陈耀宇，王曙光，闫 雪，梁增浩，史雨刚，孙黛珍

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

逆境胁迫尤其是干旱易引起作物叶片褪绿，加快叶片衰老死亡的进程。但是有的基因型作物的叶片衰老起始晚或者衰老速率慢，从而引起植物在花后发育过程中叶片衰老延迟而且仍保持着光合作用的能力，这种现象称为持绿[1]。小麦是我国的主要粮食作物之一，干旱是影响小麦产量的主要限制因子，尤其是灌浆期干旱，而持绿与抗旱性密切相关，是作物的重要抗旱机制[2]。因此，在干旱胁迫和灌溉条件下研究小麦持绿相关性状与产量的关系，对于提高小麦产量具有重要意义。

目前，关于作物持绿与产量关系的研究有许多报道，大多研究表明，持绿与籽粒产量正相关。对于玉米的研究发现，与正常衰老的玉米相比，持绿玉米的绿叶数目、叶面积指数、功能绿叶面积、叶面积比以及在开花期与灌浆期的叶绿素含量都比较高，而且在成熟期持绿玉米叶片的含水量也比较高，衰老相对缓慢[3-5]。RAWSON 等[6]对棉花与高粱的研究表明，叶片的功能绿叶面积（GLAD）取决于叶片衰老的早晚、衰老速率的快慢以及花后0 d 总的绿叶面积，叶片保持光合活性的持续期与作物产量显著相关。对小麦的研究表明，重度干旱胁迫时，具有持绿特性的小麦光合色素（如叶绿素、类胡萝卜素）的含量显著高于非持绿性品种[7-9]，而在叶绿素降解过程中发挥作用的酶，如叶绿素酶与叶绿素降解相关蛋白酶的活性却低于非持绿品种，这表明持绿小麦有较高的光合作用能力，从而表现出更强的抗旱性[10]；此外，持绿型小麦与非持绿型相比，花后营养物质对籽粒的贡献率大，且花后营养器官转运量高[11]。SPANO 等[12]通过对4 个小麦持绿型突变体的研究发现，小麦旗叶叶绿素含量高的材料光合能力也强，二者表现出正相关关系，在灌浆期至成熟期持绿品种能够保持较高的光合效率和灌浆持续期，在干旱胁迫条件下粒质量和产量都高于亲本。然而另一些研究认为，持绿性与产量和产量构成因子相关性不显著[13-14]；刘丰明等[15]研究认为，小麦和水稻在灌浆期遇到干旱时，叶片衰老和同化物的再转运呈正相关。JIANG 等[16]研究发现，水稻的持绿性与水稻产量和产量相关性状呈负相关。显然，关于持绿性与产量的关系仍有很大分歧。

本研究在不同水分条件下研究小麦持绿相关性状与产量性状的相关性，为揭示其复杂的关系提供依据，为小麦品种选育提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为小麦旱选10 号/鲁麦14 DH 群体，其包括150 个家系，群体内各株系间变异广泛[17-18]。

1.2 试验方法

试验在山西农业大学农作站进行，于2011 年9月种植，水分处理分为雨养（Drought-Stress，DS）和灌溉（Well-Watered，WW）。每种水分处理下，每个家系种2 行，行长2 m，每行40 粒，点播，重复3 次，随机区组设计。雨养与灌溉处理均在播前浇足够的底墒水，雨养处理在播种后仅依靠自然降水，2011 年10 月上旬到2012 年6 月中旬，即小麦生育期内降水量约为109 mm；灌溉处理分别在越冬前、拔节期和灌浆中期浇水灌溉，每次灌溉量为650 m3/hm2。

1.3 小麦主茎绿叶数的测量

小麦开花时，每个家系挂牌标记10 株，从花后10 d 开始一直到收获期，参考贾丽[19]的方法每隔5 d 即花后10（DAA10），15（DAA15），20（DAA20），25（DAA25），30 d（DAA30）进行主茎绿叶素（GLNMS）的测定。

1.4 小麦旗叶功能绿叶面积及衰老特征性状的计算与测定

小麦开花期，每个家系挂牌标记10 株长势一致的；参照文献[20]的方法，将小麦的功能绿叶面积（GLAD）分为0～9，开花10 d 后，每隔3 d 即花后13（DAA13），16（DAA16），19（DAA19），22（DAA22），25（DAA25），28（DAA28），31 d（DAA31）用目测法测定功能绿叶面积，直到收获期。进而模拟出符合小麦旗叶GLAD 变化趋势的Gompertz 类型的曲线方程。

