2013-2015年中國(guó)冬小麥種子發(fā)芽率及高活力關(guān)聯(lián)物理性狀的檢測(cè)

尹譽(yù)霖，賈 佳，楊麗明，王建華，孫 群

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物種子全程技術(shù)研究北京創(chuàng)新中心/北京市遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，北京100083)

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2013-2015年中國(guó)冬小麥種子發(fā)芽率及高活力關(guān)聯(lián)物理性狀的檢測(cè)

尹譽(yù)霖1，賈 佳1，楊麗明2，王建華1，孫 群1

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物種子全程技術(shù)研究北京創(chuàng)新中心/北京市遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，北京100083)

為了解中國(guó)冬小麥種子市場(chǎng)的種子質(zhì)量情況，連續(xù)三年(2013-2015)收集全國(guó)冬小麥主產(chǎn)區(qū)市場(chǎng)上的冬小麥種子樣品共計(jì)756份，進(jìn)行了種子發(fā)芽率普查和活力檢測(cè)，并對(duì)與品種種子高活力相關(guān)聯(lián)的物理性狀進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，全國(guó)冬小麥種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率在三年內(nèi)有所提升，分別為83.6%、92.8%和93.0%；在不同地區(qū)收集到的同一冬小麥品種種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率基本一致，但其耐鹽性、抗旱性和耐老化能力均在地區(qū)間略有差異。在與種子活力有關(guān)的物理性狀中，千粒重和種子厚度與種子活力相關(guān)性高且穩(wěn)定。當(dāng)種子萌發(fā)期條件較好時(shí)，千粒重49.54～50.30 g、厚度3.23～3.29 mm的冬小麥種子萌發(fā)較好；當(dāng)種子萌發(fā)期逆境脅迫較強(qiáng)時(shí)，則應(yīng)選擇千粒重33.83～34.50 g、厚度2.76～2.84 mm的冬小麥品種。

冬小麥；發(fā)芽率；物理性狀；品種篩選

小麥?zhǔn)俏覈?guó)第三大糧食作物，其產(chǎn)量占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的五分之一，其中冬小麥貢獻(xiàn)最大。種子質(zhì)量是小麥出苗、植株生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成的重要影響因素。目前我國(guó)小麥種子質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)GB4404.1-2008要求種子純度和凈度均不低于99%，發(fā)芽率不低于85.0%，水分含量不高于13.0%。同時(shí)，NY / PZT001-2002和GB / T 21127-2007也對(duì)小麥種子的耐鹽性和抗旱性標(biāo)準(zhǔn)作出了具體規(guī)定。

小麥種子的物理特征是其加工、分選、包裝、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備設(shè)計(jì)和制造的根據(jù)[1]。研究發(fā)現(xiàn)，小麥種子的大小和重量與種子的田間出苗和產(chǎn)量有關(guān)[2]。千粒重是篩選具有較好物理學(xué)和生物學(xué)特性小麥種子的一個(gè)重要參數(shù)[3]。一般認(rèn)為，同一品種內(nèi)，千粒重或尺寸越大、顏色越深的種子，成熟度越好，活力越高[4-5]。但是，在不同小麥品種之間，物理特性與種子質(zhì)量的相關(guān)性表現(xiàn)有差異。種子顏色和飽滿度可以用來(lái)預(yù)測(cè)小麥面粉的濕面筋含量、粗蛋白含量、容重等指標(biāo)[6]，種子的大小和形狀、體積、比表面積、容重和千粒重均影響小麥出粉率[7-8]。但從以往研究看，有關(guān)小麥種子物理性狀與其活力的相關(guān)性分析鮮見報(bào)道。

本研究連續(xù)三年(2013-2015)收集全國(guó)冬小麥主產(chǎn)區(qū)市場(chǎng)上的冬小麥種子樣品，分析了其質(zhì)量情況，同時(shí)探討了種子質(zhì)量與其相關(guān)聯(lián)的物理性狀的關(guān)系，以期為種子高活力小麥品種的選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2013-2015年收集全國(guó)冬小麥主產(chǎn)區(qū)市場(chǎng)上的冬小麥種子樣品(表1)。其中，2013年共收集到258份冬小麥樣品材料，包含189個(gè)冬小麥栽培品種；2014年共收集到265份冬小麥樣品材料，包含188個(gè)冬小麥栽培品種；2015年共收集到233份冬小麥樣品材料，包含157個(gè)冬小麥栽培品種。

