于 洋, 朱長安, 李召鋒, 周廣立,崔鳳娟, 朱連春, 王皓辰,劉仕志

(1.石河子大學農(nóng)學院, 新疆石河子 832000; 2. 新疆新農(nóng)現(xiàn)代投資發(fā)展有限公司, 新疆五家渠 831300; 3. 新疆農(nóng)墾科學院作物研究所, 新疆石河子 832000)

小麥是重要的糧食作物,也是人體所需能量、蛋白質(zhì)和膳食纖維的主要來源[1]。種子質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成、種質(zhì)資源持續(xù)利用等諸多方面[2]。種子老化是指種子生存能力下降,使得種子喪失活力及萌發(fā)能力的不可逆變化,是在種子成熟后自然發(fā)生且不可避免的過程,其與有害物質(zhì)積累、內(nèi)源激素紊亂、生物大分子變性、膜系統(tǒng)損傷等有關(guān)[3],以種子發(fā)芽指標的降低為重要表征[4]。種子剛成熟時,生命活力最旺,隨著貯藏時間的延長,種子不可逆地老化死亡,種子活力持續(xù)降低,并最終失去種用價值[5]。隨著我國種子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,越來越多的企業(yè)進入到種子市場,受供求關(guān)系及糧食市場的影響,大量的種子需要短期或長期的儲藏,從而誘發(fā)種子老化[6]。因此,培育耐儲性品種,有效應對市場波動是種子企業(yè)和育種者共同關(guān)注的熱點問題。耐老化能力是衡量種子活力和耐儲性的重要 指標之一,小麥耐老化能力存在基因型差異[1,7-8 ], 為篩選耐老化種質(zhì)、培育耐老化品種提供了可能。

對作物品種資源進行耐老化鑒定及評價是培育耐老化品種的前提和基礎。目前,高溫高濕人工模擬老化結(jié)合發(fā)芽試驗是篩選適宜長期儲藏的優(yōu)良作物材料、鑒定種質(zhì)資源耐老化能力的最常用方法。如,李穆等[6]采用高溫高濕法對60份玉米自交系的耐老化能力進行評價,篩選出FK1239、加早19等8份耐老化材料;王婷等[9]采用此方法鑒定了30份黃瓜品種的耐老化能力,篩選出18份耐老化品種;鄧曉娟等[10]將12份棉花品種的耐儲性分為耐貯藏型、中間型和不耐貯藏型三種類型。但目前關(guān)于新疆小麥品種資源耐老化能力評價的研究鮮見報道。本研究對33份主要新疆春小麥品種資源的耐老化能力進行評價,以期篩選出耐老化種質(zhì),為培養(yǎng)耐儲性品種提供親本材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為33份新疆春小麥品種資源(表1),由石河子大學麥類作物研究所提供。

表1 供試材料Table 1 Name of wheat varieties in this experiment

1.2 試驗方法

1.2.1 人工老化

2021年夏,將供試材料收獲后脫粒,在自然條件下晾曬60 d,以充分破除種子休眠。利用浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司生產(chǎn)的種子老化箱對供試材料進行高溫高濕人工模擬老化處理。使用前用75%乙醇對老化箱進行消毒。挑選大小均勻一致、無黑胚的種子進行試驗。種子老化前用0.01%氯化汞溶液浸泡3 min進行消毒,然后用蒸餾水反復沖洗3次,用濾紙吸干種子表面水分,陰干后備用。

參考王玉嬌等[7]的老化條件進行處理,將老化箱溫度設置為41±0.5 ℃,相對濕度設置為 95%±5%,對供試種子進行老化處理(aging treatment, AT),處理時間為6 d ,以未進行老化處理的種子為對照(CK)。各處理3次重復,每重復100粒種子。老化處理結(jié)束后,將種子置于陰涼處充分風干。

