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作物杂志,2022, 第1期: 154–160 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.01.023

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

基于叶绿素荧光的小麦越冬期冻害评价

杨程(), 杜思梦, 张德奇, 时艳华, 李向东(), 邵运辉, 方保停, 王汉芳   

  1. 河南省农业科学院小麦研究所/小麦国家工程实验室/农业农村部黄淮中部小麦生物学与遗传育种重点实验室/农业农村部中原地区作物栽培科学观测实验站/河南省小麦生物学重点实验室,450000,河南郑州
  • 收稿日期:2021-01-13 修回日期:2021-05-07 出版日期:2022-02-15 发布日期:2022-02-16
  • 通讯作者: 李向东
  • 作者简介:杨程,主要从事作物逆境生理与光合作用研究,E-mail： luckytiger.com@163.com
  • 基金资助:
    河南省农业科学院优秀青年科技基金;国家自然科学基金(31601242)

Evaluation of Wheat Freezing Damage during Overwintering Period Based on Chlorophyll Fluorescence

Yang Cheng(), Du Simeng, Zhang Deqi, Shi Yanhua, Li Xiangdong(), Shao Yunhui, Fang Baoting, Wang Hanfang   

  1. Wheat Research Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences/National Laboratory of Wheat Engineering/Key Laboratory of Wheat Biology and Genetic Breeding in Central Huang-Huai Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Scientific Observing and Experimental Station of Crop Cultivation in Central Plains, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Henan Provincial Key Laboratory of Wheat Biology, Zhengzhou 450000, Henan, China
  • Received:2021-01-13 Revised:2021-05-07 Online:2022-02-15 Published:2022-02-16
  • Contact: Li Xiangdong

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3

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208

摘要：

低温冻害是小麦生产中常见的自然灾害,目前小麦低温抗性的无损评价方法还非常有限。快速叶绿素荧光诱导动力学曲线包含了丰富的光合作用相关信息,是研究植物逆境胁迫的常用方法。通过筛选合适的叶绿素荧光参数来评价小麦的抗寒性,为小麦抗寒机理、越冬期管理和抗寒育种提供技术支持。通过调查越冬期冻害发生年份34个常用的叶绿素荧光诱导动力学参数与33个小麦品种冻害程度的相关性,筛选出与小麦冻害发生程度呈显著正相关的指标TRo/CSm,相关系数达到了0.636,相关性大于前人所用叶绿素荧光指标Fv/Fm。表明叶绿素荧光参数TRo/CSm可以用来评价小麦的抗寒性,该结果为冬小麦越冬期管理和抗寒育种提供了有力支持。

关键词: 小麦, 低温冻害, 抗寒性, 叶绿素荧光

Abstract:

Freezing damage is a common natural disaster in wheat production. At present, the methods for non-destructive evaluation of freezing damage of wheat are still very limited. Rapid chlorophyll fluorescence induction kinetics curve contains abundant information about photosynthesis, which is a common method to study environment stress. By screening suitable chlorophyll fluorescence parameters to evaluate the cold resistance of wheat, it provides technical support for the cold resistance mechanism, overwintering management and cold resistance breeding of wheat. In this study, by investigating the correlation between 34 commonly used chlorophyll fluorescence induction kinetic parameters and frost damage degree of 33 wheat varieties in the year of freezing injury occurrence in overwintering period, TRo/CSm was screened out as an indicator with significant positive correlation with frost damage degree of wheat, and the correlation coefficient reached 0.636, which correlation was better than the previous chlorophyll fluorescence index Fv/Fm. It indicates that the chlorophyll fluorescence parameter TRo/CSm can be used to evaluate the cold resistance of wheat. The findings of this study provided strong support for winter wheat overwintering management and cold resistance breeding.