式中，K 为花后0 d GLAD 的极限值；e 为常数；a，b 为待估参数；t 为开花后天数；Y 为花后某一阶段的绿叶面积（GLAD）。

首先用最小二乘法求出3 个参数K，a，b 的初始赋值，再结合SAS 软件，求出K，a，b 的实际值；然后利用该曲线方程，获得花后小麦旗叶GLAD 的变化曲线。再通过对曲线方程求一阶、二阶导数，求得小麦旗叶衰老过程中的特征参数：最大衰老速率（MRS）、衰老起始时间（Ts）、从花后0 d 到衰老速率最大时所用的时间（TMRS）、从花后0 d 到完全衰老之间的时间（To）、达到最大衰老速率时功能绿叶面积的百分比（PGMS）、花后0 d 到旗叶保持3/4 绿叶面积的天数（75% G）、花后0 d 到旗叶保持1/4 绿叶面积的天数（25%G）以及75%G 与25%G 之间的天数（50%G）。

1.5 小麦产量相关性状的测量

小麦成熟后，从每个家系的2 行中间随机选取10 株长势一致的，晾干考种，统计单株籽粒产量（YPP），并称取千粒质量（TKW），分别计算10 株的平均值，并将其用作每个家系YPP 与TKW 的表型值。

1.6 统计分析

采用Excel 进行产量、持绿相关性状基本统计量的分析；并用SPSS 20 进行相关分析和非线性回归曲线模拟。

2 结果与分析

2.1 小麦持绿性状间的相关性

2.1.1 小麦旗叶功能绿叶面积（GLAD）与主茎绿叶数（GLNMS）之间的相关性 从表1 可以看出，2 种不同水分处理下，DAA20 之前，旗叶GLAD 与GLNMS 相 关 性 不 显 著；DAA20 之 后，DAA22 的GLAD 与DAA15，DAA20，DAA25 的GLNMS 呈 极显著正相关，DAA25，DAA28 的GLAD 与各个阶段的GLNMS 呈显著或极显著正相关，DAA31 的GLAD 与DAA20，DAA25，DAA30 的GLNMS 相 关性也达到显著或极显著水平。

表1 2 种水分条件下DH 群体不同时期GLAD 与GLNMS 和衰老特征性状以及产量性状间的相关系数

2.1.2 小麦旗叶GLAD 和GLNMS 与衰老特征性状的相关性 正常灌溉条件下，DAA10，DAA13，DAA16，DAA19 的GLAD 与各衰老特征性状间的相关性不显著，但随着花后天数的增加，DAA22，DAA25，DAA28，DAA31 的GLAD 与各衰老特征性状呈现出显著相关关系；而且同一天的GALD 与不同衰老特征性状相关性不同，DAA22 的GALD 与最大衰老速率（MRS）呈极显著负相关，与除50%G外的其他衰老特征性状都表现出显著正相关（表1）。各阶段的GLNMS 与Ts，To，TMRS，75%G 和25%G 呈显著或极显著正相关，DAA25 和DAA30 的GLNMS 与旗叶MRS 呈极显著负相关（表2）。

表2 2 种水分条件下DH 群体不同时期GLNMS 与产量性状、衰老特征性状的相关性

雨养条件下，每个时期的GLAD 都与衰老特征性状显著相关，其中，与MRS 呈现出显著或极显著负相关，与其他衰老特征性状呈显著正相关。DAA20，DAA25 和DAA30 的GLNMS 与Ts，TMRS，75%G 和25%G 呈显著正相关，而与MRS 呈现出显著或极显著负相关。

2.1.3 小麦旗叶衰老特征性状彼此之间的相关性2 种不同水分处理下，75%G 与多数衰老特征性状都呈极显著正相关，包括Ts，To，PGMS 和TMRS，但在正常灌溉处理下与MRS 的相关性与此相反，呈显著负相关；MRS 与25% G 呈极显著负相关，Ts，To 和TMRS 与25%G 呈极显著正相关；50%G与多数衰老特征性状都呈极显著正相关，包括To，PGMS 和TMRS，而与MRS 和Ts 呈极显著负相关；MRS 和Ts 与PGMS 呈极显著负相关；MRS 与Ts 呈极显著正相关，但与TMRS，To 呈极显著负相关，这表明具有较大的最大衰老速率（MRS）的家系，衰老的起始时间晚，衰老过程却比较快，能很快达到最大衰老速率。Ts 和To 与TMRS 呈极显著正相关，但Ts 与To 仅在干旱胁迫下呈极显著正相关（表3）。

