小麥穗發(fā)芽鑒定方法的比較與分析

李玉營， 馬東方， 王曉玲， 方正武

( 長江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院 主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 荊州 434025 )

小麥穗發(fā)芽鑒定方法的比較與分析

李玉營， 馬東方， 王曉玲， 方正武*

( 長江大學(xué) 農(nóng)學(xué)院 主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 荊州 434025 )

摘要：穗發(fā)芽是小麥生產(chǎn)中較為嚴(yán)重的災(zāi)害之一，易受外界環(huán)境的影響，一旦發(fā)生不僅會(huì)影響產(chǎn)量，而且還會(huì)嚴(yán)重影響小麥的品質(zhì)，因此培育抗穗發(fā)芽的小麥品種至關(guān)重要。該研究通過對(duì)65份小麥材料進(jìn)行穗發(fā)芽試驗(yàn)，比較分析了小麥穗發(fā)芽抗性的常用方法，即籽粒發(fā)芽法、整穗發(fā)芽法和大田穗發(fā)芽法。結(jié)果表明：三種方法之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而且在1%水平上均存在極顯著性差異；發(fā)芽指數(shù)與籽粒發(fā)芽率的相關(guān)性最高，能夠更好地評(píng)價(jià)小麥材料的休眠特性，但不能得出材料的總體抗性；籽粒發(fā)芽法和整穗發(fā)芽法的變異程度相對(duì)較小，試驗(yàn)條件更易控制，可作為小麥穗發(fā)芽抗性評(píng)價(jià)的簡易方法；多數(shù)參試材料的平均籽粒發(fā)芽率>平均整穗發(fā)芽率>平均大田穗發(fā)芽率，且三者差異程度均達(dá)到極顯著水平，這說明麥穗的外部結(jié)構(gòu)及外部環(huán)境對(duì)小麥穗發(fā)芽的影響顯著。因此，籽粒發(fā)芽法可以從休眠性方面，對(duì)小麥種子資源進(jìn)行初步篩選；整穗發(fā)芽法可用于穗發(fā)芽抗性的進(jìn)一步鑒定和驗(yàn)證，評(píng)價(jià)小麥材料穗發(fā)芽的綜合抗性；大田穗發(fā)芽法較易受自然條件的影響、變異程度較大，其結(jié)果可以作為室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)的參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：小麥， 穗發(fā)芽， 穗發(fā)芽鑒定

小麥穗發(fā)芽(Pre-harvest sprouting，PHS)是指小麥?zhǔn)斋@之前遇到連續(xù)陰雨天氣時(shí)籽粒在穗上發(fā)芽的現(xiàn)象(Jiang et al，1998；胡漢橋等，2001)，這是一個(gè)全球性的問題，在加拿大、澳大利亞、美國、日本等國均較為嚴(yán)重，在中國的主要麥區(qū)也時(shí)有發(fā)生(肖世和等，2004；于春泉等，2010；任立世等，2015)。穗發(fā)芽會(huì)導(dǎo)致小麥內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生一系列變化，小麥淀粉酶活性增強(qiáng)，蛋白質(zhì)和脂肪含量降低，使面團(tuán)缺乏耐揉性和黏性，難以成團(tuán)，以致加工品質(zhì)變差；另外，穗發(fā)芽還會(huì)使小麥千粒重下降，導(dǎo)致總產(chǎn)量下降(閆長生等，2006)。因此解決小麥穗發(fā)芽問題一直是重要的小麥育種目標(biāo)之一。目前研究小麥穗發(fā)芽的方法較多，董靜等(2011)運(yùn)用整穗發(fā)芽法和籽粒發(fā)芽法對(duì)供試的58份小麥材料進(jìn)行分析，結(jié)果表明湖北省種植小麥品種大多有較好抗性，其中鄂麥352表現(xiàn)優(yōu)異，并運(yùn)用聚類分析法將湖北主栽小麥材料按穗發(fā)芽抗性高低分為五類。劉爽等(2014)運(yùn)用籽粒發(fā)芽法研究了137份西南麥區(qū)小麥材料的穗發(fā)芽抗性差異，結(jié)果表明地方品種抗穗發(fā)芽能力較強(qiáng)，并篩選出15份高抗穗發(fā)芽材料。張伯橋等(1999)通過運(yùn)用整穗發(fā)芽法對(duì)31份白皮高代品系抗穗發(fā)芽鑒定，篩選到一個(gè)穗發(fā)芽抗性較好的組合，并獲得抗穗發(fā)芽較好的白粒小麥材料鄂61506，可作為抗穗發(fā)芽育種的親本材料。沈正興等(1991)采用人工模擬降雨法、籽粒發(fā)芽法、塑料袋保濕整穗發(fā)芽法和大田穗發(fā)芽法等四種方法對(duì)22個(gè)參試材料進(jìn)行綜合評(píng)定，分析了影響小麥穗發(fā)芽的相關(guān)因素及各種分析方法。張海峰等(1989)通過研究α-淀粉酶、ABA與穗發(fā)芽的關(guān)系，得出α-淀粉酶活性越低，小麥抗穗發(fā)芽能力越強(qiáng)，且ABA與穗發(fā)芽無關(guān)的結(jié)論。

