吕国锋，范金平，刘业宇，张伯桥，高德荣，王 慧，吴素兰，程 凯，王秀娥

(1.南京农业大学，江苏南京 210095；2.江苏里下河地区农业科学研究所，国家小麦改良中心扬州分中心，江苏扬州 225007)

小麦籽粒产量的70%都来自于开花后冠层光合器官碳水化合物的生产，叶片生理活性变化对籽粒灌浆有重要影响，并最终影响籽粒产量。小麦延绿型基因型不仅可增加产量[1-5]，还可增加热胁迫[6]和限制水分[7-8]环境下的稳产性，而稳定表达的延绿种质是利用延绿性进行小麦产量改良的前提条件。

有关小麦延绿基因型的报道多是生理和遗传研究方面，如杂交小麦品种XN901[1]，川农12、川农17和川农18[9]，YM66[10]，豫麦66和潍麦8号[4,11]，SeriM82[12]，鲁原301、潍麦8号和山农62G[13]，汶农6号[5]，Ningmai 9[14]，EMS突变体SG3[15]和tasg1[16]，Reeder[17]，Chirya 3和Chirya 7[18]，Beaver[19]，Venter[20]，Yangmai 6和Ning 8201[6]。这些结果只反映单个品种的延绿性，不能代表小麦品种延绿的整体状况。目前针对小麦延绿种质的大规模系统鉴定较少。陈朝儒等[21]通过对我国黄淮麦区23个小麦品种(系)的1年鉴定，认为阿勃、郑农16号、邯6172等9个品种为延绿型。Ahlawat等[22]对36个小麦品种在适播和迟播下进行鉴定，发现只有WH147和MLU2为延绿高度表达的品种。Joshi等[18]对来自印度和CIMMYT的1 407份小麦种质连续3年的鉴定，其中仅有2.2%属延绿型。Kumari 等[23]连续3年对963份来自CIMMYT和印度种质在迟播条件下进行鉴定，其中约5.5%为延绿品系。

长江中下游麦区小麦生长期间降雨多，加之为稻麦轮作区，易发生湿害，湿害加速叶片衰老，降低小麦产量。本研究通过在田间自然高湿环境下对中国不同麦区近年来育成品种(或品系)延绿性的连续田间鉴定，了解中国小麦当前应用品种在高湿环境下延绿性的遗传变异状况，筛选延绿性稳定表达的种质，阐明高湿环境下小麦叶片衰老过程的特点，以期为小麦育种和遗传研究提供材料和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及方法

2012-2014年对我国长江中下游冬麦区、黄淮冬麦区、北方冬麦区、西南冬麦区近年来育成的47个品种(系)(表1)的延绿性在田间进行鉴定。

试验在我国高降雨典型地区江苏里下河地区农业科学研究所万福试验基地进行。田间试验采用随机区组设计，重复3次，5行区，行长1.33 m，行距0.23 m，小区面积1.84 m2。每公顷基本苗120万株，播种期为10月25日-10月28日，处于长江下游地区小麦的适播期。施肥、病、虫、草防除以及田间管理同大田生产。

1.2 返青至成熟期的气象条件

2012年籽粒灌浆期间平均温度≥30 ℃的天数远多于2013年和2014年，抽穗后的高温是影响2012年试验品种旗叶衰老的重要气象因素。2013年抽穗至成熟降雨量远多于2012年和2014年，降雨量大导致的田间湿害胁迫是影响2013年试验品种叶片衰老的重要气象因素。2014年高温天数集中在5月25日-5月31日生理成熟后的脱水阶段，高温天数少，降水量适宜，是小麦籽粒灌浆的适宜环境。

1.3 延绿性状测定

以小区50%穗的中部小穗开花记为该小区的开花期。每个小区选择生长一致、开花期相同的4个单株的主茎穗挂牌标记。从开花后10 d，每隔4 d对每个标记单株采用目测法估计旗叶的相对绿色叶面积百分比(percent of green leaf area，%GLA)，并参考Pask等[24]对小麦叶片衰老分级的标准进行记录，直至旗叶完全黄化。以开花期旗叶的绿色叶面积为100%，10%为一个等级，完全黄化的绿色叶面积为0。

表1 试验品种Table 1 Varieties used in the study

表2 2012-2014年小麦返青至成熟期间的积温、降雨量和≥30 ℃天数Table 2 Accumulated temperature,amount of precipitation and number of days over 30 ℃ from returning green to mature during the 2012-2014 experimental periods

