不同小麦品种（系）耐低磷能力综合评价与代表性评价指标筛选

doi:10.15933/j.cnki.1004-3268.2023.04.003

摘要/Abstract

摘要： 以11个黄淮麦区小麦品种（系）为材料，通过水培和池栽土培试验，对水培小麦苗期的株高、单株总根长、生物量、各组织磷含量等15个性状指标以及池栽小麦成熟期的株高、地上部分干质量、单株籽粒产量等9个性状指标的耐低磷系数进行分析，利用主成分分析和隶属函数法等综合评价不同小麦品种（系）的耐低磷能力并进行聚类分析，利用灰色关联度分析各性状指标的耐低磷系数与耐低磷综合评价值间的关联度以筛选耐低磷代表性评价指标，为小麦耐低磷研究及磷高效小麦新品种的选育提供筛选依据和种质资源。结果表明，苗期小麦部分指标的耐低磷系数间存在相关关系，说明评价小麦耐低磷的指标发生信息重叠；主成分分析将苗期的15个指标转化为4个独立的综合指标；对综合指标进行隶属函数值计算，进而得到耐低磷综合评价值，发现不同品种（系）苗期的耐低磷能力表现为新麦67>矮抗58>百农607>豫农908>济麦22>周麦18>鑫华麦818>天麦189>丰德存麦5号>安农188>安农203。同样地，主成分分析将小麦成熟期的9个指标转化为3个独立的综合指标，并得到成熟期的耐低磷综合评价值，发现不同品种（系）成熟期的耐低磷能力表现为新麦67>济麦22>安农203>鑫华麦818>矮抗58>安农188>丰德存麦5号>豫农908>周麦18>百农607>天麦189。结合各品种（系）在苗期和成熟期的综合表现，通过聚类分析将11个小麦品种（系）划分为3类，其中新麦67、济麦22和矮抗58为耐低磷型品种（系），豫农908、鑫华麦818、百农607和周麦18为较耐低磷型品种，丰德存麦5号、安农188、安农203和天麦189为低磷敏感型品种（系）。通过灰色关联分析，发现苗期小麦根磷含量、根磷积累量、单株总根长和成熟期磷收获指数、秸秆干质量、地上部分干质量这6个指标的耐低磷系数与小麦的耐低磷综合评价值联系密切，可将上述指标作为小麦耐低磷能力评价的关键指标。

关键词: 小麦, 耐低磷系数, 指标筛选, 隶属函数法, 综合评价

Abstract: Eleven wheat varieties（lines）from the Huang⁃Huai wheat region were treated with normal and phosphorus deficiency in hydroponic and pond soil culture experiments.The low phosphorus tolerance coefficients of 15 indicators（plant height，total root length per plant，biomass and phosphorus concentration in various tissues，etc.）at seedling stage and 9 indicators（plant height，aboveground dry weight，grain yield per plant，etc.）at maturity stage were analyzed. Further，the principal component analysis and membership function method were used to comprehensively evaluate the low phosphorus tolerance of wheat varieties（lines），and cluster analysis was conducted；the gray correlation degree analysis was used to analyze the correlation strength between the low phosphorus tolerance coefficient and the comprehensive evaluation value of low phosphorus tolerance for screening representative evaluation indicators for low phosphorus tolerance，so as to provide screening basis and germplasm resources for the study of wheat tolerance to low phosphorus and the breeding of wheat varieties with high phosphorus efficiency.The results showed that there was correlation among the low phosphorus tolerance coefficients of indicators at seedling stage，indicating that there was information overlap in the indicators used to evaluate wheat low phosphorus tolerance.Principal component analysis transformed 15 indicators at seedling stage into 4 independent comprehensive indicators.By calculating the membership function value of the comprehensive indicators，the comprehensive evaluation value of low phosphoru tolerance was obtained.The low phosphorus tolerance order of varieties（lines）at seedling stage was Xinmai 67>Aikang 58>Bainong 607>Yunong 908>Jimai 22>Zhoumai 18>Xinhuamai 818>Tianmai 189>Fengdecunmai 5>Annong 188>Annong 203. Similarly，principal component analysis transformed 9 indicators of wheat at maturity stage into 3 independent comprehensive indicators，and obtained the comprehensive evaluation value of low phosphorus tolerance at maturity stage.The low phosphorus tolerance order of wheat varieties（lines）at maturity was Xinmai 67>Jimai 22>Annong 203>Xinhuamai 818>Aikang 58>Annong 188>Fengde cunmai 5>Yunong 908>Zhoumai 18>Bainong 607>Tianmai 189.Combined the comprehensive performance of each variety（line）at seedling stage and maturity stage，by cluster analysis，the 11 wheat varieties（lines）were divided into three types：low phosphorus tolerant（Xinmai 67，Jimai 22 and Aikang 58），slightly low phosphorus tolerant（Yunong 908，Xinhuamai 818，Bainong 607 and Zhoumai 18）and low phosphorus sensitive（Fengdecunmai 5，Annong 188，Annong 203 and Tianmai 189）.Through gray correlation analysis，the low phosphorus tolerance coefficient of phosphorus concentration and accumulation in root，total root length per plant at seedling stage，and the phosphorus harvest index，dry weight of straw and dry aboveground weight at maturity stage were closely related to the comprehensive evaluation value of low phosphorus tolerance，indicating that these six indicators could be regarded as the representative evaluation indexes of wheat low phosphorus tolerance.