Key words: Wheat, Freezing damage, Cold resistance, Chlorophyll fluorescence

表1

供试小麦品种

编号
Number		 品种
Variety		 编号
Number		 品种
Variety
1 碧玛1号Bima 1 18 矮抗58 Aikang 58
2 碧玛4号Bima 4 19 郑麦366 Zhengmai 366
3 阿夫Afu 20 周麦22 Zhoumai 22
4 阿勃Abo 21 郑麦7698 Zhengmai 7698
5 郑州7023 Zhengzhou 7023 22 矮丰3号Aifeng 3
6 丰产3号Fengchan 3 23 郑麦0856 Zhengmai 0856
7 郑州761 Zhengzhou 761 24 平原50 Pingyuan 50
8 西安8号Xi’an 8 25 葫芦头Hulutou
9 百农3217 Bainong 3217 26 大口麦Dakoumai
10 宝丰7228 Baofeng 7228 27 红和尚头Hongheshangtou
11 豫麦13 Yumai 13 28 西农6028 Xinong 6028
12 周麦9号Zhoumai 9 29 白玉皮Baiyupi
13 豫麦18 Yumai 18 30 偃展4110 Yanzhan 4110
14 豫麦49 Yumai 49 31 内乡5号Neixiang 5
15 郑麦9023 Zhengmai 9023 32 博爱7023 Boai 7023
16 兰考矮早8 Lankaoaizao 8 33 豫麦2号Yumai 2
17 周麦18 Zhoumai 18

表2

O-J-I-P曲线参数及计算公式

参数
Parameter		 计算方法
Method of calculation
Fm 暗适应后照光获得的最大荧光强度
Fo 叶绿素荧光诱导动力学曲线20μs的荧光强度
Fv 可变荧光,Fm-Fo
Area 叶绿素荧光诱导动力学曲线到Y轴的面积
t(Fm) 从暗适应后开始照光至达到最大荧光的时间
ϕPo ϕPo=Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm
Wk Wk=(F300μs-Fo)/(F2ms-Fo)
VJ VJ=(F2ms-Fo)/(Fm-Fo)
VI VI=(F30ms-Fo)/(Fm-Fo)
Ψo ψO=ETo/TRo=(1-VJ)
δRo δRo=(1-VI)/（1-VJ）
ϕEo ϕEo=ETo/ABS
ϕDo ϕDo=1-ϕPo
ϕRo ϕRo=ϕPo(1-VI)
Sm Sm=Area/(Fm-Fo)
Mo Mo=4(F300μs-Fo)/(Fm-Fo)
N N=SmMo(1/VJ)
ABS/RC ABS/RC=Mo(1/VJ)(1/ϕPo)
TRo/RC TRo/RC=Mo(1/VJ)
ETo/RC ETo/RC=Mo(1/VJ)ψO
DIo/RC DIo/RC=(ABS/RC)-(TRo/RC)
ABS/CSo ABS/CSo=Fo
TRo/CSo TRo/CSo=Fm
ETo/CSo ETo/CSo=φEo(ABS/CSo)
DIo/CSo DIo/CSo=(ABS/CSo)-(TRo/CSo)
RC/CSo RC/CSo=φPo(VJ/Mo)(ABS/CSo)
ABS/CSm ABS/CSm=Fm
TRo/CSm TRo/CSm=φPo(ABS/CSm)
ETo/CSm ETo/CSm=φEo(ABS/CSm)
DIo/CSm DIo/CSm=(ABS/CSo)-(TRo/CSo)
RC/CSm RC/CSm=φPo(VJ/Mo)(ABS/CSm)
PIabs PIabs=(RC/ABS)[φPo/(1-φPo)][ψO/(1-ψO)]
PItatal PItatal=(RC/ABS)[φPo/(1-φPo)][ψO/(1-ψO)][ϕRo/ABS(1-ϕRo)]
VIP VIP=1-VI

