高粱種子耐冷材料篩選鑒定與利用評(píng)價(jià)

張海燕，史紅梅，楊 彬，周忠宇，張桂香

（高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所， 山西 晉中030600）

作物的抗逆性主要受遺傳基因所控制［1－3］，是作物遺傳特性的一種表現(xiàn)形式，與其發(fā)育生理和影響發(fā)育的因素有關(guān)。在不同的時(shí)間地點(diǎn)，甚至在不同的生長(zhǎng)季節(jié)，作物不同的個(gè)體或器官其抗逆力反應(yīng)不一樣［4］。在作物的耐冷研究方面，認(rèn)為耐低溫的能力在不同作物以及不同品種中都有不同的表現(xiàn)［5－7］。全球每年因低溫凍害而造成農(nóng)作物損失高達(dá)數(shù)千億［8］，而早春低溫是農(nóng)作物主要的自然災(zāi)害之一［9］。高粱是耐旱、耐鹽堿且喜溫的雜糧作物，種植區(qū)域的光溫條件對(duì)高梁生長(zhǎng)發(fā)育并不是十分寬裕，低溫會(huì)對(duì)高粱的萌發(fā)、出苗造成傷害。研究表明，高粱的芽期和苗期是對(duì)光溫最敏感的時(shí)期［10］，低溫會(huì)造成芽期和苗期的冷害，但高粱生產(chǎn)的實(shí)際情況是在種子的吸水膨脹階段，如遇低溫也會(huì)造成種子的“粉種”或霉?fàn)€，導(dǎo)致出苗不齊不全，影響產(chǎn)量。因此，高粱種子的耐冷與否直接關(guān)系到高粱產(chǎn)量的高低，本試驗(yàn)選用一批國(guó)內(nèi)外高粱資源進(jìn)行高粱種子的耐冷性篩選鑒定，以期為高粱的抗性育種及生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

試驗(yàn)材料156份，中國(guó)材料61份，其中地方品種40份，育成種21份，分別來(lái)自?xún)?nèi)蒙、山西、河南等不同省區(qū)；國(guó)外材料95份，來(lái)自美國(guó)、印度等國(guó)。

取供試種子100粒，種在發(fā)芽盒內(nèi)，置于2℃的智能培養(yǎng)箱中處理5d后，調(diào)試培養(yǎng)箱溫度到12～15℃，出苗后計(jì)數(shù)出苗株數(shù)。設(shè)對(duì)照于12～15℃的智能培養(yǎng)箱中，出苗后計(jì)數(shù)出苗株數(shù)，最后計(jì)算品種出苗率。按照高粱耐冷性鑒定方法及指標(biāo)的研究［11］對(duì)參試材料進(jìn)行分等定級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2．1 高粱種子室內(nèi)耐冷性鑒定

高粱種子冷害是指播種后高粱籽粒吸水膨脹，突遇低溫脅迫，造成種子“粉種”或霉?fàn)€，影響出苗，形成田間缺苗斷壟，進(jìn)而影響產(chǎn)量。本試驗(yàn)參試材料156份，經(jīng)初篩、復(fù)鑒，耐冷性屬于一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)的材料分別為12份、21份、38份、45份、40份，分別占總數(shù)的 7．7%、13．5%、24．4%28．8%和25．6%。三級(jí)以上材料占大多數(shù)。12份一級(jí)材料列入表1。

表1 種子耐冷一級(jí)材料

2．2 不同類(lèi)型材料的耐冷性差異

由表2可以看出，40份地方品種中有一級(jí)耐冷品種4份，占該類(lèi)型樣品數(shù)10．0%，占樣品總數(shù)2．6%；選育品種中，有一級(jí)耐冷品種2份，占該類(lèi)型樣品數(shù)9．5%，占樣品總數(shù)1．3%；95份國(guó)外材料中，一級(jí)耐冷品種有6份，占該類(lèi)型樣品數(shù)6．3%，占樣品總數(shù)3．9%。地方品種中的耐冷一級(jí)材料所占比例較高，選育品種中耐冷一級(jí)材料所占比例也較高。

