空间等高处温度均匀度≤1℃，风速1m/s～1.5m/s且均匀稳定，空间内部湿度可控，有光源补偿系统。试验材料为国审小麦品种周麦22(国审麦2007007)。
(2)试验设计
本试验在2018-2019年和2019-2020年两年度进行，其中在2018-2019年度处理3次，在2019-2020年度处理4次，试验品种种植于盆内，按照3-5-3种植，每盆种植11株，在2018-2019年度种植120盆次(30对照盆+90试验处理盆)，在2019-2020年度种植150盆(30对照盆+120试验处理盆)，用于小麦生长发育时期调查和抗春季低温品种筛选低温处理。
小麦发育时期调查为3月6日开始，5天剥穗观察调查一次，并记录小麦生长发育情况，在小麦幼穗发育时期进入小凹期(6.2-6.9)、柱头凸起期(9.2-9.9)和柱头羽毛凸起期(11.2-11.9)即对其进行低温处理；如表2所示，调查数据中数值的整数部分为小麦幼穗发育时期，小数部分为进入此发育时期的幼穗的小花数目。
表2小麦幼穗发育描述及对应大小
调查小麦分蘖情况并把小麦移进低温室处理，处理结束后把小麦移回原处，并于小麦生长后期调查抽穗结实和植株变化，收获后调查产量。
(3)试验结果
使用本发明内容中所述方法步骤，测得生长点(幼穗)冻死率(DR)、株高变化率(HR)和产量变化率(YR)按最佳实施方式计算得出周麦22冻害程度(LTS)，并对LTS不同年际间及重复间结果可重复性进行方差显著性分析，其结果见表3。
对2018-2019和2019-2020两年度七次重复试验生长点(幼穗)冻死率(DR)、株高变化率(HR)和产量变化率(YR)数据方差分析，数据方差齐性检测为相等(F＝0.191，df1＝6，df2＝14，P＝0.974)，七次重复试验数据间不存在显著差异(F＝0.371，df＝6，P＝0.886)，说明试验条件下重复间差异不大，试验数据稳定可信。
对2018-2019和2019-2020两年度冻害程度(LTS)数据分析，数据方差齐性检测为相等(F＝1.429，df1＝1，df2＝5，P＝0.286)，年度间试验数据间存在极显著差异(F＝52.002，df＝1，P＝0.001)，不同年份周麦22冻害程度(LTS)不同，说明在土壤肥力和管理水平一致的条件下小麦生长不同年份气候对LTS结果影响较大；因此，低温抗性鉴定时需要设置同水平种植管理条件下小麦鉴定品系和参照品种，相同年份间试验数据才具有可比性。
表3周麦22冻害程度(LTS)
实施例二：多品系小麦低温抗性鉴定验证试验
(1)试验条件和试验材料
试验条件同实施例1小麦低温抗冻性指数参照品种周麦22春季低温冻害程度测定，试验材料为2019-2020年国家小麦良种联合攻关组提供小麦品系，如表4所示。
表4小麦春季低温抗性鉴定品系
(2)试验方法和目的
试验使用本发明方法。试验目的为通过试验处理，以鉴定出参试小麦品系抗冻性。
(3)试验设计
试验设计按照本发明方法对小麦试验品系进行田间管理，数据调查和试验结果处理。
(4)试验结果
使用本发明方法步骤，测得各试验品种的生长点(幼穗)冻死率(DR)、株高变化率(HR)和产量变化率(YR)，并计算得到各参试小麦品种的抗春季低温冻害能力(LTF)，结果见表5。
表5 2019-2020年小麦抗性鉴定试验结果
对试验鉴定结果分析，2019-2020年102个小麦试验品系Ⅰ级有26个，占总试验品系个数25.49％，Ⅱ级有38个，占总试验品系个数37.25％，Ⅲ级有26个，占总试验品系个数25.49％，Ⅳ级有12个，占总试验品系个数11.77％。总体概算，大部分小麦对春季低温冻害具有较好的抗性(Ⅰ级+Ⅱ级，62.74％)，很小部分小麦对春季低温冻害抗性较差(Ⅳ级，11.77％)，剩余部分小麦对春季低温冻害的抗性一般，在一些春季气温较低的年份也较易出现冻害(Ⅲ级，25.49％，)试验鉴定结果符合当前小麦生产的实际状况。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者对相关方法步骤及试验材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种小麦品种春季低温抗性鉴定方法，包括以下步骤：
(1)将待鉴定品种于田间进行常规盆栽种植，分设试验处理组、对照组和发育时期调查取样组；
