常溫與低溫處理下小麥發(fā)芽特性及幼苗性狀的比較

贠 金，李秀麗，許如根，郭寶健，朱 娟，呂 超*

（1.植物功能基因組學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省作物基因組學(xué)與分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.江蘇省大中農(nóng)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，江蘇 大豐 224100）

小麥?zhǔn)鞘澜缟系谝淮蠹Z食作物，約1/3 人口以其為主食，是世界上種植面積最大的谷類作物。小麥也是我國(guó)的主要糧食作物，其生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)于保障國(guó)家糧食安全和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定都具有十分重要的意義。我國(guó)小麥按播種季節(jié)可分為春小麥和冬小麥，春小麥主要分布在高寒和高海拔地區(qū)；冬小麥主要分布在黃淮流域、長(zhǎng)江中下游及沿海地區(qū)。根據(jù)小麥春化特性和感光特性，冬小麥分為冬性小麥、半冬性小麥和春性小麥。冬性小麥主要種植在黃淮麥區(qū)，包括河北、山東、河南等地，該地區(qū)氣候干旱、冬季少雨，以旱作物為主，主要種植模式是玉米（谷子、高粱）+小麥；沿海和長(zhǎng)江中下游冬小麥區(qū)雨水充足，適宜水稻生長(zhǎng)，該地區(qū)的種植模式為水稻+小麥，即稻麥兩熟制。近年來(lái)，水稻栽培方式由育苗人工移栽逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛鐧C(jī)械插秧或直播，水稻秧苗期越來(lái)越短，而大田生長(zhǎng)期越來(lái)越長(zhǎng)，加上偏遲熟粳稻品種北移技術(shù)的推廣，收獲期越來(lái)越晚，水稻小麥接茬矛盾日益突出，小麥遲播現(xiàn)象越來(lái)越普遍和嚴(yán)重。遲播往往導(dǎo)致小麥冬前出苗晚、出苗不齊、分蘗少、穗數(shù)不足、倒伏嚴(yán)重、產(chǎn)量偏低、品質(zhì)下降等生產(chǎn)問(wèn)題。通過(guò)栽培技術(shù)改良，部分問(wèn)題雖已得到解決，但選育推廣耐遲播早熟小麥品種是解決這一問(wèn)題的根本途徑。

隨著冬小麥播期推遲，氣溫不斷下降，影響小麥的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成。低溫嚴(yán)重影響小麥播種后的出苗速度、整齊度及幼苗分蘗發(fā)生率，發(fā)芽初期低溫導(dǎo)致小麥種子推遲萌發(fā)或不萌發(fā)，嚴(yán)重時(shí)爛種，直接影響小麥的最終產(chǎn)量。楊桂霞等研究發(fā)現(xiàn)，遲播小麥分蘗少，不利于形成大分蘗，千粒質(zhì)量下降，還會(huì)引起產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。郭天財(cái)?shù)妊芯空J(rèn)為，小麥遲播影響有效分蘗數(shù)，增加不孕小穗數(shù)，小穗數(shù)和穗粒數(shù)減少，從而影響產(chǎn)量。余衛(wèi)東等研究認(rèn)為，低溫脅迫下小麥減產(chǎn)是由單位面積穗數(shù)減少引起的。王曉楠等研究發(fā)現(xiàn)，冬性小麥在低溫下會(huì)生成較多分蘗來(lái)增強(qiáng)光合作用和次生根系的吸收能力，降低含水量，從而抵御低溫危害?？梢?jiàn)，小麥耐低溫發(fā)芽特性是選育耐遲播小麥的關(guān)鍵性狀。本文以筆者所在省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組收集的300 份來(lái)源不同的小麥品種為材料，設(shè)置低溫和常溫2 種方式對(duì)種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，探究發(fā)芽特性和幼苗性狀在品種間的差異性及其與發(fā)芽溫度的關(guān)系，鑒定篩選耐低溫小麥品種，為優(yōu)異耐遲播小麥種質(zhì)的發(fā)掘與育種利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究以來(lái)源不同的300 份小麥品種（系）種子為材料。由于參試品種的生育期差異大、成熟度不一致，為避免成熟度和干燥貯藏技術(shù)對(duì)種子活力的影響，小麥?zhǔn)斋@期根據(jù)每個(gè)品種植株熟相，分批收獲、及時(shí)干燥，在常溫條件下貯藏備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 種子處理及發(fā)芽床制備。種子消毒處理：隨機(jī)數(shù)取每品種（系）8×100 粒種子，分別裝入8 個(gè)小網(wǎng)袋，放在2%的次氯酸鈉溶液中消毒15 min，清水沖洗5～6 次，每次沖洗2～3 min。

