張瑞棟 肖夢穎 徐曉雪 姜 冰 邢藝凡 陳小飛 李 邦 艾雪瑩 周宇飛,* 黃瑞冬

高粱種子對萌發(fā)溫度的響應(yīng)分析與耐低溫萌發(fā)能力鑒定

張瑞棟1,2肖夢穎1徐曉雪1姜 冰1邢藝凡1陳小飛1李 邦1艾雪瑩1周宇飛1,*黃瑞冬1

1沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 遼寧沈陽 110866;2山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所, 山西汾陽 032200

萌發(fā)期的低溫是限制種子萌發(fā)的一個重要非生物脅迫因子, 高粱種子耐低溫萌發(fā)能力是保證高粱出苗整齊、建立良好群體的基礎(chǔ), 因此研究高粱品種對不同萌發(fā)溫度的響應(yīng)特征具有重要的理論和應(yīng)用價值。本試驗用來源于不同地區(qū)的30份高粱品種, 在25℃、20℃、16℃和12℃人工氣候箱中進行萌發(fā)試驗, 測定不同溫度下高粱品種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、根長、芽重、根重等萌發(fā)指標(biāo), 分析不同高粱品種的萌發(fā)差異; 通過主成分分析和聚類分析, 對不同高粱品種萌發(fā)期耐低溫特性鑒定和分類, 結(jié)果表明, 隨著萌發(fā)溫度的降低, 高粱芽和根的生長均受到抑制, 但根與芽的重量和長度比均增加, 說明萌發(fā)過程中芽比根對低溫更加敏感。30個高粱品種的6個萌發(fā)指標(biāo)相對值之間存在一定相關(guān)性。主成分分析表明, 相對芽長、相對根長和相對發(fā)芽率分別在3個主成分中載荷較大, 可作為高粱萌發(fā)期耐低溫的主要鑒定指標(biāo)。30個高粱品種按萌發(fā)期耐低溫能力可分為四大類, 遼粘3號極不耐低溫, 濟粱1號等18個品種對低溫敏感, 冀釀1號等5個品種對低溫不敏感, 赤雜101等6個品種對萌發(fā)期低溫具有較強的耐性。