表1 冬小麥種子樣品數(shù)量及來(lái)源地

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

千粒重采用Sartorius BSA124S型萬(wàn)分之一天平測(cè)定，3次重復(fù)； 種子厚度采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定，每個(gè)品種測(cè)量20粒種子；種子寬度和投影面積采用Seed Identification軟件進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)品種測(cè)定400粒種子。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)采用卷紙發(fā)芽法，每個(gè)紙卷放置50粒冬小麥種子，重復(fù)3次。將紙卷放置于25 ℃、光照條件下進(jìn)行種子發(fā)芽，紙卷間預(yù)留有間隙，確保其內(nèi)部的透氣性。發(fā)芽第7天查看小麥種子的發(fā)芽率。

為了檢測(cè)小麥種子基于發(fā)芽率的活力，本研究還進(jìn)行了逆境萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，包括人工加速老化實(shí)驗(yàn)、耐鹽性發(fā)芽實(shí)驗(yàn)和抗旱性發(fā)芽實(shí)驗(yàn)。人工加速老化實(shí)驗(yàn)中在41 ℃、RH 100%條件下將種子老化72 h并在室內(nèi)條件下回干后進(jìn)行發(fā)芽；耐鹽性實(shí)驗(yàn)中用200 mmol·L-1NaCl溶液進(jìn)行鹽脅迫處理和種子發(fā)芽；抗旱性實(shí)驗(yàn)中用15% PEG-6000溶液進(jìn)行脅迫處理和種子發(fā)芽。逆境萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的其他操作與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)相同。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用隸屬函數(shù)分析、主成分分析和聚類分析對(duì)小麥種質(zhì)的芽期的抗旱性和耐鹽性分別進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并以此對(duì)小麥種質(zhì)進(jìn)行耐鹽性分級(jí)[9-11]。

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2007 和SPSS Statistics 17.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)表明，2013年全國(guó)258份冬小麥材料平均標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率為83.6%，合格率為55.42%；僅北京地區(qū)收集到的種子樣品標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率達(dá)到90.0%，僅湖北省收集的材料的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率低于80.0%，兩者之間相差近15.0%，差異極顯著(P<0.01)。2014年全國(guó)265份冬小麥材料平均標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率為92.8%，合格率為91.32%；來(lái)自新疆地區(qū)的冬小麥種子樣品平均標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率極顯著地低于其他來(lái)源地(P<0.01)。2015年全國(guó)233份冬小麥材料平均標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率為93.0%，合格率為90.99%；僅來(lái)自于江蘇種子樣品平均標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率低于90.0%。從2013年到2015年，全國(guó)冬小麥種子的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率平均值有較大提升，升幅9.4%，合格率提升了35.57%。

耐鹽性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2014年高耐鹽材料占比4.91%，耐鹽材料占比11.70%，中耐鹽材料占比25.66%；2015年高耐鹽材料占比5.15%；耐鹽材料占比8.58%；中耐鹽材料占比16.74%?？购敌詫?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，2014年極強(qiáng)抗旱材料占比3.40%，強(qiáng)抗旱材料占比18.49%；中等抗旱材料占比33.21%；2015年極強(qiáng)抗旱占比5.15%；強(qiáng)抗旱材料占比24.03%；中等抗旱材料占比27.04%。屬于耐鹽和抗旱的材料中，中等耐鹽或中等抗旱的冬小麥材料占了較大比例，因而冬小麥耐鹽性和抗旱性仍有很大的提升空間。按地區(qū)看，從北京、陜西收集到的樣品總體質(zhì)量較優(yōu)，在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)和逆境發(fā)芽實(shí)驗(yàn)中有較好表現(xiàn)。

在2014年和2015年分別抽取了材料數(shù)目多、種植面積較大的冬小麥品種(矮抗58、濟(jì)麥22、魯原502和周麥22)進(jìn)行不同地區(qū)間發(fā)芽率差異分析，結(jié)果表明，相同小麥品種的種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率在地區(qū)之間沒有顯著差異(年份間t檢驗(yàn)P=0.648；地區(qū)間t檢驗(yàn)P=0.544)。

表2 2013-2015年全國(guó)冬小麥種子樣品發(fā)芽率

同行數(shù)值后的大、小寫字母不同表示地區(qū)間差異極顯著(P<0.01)或顯著(P<0.05)。表5同。

Different capital and small letters after values in a line indicate significant differences among different areas at 0.01 and 0.05 levels,respectively. The same as in table 5.

