利用硬粒小麦的表型多样性培育具有气候适应能力的硬粒小麦品种

《Genetic Resources and Crop Evolution》：Harnessing phenotypic diversity in Triticum turgidum for climate-resilient durum wheat improvement

　　

摘要

在地中海的雨养农业系统中，硬粒小麦（Triticum turgidum L. subsp. durum [Desf.] Husn.）的种植日益受到气候变化引发的严重干旱威胁，而现代育种手段进一步缩小了作物抗逆性的遗传基础。为填补这一多样性缺口，我们在伊朗西部三种不同的水分条件下，对421份代表六个Triticum turgidum亚种的四倍体小麦材料进行了表型分析（这些亚种包括durum、carthlicum、dicoccum、polonicum、turgidum和turanicum）。方差分析表明，所检测的13个农艺生理性状均存在极为显著的基因型效应（P?＜?0.01），其中籽粒产量表现出最大的表型变异。多环境分析确定了在严重干旱条件下维持产量的三个相互关联的因素：（i）较早的物候期，有助于作物避开水分不足的情况（籽粒产量与抽穗期及成熟期呈负相关：r?=???0.24至??0.39，P?＜?0.01）；（ii）灌浆期持续的叶绿素含量（SPAD值），体现出“保持绿色”的功能特性；（iii）较高的千粒重（与产量的相关系数为r?=?0.38–0.47，P?＜?0.01）。表现优异的品种能够在限制营养生长（降低株高并使归一化差异植被指数[NDVI]保持在适中水平）的同时，优化这些性状的协同作用，从而在水分不足的情况下优先保障生殖生长。大约一半的硬粒小麦品种在不同环境中都具有较强的适应性，但在carthlicum、polonicum和dicoccum亚种中也有不少具有特殊优势的个体。尤为重要的是，基因型与环境互作分析显示，不同地理起源的品种之间存在很大差异，这表明仅依据品种来源难以准确预测其适应能力。有一些品种因其较早的抽穗期、良好的生理效率以及稳定的产量，被视为理想的育种材料。这些研究结果为基于性状的选育以及战略性地引入抗逆等位基因提供了有力的表型框架，有助于加快培育出能在日益严重的水资源短缺条件下仍能保持高产能力的耐旱硬粒小麦品种。