Key words: Triticum aestivum L., Low phosphorus tolerance coefficient, Indicators screening, Membership function method, Comprehensive evaluation

中图分类号:

S512

陈泽东, 师焕婷, 董殿琪, 王亚鑫, 王金凤, 虞波, 王鹏飞, 康国章. 不同小麦品种（系）耐低磷能力综合评价与代表性评价指标筛选[J]. 河南农业科学, 2023, 52(4): 21-30.

CHEN Zedong, SHI Huanting, DONG Dianqi, WANG Yaxin, WANG Jinfeng, YU Bo, WANG Pengfei, KANG Guozhang. Comprehensive Evaluation of Low Phosphorus Tolerance of Different Wheat Varieties（Lines）and Screening of Representative Evaluation Indexes[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2023, 52(4): 21-30.

参考文献

［1］WANG P F，LI G Z，LI G W，et al.TaPHT1；9⁃4B and its transcriptional regulator TaMYB4⁃7D contribute to phosphate uptake and plant growth in bread wheat［J］.New Phytologist，2021，231（5）：1968⁃1983.
［2］SCHRÖDER J J，SMIT A L，CORDELL D，et al.Improved phosphorus use efficiency in agriculture：A key requirement for its sustainable use［J］.Chemosphere，2011，84（6）：822⁃831.
［3］BOVILL W D，HUANG C Y，MCDONALD G K.Genetic approaches to enhancing phosphorus⁃use efficiency（PUE）in crops：Challenges and directions［J］.Crop and Pasture Science，2013，64（3）：179⁃198.
［4］SATTARI S Z，BOUWMAN A F，GILLER K E，et al.Residual soil phosphorus as the missing piece in the global phosphorus crisis puzzle［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2012，109（16）：6348⁃6353.
［5］袁园园，董贝，曹晓慧，等.黄淮麦区小麦成株期磷高效基因型的鉴定和筛选［J］.麦类作物学报，2017，37（1）：56⁃65.
YUAN Y Y，DONG B，CAO X H，et al.Identification and screening of high phosphorus use efficiency genotypes of wheat at adult stage in Huang⁃huai wheat area［J］.Journal of Triticeae Crops，2017，37（1）：56⁃65.
［6］杨希兰.小麦耐低磷特性的遗传解析［D］.成都：四川农业大学，2018.
YANG X L.Genetic analysis of phosphorus⁃deficiency tolerance in wheat［D］.Chengdu：Sichuan Agricultural University，2018.
［7］杨文博，程云，张艳，等.不同基因型小麦耐低磷生理机制研究［J］.河南农业科学，2014，43（5）：24⁃29.
YANG W B，CHENG Y，ZHANG Y，et al.Physiological features of different wheat genotypes exposed to low phosphate under hydroponic culture［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2014，43（5）：24⁃29.
［8］郭玉春，徐惠龙，陈芳育，等.磷高效水稻根系对低磷胁迫响应的差异蛋白分析［J］.应用生态学报，2010，21（12）：3231⁃3238.
GUO Y C，XU H L，CHEN F Y，et al.Differential protein analysis on the root response of rice with high phosphorous uptake efficiency to low phosphorous stress［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21（12）：3231⁃3238.
［9］梁腾月，谷勇哲，马英杰，等.大豆耐低磷性全基因组关联分析［J］.植物遗传资源学报，2023，24（1）：237⁃251.
LIANG T Y，GU Y Z，MA Y J，et al.Genome wide association study of low phosphorus tolerance in soybean（Glycine max L.）［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2023，24（1）：237⁃251.
［10］潘新雅，李军保，陈阳，等.6个紫花苜蓿品种根系形态结构对低磷胁迫的响应［J］.草地学报，2021，29（11）：2494⁃2504.