图1

2016-2017年度小麦生育期温度变化

图2

2016年11月1日至12月15日日最低气温频率分布图

表3

不同小麦品种越冬期冻害调查

编号
Number		 品种
Variety		 株高
Plant height
(cm)		 单株分蘖数
Tillers number
per plant		 单株叶片数
Leaves number
per plant		 单株受冻叶片数
Frozen leaves
per plant		 叶片冻伤率
Leaf frostbite
rate
1 碧玛1号 21.26±4.09 9.25±1.50 27.00±4.58 3.20±2.39 0.12±0.10
2 碧玛4号 21.24±3.04 7.40±1.14 23.00±5.87 2.80±1.10 0.13±0.06
3 阿夫 20.50±2.47 11.00±0.71 29.80±2.59 4.40±1.52 0.15±0.06
4 阿勃 26.80±2.49 7.00±1.58 23.80±4.92 6.40±0.89 0.28±0.05
5 郑州7023 31.56±2.07 7.20±1.48 24.40±2.88 7.20±2.28 0.29±0.07
6 丰产3号 16.40±1.08 8.60±1.52 30.00±6.28 3.00±1.22 0.10±0.05
7 郑州761 22.70±3.63 6.00±1.58 22.40±5.03 5.60±1.95 0.24±0.04
8 西安8号 23.50±1.00 9.00±2.24 26.40±6.80 5.00±2.00 0.19±0.07
9 百农3217 22.40±3.14 8.40±1.14 24.20±1.30 4.40±1.67 0.18±0.06
10 宝丰7228 22.30±3.77 8.80±0.84 26.40±1.52 6.80±1.30 0.26±0.05
11 豫麦13 18.90±1.52 8.80±0.45 25.00±2.65 3.80±1.10 0.15±0.05
编号
Number		 品种
Variety		 株高
Plant height
(cm)		 单株分蘖数
Number of tillers
per plant		 单株叶片数
Number of leaves
per plant		 单株受冻叶片数
Frozen leaves
per plant		 叶片冻伤率
Leaf frostbite
rate
12 周麦9号 21.76±2.94 8.20±1.64 23.20±4.71 5.40±1.14 0.24±0.05
13 豫麦18 23.70±2.36 8.80±0.45 25.00±2.65 3.80±1.10 0.15±0.05
14 豫麦49 22.10±1.78 6.80±2.05 26.80±6.30 7.00±1.87 0.27±0.05
15 郑麦9023 19.36±1.97 9.80±2.17 34.40±2.51 3.80±0.45 0.11±0.02
16 兰考矮早8 24.38±1.25 7.33±1.53 24.60±3.44 5.40±1.14 0.26±0.07
17 周麦18 27.56±1.64 7.60±2.51 21.80±5.93 5.00±1.41 0.24±0.07
18 矮抗58 20.60±1.08 7.40±1.14 23.00±5.87 2.80±1.10 0.13±0.06
19 郑麦366 24.40±1.67 8.80±0.45 25.40±3.21 5.00±2.00 0.19±0.06
20 周麦22 23.80±2.20 8.60±1.67 21.60±2.70 4.20±1.64 0.20±0.08
21 郑麦7698 23.24±2.37 7.60±1.52 25.60±6.31 3.20±0.84 0.13±0.04
22 矮丰3号 18.80±1.15 7.40±2.07 27.80±5.45 6.20±1.10 0.23±0.06
23 郑麦0856 18.76±2.95 11.00±1.41 30.40±3.21 5.40±1.14 0.18±0.05
24 平原50 21.80±1.60 8.80±0.45 28.80±3.56 3.80±0.84 0.13±0.02
25 葫芦头 16.90±2.53 8.80±1.79 34.40±3.85 1.60±0.89 0.05±0.02
26 大口麦 20.40±2.27 9.20±1.92 26.20±5.85 3.60±1.34 0.14±0.03
27 红和尚头 23.80±2.51 8.20±1.92 22.80±2.49 3.20±1.30 0.14±0.06
28 西农6028 20.90±3.01 7.20±1.30 27.20±3.19 2.60±1.34 0.10±0.05
29 白玉皮 17.90±3.47 9.40±4.34 32.40±4.83 1.80±0.45 0.06±0.01
30 偃展4110 23.70±2.36 7.80±1.64 24.20±2.77 8.60±2.07 0.35±0.06
31 内乡5号 28.50±1.94 6.00±0.71 16.80±2.05 6.60±2.30 0.41±0.17
32 博爱7023 26.30±1.60 6.60±2.79 32.60±5.41 4.80±1.30 0.15±0.05
33 豫麦2号 22.90±1.24 7.40±1.52 25.60±3.21 6.60±0.89 0.26±0.04
最大值Maximum 31.56 11.00 34.40 8.60 0.41
最小值Minimum 16.40 6.00 16.80 1.60 0.05
平均值Average 22.40 8.18 25.82 4.61 0.19
变异系数Coefficient of variation 0.15 0.15 0.15 0.37 0.43

图3

小麦品种叶片冻伤率频率分布直方图

图4

小麦叶片冻伤率和生长指标的相关性

表4

与小麦冻伤率相关性最强的7个荧光参数

相关性
Correlation		 参数
Parameter		 相关系数
Correlation coefficient		 P值
P value
正相关 TRo/CSm 0.636 0.000
Positive correlation Fm 0.604 0.000
ETo/CSm 0.601 0.000
RC/CSm 0.589 0.000
Fv/Fm 0.582 0.000
负相关 DIo/RC -0.492 0.004
Negative correlation ϕDo -0.582 0.000

图5

叶绿素荧光参数与小麦株高的相关性

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