小麥穗發(fā)芽抗性十分復(fù)雜，受多種因素的影響，在育種中選擇抗穗發(fā)芽的基因型很困難，到目前為止，已經(jīng)開發(fā)出與小麥抗穗發(fā)芽相關(guān)的連鎖標(biāo)記，楊燕等(2011)利用發(fā)芽指數(shù)驗(yàn)證其中4個(gè)連鎖標(biāo)記，最終只有STMS標(biāo)記Xwmc468與紅粒小麥的穗發(fā)芽相關(guān)，可用于分子標(biāo)記輔助選擇。王風(fēng)寶等(2006)利用鄰苯二酚作底物進(jìn)行多酚氧化酶生化染色標(biāo)記研究多酚氧化酶與穗發(fā)芽之間的關(guān)系，結(jié)果表明多酚氧化酶活性越低，小麥穗發(fā)芽抗性越強(qiáng)。目前關(guān)于小麥穗發(fā)芽影響因素的研究已有報(bào)道(王鳳寶等，2015)，但不同方法之間的比較與分析較少。本文主要研究了籽粒發(fā)芽法、整穗發(fā)芽法和大田穗發(fā)芽法之間的關(guān)系，比較分析了各種方法的優(yōu)劣，旨在評(píng)價(jià)小麥穗發(fā)芽抗性的研究方法，找出研究小麥穗發(fā)芽的簡易可靠的方法。

1材料與方法

1.1 材料

參試小麥共65份，包括CD-1、CD-11、CD-13、CD-14、CD-15、CD-16、CD-17、CD-18、CD-19、CD-20、CD-21、CD-22、CD-23、鄂5906、鄂麥18、鄂麥19、鄂麥23、豐產(chǎn)3號(hào)、華麥2號(hào)、華麥5號(hào)、淮麥25、淮麥9號(hào)、瑞星1號(hào)、太空6號(hào)、涂麥5號(hào)、西高2號(hào)、西農(nóng)1029、西農(nóng)1376、西農(nóng)183、西農(nóng)223、西農(nóng)529、西農(nóng)979、西農(nóng)9814、襄20、襄麥55、偃展4110、揚(yáng)11-10、揚(yáng)11-03、揚(yáng)11-07、揚(yáng)11-08、揚(yáng)11-09、揚(yáng)12-03、揚(yáng)12-04、揚(yáng)12-05揚(yáng)12-09、揚(yáng)輻麥4號(hào)揚(yáng)麥11、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥15、揚(yáng)麥158、揚(yáng)麥16、豫麥2號(hào)、豫麥49、豫麥70、豫麥909、鎮(zhèn)麥168、鎮(zhèn)麥8號(hào)、鎮(zhèn)麥9號(hào)、鄭麥2956、鄭麥9023、中國春、周麥17、南05、寧麥17。