1.4 数据分析

试验数据的录入和存放采用EXCEL 2007。数据的统计分析采用Matlab2010b。选取数据完整的3个标记单株的%GLA算术平均值为小区此日龄下的%GLA，3个重复%GLA的算术平均值为品种此日龄的%GLA。采用Matlab中的fcm函数，以品种开花后不同日龄旗叶的%GLA为变量对品种的延绿性进行聚类分析。采用Matlab中的anova1和mutlcompare函数，对试验品种的延绿性分别进行方差分析和多重比较。采用Matlab中的cftool工具箱用Gompertz模型的通用方程[25]y=ae-e-b(x-c)对不同延绿型品种总体和单个试验品种开花后旗叶%GLA的下降过程进行拟合，y为某日龄下旗叶的%GLA(%)，x为开花后天数(d)，a，b和c为方程系数，其中a与旗叶%GLA的初始值有关，b与衰老速度有关，c为达到最大衰老速度的时间，为衰老速度变化最大时的日龄。对日龄(x)进行正态标准化处理。

对Gompertz方程求一阶导数，得旗叶%GLA的衰减速率(R)方程：

R=dy/dt=abeb(c-x)/eeb(c-x)

进一步求二阶导数，得旗叶%GLA衰减速率变化率R'方程：

R′=d2y/d2x=ab2e2b(c-x)/eeb(c-x)-ab2e2b(c-x)/eeb(c-x)

令R′=0时，求得的x值即为旗叶衰老速率达到最大值的时间(TMRS)，TMRS=c。 将TMRS带入衰减速率(R)方程即可得到旗叶衰老的最大速率(MRS)，MRS =ab/e。假定旗叶%GLA为理论最大值的1%时为叶片完全衰老，此时日龄为叶片衰老的终止期(x3)，x3=c-[log(-log0.01) ]/b。设定旗叶开花期叶龄x0=0，则x3与x0的差值为旗叶绿色叶面积的持续期(GLAD)，GLAD=c-[log(-log0.01) ]/b。设定开花期旗叶的%GLA为理论最大值，则旗叶衰老平均速度(ARS)=-99a/GLAD。

2 结果与分析

2.1 小麦品种延绿性的分类

以小麦开花后不同日龄下旗叶的%GLA为变量对试验品种(系)进行聚类分析，3年中品种(系)根据延绿程度不同均可分成4类，分别为延绿型、中等延绿型、中等早衰型和早衰型。不同年份品种(系)的延绿性表达程度不同，因而同一延绿型所包含的品种(系)数量不同(表3)。2012年和2013年延绿型品种(系)所占比例低于2014年，主要是2012年抽穗后的高温胁迫和2013年湿害胁迫强度大于2014年，降低了品种(系)的延绿性表达程度。

表3 2012 -2014年47个品种(系)延绿性分类Table 3 Clustering results based on stay green performance of 47 tested cultivars(lines) in 2012 -2014 growing seasons

CP02-8-5-6-2-1、天民668、川农16和川麦60三年都表现为延绿型；川麦107和泰山046219表现为2年延绿型，1年中等延绿型。上述6个品种(系)多数年份延绿性稳定表达，为延绿型品种(系)，占全部品种(系)的12.77%。

玉麦1号、川农18、川麦42表现为1年延绿型，2年中等延绿型；内江966195、西农509、石家庄8号和石4185表现为3年中等延绿型；川育21526、扬麦20、平安7号、荛麦16、扬麦18、宁麦18表现为2年中等延绿型，1年中等早衰型；新麦19、矮抗58、绵麦367、扬麦15、西农558 表现为2年中等延绿或延绿型，1年表现为中等早衰或早衰型。上述18个品种(系)多数年份表现为中等延绿型，属于中等延绿型材料，占试验品种(系)的38.30%。

山农19和淮麦25表现为2年中等早衰型，1年中等延绿型；洛麦23和镇麦9号连续3年表现为中等早衰型；泛麦06050、洛麦21、安农0305、济麦22表现为2年中等早衰型，1年早衰型；云麦53、扬辐麦4号、皖科06290和陕农33表现为1年中等延绿型，1年中等早衰型，1年早衰型。这12个品种(系)多数年份表现为中等早衰型，属于中等早衰型材料，占试验品种(系)的25.53%。

石麦12、淮麦33、扬麦16、邯6172、偃展4110、新麦26和淮麦28表现为1年中等早衰型，2年早衰型；百农898表现为1年中等延绿型，2年早衰型；扬麦9号、阜麦8号、泰山455连续3年表现为早衰型。此11个品种(系)多数年份表现为早衰型，属于早衰型材料，所占比例为23.40%。