高粱; 萌發(fā)特征; 低溫敏感性; 主成分分析

高粱是我國北方地區(qū)重要的糧食作物, 具有多重抗性[1]。然而, 高粱對低溫比較敏感, 而且不同生育階段對低溫的敏感性不同, 萌發(fā)期是高粱對低溫最為敏感的時期[2]。0~20℃之間的溫度都會對高粱的萌發(fā)和生長造成不同程度的影響[3]。春季低溫常常會導(dǎo)致高粱種子粉種、霉?fàn)€, 出苗困難, 進而影響產(chǎn)量[4]。篩選具有較高耐低溫萌發(fā)能力的高粱品種, 并鑒選其主要評價指標(biāo), 對降低高粱早春播種的風(fēng)險和拓展高粱的種植區(qū)域具有重要的理論和實踐意義[5]。種子萌發(fā)是一個非常復(fù)雜的生物過程, 包括胚乳和種皮的破裂, DNA、細(xì)胞膜和細(xì)胞器的修復(fù), 核酸和蛋白的合成, 糖和蛋白的代謝等[6-9]。溫度是影響酶活性和細(xì)胞生命活動的一個關(guān)鍵因子[10], 萌發(fā)期的低溫會改變種子內(nèi)部的生理活性, 進而影響種子的萌發(fā)能力[11]。Upadhyaya等[12]發(fā)現(xiàn)12℃顯著影響高粱種子的發(fā)芽能力, 可作為高粱萌發(fā)期的鑒定溫度。Franks等[13]研究認(rèn)為15℃適合作為高粱萌發(fā)期耐低溫的篩選溫度。張麗霞等[14]認(rèn)為8℃下的相對萌發(fā)率和相對萌發(fā)勢可評價高粱的耐低溫萌發(fā)能力。張海燕等[15]認(rèn)為可以通過5 d 2℃的低溫處理, 然后轉(zhuǎn)移到12~15℃培養(yǎng), 根據(jù)出苗情況篩選高粱的耐低溫種質(zhì)資源?？梢娗叭嗽谠u價高粱萌發(fā)期耐低溫條件上存在許多差異, 而指標(biāo)的選取對作物耐低溫萌發(fā)能力的評價同樣具有重要的影響。朱晨曦等[16]研究發(fā)現(xiàn), 18℃培養(yǎng)下的相對發(fā)芽指數(shù)或者14℃培養(yǎng)下的相對發(fā)芽率可作為辣椒種子萌發(fā)耐低溫的鑒定指標(biāo)。王俊娟等[17]研究認(rèn)為0℃處理4 d, 28℃條件下恢復(fù)正常生長7 d的相對子葉平展率可以作為棉花萌發(fā)期的抗冷鑒定指標(biāo)。單一的萌發(fā)指標(biāo)或者植株形態(tài)指標(biāo)在評價作物某一方面的耐低溫性上具有一定的參考價值, 但不能反映出品種耐低溫萌發(fā)的綜合能力。張雪峰等[18]和高利英等[19]分別通過發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的綜合變化評價了玉米和棉花萌發(fā)期的耐低溫特性, 但是這些指標(biāo)之間存在一定的關(guān)聯(lián), 指標(biāo)所反映的信息有一定的重疊, 指標(biāo)的選取對鑒定結(jié)果有一定的影響。高粱品種萌發(fā)過程中對不同低溫敏感性存在差異, 多性狀指標(biāo)的評價可以綜合反映高粱的耐低溫能力。然而, 到目前為止, 萌發(fā)期高粱品種耐低溫能力的綜合評價還鮮見報道。本試驗以30份高粱品種為研究材料, 通過對不同萌發(fā)溫度條件下的多個萌發(fā)性狀進行分析, 旨在篩選出高粱萌發(fā)期耐低溫的主要鑒定指標(biāo)和萌發(fā)期耐低溫的高粱品種。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用中國不同生態(tài)區(qū)的30個高粱品種, 均為所在區(qū)域推廣使用的最新品種, 分別來自山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、河北省農(nóng)林科學(xué)院、錦州市科學(xué)技術(shù)研究院(遼寧省)、通遼市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院(內(nèi)蒙古自治區(qū))、平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院(甘肅省)、赤峰市農(nóng)牧科學(xué)院(內(nèi)蒙古自治區(qū))等單位。品種名稱及來源見表1。

表1 供試高粱品種及來源

(續(xù)表1)

1.2 試驗設(shè)計

采用RXZ-1000B型人工氣候箱進行種子控溫萌發(fā)培養(yǎng), 設(shè)濕度為60%, 黑暗培養(yǎng)10 d。挑選籽粒飽滿的種子, 用次氯酸鈉溶液(5%)消毒15 min, 用純水沖凈拭干, 置鋪好濾紙的培養(yǎng)皿中, 每個培養(yǎng)皿放25粒, 作好標(biāo)記, 加入15 mL蒸餾水, 擺放好種子后置人工氣候箱。從培養(yǎng)的第3天開始, 統(tǒng)計發(fā)芽勢, 每2 d補充一次蒸餾水。在正式試驗之前以濟粱1號、遼雜37、赤雜101以及遼粘3號進行預(yù)備發(fā)芽試驗, 基于10℃為喜溫作物的界限溫度, 選取25℃、20℃、16℃、12℃和8℃為發(fā)芽溫度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些高粱品種在8℃下培養(yǎng)10 d均不發(fā)芽, 故舍棄8℃而選取25℃、20℃、16℃和12℃ 4個發(fā)芽溫度進行發(fā)芽試驗。

1.3 測定指標(biāo)