所有材料均由長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院和江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所小麥育種課題組提供，其中自選材料23份，推廣品種42份，2012-2014連續(xù)兩年播種于長江大學(xué)農(nóng)業(yè)科研試驗(yàn)基地。全部供試材料于小麥開花后35～45 d內(nèi)取樣完成，每份材料以小麥籽粒成熟時(shí)一次性取樣，選取成熟度一致的主莖穗10個(gè)為1次重復(fù)，8次重復(fù)，先放入25 ℃左右的玻璃房中干燥1周，再放入-20 ℃冰箱內(nèi)，待所有材料采集完畢后，開始進(jìn)行發(fā)芽鑒定試驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 籽粒發(fā)芽法參照胡漢橋等(2001)、董靜等(2011)、張海峰等(1989)的做法，但略有改動(dòng)。取烘干麥穗，人工脫粒，每個(gè)品種隨機(jī)取出400粒飽滿健康的籽粒(每100粒為一個(gè)重復(fù))，先用75%酒精浸泡2 min，再用0.025%五氯硝基苯溶液浸泡3 min，經(jīng)消毒處理后，用無菌水沖洗干凈，將其腹溝向下整齊地?cái)[放在墊有2層已滅菌濾紙的培養(yǎng)皿中，最后在培養(yǎng)皿中加入4 mL的無菌水，放入溫度為(21±1)℃，濕度為80%的光照培養(yǎng)箱中，并保持濾紙濕潤。以籽粒種皮破裂記為發(fā)芽，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽籽粒數(shù)，并移除，計(jì)數(shù)到第7天為止。最后分別計(jì)算籽粒發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。

發(fā)芽率(Seed germination rate,SGR)=(7 d發(fā)芽總粒數(shù)總粒數(shù))×100%；發(fā)芽指數(shù)(Germination index,GI)=[7×n1+6×n2+5×n3+4×n4+3×n5+2×n6+1×n7]/(7×N)×100%。式中，N表示用于萌芽的籽?？倲?shù)；n1～n7分別表示第1天至第7天每天所萌芽的籽粒數(shù)(Walker-Simmons，1988)。

1.2.2整穗發(fā)芽法整穗發(fā)芽試驗(yàn)時(shí)將10個(gè)麥穗捆成一束，麥穗消毒后浸泡在裝有1 700 mL去離子水的塑料量杯(2 000 mL)中10～12 h，接著浸泡在0.025%五氯硝基苯溶液中3 min，然后用保鮮袋包好放在有濕紗布的托盤上，置于溫度為(20±2)℃，濕度100%的空調(diào)房。每天觀察，并用手動(dòng)噴霧器均勻噴灑足夠的水，7 d后取出，在100 ℃烘箱中烘干2 h后，改為在80 ℃下干燥10 h。干燥的麥穗分別脫粒，以種皮破裂記為發(fā)芽，計(jì)算整穗發(fā)芽率。整穗發(fā)芽率(whole spike germination rate,WSGR)=(發(fā)芽粒數(shù)總粒數(shù))×100%(董靜等，2011；苗西磊等，2011)。

1.2.3 大田穗發(fā)芽法對(duì)成熟小麥的參試材料不予收獲，經(jīng)過兩場自然有效降雨后，再從田間取樣。每份參試材料取樣3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)10個(gè)麥穗，先在105 ℃干燥箱內(nèi)殺青2 h，然后在80 ℃下干燥12 h。人工脫粒后以種皮破裂統(tǒng)計(jì)萌芽粒數(shù)，并計(jì)算大田穗發(fā)芽率(Field intact spike germination rate,FSGR)(沈正興等，1991)。