2.2 小麦持绿性状与产量性状间的相关性

2.2.1 小麦旗叶GLAD 与产量性状的相关性 正常灌溉条件下，DAA22 的GLAD 与单株产量呈显著正相关，而在其他时期，GLAD 与单株产量的相关性均未达到显著性水平；DAA16，DAA19，DAA22的GLAD 与千粒质量呈显著正相关。雨养条件下，DAA16，DAA28，DAA31 的GLAD 与单株产量呈显著和极显著正相关；DAA16，DAA19，DAA22，DAA25，DAA28，DAA31 这6 个时期的GLAD 与千粒质量呈显著或极显著相关。显然2 种水分条件下，大多数时期的GLAD 与千粒质量都呈显著正相关，尤以雨养条件下表现突出，但与单株产量的相关性在大多数时期不显著（表1）。

2.2.2 小麦GLNMS 与产量性状的相关性 正常灌溉条件下，DAA15，DAA20 和DAA30 这3 个时期的GLNMS 与单株产量呈显著或极显著正相关；DAA10，DAA15 和DAA20 时的GLNMS 与千粒质量呈显著或极显著正相关。但干旱胁迫下，虽然GLNMS 与单株产量无显著相关关系，但DAA20，DAA25 和DAA30 时的GLNMS 与千粒质量呈显著或极显著正相关（表2）。

2.2.3 小麦旗叶衰老特征性状与产量性状之间的相关性 正常灌溉条件下，衰老特征性状50%G 和Ts 与单株产量呈极显著正相关，最大衰老速率（MRS）与单株产量呈极显著负相关，而PGMS，TMRS，75%G 和25%G 与单株产量的相关性不显著。Ts，75%G，50%G 与千粒质量均呈极显著正相关，但在MRS 与千粒质量之间表现出极显著负相关，而其他特征性状与千粒质量相关性不显著。雨养条件下，50%G 和Ts 与单株产量呈极显著和显著正相关，MRS 与单株产量呈显著负相关，而其他特征性状与单株产量间相关性不显著；千粒质量与75%G，Ts 呈极显著和显著正相关，与其他衰老特征性状之间相关性不显著（表3）。

表3 2 种水分条件下DH 群体衰老特征性状之间以及与产量性状间的相关系数

3 讨论

3.1 持绿相关性状间的相互关系

THOMAS 等[21]根据植物衰老特征将持绿性分为4 种类型，其中，第1 种类型整叶衰老症状延迟出现和第2 种类型衰老症状按时出现，但衰老速度缓慢，属于功能性持绿型，分别由于控制衰老过程起始晚和速率慢，而延长了光合时间，合成更多的光合产物。根据THOMAS 等[21]的分类，功能性持绿型在外观形态上表现为功能绿叶面积（GLAD）大，衰老过程中叶片叶绿素含量高等特点。JOSHI 等[22]将作物的叶片和穗子的绿色面积分为0～9（修正后为1～10），其中，绿色面积＜3～6 为持绿型、2＜绿色面积＜3 为中度持绿型、1＜绿色面积＜2 为中度非持绿型、0＜绿色面积＜1 为非持绿型。VERMA等[23]研究认为，花后旗叶绿色部分的面积所占叶片总面积的比列，可以用来作为小麦持绿性的评价因素。YANG 等[24]以灌浆持续期作为评价小麦持绿性的指标。薛晖等[11]以籽粒生理成熟期的绿叶数和功能绿叶面积作为划分标准。在玉米上，用相对绿叶面积（花后某时刻绿叶面积占最大绿叶面积的百分比）、保绿度（生理成熟期绿叶面积占最大绿叶面积的百分比）来评价玉米的持绿性[25]。由于叶片的衰老是一个程序性死亡过程，持绿性与整个衰老过程息息相关，显然用某一生长阶段的叶绿素含量或绿叶面积来表述作物的持绿性有些欠缺。本研究在观测小麦整个灌浆期的旗叶功能叶面积、主茎绿叶数的基础上，通过非线性回归分析得到衰老特征参数，并分析其相关性。并且发现，2 种水分条件下，DAA20 以后的功能绿叶面积（GLAD）与主茎绿叶数（GLNMS）呈现出显著相关关系；DAA22 功能绿叶面积与衰老特征参数呈显著或极显著相关；DAA25 主茎绿叶数与衰老特征参数呈显著或极显著相关。因此，为了简便，可以利用灌浆后期的旗叶功能绿叶面积或主茎绿叶数评价小麦的持绿性。但是将旗叶功能绿叶面积、主茎绿叶数与衰老特征参数等综合起来研究，可以更加确切的阐述不同小麦品种或品系的持绿性。