(2)越冬期调查试验处理组越冬茎数xwg和对照组越冬茎数xwg·ck，并以下式计算待鉴定品种越冬茎数的修正系数αwg：
(3)于低温处理前调查试验处理组茎数xtrfg和对照组茎数xtrfg·ck，并由下式计算待鉴定品种低温处理前茎数的修正系数αtrfg：
且以下式计算确定待鉴定品种低温处理修正茎数xtrfg·α：
(4)在试验组植株的幼穗分别进入对应小凹期、柱头凸起期和柱头羽毛凸起期时，分别取不重复的待处理盆栽样品移入低温室按如下设定重度致灾温度、半致死温度和冻害起始温度三种温度梯度处理：
小凹期分别于-10℃、-8℃、-6℃下移入不重复的盆栽样品；
柱头凸起期分别于-9℃、-7℃、-5℃下移入不重复的盆栽样品；
柱头羽毛凸起期分别于-8℃、-6℃、-4℃下移入不重复的盆栽样品；
各盆栽样品低温处理后移至田间，遮阳恢复40～50h，再回归原栽培环境；
(5)于孕穗后期调查试验处理组经低温处理后存活孕穗茎数xsg和对照组的孕穗茎数xsg·ck，于抽穗期调查对照组的抽穗期成穗数xeg·ck；并由下式计算小麦单茎生长点冻死率XDR·i.：
式④中，Xwep为基于越冬群体成穗率，且
(6)于小麦成株后测定试验处理组的株高xi·H和对照组的株高xck·H，并由下式计算待鉴定品种的株高变化率XHR·i：
(7)小麦收获后，测定试验处理组收获产量xi·Y和对照组收获产量xck·Y，并由下式计算待鉴定品种的产量变化率XYR·i：
(8)按下式计算小麦待鉴定品种的春季低温冻害程度LTS：
LTS＝(KDR*|XDR|+KHR*|XHR|+KYR*|XYR|)/100 ⑧
式⑧中，KDR取值0.45～0.55，KHR取值0.25～0.35，KYR取值0.15～0.25，且KDR+KHR+KYR＝1。
2.根据权利要求1所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，在所述步骤(1)中同时设置春季低温抗冻性指数参照品种周麦22，并按所述步骤(2)至(8)得到周麦22的春季低温冻害程度LTSzm，再按下式计算待鉴定小麦品种的春季低温抗冻性指数LTF：
式⑨中，LTSx为待鉴定品种春季低温冻害程度，LTSzm为春季低温抗冻性指数参照品种周麦22的春季低温冻害程度。
3.根据权利要求2所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，依据春季低温抗冻害指数≤0.199、0.200～0.299、0.300～0.399和≥0.400将待鉴定品种低温抗性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别，所对应的低温抗性描述为强、较强、一般和较弱。
4.根据权利要求1所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，测定小麦发育时期的方法为：
于小麦返青后每5天取生长势一致的3株小麦，每株选取3个大分蘖剥取幼穗镜检观察幼穗发育时期。
5.根据权利要求1所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，在进行低温处理时，先于0.5h内由室温逐步稳定至10℃，再于5.5h内由10℃逐步降至设定最低温度T℃，并维持4h后，再于2h内由T℃逐渐升至8℃后移至田间恢复生长。
6.根据权利要求1所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，恢复期间以透光率为30～50％的遮阳网遮阳，以避免阳光直射麦株加重伤害。
7.根据权利要求1所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，经低温处理的盆栽样品回归田间后，在大田环境温度低于5℃时进行保温处理。
8.根据权利要求1所述的小麦品种春季低温抗性鉴定方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，放回原处的各盆栽于低温处理后5d定量浇水1000ml/盆。
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