表 1　65份參試材料

2結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)性分析

使用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)小麥籽粒發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、整穗發(fā)芽率和大田穗發(fā)芽率進(jìn)行相關(guān)性分析(表2)。由表2可知，四個(gè)指標(biāo)均存在極顯著性正相關(guān)關(guān)系，平均籽粒發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的相關(guān)性達(dá)90%。說明平均籽粒發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)這兩個(gè)指標(biāo)都可以反映出小麥種子成熟后休眠期的長短，但與籽粒發(fā)芽率相比，發(fā)芽指數(shù)能更好地反映種子發(fā)芽的先后程度，對(duì)小麥種子休眠期的評(píng)定更為準(zhǔn)確，但并不能反映材料發(fā)芽的整體情況。從表2可看出，平均籽粒發(fā)芽率和平均整穗發(fā)芽率、平均大田穗發(fā)芽率的相關(guān)系數(shù)分別為70%和65%；平均整穗發(fā)芽率和平均大田穗發(fā)芽率的相關(guān)系數(shù)為83%。這說明整穗發(fā)芽法和大田穗發(fā)芽法能夠很好地反映外部因素對(duì)小麥穗發(fā)芽的影響，大田穗發(fā)芽法完全處于自然條件下，能夠更好地評(píng)價(jià)實(shí)際生產(chǎn)中的穗發(fā)芽情況；整穗發(fā)芽法的試驗(yàn)條件接近于田間自然選擇壓，結(jié)果也較為可靠。因此，三種方法均能在一定程度上反映材料的穗發(fā)芽情況。

表 2　小麥穗發(fā)芽各指標(biāo)相關(guān)性分析表

*P<0.05， **P<0.01.

2.2 差異性分析

運(yùn)用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)65份小麥材料的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析(表3)。從表3可以看出，所有材料的平均籽粒發(fā)芽率最高，比平均整穗發(fā)芽率高10.82%，比平均大田穗發(fā)芽率高13.95%，平均整穗發(fā)芽率和平均大田穗發(fā)芽率較為接近，相差3.13%。平均籽粒發(fā)芽率的變異幅度最大(3.24%～58.25%)，但其變異系數(shù)最小，為43.97%，平均大田穗發(fā)芽率的變異幅度最小(0～26.47%)，變異系數(shù)最大，為59.38%。由此可見，籽粒發(fā)芽法的相對(duì)變異程度最大，整穗發(fā)芽法居中，大田穗發(fā)芽法的最小。籽粒發(fā)芽法、整穗發(fā)芽法及大田穗發(fā)芽法的平均發(fā)芽率在1%水平上均存在極顯著性差異。這說明小麥材料本身的休眠特性對(duì)穗發(fā)芽影響極顯著，同時(shí)外部因素對(duì)小麥穗發(fā)芽的影響也達(dá)極顯著水平。

2.3 三種鑒定方法的發(fā)芽率比較

表4列出了其中25份參試材料的發(fā)芽率，由表4分析可知，三種分析方法的發(fā)芽率趨勢較為一致，大部分材料的籽粒發(fā)芽率大于整穗發(fā)芽率，平均相差10.07%，這主要是因?yàn)樽蚜０l(fā)芽法除去了穎殼的束縛，更易發(fā)芽；多數(shù)材料的整穗發(fā)芽率高于大田穗發(fā)芽率，但差值較小(平均為3.96%)，這主要是因?yàn)槭覂?nèi)的濕度和溫度更加適宜，更易誘發(fā)小麥發(fā)芽。參試的65份材料大部分也符合這一現(xiàn)象，但也有例外，鄂麥18、揚(yáng)11-08、揚(yáng)麥11、CD-11等四份材料的籽粒發(fā)芽率低于整穗發(fā)芽率，占所有材料的6.15%，這說明存在除了休眠特性以外的因素對(duì)小麥的穗發(fā)芽影響顯著；揚(yáng)輻麥4號(hào)、襄麥55、揚(yáng)麥16、淮麥9號(hào)等16份材料的平均整穗發(fā)芽率低于平均大田穗發(fā)芽率，占所有材料的24.62%，但這些差異均較小，不顯著。在所有材料中，鄂麥18的籽粒發(fā)芽率既低于其整穗發(fā)芽率又低于其大田穗發(fā)芽率，原因有待于進(jìn)一步研究。

表 3　小麥穗發(fā)芽各指標(biāo)差異性分析表

注： A,B,C不同字母表示在0.01水平上差異極顯著。

Note: Different letters of A,B,C represent significant differences at 0.01 level.