在第10天時從每個培養(yǎng)皿隨機取5個樣品, 測定芽長、根長、芽鮮重、根鮮重等指標(biāo), 取其平均值。

發(fā)芽以種子胚根達(dá)種子長, 胚芽達(dá)種子長的二分之一為標(biāo)準(zhǔn)。

選取各處理下長勢一致的高粱幼苗, 從培養(yǎng)皿中完整地取出植株, 拭干水分后用直尺測量芽長(芽基部到上部最長葉的絕對距離)、根長(植株基部到根系形態(tài)學(xué)最下端的絕對距離)。

將洗凈、拭干后的植株在根莖結(jié)合處剪斷, 用電子天平分別稱量芽和根的鮮重。

發(fā)芽勢 = 第3天的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽率 = 第10天的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

其中,t、ck、t和CK分別為處理溫度、對照溫度、處理指標(biāo)值和對照指標(biāo)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù)并計算各處理性狀的平均值和相對值。用SPSS 18.0進行方差分析、相關(guān)分析和主成分分析, 通過載荷值篩選鑒定指標(biāo), 依據(jù)主成分的綜合得分對高粱耐低溫特性進行聚類評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同高粱品種萌發(fā)指標(biāo)對溫度的響應(yīng)

由表2可知, 在不同品種之間, 發(fā)芽勢、發(fā)芽率、芽長、根長、芽重和根重的差異達(dá)到極顯著水平, 說明高粱的發(fā)芽特性與品種有關(guān); 溫度對所有指標(biāo)的影響, 差異均達(dá)到極顯著水平, 說明溫度是影響發(fā)芽指標(biāo)的關(guān)鍵因素; 溫度和品種的互作對發(fā)芽指標(biāo)的影響, 差異也達(dá)到極顯著水平, 說明萌發(fā)期不同品種對溫度變化的響應(yīng)存在差異。高粱的發(fā)芽勢是受溫度影響較大的一個指標(biāo), 變異系數(shù)為74.29%, 發(fā)芽勢以25℃時遼雜27最大(97.33%), 本試驗中所有品種的發(fā)芽勢在12℃下均為零; 不同品種的發(fā)芽率受溫度的影響相對較小, 變異系數(shù)為17.34%, 以25℃時遼雜27最高(98.67%), 以12℃時的遼粘3號最低(10.67%); 不同品種的芽長受溫度影響較大, 變異系數(shù)達(dá)到82.17%, 以25℃時的吉雜152最大(12.42 cm), 以12℃的遼粘3號和吉雜127最小(0.10 cm); 溫度對不同品種根長影響也較大, 變異系數(shù)為60.62%, 以20℃的赤雜101最大(16.78 cm), 12℃遼粘3號最小(0.72 cm); 芽重和根重的變化與芽長和根長的變化相似, 變異系數(shù)分別為78.02%和59.88%, 芽重和根重以25℃的吉雜136和407/M5最大, 分別為112.17 mg和100.67 mg; 12℃的遼粘3號最小, 分別為0.48 mg和3.33 mg。

表2 不同溫度下高粱品種萌發(fā)指標(biāo)的差異比較

(續(xù)表2)

(續(xù)表2)

*顯著水平(< 0.05); **極顯著水平(< 0.01)。

CV: coefficient of variation; *: significantly different between treatments at< 0.05; **: significantly different between treatments at< 0.01.

為了比較不同溫度對高粱萌發(fā)指標(biāo)的影響, 將4個溫度下不同高粱品種的萌發(fā)指標(biāo)分別進行平均處理。從表3可以看出, 隨萌發(fā)溫度的降低, 高粱的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根長、芽長和芽重均呈現(xiàn)下降的趨勢。與25℃時相比, 20℃、16℃和12℃時高粱的發(fā)芽率分別下降3.29%、6.43%和25.39%; 芽長分別下降41.00%、78.07%和96.56%; 隨著萌發(fā)溫度的降低, 高粱的根重表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢, 在20℃時高粱的根重達(dá)到最大, 然后隨溫度的降低呈下降的趨勢。高粱的根芽長度比和根芽重量比均隨萌發(fā)溫度的下降呈增加的趨勢, 說明高粱芽與根相比對低溫更加敏感。

表3 溫度對發(fā)芽指標(biāo)的影響

同一行中標(biāo)以相同字母的值在0.05水平差異不顯著。

Values followed by the same letters at the same row are not significantly different at< 0.05.