表2 不同類(lèi)型材料種子耐冷性比較

2．3 耐冷性與農(nóng)藝性狀的關(guān)系

12份種子耐冷一級(jí)材料中，殼色、粒色為紅色、黑、褐3種顏色的材料占到2／3以上，因?yàn)榭刂谱蚜ｎ伾幕蛲瑫r(shí)控制著籽粒中單寧含量［12］，所以這些材料的單寧含量也相對(duì)較高，都在0．6以上，高粱籽粒單寧含量一般在0．027%～1．96%，最高4．3%，最低0．01%［13］，這似乎和材料的耐冷性有一定關(guān)系。高粱籽粒中脂肪含量是籽粒品質(zhì)的一個(gè)方面。脂肪是由甘油和脂肪酸組成的三酰甘油酯，脂肪的性質(zhì)和特點(diǎn)主要取決于脂肪酸。脂肪酸在生物體中具有重要生理功能。細(xì)胞膜脂的主要成分就是脂肪酸，也是重要的能源物質(zhì)，分布在機(jī)體的表面以防止機(jī)械損傷和熱量散發(fā)［14］。高粱籽粒中脂肪含量一般為1．10%～5．50%，由表3可以看出，參試材料的脂肪含量比較高，由于脂肪具有防止熱量散發(fā)等特性，參試材料的種子耐冷與脂肪含量有一定關(guān)系。

表3 種子耐冷一級(jí)材料與籽粒性狀的關(guān)系

2．4 種子耐冷材料的利用評(píng)價(jià)

種子耐冷的材料類(lèi)型有中國(guó)的地方品種、育成種，也有美國(guó)和印度的材料，4份地方品種中，二長(zhǎng)脖高粱株高203cm，早熟，生育期96d，高抗高粱絲黑穗??；棒洛三（大同）也是一個(gè)稈低早熟的材料，生育期為88d，品質(zhì)性狀較好，粗蛋白11．6%，賴(lài)氨酸2．76%，高抗高粱絲黑穗病，這些性狀對(duì)于當(dāng)前高粱的品質(zhì)育種和抗性育種都是有益的性狀，其種子耐冷特性是可以利用的性狀。TC 1383－2和晉選五－1是2份育成種，在高粱育種和種質(zhì)創(chuàng)新方面發(fā)揮了重要作用，TC 1383－2株高適中，穗大粒大，莖稈粗壯，綜合性狀較好；晉選五－1是高粱育種上較早培育和利用的恢復(fù)系，株高139cm，植株健壯，株型緊湊，其耐冷特性對(duì)于耐冷品種的選育具有利用價(jià)值。6份國(guó)外材料中，印度材料IS－2867屬于高稈材料，株高300cm，莖稈韌性強(qiáng)，可應(yīng)用于甜高粱品種的選育。美國(guó)材料9104B植株較矮，株高112cm，穗部產(chǎn)量性狀優(yōu)異，穗粒重88．5g，千粒重30．8g，印度材料5－46837，株高適中，角質(zhì)率100%，這些材料各具特點(diǎn)，加之耐冷特性的具備，有很好的利用價(jià)值。

3 討 論

本試驗(yàn)中耐冷種子的篩選設(shè)置了一個(gè)低溫脅迫，這是經(jīng)過(guò)多次的、幾個(gè)溫度梯度的試驗(yàn)得出來(lái)的結(jié)果，溫度低于2℃，多數(shù)試材會(huì)被淘汰，溫度高會(huì)出現(xiàn)大部分材料的正常萌發(fā)出苗而達(dá)不到選擇的目的。另一個(gè)更重要的原因是，2℃是高粱種植后出苗前易受害的脅迫溫度，也是高粱生產(chǎn)上最容易遇到的脅迫溫度。

從試驗(yàn)中看出，不同類(lèi)型的高粱種質(zhì)其耐冷性存在差異，在我國(guó)地方品種中一級(jí)耐冷資源的比例較高，說(shuō)明在我國(guó)地方品種中挖掘耐冷種質(zhì)的潛力較大［15］，中國(guó)高粱資源可以作為高粱抗寒育種的首選材料［16］。

本試驗(yàn)中耐冷種質(zhì)的篩選僅限于室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)條件畢竟與大田的情況有所不同，土壤環(huán)境、氣溫條件等的因素都沒(méi)有考慮在內(nèi)，因此，還需要在大田的環(huán)境下進(jìn)一步的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。高粱籽粒脂肪含量與種子耐冷性的關(guān)系，由于此前沒(méi)有報(bào)道，本試驗(yàn)中也是略有涉及，因此需要在今后的試驗(yàn)中進(jìn)行深入研究，方可得出正確的結(jié)論，為高粱逆境生理提供一些參考。

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