1.2.2 測定項目與方法

將老化處理的種子在RXZ型智能人工氣候箱(寧波江南儀器制造廠)中進行標準發(fā)芽試驗。溫度20 ℃,光周期為16 h/8 h,光照強度為 15 000 lx,空氣相對濕度為50%。每天噴灑蒸餾水,以保持濕潤,并記載發(fā)芽情況。胚芽長度達到種子長度一半即為發(fā)芽。萌發(fā)第4天統(tǒng)計發(fā)芽勢,第8天統(tǒng)計發(fā)芽率并測量幼苗高度,計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及其耐老化系數(shù)(老化處理/CK)。

1.3 耐老化性評價

參考王 婷[9]和閆慧芳[11]的方法,基于不同發(fā)芽指標的耐老化系數(shù),運用加權(quán)隸屬函數(shù)法對不同小麥品種種子的耐老化性進行綜合評價。并根據(jù)不同品種的耐老化綜合評價值(D值)對供試品種的耐老化性進行聚類。加權(quán)隸屬函數(shù)法計算公式如下:

(1)

(2)

(3)

式中,xi為第i個指標的度量值,ximin和ximax分別表示第i個指標的最小值和最大值,μ(xi)表示xi的隸屬函數(shù)值,CVi表示μ(xi)的變異系數(shù),wj為CVi在總變異中所占權(quán)重,n為指標數(shù)。由于耐老化系數(shù)與種子的耐化老能力呈正相關(guān),用公式(1)計算隸屬函數(shù)值。采用客觀賦值法按公式(2)計算各評價指標的權(quán)重,按公式(3)計算不同供試材料耐老化性綜合評價值(D值)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007整理試驗數(shù)據(jù),在對發(fā)芽勢和發(fā)芽率進行方差分析前,先將數(shù)據(jù)進行反正弦轉(zhuǎn)化。使用SAS 8.0 進行方差及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥品種發(fā)芽指標方差分析

方差分析結(jié)果(表2)表明,老化處理、品種及二者間互作對春小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)影響均達極顯著水平,說明春小麥種子活性會隨著種子的老化而變化,且不同品種對老化的反應存在差異。

表2 發(fā)芽指標方差分析Table 2 Analysis of germination index variance

2.2 老化對小麥發(fā)芽指標的影響

由表3可以看出,老化種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率的平均值分別為51.21%和67.26%,較CK分別下降41.16和30.96個百分點;老化種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)平均值為19.63和159.95,較CK分別降低50.29%和64.77%。種子老化后發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的變異系數(shù)分別為27.63%、22.05%、25.63%和29.32%,均大于CK,表明老化處理后不同品種間種子發(fā)芽指標的變異范圍擴大,有利于耐老化品種的挖掘。

表3 人工老化對小麥發(fā)芽指標的影響Table 3 Effect of artificial aging on the germination indices of spring wheat

2.3 耐老化性綜合評價

以發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等四個指標的耐老化系數(shù)為基礎,計算其隸屬函數(shù)值(表4)。從結(jié)果看,不同指標隸屬函數(shù)值的平均值和變異系數(shù)不同,如平均值以發(fā)芽率最大,活力指數(shù)最小,而變異系數(shù)則以活力指數(shù)最大,發(fā)芽率最小。因此,需要綜合來分析品種的耐老化特性。加權(quán)計算結(jié)果表明,供試材料耐老化性綜合評價值(D值)為0.002～0.931,平均值為 0.493,變異系數(shù)為48.266%。供試材料按其D值從高到低排序:新春40號>新春43號>新春30號>新春47號>新春41號>新春6號>新春19號>新春22號>新春29號>新春11號>新春37號>新春17號>新春36號>新春24號>新春48號>新春46號>新春32號>新春21號>新春38號>新春51號>新春49號>新春26號>新春50號>新春8號>新春20號>新春44號>新春35號>新春45號>新春33號>新春30號>新春31號>新春12號>新春9號。