通过对衰老特征性状彼此之间的相关性分析，发现最大衰老速率（MRS）与达到最大衰老速率的时间（TMRS）和完全衰老时间（To）呈显著和极显著负相关，与衰老起始时间（Ts）呈极显著正相关，表明具有较大的最大衰老速率（MRS）的家系，衰老的发生时间较晚，但是会在较短时间内完全衰老，这可能与六倍体小麦在长期进化过程中形成的对环境适应性有关。

3.2 GLAD，GLNMS 及衰老特征性状与产量性状的关系

本研究发现，正常灌溉处理下，GLAD 对粒质量具有正向效应，表现在DAA16，DAA19，DAA22，但与单株产量的相关性不显著；干旱胁迫下，GLAD 与DAA16，DAA19，DAA22，DAA25，DAA28 和DAA31时的千粒质量呈显著正相关，但与单株产量仅在DAA28 和DAA31 时相关性显著，可以看出，GLAD对正常灌溉下的灌浆中期和干旱胁迫下的灌浆中后期的粒质量起重要作用，但对单株产量仅在干旱胁迫的后期影响较大。

众所周知，植物的光合作用主要发生在绿色叶片上。在小麦的灌浆期内绿叶的数量以及持绿时间会影响光合作用与同化物的产生、运输和积累，进而影响产量。本研究发现，干旱胁迫下，DAA20，DAA25 和DAA30 的GLNMS 与千粒质量呈显著或极显著正相关；正常灌溉条件下，DAA15，DAA20和DAA30 时GLNMS 与单株产量呈显著或极显著正相关，DAA10，DAA15 和DAA20 时的GLNMS 与千粒质量也呈显著或极显著正相关。因此，与GLAD 相似，灌浆期间GLNMS 对千粒质量的影响较大。

本研究发现，小麦旗叶最大衰老速率（MRS）出现在DAA20；正常灌溉条件下，MRS 与单株产量和千粒质量呈极显著负相关；干旱胁迫下，MRS 对单株产量的负向效应也达到极显著水平。当小麦旗叶达到MRS 时，GLAD 与GLNMS 都呈现出下降趋势，如果这个时期GLAD 越大或GLNMS 越多，光合产物就越多，小麦的粒质量和单株产量就越高。2 种水分条件下，50%G 和衰老起始时间（Ts）都对产量相关性状具有显著的正向效应，而50%G 出现时间大概在DAA24 左右，该时期正处于灌浆的渐增期，是粒质量形成的关键时期，且前人研究发现该时期的灌浆速率对粒质量的影响要高于灌浆持续期[18]，故适当延长50%G 时间段将有利于小麦粒质量和产量的提高。本研究还发现，完全衰老时间（To）与产量性状的相关性不显著，可以推断虽然延长小麦收获期可能会对产量有一定的影响，但不显著，因此，生产上不能过于强调持绿，应该选择适当的成熟期，才能得到理想的结果。综上所述，对小麦产量影响比较大的衰老特征性状是MRS 和Ts。因此，可以将MRS 和Ts 作为筛选持绿性品种的参考指标，MRS 较大或者衰老起始较早的品种，单株产量或者千粒质量较低。蔡庆生等[26]研究发现，随着灌浆速率的增加，小麦粒质量也随之增加，二者显著正相关，而灌浆持续时间与粒质量无相关性。段国辉等[27]研究表明，灌浆速率是影响小麦灌浆期各阶段粒质量的主要因素，而灌浆时间对其影响不大。叶片衰老即持绿与灌浆速率相匹配，并且具有相同的数学模型和原理[24，28]，持绿性较好即为功能性持绿型，这种类型叶片衰老缓慢，光合作用较旺盛，灌浆速率较快，积累的干物质较多，这与THOMAS 等[21]的持绿类型的划分相吻合。

4 结论

本研究结果表明，灌溉和雨养条件下，衰老起始时间（Ts）与最大衰老速率（MRS）是影响小麦产量的2 个最主要的衰老特征性状。育种实践中应该选育衰老起始晚，功能绿叶面积大，衰老缓慢即最大衰老速率较小的品种。