PAN X Y，LI J B，CHEN Y，et al.Response of root morphology and anatomical structure of six alfalfa cultivars to phosphorus deficiency［J］.Acta Agrestia Sinica，2021，29（11）：2494⁃2504.

［11］马帅国，田蓉蓉，胡慧，等.粳稻种质资源苗期耐盐性综合评价与筛选［J］.植物遗传资源学报，2020，21（5）：1089⁃1101.
MA S G，TIAN R R，HU H，et al.Comprehensive evaluation and selection of rice（Oryza sativa japonica）germplasm for saline tolerance at seedling stage［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2020，21（5）：1089⁃1101.
［12］宋晓，张珂珂，黄晨晨，等.基于主成分分析的氮高效小麦品种的筛选［J］.河南农业科学，2020，49（12）：10⁃16.
SONG X，ZHANG K K，HUANG C C，et al.Selection of nitrogen⁃efficient wheat varieties based on principal component analysis［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2020，49（12）：10⁃16.
［13］杨春婷，张永清，马星星，等.苦荞耐低磷基因型筛选及评价指标的鉴定［J］.应用生态学报，2018，29（9）：2997⁃3007.
YANG C T，ZHANG Y Q，MA X X，et al.Screening genotypes and identifying indicators of different Fagopyrum tataricum varieties with low phosphorus tolerance［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2018，29（9）：2997⁃3007.
［14］武兆云，郭娜，赵晋铭，等.大豆苗期耐低磷主成分及隶属函数分析［J］.大豆科学，2012，31（1）：42⁃46.
WU Z Y，GUO N，ZHAO J M，et al.Principal components and membership function analysis of low phosphate tolerance at seedling stage in soybean［J］.Soybean Science，2012，31（1）：42⁃46.
［15］张祥池，付凯勇，贾中立，等.基于数学模型对新疆冬小麦磷高效品种的筛选［J］.种子，2021，40（12）：25⁃31.
ZHANG X C，FU K Y，JIA Z L，et al.Screening of winter wheat varieties with high efficient utilization of phosphorus in Xinjiang based on mathematical model［J］.Seed，2021，40（12）：25⁃31.
［16］袁园园，朱晓梁，李彪，等.小麦氮、磷高效新品系的鉴定和评价［J］.中国种业，2022（8）：83⁃88.
YUAN Y Y，ZHU X L，LI B，et al.Identification and evaluation of new wheat lines with high nitrogen and phosphorus efficiency［J］.China Seed Industry，2022（8）：83⁃88.
［17］鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2000.
BAO S D.Soil agrochemical analysis［M］.Beijing：China Agriculture Press，2000.
［18］武海燕，李喜焕，李文龙，等.大豆耐低磷性状鉴定及优异种质筛选［J］.河南农业科学，2020，49（1）：61⁃67.
WU H Y，LI X H，LI W L，et al.Identification of low phosphorus tolerant traits and selection of elite genotypes in soybean［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2020，49（1）：61⁃67.
［19］闫海丽.不同磷效率小麦根际土壤磷的活化机理研究［D］.北京：中国农业科学院，2007.
YAN H L.Mechanisms of phosphorus availability in the rhizosphere with different P⁃efficient wheat genotypes［D］.Beijing： Chinese Academy of Agricultural Sciences，2007.
［20］郭程瑾，李宾兴，周彦珍，等.不同磷效率小麦品种的磷吸收特性［J］.植物遗传资源学报，2006，7（1）：49⁃53.
GUO C J，LI B X，ZHOU Y Z，et al.Characteristics of phosphorus acquisition in wheat varieties with different P efficiencies［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2006，7（1）：49⁃53.
［21］BIJU S，FUENTES S，GUPTA D.The use of infrared thermal imaging as a non⁃destructive screening tool for identifying drought⁃tolerant lentil genotypes［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2018，127：11⁃24.
［22］LIU D.Root developmental responses to phosphorus nutrition［J］.Journal of Integrative Plant Biology，2021，63（6）：1065⁃1090.
［23］王兰珍.冬小麦磷高效种质鉴定及其生理遗传分析［D］.北京：中国农业大学，2003.
WANG L Z.Characterization and physiological and genetic analysis of hosphorus efficiency in winter wheat germplasms［D］.Beijing：China Agricultural University，2003.
［24］HAMMOND J P，BROADLEY M R，WHITE P J，et al.Shoot yield drives phosphorus use efficiency in Brassica oleracea and correlates with root architecture traits［J］.Journal of Experimental Botany，2009，60（7）：1953⁃1968.
［25］DAI C，DAI X，QU H，et al.The rice phosphate transporter OsPHT1；7 plays a dual role in phosphorus redistribution and anther development［J］.Plant Physiology，2022，188（4）：2272⁃2288.
［26］JULIA C C，ROSE T J，PARIASCA⁃TANAKA J，et al.Phosphorus uptake commences at the earliest stages of seedling development in rice［J］.Journal of Experimental Botany，2018，69（21）：5233⁃5240.
［27］RAVEN J A，LAMBERS H，SMITH S E，et al.Costs of acquiring phosphorus by vascular land plants：patterns and implications for plant coexistence［J］.New Phytologist，2018，217（4）：1420⁃1427.