表4 不同品種各耐老化系數(shù)的隸屬函數(shù)值、權(quán)重及D值Table 4 Subordinate function value, index weight, and D value of each variety's aging resistance coefficient

進一步采用離差平方和法對D值進行聚類,可將供試品種劃分為4類(圖1)。新春6號、新春30號、新春40號、新春41號、新春43號、新春47號等6份材料為第Ⅰ類,屬高耐老化型,占供試材料的18.18%;新春11號、新春17號、新春19號、新春22號、新春24號、新春29號、新春36號、新春37號、新春48號等9份材料為第Ⅱ類,屬普通耐老化型,占供試材料的27.27%;新春8號、新春20號、新春21號、新春26號、新春32號、新春38號、新春46號、新春49號、新春50號、新春51號等10份材料為第Ⅲ類,屬弱耐老化型,占供試材料的30.30%;新春9號、新春12號、新春31號、新春33號、新春35號、新春39號、新春45號、新春46號等8份材料為第Ⅳ類,屬老化敏感型,占供試材料的24.24%。第Ⅰ類～第Ⅳ類材料D值的平均數(shù)分別為0.83、0.61、0.43和0.18,其中前兩種類型的均值大于所有參試材料的平均值,后兩種類型的均值小于所有參試材料的平均值。

圖1 聚類分析Fig.1 Cluster analysis

3 討 論

種子活力受遺傳和環(huán)境因素的共同影響,即使在最佳貯藏條件下,種子活力的逐漸喪失也不可避免。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,老化的種子會對作物的生長發(fā)芽和大田生產(chǎn)造成不利影響[12]。種子供求關(guān)系的不穩(wěn)定性客觀要求品種具備優(yōu)良的耐儲性。自然老化是評價種子耐儲性的理想方法,但所需時間漫長,采用人工加速老化的方法模擬自然老化過程,在種子耐老化研究中廣泛應用。本研究結(jié)果表明,高溫高濕老化導致小麥種子活力顯著降低,這與前人研究結(jié)果[7,13]一致。與CK相比,老化小麥種子發(fā)芽勢的降低幅度明顯大于發(fā)芽率,這可能是由于種子在萌發(fā)過程中通過自我修復,緩解了老化對種子萌發(fā)的傷害影響引起的[14]。選育耐老化品種是延緩種子老化最為經(jīng)濟、有效的措施[15],應廣泛收集、鑒定農(nóng)作物種質(zhì)資源,挖掘并豐富耐老化種質(zhì),為耐老化育種提供優(yōu)異的親本材料。本研究篩選出新春6號、新春30號、新春40號、新春41號、新春43號、新春47號等6份耐老化能力突出的品種資源,可以作為耐老化育種的親本。王玉嬌[7]等研究表明,新春30號的耐老化能力優(yōu)于新春26號,與本研究結(jié)果一致。

高溫高濕老化條件下,種子耐老化能力與種子類型密切相關(guān)。硬質(zhì)型玉米種子的角質(zhì)胚乳能夠抵御高溫高濕對種胚的不良影響,緩解老化對胚的傷害,具有較高的耐老化能力[6];糯小麥種子的抗老化能力弱于非糯小麥種子[8];彩色種子含有決定籽粒顏色的花青素成分[16],抗氧化能力優(yōu)于白粒種子[17],在種子受到傷害后具有更強的修復能力,可能具備較強的耐老化能力。本研究中新春36號種皮顏色為黑色,在33份供試材料中居第13位,耐老化能力較強。需要指出的是,盡管人工老化在一定程度上可以模擬自然老化,但不能完全代替[7]。環(huán)境溫濕度是自然條件下影響種子老化的關(guān)鍵外部因素,我國不同麥區(qū)環(huán)境溫濕度差異巨大。因此,各麥區(qū)有必要制定中長期研究計劃,對自然老化條件下小麥種質(zhì)資源的耐老化性進行深入的研究。