2.2 小麦旗叶衰老过程的特征

试验结果(表4)表明，试验品种(系)旗叶的TMRS3年均表现为延绿型>中等延绿型>中等早衰型>早衰型，不同延绿型品种(系)间存在显著差异；最大衰老速度(MRS)表现为早衰型>中等早衰型>延绿型>中等延绿型，不同延绿型品种(系)间无显著差异；绿色叶面积持续期(GLAD)表现为延绿型>中等延绿型>中等早衰型>早衰型，2012年延绿和中等延绿型品种(系)间无显著差异，但显著大于中等早衰和早衰型品种(系)，2013和2014年不同延绿型间存在显著差异；平均衰老速度(ARS)表现为早衰型>中等早衰型>中等延绿型>延绿型，2012年延绿和中等延绿型品种(系)间无显著差异，其他年份不同延绿型品种(系)间存在显著差异。

不同年度品种(系)旗叶的衰老特征不同，延绿、中等延绿、中等早衰和早衰型品种(系)的TMRS均表现为2014年>2013年>2012年，MRS表现为2013年>2014年>2012年，GLAD表现为2014年>2013年>2012年，ARS表现为2012年>2013年>2014年。2014年返青至抽穗积温高，试验品种(系)的开花期早于2012和2013年，抽穗后的高温和湿害胁迫小于2012和2013年，因此试验品种(系)在2014年的TMRS和GLAD大于2012和2013年，而ARS小于其他年份相应延绿型品种(系)。

表4 2012-2014年不同延绿型品种(系)旗叶衰老过程特征参数的比较Table 4 Comparison of flag leaf senescence parameters of the tested varieties(lines) with different type of stay green performance during 2012 -2014 growing seasons

从表5可以看出，除MRS外，2012-2014年试验品种(系)生育后期旗叶的%GLA与TMRS、GLAD和ARS均呈极显著正相关，表明旗叶衰老特征参数可以反映品种(系)旗叶生育后期的持绿程度。2012年%GLA25与旗叶衰老特征参数的相关系数大于%GLA20和%GLA30与旗叶衰老特征参数的相关系数，2013年%GLA30与旗叶衰老特征参数的相关系数大于%GLA25和%GLA35与衰老特征参数的相关系数，2014年%GLA35与TMRS、MRS、GLAD和ARS的相关系数大于%GLA30和%GLA40与旗叶衰老特征参数的相关系数，表明开花后25 d、30 d和35 d分别是2012、2013和2014年试验品种(系)旗叶衰老的关键时期。

品种(系)GLAD取决于衰老起始时间和速度，TMRS和MRS是反映快速衰老到达时间和速度的参数。从表6可以看出，3年度TMRS、MRS与GLAD均呈极显著相关，但TMRS与GLAD的相关系数远大于MRS与GLAD的相关系数，表明TMRS对品种(系)GLAD的影响大于MRS。2012和2013年试验品种(系)的TMRS和MRS存在弱的相关性，2014年两者间无显著相关性，表明TMRS和MRS是2个相对独立的因素共同影响小麦叶片的衰老过程。

表5 2012-2014年品种(系)生育后期%GLA和旗叶衰老参数间相关系数Table 5 Correlation coefficients among the last three %GLA at late grain-filling stage and flag leaf senescence parameters for tested varieties(lines) in 2012-2014 growing seasons

不同年度旗叶衰老过程参数的方差分析表明，TMRS、GLAD和ARS在品种(系)和年度间均存在极显著的差异，说明品种(系)TMRS、GLAD和ARS的变异同时受基因型和环境影响；MRS在品种(系)间差异不显著，但年度间达到极显著差异，表明MRS变异主要受环境影响。

表6 2012-2014年品种(系)旗叶衰老参数间相关系数Table 6 Correlation coefficients between flag leaf senescence parameters of the tested varieties(lines) in 2012-2014 growing seasons

表7 试验品种(系)旗叶衰老参数的方差分析Table 7 ANOVA analysis for flag leaf senescence parameters of the tested varieties(lines) in 2012-2014 growing seasons

3 讨 论

3.1 环境对小麦延绿性表达的影响

小麦叶片的衰老主要受日龄控制[26]，干旱、高温、营养缺乏等环境胁迫会诱导叶片提前衰老或加速叶片衰老[27]。我国长江中下游麦区籽粒灌浆期间的湿害和高温是影响小麦叶片衰老的主要环境胁迫。本研究中2012年小麦抽穗后≥30 ℃的高温天数明显多于2014年，其延绿型品种(系)比例低于2014年。2013年抽穗后高温和湿害胁迫降低试验品种(系)旗叶延绿的表达程度，其延绿型品种(系)比例不仅低于2014，还低于2012年，高湿高温胁迫对小麦叶片延绿性的抑制程度大于高温胁迫。环境胁迫强度不同是品种(系)延绿性年度间变化的重要原因。本研究中多数品种(系)的延绿性在年度间存在差异，如中等延绿型品种(系)新麦19、矮抗58、绵麦367、扬麦15等3年分属不同的延绿型。2012年小麦白粉病发生重，绵麦367和扬麦15由于白粉病抗性较弱，叶片提前死亡，表现为早衰型，而其他2年表现则为中等延绿和延绿型。2013年田间湿害胁迫强度大，造成黄淮麦区品种(系)新麦19和矮抗58延绿性表达程度下降，表现为中等早衰型，而其他2年表现为中等延绿和延绿型。品种(系)对病害胁迫和环境胁迫的敏感性差异造成品种(系)延绿性表达的差异，因此多年或多环境鉴定，才能准确鉴定品种(系)的延绿性。