[1]	徐春燕, 张倩, 王雅娴, 王红雨, 盛开, 王宜伦. 商品有机肥对砂质潮土理化性状、冬小麦产量及养分积累的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 56-64.
[2]	王俊美, 李亚红, 徐飞, 杨共强, 冯超红, 李好海, 宋玉立. 腥掷孢酵母17wy1 的分离、鉴定及对小麦白粉病防效初探[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 101-107.
[3]	连延浩, 杜飞波, 薛博, 王志强, 任永哲, 林同保, 李森. 垄作结合一次性施肥对冬小麦氮素利用及经济效益的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(9): 56-65.
[4]	赵立尚, 王香生, 高楠楠, 韩鹏彬, 李杰, 任永哲, 林同保, 王志强, 连延浩. 2 种基因型小麦间作对籽粒灌浆特性及产量的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 18-25.
[5]	李海泳, 李梦钰, 高闯, 许豪, 殷贵鸿, 董纯豪, 牛吉山, 李巧云. 小麦对Bipolaris sorokiniana黑胚病与苗期叶枯病抗性的相关性[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 96-104.
[6]	郝紫瑞, 贾玉库, 葛子菲, 毕新铜, 张剑, 谢迎新, 王晨阳, 马冬云. 不同黑小麦品种面粉及馒头品质分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(8): 163-170.
[7]	陈涵, 胡慧云, 程建峰, 黄英金, 毛晓嵘, 徐小明, 曾研华. 不同基因型甘薯块根自然富集元素能力的差异性[J]. 河南农业科学, 2023, 52(7): 24-39.
[8]	魏源, 吕梦炀, 马亚特, 刘静, 王旋, 王东升. 基于3 种分析方法的板栗果实营养品质综合评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 111-119.
[9]	雷梦瑶, 高小峰, 白清敏, 邓珂, 左卫芳, 李玉英. 不同品种石榴枝条的抗寒性评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 120-130.
[10]	张科谦, 程钢, 吴微, 宋向阳, 张子谦, 姚顺, 吴帅. 融合主被动遥感影像的冬小麦种植面积提取研究[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 160-171.
[11]	赵海军, 史佳晴, 王彬, 郭益洋, 胡小丽, 韩赞平. 150 份玉米自交系籽粒及其品质性状的综合评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 33-39.
[12]	吴国江, 周伟, 余忠浩, 李岩, 吕静波, 王振国, 周亚星. 基于主成分、灰色关联和DTOPSIS 分析的176份糯高粱种质资源综合评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 40-51.
[13]	张强, 吴利民, 李朋燕, 赵娜, 户申奥, 陆宁海. 小麦茎基腐病拮抗菌发酵条件优化及稳定性评价[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 121-129.
[14]	郭芳芳, 韩亚倩, 周苏玫, 杜西河, 宋淼, 张洁梅, 黄源, 胡乃月, 臧贺藏, 杨习文. 施氮量对小麦不同生育时期不同器官氮锌吸收、积累与分配的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(3): 12-25.
[15]	秦毛毛, 刘艳喜, 王雯斐, 常阳, 周正富, 雷振生, 吴政卿. 优质小麦品种郑麦119 品质及其稳定性分析[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 21-30.