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为应对气候变化下干旱和热胁迫对小麦产量的威胁，研究人员对 116 份印度矮小麦（T. sphaerococcum）和 6 份面包小麦开展耐旱、耐热胁迫耐受指数研究。发现其在胁迫下产量降幅更小，筛选出 TS49 等优异材料，为小麦抗逆育种提供了宝贵遗传资源。
气候变化正以前所未有的速度改变着全球农业格局，小麦作为世界最重要的粮食作物之一，其生产面临着日益严峻的挑战。极端高温和干旱事件频发，导致小麦产量波动加剧，严重威胁粮食安全。目前广泛种植的面包小麦品种在应对持续恶化的胁迫环境时逐渐显露出遗传基础狭窄的弊端，挖掘和利用古老小麦资源中的抗逆基因资源，成为突破现有育种瓶颈的关键。在此背景下，印度农业研究学院（ICAR-Indian Agricultural Research Institute）的研究团队开展了一项具有重要意义的研究，旨在系统评估古老印度矮小麦（Triticum sphaerococcum Percival）的耐旱和耐热能力，为小麦抗逆育种提供新的遗传资源。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为应对气候变化下的小麦生产危机提供了新的思路和解决方案。
研究人员在印度新德里的研究农场开展了为期两年（2021-2022 和 2022-2023 cropping seasons，CS1 和 CS2）的田间试验。试验设置了三种环境条件：适时播种灌溉（TS-IR，无胁迫）、适时播种限制灌溉（TS-RI，干旱胁迫）和晚播灌溉（IR-LS，终端热胁迫）。研究材料包括 116 份印度矮小麦种质和 6 份面包小麦品种（HD 3226、HD 3086 等，作为对照）。通过测定不同条件下的籽粒产量（YLD_TS、YLD_RI、YLD_LS），计算了多种胁迫耐受指数，包括胁迫敏感指数（SSI）、胁迫敏感百分比指数（SSPI）、产量指数（YI）、平均生产力（MP）、几何平均（GMP）等。采用方差分析（ANOVA）、主成分分析（PCA）、聚类分析和相关性分析等统计方法，系统评估了不同种质的抗逆性能。
遗传变异与胁迫耐受指数评估
方差分析结果表明，印度矮小麦种质在干旱和热胁迫下的产量及胁迫指数均存在显著遗传变异（P<0.001）。在 CS1 中，57% 的种质表现出耐旱性（SSI_D<1），63% 表现出耐热性（SSI_H<1）；CS2 中，30 份种质耐旱（SSI_D：0.29-0.99），24 份耐热（SSI_H：0.50-0.99）。与面包小麦相比，印度矮小麦在胁迫下的产量降幅显著更小，例如在干旱胁迫下，其籽粒产量减少幅度平均为 14.16%-14.47%，而面包小麦为 29.14%-31.69%；热胁迫下，印度矮小麦产量减少 16.80%-22.36%，面包小麦则为 24.07%-39.41%，显示出其更强的胁迫适应能力。
相关性分析揭示关键指标
相关性分析发现，胁迫敏感指数（SSI、SSPI）与胁迫下产量呈显著负相关，而产量指数（YI）、平均生产力（MP）、几何平均（GMP）等与产量呈正相关。例如，在干旱胁迫下，YLD_RI 与 YI_D（r=0.97***）、MP_D（r=0.96***）呈强正相关，与 SSPI_D（r=-0.18*）、PYR_D（r=-0.52***）呈负相关。这表明，较高的 YI、MP、GMP 值和较低的 SSI、SSPI 值可作为筛选抗逆种质的有效指标。
主成分分析与优异种质筛选
主成分分析（PCA）显示，前两个主成分（PC1 和 PC2）累计解释了 96% 以上的变异。PC1 与产量（YLD）、YI、MP、GMP 等呈强正相关，可视为 “产量潜力和抗逆性成分”；PC2 与 SSI、SSPI、PYR 呈正相关，代表 “胁迫敏感性成分”。基于 PCA biplot 和聚类分析，筛选出在干旱胁迫下表现优异的种质 TS49、TS27、TS68 等，其具有低 SSI_D（0.56-0.24）、高 YI_D（1.23-1.40）和 MP_D（38.0-45.37 q/ha）；在热胁迫下，TS49、TS61、PAUTS16 表现突出，SSI_H 低至 0.50-0.65，YI_H 高达 1.17-1.31，且产量降幅小于 15%。
聚类分析揭示遗传多样性
通过 K-means 聚类分析，将印度矮小麦种质和面包小麦品种分为 5 个聚类。聚类 5（50 份种质）在干旱胁迫下具有最低的 SSI_D（0.6）和 PYR_D（8.3%），最高的 YI_D（1.3）和 MP_D（38.2 q/ha），表现出最强的耐旱性；聚类 1（67 份种质）在热胁迫下 YLD_LS 最高（32.0 q/ha），但 SSI_H 较高（0.7），而聚类 5（25 份种质）虽产量稍低，但 SSI_H 最低（0.7），显示出更强的耐热稳定性。面包小麦品种单独聚为一类，虽在无胁迫下产量高，但胁迫下敏感性显著高于印度矮小麦。
该研究首次系统评估了印度矮小麦的耐旱和耐热胁迫耐受指数，揭示了其作为抗逆基因资源的巨大潜力。研究发现，印度矮小麦通过较低的胁迫敏感性和较高的产量稳定性，在恶劣环境下展现出优于现代面包小麦的适应能力，其携带的抗逆基因（如已报道的 BIN2 基因和 TaSG-D1E286K 基因）为小麦抗逆育种提供了宝贵的遗传材料。筛选出的优异种质（如 TS49、TS27、TS61 等）可直接用于面包小麦的抗逆改良，通过杂交和分子标记辅助选择（MAS）等手段，有望培育出适应气候变化的高产抗逆新品种。此外，该研究建立的胁迫耐受指数评估体系，为小麦及其他作物的抗逆种质筛选提供了可借鉴的方法学参考，有助于加速抗逆育种进程，对保障全球粮食安全具有重要意义。未来研究可进一步结合基因组学和转录组学技术，深入解析印度矮小麦的抗逆分子机制，挖掘更多关键抗逆基因，为小麦遗传改良提供更丰富的靶点。