為了比較不同品種對溫度變化的響應(yīng)差異, 將20℃、16℃、12℃的萌發(fā)指標(biāo)分別以25℃為對照作比并加權(quán)平均, 得到不同指標(biāo)的相對值如表4所示。從不同品種相對值的均值看, 發(fā)芽勢、芽長、芽重的相對值較小, 說明這3個指標(biāo)受溫度的影響較大; 從萌發(fā)指標(biāo)的相對值在不同品種之間的變異來看, 發(fā)芽勢、根長、根重的變異系數(shù)較大, 說明這3個指標(biāo)對溫度的響應(yīng)在不同品種之間差異較大。

表4 不同高粱品種萌發(fā)特性相對值

(續(xù)表4)

1、2、3、4、5和6分別代表相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對芽長、相對根長、相對芽重和相對根重。同一列中標(biāo)以相同字母的值0.05水平差異不顯著。

1,2,3,4,5, and6represent relative germination potential, relative germination rate, relative bud length, relative root length, relative bud fresh weight and relative root fresh weight, respectively. Values followed by the same letters within the same column are not significantly different at< 0.05.

2.2 萌發(fā)指標(biāo)相對值之間的相關(guān)性分析

相關(guān)分析表明, 相對發(fā)芽勢與相對根長呈極顯著正相關(guān)(=0.74,<0.01), 相對發(fā)芽勢與相對根重呈極顯著正相關(guān)(=0.66,<0.01), 表明根系生長對高粱種子發(fā)芽勢具有一定的正向效應(yīng)。相對芽長與相對芽重呈極顯著正相關(guān)(=0.71,<0.01), 相對根長與相對根重之間呈極顯著正相關(guān)(=0.85,<0.01), 說明在不同溫度下高粱種子萌發(fā)形態(tài)與其重量指標(biāo)之間具有一致性。相對發(fā)芽率與萌發(fā)指標(biāo)相對值之間的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平(表5)。

2.3 高粱萌發(fā)期耐低溫特性的主成分分析

主成分分析可以基于原先提出的所有變量情況下, 進行精簡, 刪除多余重復(fù)的變量, 建立盡可能少的新變量, 這些新的變量兩兩不相關(guān), 可以更加全面準(zhǔn)確地反映高粱萌發(fā)期的耐低溫能力。對本研究中30個高粱品種在不同溫度下萌發(fā)指標(biāo)的相對值進行主成分分析。前3個主成分的貢獻率分別為43.23%、28.56%和16.21%, 累計貢獻率達(dá)到87.99% (附表1), 考慮到累計貢獻率大于80%的原則, 說明前3個主成分已經(jīng)足以代表該組數(shù)據(jù)的基本信息, 符合主成分分析的要求。

表5 萌發(fā)期低溫脅迫下各性狀的相關(guān)系數(shù)

1、2、3、4、5和6分別代表相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對芽長、相對根長、相對芽重和相對根重。*和**分別表示0.05和0.01的顯著水平。

1,2,3,4,5, and6represent relative germination potential, relative germination rate, relative bud length, relative root length, relative bud fresh weight and relative root fresh weight, respectively.*and**indicate significance at< 0.05 and< 0.01, respectively.