發(fā)芽床制備：將發(fā)芽盒洗凈、晾干，放在次氯酸鈉溶液中進(jìn)行消毒，用清水沖洗干凈。發(fā)芽盒中加入1 cm 高的水層，平鋪2 層與盒底大小一致的發(fā)芽紙，待發(fā)芽紙完全濕透后倒掉多余的水，備用。

1.2.2 常溫發(fā)芽（N）試驗(yàn)。常溫發(fā)芽條件參照國(guó)標(biāo)GB/T 3543.4—1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)芽實(shí)驗(yàn)》設(shè)定。將消毒過(guò)的100 粒種子按10 列×10 行方式均勻擺放于同一發(fā)芽盒內(nèi)，種子腹溝朝下，每品種4 個(gè)重復(fù)。將發(fā)芽盒放于白天12 h 20 ℃，夜晚12 h 12 ℃，濕度為80%，光照度設(shè)置為15 000 lx 的培養(yǎng)箱中進(jìn)行常溫發(fā)芽。每天觀察記載發(fā)芽種子數(shù)。發(fā)芽7 d，計(jì)算正常幼苗數(shù)。

1.2.3 低溫發(fā)芽（L）試驗(yàn)。低溫發(fā)芽溫度參照江蘇遲播小麥播種出苗期常年氣溫設(shè)定。將消毒過(guò)的100 粒種子按10 列×10 行方式均勻擺放于同一發(fā)芽盒內(nèi)，種子腹溝朝下，每品種4 個(gè)重復(fù)。將發(fā)芽盒放于白天10 h 10 ℃，夜晚14 h 5 ℃，濕度為80%，光照度設(shè)置為15 000 lx 的培養(yǎng)箱中進(jìn)行低溫發(fā)芽試驗(yàn)。每天觀察記載發(fā)芽種子數(shù)，發(fā)芽15 d，計(jì)算正常幼苗數(shù)。

1.2.4 發(fā)芽管理、觀察與記載。注意溫度和濕度控制，發(fā)現(xiàn)霉變種子，及時(shí)取出清洗，確定種子腐爛死亡后，將腐爛的種子丟棄并記錄；如不確定，應(yīng)放回發(fā)芽床，繼續(xù)觀察。

1.3 測(cè)定指標(biāo)。

1.3.1 發(fā)芽勢(shì)。常溫發(fā)芽3 d、低溫發(fā)芽7 d，按根長(zhǎng)達(dá)到種子長(zhǎng)、芽長(zhǎng)達(dá)種子1/2 長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各重復(fù)發(fā)芽種子數(shù)，除以100，即為該重復(fù)的發(fā)芽勢(shì)。

1.3.2 發(fā)芽率。常溫發(fā)芽7 d、低溫發(fā)芽15 d，按GB/T 3543.7—1995《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程其他項(xiàng)目檢驗(yàn)》正常幼苗標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各重復(fù)正常幼苗數(shù)，除以100，即為該重復(fù)的發(fā)芽率。

1.3.3 苗高。取10 株正常幼苗，分別測(cè)量芽基部到上部最長(zhǎng)葉的長(zhǎng)度。

1.3.4 芽鮮質(zhì)量。發(fā)芽試驗(yàn)終期，每重復(fù)取50 株正常幼苗（不足50 株，全?。?，分別在根莖結(jié)合處剪下芽，用精度分值為萬(wàn)分之一的天平測(cè)定芽鮮質(zhì)量。