2.2 小麥種子物理特性及其與種子活力的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析(表3)表明，2013年和2014年冬小麥種子的厚度、千粒重、寬度和投影面積均與種子發(fā)芽率呈極顯著的負(fù)相關(guān)，而2015年僅厚度和千粒重與種子發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明4個(gè)描述冬小麥種子大小的物理指標(biāo)與種子發(fā)芽率之間的相關(guān)關(guān)系的正負(fù)性一致，但厚度和千粒重與發(fā)芽率的相關(guān)性表現(xiàn)更為穩(wěn)定，可用以篩選種子高活力的冬小麥品種。

表3 同一年份中發(fā)芽率與部分物理性狀的相關(guān)性

**:P<0.01; *:P<0.05.

在不考慮年份和產(chǎn)地交互效應(yīng)的情況下，利用SPSS一般線性模型分析年份和產(chǎn)地對(duì)小麥種子物理特征的主效應(yīng)，結(jié)果表明，年份、產(chǎn)地的主效應(yīng)均顯著。

表4 不同年份間冬小麥種子的4個(gè)物理指標(biāo)

同列數(shù)值后的小寫字母不同表示年份間差異顯著(P<0.05)。

Different small letters after values in a column indicate significant differences among different years at 0.05 level.

表5 2013-2015年各地區(qū)冬小麥種子的部分物理性狀

從表4可以看出，2014年和2015年冬小麥種子的千粒重、厚度、寬度和投影面積都比2013年有顯著提升；2015年小麥種子的千粒重和厚度都顯著低于2014年，但寬度顯著高于2014年；投影面積在2014年和2015年之間沒有表現(xiàn)出顯著差異。在同一年份中，冬小麥種子的千粒重、厚度、寬度和投影面積在地區(qū)之間存在顯著差異(表5)。2014年和2015年來(lái)自北京和陜西的冬小麥材料的4個(gè)物理性狀顯著均低于其他地區(qū)，而北京和陜西的冬小麥材料均具有相對(duì)較高的種子發(fā)芽率，這進(jìn)一步說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，冬小麥種子的千粒重、厚度、寬度與投影面積之間存在一定程度的負(fù)相關(guān)。

另外，在同一年份的不同地區(qū)(主要是安徽、北京、河南、江蘇、山東和陜西)，冬小麥種子的不同物理性狀與種子發(fā)芽率之間相關(guān)關(guān)系表現(xiàn)有差異，其中厚度與種子發(fā)芽率之間的顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系在上述6個(gè)地區(qū)中均有體現(xiàn)，千粒重與種子發(fā)芽率之間的顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系在5個(gè)地區(qū)有所體現(xiàn)，而寬度和投影面積和種子發(fā)芽率的顯著負(fù)相關(guān)性僅在其中的3～4個(gè)地區(qū)表現(xiàn)。這進(jìn)一步表明，選擇小麥種子的厚度和千粒重作為種子高活力冬小麥品種的篩選指標(biāo)具有較好的普適性。

2.3 小麥種子活力與抗逆性的關(guān)系

將種子的千粒重和厚度合并進(jìn)行K-means聚類，分組后計(jì)算各組內(nèi)發(fā)芽率、耐鹽相對(duì)發(fā)芽率、抗旱相對(duì)發(fā)芽率、老化相對(duì)發(fā)芽率、千粒重和厚度的均值。以種子發(fā)芽率為縱坐標(biāo)、千粒重和厚度分別為橫坐標(biāo)作圖，并進(jìn)行線性回歸分析，得到圖1和圖2。