從各個萌發(fā)指標(biāo)的載荷矩陣分析, 相對根長、相對根重、相對發(fā)芽勢在第I主成分中的載荷比較大, 說明第一主成分主要反映的是根部性狀的重要指標(biāo)。在第II主成分中相對芽長和相對芽重的載荷較大, 說明第二主成分主要反映的是芽生長狀況的重要指標(biāo)。第III主成分中相對發(fā)芽率的載荷較大, 說明第三主成分主要反映的是種子發(fā)芽的狀況(附表2)。

根據(jù)各因子的得分系數(shù)矩陣(附表3), 將原先的6個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個主成分, 3個主成分的得分公式如下。

1= 0.3291+0.1182+ 0.1053+ 0.3634+ 0.0045+ 0.3466(1)

2=-0.0971+ 0.0792+ 0.5233-0.0654+ 0.5385-0.0316(2)

3=-0.0261+ 0.9612+ 0.0313-0.0644-0.1985-0.2446(3)

為了量化不同高粱品種萌發(fā)期的耐低溫能力,根據(jù)各主成分的貢獻值在累計貢獻率中所占的比值進行加權(quán), 各品種的綜合得分公式如下。

= 0.4911+0.3252+0.1843(4)

計算后值見附表4,值越大, 表明品種的耐低溫萌發(fā)能力越強。因此, 不同高粱品種的耐低溫特性為S30 > S2 > S21 > S7 > S8 > S4 > S17 > S9 > S11 > S20 > S29 > S27 > S12 > S3 > S28 > S1 > S19 > S16 > S25 > S15 > S26 > S6 > S14 > S23 > S24 > S13 > S18 > S10 > S22 > S5。

2.4 基于主成分綜合得分的聚類分析

根據(jù)主成分分析得出的Y值進行聚類分析, 利用系統(tǒng)分類的組內(nèi)聯(lián)接法將30個高粱品種分為四大類(表6), 第一類為低溫高度敏感品種, 僅含遼粘3號(S5) 1個品種; 第二類為低溫敏感品種, 包含濟粱1號(S1)和冀釀1號(S3)等18個品種; 第三類為耐低溫品種, 包含遼雜36(S9)和吉雜152(S17)等5個品種; 第四類為極耐低溫品種, 包含赤雜101(S30)和濟粱2號(S2)等6個品種。

表6 不同高粱品種耐低溫特性聚類結(jié)果

3 討論

早春的低溫通常會造成高粱種子萌發(fā)困難, 田間出苗不齊, 進而影響高粱群體的建成。中國高粱具有較強的耐低溫特性[20], 但目前栽培的高粱品種主要為雜交種, 雜交種的母本都是國外類型或者傾國外類型, 耐低溫能力相對較差[21]。本研究的試驗材料均來源于中國不同生態(tài)區(qū), 評價與鑒定其萌發(fā)期耐低溫特性, 對高粱生產(chǎn)栽培具有一定的理論和實踐意義。從試驗結(jié)果看, 各生態(tài)區(qū)均有低溫極不敏感品種及低溫敏感品種, 說明高粱雜交種的耐低溫特性與地區(qū)分布的相關(guān)性不大。一方面可能是由于高粱的生態(tài)適應(yīng)性較強, 各地區(qū)間育種材料的交流較為頻繁, 使各生態(tài)區(qū)均有不同耐低溫類型的高粱種質(zhì); 另一方面, 現(xiàn)階段高粱品種的選擇多注重產(chǎn)量和適宜機械化的株型性狀, 生產(chǎn)和育種中多通過調(diào)節(jié)播期來避免早春低溫對高粱出苗的影響, 而對耐低溫性狀的關(guān)注不夠。