3.2 小麦品种(系)延绿性的变异

稳定表达的延绿种质是延绿性能否通过育种手段得到利用的前提条件。本研究中47个试验品种(系)的延绿性存在显著差异，表明我国主要麦区当前生产应用品种(系)的延绿性存在广泛变异。其中，我国西南冬麦区延绿或中等延绿型品种(系)最多，如川麦107、川农18、川农16、川麦60、玉麦1号、川麦42、内江966195、川育21526和绵麦367。除川农18外[28]，其他品种(系)的延绿性未见报道，川农18的延绿性可能来自黑麦的1RS易位片段[29]，其在我国西南冬麦区和长江中下游冬麦区均表现出稳定的延绿性，表明其延绿性表达受环境影响较小。由于易位系的1RS在杂交分离过程不与小麦染色体发生重组，而是作为整体遗传，这为利用川农18延绿基因提供便利。除川育21526和川农16外，西南麦区的延绿或中等延绿型品种(系)均为非T1BL·1RS品种(系)，表明小麦中存在除T1BL·1RS外的其他控制小麦延绿的遗传因素。

黄淮冬麦区或北方冬麦区的品种(系)CP02-8-5-6-2-1、天民668、泰山046219、西农509、石家庄8号、平安7号、石4185、荛麦16、矮抗58和西农558在本研究中表现为延绿或中等延绿型，这些品种(系)的延绿性未见报道。陈朝儒等[21]研究结果中表现为延绿型的邯6172在本研究中表现为早衰型，但其仅为1年结果，不足以充分确定品种(系)的延绿型。YM66[4,10,11]和潍麦8号[4,11,13]是多个小麦延绿生理研究中的试验材料，在本试验未涉及，这2个品种(系)在扬州高降雨环境下的延绿性有待进一步研究。

长江中下游冬麦区的品种(系)中扬麦20、扬麦18、宁麦18、扬麦15为中等延绿型品种(系)，扬辐麦4号和镇麦9号为中等早衰型品种(系)，扬麦9号和扬麦16为早衰型品种(系)，表明长江中下游冬麦区目前生产上缺少延绿性表达强而稳定的品种(系)。从系谱分析，扬麦18、宁麦18和扬辐麦4号均为宁麦9号衍生品种(系)，镇麦9号、扬麦9号和扬麦16为扬麦158(或扬麦5号)衍生品种(系)，宁麦9号衍生品种(系)的延绿性高于扬麦158(或扬麦5号)衍生品种(系)。宁麦9号叶片叶绿素含量高，光合作用能力下降慢[14]，根据Thomas等[27]的分类应为延绿型，扬麦18、宁麦18和扬辐麦4号的延绿性可能来自于宁麦9号。姜鹏等[30]对宁麦9号衍生品种(系)(系)的研究表明，扬麦18、宁麦18和扬辐麦4号与宁麦9号的遗传相似系数分别为0.857、0.825和0.539，扬辐麦4号含有宁麦9号的遗传成分最低，这可能是扬辐麦4号的延绿性低于宁麦18和扬麦18的原因。

3.3 小麦衰老过程的特征

Thomas等[27]把植物延绿分为功能型和非功能型延绿，其中功能型延绿分为叶片衰老起始时间延迟和衰老速度正常的A型，以及衰老起始时间正常和衰老速度缓慢的B型。Gregersen等[31]把功能型延绿分为衰老起始正常和速度慢的类型、衰老起始延迟和正常速度的类型、衰老起始延迟和速度慢的类型，衰老起始延迟和速度快的类型，衰老起始时间和衰老速度的不同组合均可达到延绿。本研究结果表明，与衰老起始时间相关的TMRS和衰老速度相关的MRS都与GLAD都存在显著的相关性，但GLAD与TMRS的相关系数远大于MRS，TMRS对品种(系)旗叶的延绿程度贡献大于MRS。TMRS的变异同时受基因型和环境影响，MRS变异主要受环境影响，因此育种可通过TMRS的选择进行小麦延绿性的选择。