1.3.5 芽干質(zhì)量。測(cè)完鮮質(zhì)量后，105 ℃殺青0.5 h，再80 ℃烘干至恒質(zhì)量，用上述萬(wàn)分之一天平測(cè)定芽干質(zhì)量。

1.4 結(jié)果計(jì)算

1.4.1 發(fā)芽指數(shù)。I=Σ(G/D)×100%，式中：G為在不同時(shí)間的發(fā)芽數(shù)（發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)）；D為發(fā)芽日數(shù)（第幾日）。

1.4.2 活力指數(shù)。I=I×，式中：為幼苗生長(zhǎng)量（cm）。

1.4.3 平均發(fā)芽時(shí)間（d）。T=Σ(G×D）/ΣG。

1.5 耐冷性評(píng)價(jià)

本研究參照水稻及玉米耐冷性評(píng)價(jià)方法，對(duì)參試小麥品種的耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，即：發(fā)芽率＞90%，耐冷性強(qiáng)；80%＜發(fā)芽率≤90%，耐冷性較強(qiáng)；70%＜發(fā)芽率≤80%，耐冷性中等；60%＜發(fā)芽率≤70%，耐冷性較差；發(fā)芽率≤60%，耐冷性弱。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel 2016 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，使用SPSS 22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 常溫及低溫發(fā)芽特性的比較

由表1 可見(jiàn)，參試材料的發(fā)芽特性在常溫和低溫間差異具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（＜0.01）。在常溫條件下，參試材料的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)均高于低溫條件，平均發(fā)芽時(shí)間、發(fā)芽率表現(xiàn)則相反。參試材料各性狀在品種間的變異幅度均較大。常溫條件下，發(fā)芽指數(shù)最高的為寧麥18，最低的為日喀則54 號(hào)?；盍χ笖?shù)最高的為敵銹早，最低的為鄭麥16。平均發(fā)芽時(shí)間最高的為魯研217，最低的為北京8 號(hào)。紫皮的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均最高，Apr-73 的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率均最低。低溫條件下，勝利麥除平均發(fā)芽時(shí)間最短外，其他指標(biāo)均為最高。而多抗821除了平均發(fā)芽時(shí)間最長(zhǎng)外，其他指標(biāo)均為最低。發(fā)芽特性在常溫條件下變異系數(shù)均小于低溫條件。

表1 參試小麥品種（系）常溫與低溫發(fā)芽特性表現(xiàn)

2.2 常溫及低溫發(fā)芽幼苗性狀的比較

由表2 可見(jiàn)，參試材料的幼苗性狀在常溫和低溫間差異具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（＜0.01）。在常溫條件下，參試材料的苗高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均高于低溫條件。參試材料幼苗各性狀在品種間的變異幅度均較大。常溫條件下，鄭麥16 的各幼苗性狀均較低，苗高最高的為定西24，干、鮮質(zhì)量高的有早羊吊子、商洛86-168。低溫條件下，多抗821 的各幼苗性狀均較低。赤殼無(wú)芒的苗高最高。Mexican 和寧麥19的干鮮質(zhì)量都較高。在常溫條件下變異系數(shù)均小于低溫條件。

表2 參試小麥品種（系）常溫與低溫幼苗性狀

2.3 發(fā)芽特性及幼苗性狀的方差分析

由表3 可知，常溫發(fā)芽與低溫發(fā)芽幼苗性狀及發(fā)芽特性在品種間、溫度間及品種與溫度互作間的差異均具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（＜0.01），說(shuō)明小麥發(fā)芽特性、幼苗性狀不僅受遺傳因素的控制，還受到溫度、品種與溫度互作的顯著影響。

表3 參試小麥品種（系）常溫及低溫發(fā)芽特性和幼苗性狀的方差分析

2.4 常溫及低溫發(fā)芽特性的相關(guān)性分析

由表4 可知，常溫及低溫發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及發(fā)芽勢(shì)間均呈極顯著正相關(guān)，常溫發(fā)芽的相關(guān)系數(shù)普遍高于低溫發(fā)芽。