3討論與結(jié)論

本研究通過對(duì)65份小麥材料發(fā)芽試驗(yàn)的分析，得出平均籽粒發(fā)芽率、平均整穗發(fā)芽率和平均大田穗發(fā)芽率之間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，且平均整穗發(fā)芽率和平均大田穗發(fā)芽率的相關(guān)性較高，籽粒發(fā)芽法和整穗發(fā)芽法的變異系數(shù)較小，因此籽粒發(fā)芽法和整穗發(fā)芽法能很好地反映小麥的穗發(fā)芽情況，可以作為研究小麥穗發(fā)芽較為簡易的方法(沈正興等，1991；張海峰等，1989；張兆萍等，2015)。多數(shù)材料的平均籽粒發(fā)芽率>平均整穗發(fā)芽率>平均大田穗發(fā)芽率，而且三者的差異程度均達(dá)到極顯著水平，這說明室內(nèi)條件會(huì)更易誘導(dǎo)小麥發(fā)芽，但有些材料例外，關(guān)于這些材料影響穗發(fā)芽的主要因素有待進(jìn)一步研究；平均籽粒發(fā)芽率和平均整穗發(fā)芽率及平均大田穗發(fā)芽率之間均存在極顯著性差異，因此小麥本身的休眠特性對(duì)穗發(fā)芽的影響達(dá)顯著水平； 平均整穗發(fā)芽率和平均大田穗發(fā)芽率之間也存在極顯著性差異，這說明除小麥本身的休眠特性外的其它因素對(duì)穗發(fā)芽影響也較顯著，其中環(huán)境因素是影響小麥穗發(fā)芽的關(guān)鍵因素，特別是溫度和水分(楊燕等，2007)。

表 4　三種方法的發(fā)芽率比較表

小麥穗發(fā)芽的機(jī)制大致可以分為兩類，一類是由材料本身的休眠特性控制的，另一類是由非休眠特性控制的(葛永福等，1989)。小麥穗發(fā)芽不僅受多基因控制，同時(shí)也受環(huán)境因素影響(Himi et al，2002；馬麗等，2014)，因此衡量的指標(biāo)也較多，表型鑒定的常用方法是籽粒發(fā)芽法、整穗發(fā)芽法和大田穗發(fā)芽法，籽粒發(fā)芽試驗(yàn)操作簡單易行，不需要復(fù)雜的設(shè)備和工具，結(jié)果也較為可靠，能較好地反應(yīng)小麥的休眠特性(朱冬梅等，2014)，但不能反映小麥穗部其他因子對(duì)小麥穗發(fā)芽的影響，因此不能反映穗發(fā)芽的整體抗性(董靜等，2011；苗西磊等，2011)；大田穗發(fā)芽法，方法簡單完全處于自然條件下，能更好地反映實(shí)際情況下小麥的穗上發(fā)芽情況，但試驗(yàn)環(huán)境和條件不易控制，無法準(zhǔn)確評(píng)定成熟期相差較大材料的穗發(fā)芽抗性，但其結(jié)果可作為室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)的參考；而整穗發(fā)芽法介于以上兩種方法之間，試驗(yàn)環(huán)境較易控制，對(duì)穗發(fā)芽的選擇壓力更加接近自然選擇壓，可以鑒定出小麥穗發(fā)芽的綜合抗性(苗西磊等，2011)，結(jié)果也較為準(zhǔn)確可靠。在實(shí)際生產(chǎn)中，由小麥本身的休眠特性決定的穗發(fā)芽抗性材料是最為理想的，由休眠特性和其他因素共同決定的抗性材料次之，因此在小麥抗穗發(fā)芽育種中，可以采用籽粒發(fā)芽法從休眠特性方面對(duì)種子資源進(jìn)行篩選，然后采用整穗發(fā)芽法對(duì)抗性材料進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，最終得出更加準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。