從圖1和圖2可以看出，在大量樣本的基礎(chǔ)上，種子的發(fā)芽率與千粒重之間存在極顯著的線性關(guān)系。其中，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率與千粒重之間存在正相關(guān)關(guān)系，但不明顯；耐鹽性、抗旱性和耐老化性均與千粒重呈負(fù)相關(guān)，且變化趨勢(shì)明顯。種子的發(fā)芽率與種子厚度之間也存在極顯著的線性關(guān)系，且發(fā)芽率與厚度之間的變化趨勢(shì)與千粒重相同。

SG：室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)；AA：人工加速老化試驗(yàn)；STG：耐鹽性發(fā)芽試驗(yàn)；DRG：抗旱性發(fā)芽試驗(yàn)。圖2、表7同。

SG：Standard germination test；AA：Accelerating aging test; STG：Salt tolerance germination test; DRG：Drought resistance germination test. The same as in figure 2 and table 7.

圖1 小麥種子發(fā)芽率與千粒重的線性回歸分析

Fig.1 Linear regression between germination percentage and 1 000 kernel weight of wheat seed

在種子發(fā)芽率達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，預(yù)估不同萌發(fā)環(huán)境[12-14]以篩選不同的冬小麥品種。根據(jù)聚類分析和分組描述統(tǒng)計(jì)的結(jié)果(表6)，選擇分組均值的95%置信區(qū)間作為參數(shù)范圍。當(dāng)種子萌發(fā)期條件溫和時(shí)(如我國(guó)黃河至淮河之間，氣候溫暖，雨量適度)，可以選擇千粒重和厚度相對(duì)較大即千粒重范圍為49.54～ 50.30 g，厚度范圍為3.23～3.29 mm的冬小麥品種，以充分利用優(yōu)質(zhì)種子的發(fā)芽率；當(dāng)種子萌發(fā)期遭遇干旱(如我國(guó)北部冬、秋播麥區(qū)，冬季降水稀少)或種植地區(qū)為鹽堿土地(如北部冬、秋播麥區(qū)的鹽漬土；渤海海灣的大片鹽堿土地)或上一季收獲的小麥種子需要貯藏一段時(shí)間后再播種的，此時(shí)可選擇抗逆境能力相對(duì)較強(qiáng)的品種，其千粒重范圍為33.83～34.50 g，厚度范圍為2.76～2.84 mm。

圖2 小麥種子發(fā)芽率與厚度的線性回歸分析

將材料按照厚度3.23～3.29 mm、千粒重49.54～50.30 g進(jìn)行品種篩選后，冬小麥的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率有所提升，但抗逆性略有下降；按照厚度2.76 ～2.84 mm、千粒重33.83～34.50 g進(jìn)行品種篩選后，冬小麥的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率略有下降，但其抗逆性顯著提升(表7)。

表6 千粒重和厚度的K均值聚類的分組描述統(tǒng)計(jì)

表7 按照冬小麥種子厚度、千粒重指標(biāo)篩選材料后發(fā)芽指標(biāo)的變化情況

3 討 論

經(jīng)過對(duì)大量樣本的檢測(cè)和數(shù)據(jù)的分析，本研究進(jìn)一步明確了厚度和千粒重與小麥種子活力的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)初步確立種子高活力冬小麥品種的篩選參數(shù)，并且對(duì)參數(shù)的有效性進(jìn)行了一定程度的驗(yàn)證。在不同的萌發(fā)環(huán)境下選用不同的篩選參數(shù)，可以充分利用種子的萌發(fā)潛力，提高小麥播種后的出苗質(zhì)量。

需要注意的是，種子并非越小越好。過小的種子可能發(fā)育不完整或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累不足，嚴(yán)重影響種子萌發(fā)。研究表明，在同一冬小麥品種內(nèi)，種子的長(zhǎng)度、寬度和投影面積與種子的活力呈極顯著正相關(guān)，生產(chǎn)上可根據(jù)這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行冬小麥種子的精選[15-16]。如以輪選987為材料，使用圓孔篩將小麥種子按粒徑大小分級(jí)后進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示大、中粒徑的小麥種子分別較對(duì)照增產(chǎn)2.8%和4.2%，苗期干物質(zhì)積累量分別增加28.6%和7.1%[17]；隨著小麥種子粒徑的增大，容重和發(fā)芽率總體上呈現(xiàn)增大趨勢(shì)[18]；重力分級(jí)后，重質(zhì)小麥種子飽滿籽粒比例增加，小麥粉的加工精度提高，品質(zhì)特性得到改善[19]。另外，過小的種子也可能影響其商品性，影響銷量，而粒大飽滿的種子能提高其商品性，激發(fā)農(nóng)戶購(gòu)買[20]。