本研究發(fā)現(xiàn), 種子萌發(fā)過程中不同萌發(fā)指標(biāo)在不同程度上均受到低溫的影響, 與發(fā)芽率相比, 高粱芽的生長受到低溫的影響更加明顯(表3), 說明高粱芽的生長比發(fā)芽對低溫更加敏感。該結(jié)果與Balota等[22]研究相一致, 說明高粱種子萌發(fā)過程中的不同階段對溫度的敏感性不同。常博文等[23]研究也發(fā)現(xiàn), 低溫對不同花生品種的發(fā)芽率影響不顯著, 但顯著影響花生芽的伸長。因此, 在鑒定高粱耐低溫萌發(fā)能力時, 只關(guān)注低溫對高粱發(fā)芽率的影響具有一定的局限性。本研究還發(fā)現(xiàn)高粱種子在萌發(fā)過程中, 根與芽對低溫的耐受性也存在一定差異, 雖然低溫顯著抑制高粱芽和根的生長, 但高粱的根芽長度比和根芽重量比隨著萌發(fā)溫度的降低均呈增加的趨勢, 表明芽的生長比根的生長對萌發(fā)期低溫更加敏感。張海艷[24]在玉米上也發(fā)現(xiàn)萌發(fā)期的低溫首先抑制芽的生長其次才會抑制根的生長。這極有可能與種子內(nèi)部的激素含量變化有關(guān)[25], 但如何變化還有待進一步研究。

高粱的萌發(fā)特性是基因和環(huán)境互作的多種萌發(fā)指標(biāo)的綜合表現(xiàn)[26-27]。選取有代表性的指標(biāo), 建立客觀的評價體系, 對高粱品種萌發(fā)期耐低溫特性的評價和耐低溫品種的鑒定都非常重要。前人多以種子的萌發(fā)率或出苗率作為評價作物發(fā)芽特性的指標(biāo)[28-30]。單一的指標(biāo)評價作物的萌發(fā)特性具有一定的局限性, 應(yīng)選取多項指標(biāo)綜合評定。前人對不同試驗水平處理多將抗逆相對值平均處理[31-32], 但不同水平的低溫對高粱萌發(fā)指標(biāo)的效應(yīng)是不相同的, 因此, 本研究根據(jù)不同低溫程度, 將不同指標(biāo)相對值賦予不同的權(quán)重系數(shù)進行加權(quán)平均, 這樣得到的相對值更能體現(xiàn)高粱品種對不同溫度水平的響應(yīng)差異。同時, 本研究選取了相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽率、相對芽長、相對根長、相對芽重、相對根重6個指標(biāo)對高粱的萌發(fā)期耐低溫特性綜合評價, 盡管這些觀測指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性, 但是我們采用上述加權(quán)平均的方式耦合主成分分析, 通過對多項指標(biāo)降維處理, 篩選到3個主成分, 其中相對芽長、相對根長和相對發(fā)芽率載荷最大, 可代表處理間變異的大部分信息, 因此, 這3個指標(biāo)可作為高粱萌發(fā)期耐低溫特性評價的主要鑒定指標(biāo)。基于主成分分析對每個高粱品種的耐低溫萌發(fā)特性綜合評分, 通過聚類分析將綜合評分分類, 從排序和分類結(jié)果上看, 高粱萌發(fā)的耐低溫差異與試驗過程中性狀表現(xiàn)趨勢(表2)基本一致, 說明本研究采用的加權(quán)方式耦合基于主成分與聚類分析對高粱萌發(fā)期耐低溫性評價具有較好的可靠性。

前人研究發(fā)現(xiàn), 針對低溫對高粱萌發(fā)能力的影響, 在培養(yǎng)箱進行的試驗與大田試驗具有一致的效果, 在2種環(huán)境中發(fā)芽指標(biāo)之間具有顯著的相關(guān)性, 所以培養(yǎng)箱內(nèi)的發(fā)芽試驗可以模擬大田的低溫萌發(fā)試驗[33]。大田試驗通過不同播期, 根據(jù)氣溫的差異研究高粱耐低溫萌發(fā)能力[34], 由于不可控因素較多(例如, 溫度易受環(huán)境及年際間的影響), 試驗結(jié)果易產(chǎn)生較大誤差。在氣候箱內(nèi)通過培養(yǎng)皿進行發(fā)芽試驗, 可對萌發(fā)期的溫度精確控制, 消除高粱種子在大田萌發(fā)過程中不可控因素的影響, 更加精確地研究萌發(fā)期溫度對高粱萌發(fā)能力的影響。本研究篩選出的耐低溫品種及鑒定指標(biāo)今后可以在大田試驗中進一步驗證。我們對篩選出的極端品種在不同溫度下進行了多次重復(fù)的發(fā)芽試驗, 結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性。