長江流域在五、六月份進(jìn)入雨季，而此時(shí)正值小麥成熟期，發(fā)生小麥穗發(fā)芽的可能性較大，小麥一旦發(fā)生穗上發(fā)芽，不僅會(huì)影響小麥產(chǎn)量，而且影響小麥品質(zhì)(Dereran，1977；于立河等，2007；方正武等，2015)，嚴(yán)重?fù)p害農(nóng)民的利益，因此在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注天氣情況，及時(shí)收獲成熟的小麥，避免因穗發(fā)芽而帶來較為嚴(yán)重的損失。

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Comparison and analysis of wheat pre-harvest sprouting screening methods

LI Yu-Ying, MA Dong-Fang, WANG Xiao-Ling, FANG Zheng-Wu*

(HubeiCenterforCollaborativeInnovationofGrainIndustry,CollegeofAgriculture,YangtzeUniversity, Jingzhou 434025, China )

Abstract:Pre-harvest sprouting, easily influenced by the external environment, is one of the serious disasters in wheat production, and once the occurrence not only affects the yield, but also seriously affects the quality of wheat. Therefore, it is very important to develop wheat varieties with resistance to sprouting. For a more comprehensive evaluation of wheat sprouting resistance, the seed germination, whole spike germination and field intact spike germination, the basic methods to evaluate the germination of wheat, were compared and analyzed in the research by germinating test with 65 varieties and breeder’s lines. The results of correlation and difference analysis showed that the germination rates obtained in the three methods were significantly positive correlated, and significantly different at the 1% level. The correlation between germination index and seed germination rate was the highest, which could better evaluate the dormancy characteristics of wheat, but could not get the overall resistance. The coefficients of variation of the seed germination and the whole spike germination were smaller, and the test conditions were easier to control, compared with the field intact spike, so they were the simple methods to evaluate the resistance of wheat spike sprouting; The average seed germination rates of most materials were the highest and the field intact spike germination rate was the smallest for the most of accessions, and the differences among the three methods reached extremely significant levels, which showed that the external environment and the external structure of wheat on spike germination was significantly affected, so it was very important to strictly control the external environment during test. Therefore, the seed germination method could be used to screen germplasm first from the dormancy, to seek resistance materials from the source, and the whole spike germination method could be used to further verify of the sprouting resistance, to evaluate the comprehensive resistance of the pre-harvest sprouting. Meanwhile, the field intact spike germination was more susceptible to natural conditions, and its variation degree was larger. Therefore, the results could be used as reference data for laboratory germination tests and it is necessary to combine the three methods in order to obtain a more accurate result.

Key words:wheat(Triticum aestivum L.)， pre-harvest sprouting， sprouting resistance

DOI:10.11931/guihaia.gxzw201510012

收稿日期:2015-10-09修回日期： 2016-01-18

基金項(xiàng)目：：國家公益性(農(nóng)業(yè))行業(yè)科研專項(xiàng)(201203032，201303008)；湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BBA152)[Supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in Public Interest of China (201203032;201303008)；the Key Technologies R & D Program of Hubei(2015BBA152)]。

作者簡介：李玉營(1993-)，男，安徽阜陽人，碩士研究生，主要從事作物遺傳育種研究，(E-mail)liyuying930421@163.com。 *通訊作者： 方正武，博士，副教授，主要從事小麥遺傳育種研究，(E-mail)Fangzhengwu88@163.com。

中圖分類號(hào)：Q945.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3142(2016)03-0261-06

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