許多研究結(jié)果顯示，在同一品種內(nèi)，較大的種子具有較高的活力，同時(shí)形態(tài)較大、粒重大的種子播種后可改善出苗狀況和增產(chǎn)，甚至優(yōu)化了種子的加工性和商品性。本實(shí)驗(yàn)確定的兩組篩選參數(shù)反映的是多個(gè)品種種子厚度和千粒重的平均水平，針對(duì)的是不同冬小麥品種的篩選，并且厚度參數(shù)與前人研究結(jié)果(>2.36 mm)屬于被包含關(guān)系；千粒重參數(shù)與前人研究所確定的參數(shù)(均值37.80 g)并不矛盾。因而從品種間篩選的角度看，本實(shí)驗(yàn)所確定的兩組參數(shù)都有較大可行性。

在小麥種子活力檢測(cè)中，發(fā)芽率是相對(duì)穩(wěn)定可靠的指標(biāo)[21]。種子活力構(gòu)成因素復(fù)雜，受年份間生產(chǎn)、加工條件影響較大，在同一地點(diǎn)(甚至同一店鋪)收集的小麥樣品的活力和物理特性都可能存在差異。本研究的材料來(lái)源廣泛并且復(fù)雜，每一份材料的屬性都是遺傳與環(huán)境共同作用的結(jié)果，因而在不同品種之間進(jìn)行比較與篩選更具有實(shí)際意義。同樣地，本研究材料數(shù)目巨大，來(lái)源廣泛、背景復(fù)雜，種子發(fā)芽率與物理性狀的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值僅在0.2左右得出，但相關(guān)性仍達(dá)到了統(tǒng)計(jì)學(xué)中的顯著或極顯著，分析結(jié)果仍然有效。

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Survey of Seed Germination Percentage and Physical Characteristics Related to High Vigor of Winter Wheat Seed in China from 2013 to 2015

YIN Yulin1，JIA Jia1，YANG Liming2，WANG Jianhua1，SUN Qun1

(1.College of Agronomy and Biotechnology/Beijing Innovation Center of Crop Seeds Full-technologies Research of Ministry of Agriculture/Beijing Key Laboratory of Crop Genetics Improvement,China Agricultural University,Beijing 100193,China;2.College of Science,China Agricultural University,Beijing 100193,China)

The conducted experiment intended to review the present quality of winter wheat seeds all around the seed markets in China,as well as to explore physical-vigor-related characteristics that the primary parameters of cultivar selection could have been based on. From 2013 to 2015,756 winter wheat materials were collected from different areas where there being growing and processing winter wheat as a dominant crop. Germination tests and vigor tests were conducted to give a census report on quality of winter wheat seeds. Physical characteristics were also measured to analyze their correlations with seeds vigor. The results revealed that the standard germination percentage was successively improved during the past three years (83.6%,92.8%,93.0%). Those materials of the same cultivar but from different areas had the same level of standard germination percentage,while a slight divergence in germination percentage under salinity,draught and ageing conditions was observed. Some physical traits,especially both 1 000 kernel weight and thickness,were found to be highly correlated to seed vigor. With an average 1 000 kernel weight of 49.54-50.30 g and thickness of 3.23-3.29 mm,the selected cultivars will be expected to make a better performance if grown under mild environments. At the same time,if grown under rather tough environments,cultivars with 1 000 kernel weight of 33.83-34.50 g,thickness of 2.76-2.84 mm should be selected in this experiment. This result will contribute to high seed vigor wheat breeding and cultivar selection.

Winter wheat; Germination percentage; Physical characteristics; Cultivar selection

時(shí)間：2016-10-08

2016-03-10

2016-04-10

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303002)

E-mail：yyl_1004@foxmail.com

孫 群(E-mail：sqcau@126.com)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)10-1335-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.010.html