4 結(jié)論

高粱萌發(fā)過程中低溫顯著抑制了高粱種子芽和根的伸長, 且芽對低溫的敏感性高于根; 相對芽長、相對根長和相對發(fā)芽率可作為高粱萌發(fā)期耐低溫的篩選指標(biāo); 根據(jù)高粱品種萌發(fā)期耐低溫的能力, 可分為四大類, 遼粘3號萌發(fā)期極不耐低溫, 濟粱1號等18個品種對低溫敏感, 遼雜36等5個品種對低溫不敏感, 赤雜101等6個品種對萌發(fā)期低溫具有較強的耐性。

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Responses of sorghum hybrids to germination temperatures and identification of low temperature resistance

ZHANG Rui-Dong1,2, XIAO Meng-Ying1, XU Xiao-Xue1, JIANG Bing, XING Yi-Fan1, CHEN Xiao-Fei1, LI Bang1, AI Xue-Ying1, ZHOU Yu-Fei1,*, and HUANG Rui-Dong1

1College of Agronomy, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, Liaoning, China;2Institute of Cash Crops, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Fenyang 032200, Shanxi, China

Low temperature during germination is an important abiotic stress factor limiting seed germination. Sorghum seeds with high germination capacity at low temperature are conducive to the emergence and establishment of a good population. Therefore, studying the response characteristics of sorghum hybrids to different germination temperatures is of great theoretical and practical value. Thirty sorghum hybrids from different regions of China were germinated in the artificial climate chamber, at 25°C, 20°C, 16°C, or 12°C to measure germination potential, germination percent, bud length, root length, bud weight and root weight. Sorghum hybrids were identified and classified according to low temperature resistance during the germination based on principal component analysis (PCA) and clustering analysis. With a decrease in germination temperature, the growth of both buds and roots were inhibited, but the ratio of roots to buds in both weight and length increased, indicating that buds were more sensitive to low temperature during germination than roots. The relative values of six germination indicators of the thirty sorghum hybrids were correlated between each other. The PCA results showed that relative bud length, relative root length and relative germination percent could be used to evaluate the sorghum germination capacity under low temperatures because these indicators had the largest loads in the three principal components, respectively. According to the low temperature tolerance ability of the 30 sorghum hybrids were divided into four categories: Liaonian 3 was extremely sensitive to low temperature; eighteen hybrids, such as Jiliang 1, were sensitive to low temperature; five hybrids, such as Jiniang 1, were insensitive to low temperature, and six hybrids, such as Chiza 101 had a strong low temperature tolerance during the germination.

sorghum; germination traits; low temperature sensitivity; principal components analysis

附表1 3個主成分的特征值及貢獻率

Supplementary table 1 Eigen value of three principal components and their contributions and cumulative contribution rates

附表2 各因子載荷矩陣

Supplementary table 2 Loading matrix of each component

附表3 因子得分系數(shù)矩陣

Supplementary table 3 Coefficient matrix of component score

附表4 各品種綜合因子得分值及耐低溫特性的排序

Supplementary table 4 Y-value of comprehensive component score and the ranks of cold-resistance of sorghum hybrids

10.3724/SP.J.1006.2020.94150

本研究由國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-06-135-A17)資助。

This study was supported by the Earmarked Fund for the China Agriculture Research System (CARS-06-135-A17).

周宇飛, E-mail: zhouyufei2002@aliyun.com; zhouyufei@syau.edu.cn

E-mail: sxnkyzrd@126.com

2019-10-08;

2020-01-15;

2020-01-23.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200123.1103.002.html