表4 參試小麥品種（系）常溫及低溫發(fā)芽特性指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

2.5 常溫及低溫發(fā)芽幼苗性狀的相關(guān)性分析

由表5 可知，常溫及低溫發(fā)芽幼苗苗高、干質(zhì)量及鮮質(zhì)量之間均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，低溫發(fā)芽的相關(guān)系數(shù)均大于常溫發(fā)芽。

表5 參試小麥品種（系）常溫及低溫發(fā)芽幼苗性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.6 常溫及低溫發(fā)芽特性與幼苗性狀間的相關(guān)性分析

由表6 可知，常溫及低溫發(fā)芽特性與幼苗性狀間相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平，低溫發(fā)芽的相關(guān)系數(shù)均明顯大于常溫發(fā)芽。

表6 參試小麥品種（系）常溫及低溫發(fā)芽特性與幼苗性狀間的相關(guān)系數(shù)

3 討論與小結(jié)

小麥發(fā)芽特性是反映小麥種子發(fā)芽能力和發(fā)芽一致程度的指標(biāo)，與品種耐低溫能力有關(guān)，也與種子的活力有關(guān)。品種耐低溫能力主要受遺傳因素控制，在品種間存在差異。種子活力既受品種遺傳因素控制，也與種子收獲的成熟度和干燥貯藏技術(shù)有關(guān)。小麥幼苗性狀反映了幼苗生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)健壯度。本研究表明，在常溫和低溫條件下，小麥種子發(fā)芽特性和幼苗性狀在參試品種間均存在顯著差異（＜0.01），發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)3 個(gè)發(fā)芽特性及3 個(gè)幼苗性狀均以常溫發(fā)芽條件較高。低溫發(fā)芽導(dǎo)致參試品種主要發(fā)芽特性和幼苗性狀顯著降低，品種間的變異度增加，這與張澤全等的研究結(jié)果一致。發(fā)芽率和發(fā)芽時(shí)間表現(xiàn)則相反，低溫條件下種子發(fā)芽速度減緩，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)，可能使部分活力弱的種子生理、代謝等得到修復(fù)，從而最終發(fā)芽，但對(duì)最終發(fā)芽總數(shù)影響不大，而且幼苗性能不佳，對(duì)于小麥能否安全越冬和后續(xù)正常生長(zhǎng)存在疑問(wèn)。

本研究發(fā)現(xiàn)常溫和低溫發(fā)芽條件下，雖然小麥發(fā)芽特性（除發(fā)芽時(shí)間外）間、幼苗性狀間及發(fā)芽特性與幼苗性狀間的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平（＜0.01），這與趙燕昊的研究結(jié)果一致，但在低溫發(fā)芽條件下，這種相關(guān)性更高，小麥的發(fā)芽特性和幼苗性狀比常溫發(fā)芽幼苗性狀更能反映種子耐冷發(fā)芽特性。

本研究通過(guò)對(duì)小麥品種的耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，共篩選出耐低溫發(fā)芽能力強(qiáng)的小麥種質(zhì)材料122 份。來(lái)自江蘇的紅慈麥、山東的魯原502、河南的豫麥34、四川的紫皮、山西的平陽(yáng)27 發(fā)芽率都超過(guò)99%。這122 份材料中來(lái)源于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)的有57 份，如揚(yáng)麥5 號(hào)、揚(yáng)麥158、揚(yáng)麥24 號(hào)、揚(yáng)麥25、寧麥9 號(hào)、寧麥15、寧麥23 等。篩選出耐低溫發(fā)芽能力弱的小麥種質(zhì)材料54 份，如蘇麥6 號(hào)、航天2 號(hào)、鄭優(yōu)6 號(hào)、日喀則54 號(hào)、多抗821、蕭農(nóng)8506-1 等。此試驗(yàn)是在室內(nèi)培養(yǎng)箱中進(jìn)行的，還需在室外進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)這些耐低溫發(fā)芽能力強(qiáng)的品種進(jìn)一步研究，為小麥早熟耐遲播育種奠定基礎(chǔ)。