探究小麦幼苗期不同基因型萌发特性的耐旱性：多元分析揭示耐旱新线索

《BMC Plant Biology》：Exploring drought tolerance for germination traits of diverse wheat genotypes at seedling stage: a multivariate analysis approach

为解决干旱胁迫严重阻碍小麦种子萌发及缺乏耐旱品种影响生产的问题，研究人员开展了 80 个小麦基因型在聚乙二醇（PEG6000）模拟水分胁迫下种子萌发和幼苗生长的研究。结果表明不同基因型耐旱性差异显著，筛选出 NR-499 等耐旱品种，对培育耐旱小麦品种意义重大。

　　小麦是全球重要的粮食作物，为人类和动物提供丰富的营养。然而，随着全球人口增长，对小麦的需求预计将大幅增加。与此同时，气候变化导致的干旱胁迫成为小麦生产的重大挑战，干旱会使小麦产量降低 50 - 90%，严重影响其种子萌发和幼苗生长。在这样的背景下，研究小麦在干旱胁迫下的萌发特性和耐旱机制，筛选耐旱品种，对保障全球粮食安全至关重要。

来自巴基斯坦 Directorate of Cereal Crops、Agriculture Research Institute 和 Pir Mehr Ali Shah Arid Agriculture University 的研究人员，针对小麦在干旱胁迫下的相关问题展开研究。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。

研究人员运用了多种技术方法。实验采用 80 个面包小麦基因型，这些种子来自多个研究机构。实验设置了 PEG - 20%（ψ: -0.491 MPa）、PEG - 25%（ψ: -0.735 MPa）以及不含 PEG 的对照组（ψ: -0.033 MPa）三种处理。通过两因素完全随机设计（CRD），在控制环境条件下培养种子，观察记录幼苗的多种生长参数。利用方差分析（ANOVA）、主成分分析（PCA）等统计方法对数据进行分析，以探究不同基因型在干旱胁迫下的差异和耐旱性相关指标。

研究结果如下：

1. 遗传变异性：方差分析显示，在所有记录的性状中，基因型（G）、PEG 处理（TPEG）以及它们之间的相互作用（G×TPEG）存在显著差异（span data-custom-copy-text="\(p0.01\)"p<0.01），这表明不同小麦基因型在渗透胁迫耐受性上存在较大遗传差异。
2. 渗透胁迫的影响：PEG 诱导的干旱胁迫显著抑制了小麦幼苗的生长。与对照组相比，在 -0.735 MPa 的最大渗透胁迫下，发芽率（GP）、苗长（SL）、根长（RL）等多个指标均下降了 30 - 95%，相对抑制系数（CRI）则随胁迫增强而上升。
3. 对各部分生长的影响：在种子萌发和胚芽鞘生长方面，对照处理的种子发芽率最高，为 92.6%，PEG - 20% 和 PEG - 25% 处理下分别降至 79.8% 和 64.7%；胚芽鞘长度在对照处理下最长，为 3.5 cm，在胁迫处理下显著缩短。在根生长和生物量特征方面，根长、根鲜重（FRW）、根干重（DRW）在对照处理下均达到最高值，分别为 12.1 cm、222.2 mg 和 16.9 mg，胁迫处理下显著降低。在地上部分生长和生物量特征方面，苗长、地上部分鲜重（FSW）、地上部分干重（DSW）在对照处理下最高，胁迫处理下显著下降。在幼苗生长和活力指数方面，幼苗长度（SDL）、幼苗活力指数（SVI）、幼苗生物量（SBM）在对照处理下最高，随着胁迫强度增加而降低。
4. 多元分析结果：箱线图显示 PEG 处理显著降低了幼苗的性状值，且对地上部分的影响大于根部；散点图和相关矩阵表明，除 FSW 和 CRI 外，大多数地上和地下部分的性状之间存在显著正相关；主成分分析（PCA）表明，第一主成分（PC1）贡献了超过 94% 的总变异，SBM、SDL、CRI 等多个性状在 PC1 中表现出高变异性；热图分析将小麦基因型分为耐旱、敏感和中等响应三类，确定了 NR - 499、NARC - 2009 和 Pakistan - 2013 等耐旱基因型以及 Borlaug - 2016、NR - 514 和 NR - 516 等敏感基因型。

研究结论和讨论部分指出，该研究通过多元分析方法，全面评估了不同小麦基因型在干旱胁迫下的萌发和幼苗生长特性，筛选出了耐旱的小麦品系，如 NR - 499、NARC - 2009 和 Pakistan - 2013。这些耐旱品系在干旱地区小麦品种改良中具有巨大潜力，有望增强水分胁迫环境下的小麦生产能力。同时，研究确定了 SBM、SDL、SVI 和 CRI 等关键指标，可用于后续耐旱小麦品种的筛选。这一研究成果为小麦耐旱育种提供了重要的理论依据和实践指导，有助于推动全球小麦生产适应气候变化的挑战，对保障粮食安全具有重要意义。