萌發(fā)期大豆種質(zhì)耐澇性鑒定

王永強(qiáng)， 姚夢(mèng)楠， 周恩強(qiáng)， 薛 冬， 趙 娜， 魏立斌， 周 瑤， 李 波， 汪凱華， 繆亞梅， 王學(xué)軍

(江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇南通 226001)

大豆是我國(guó)重要的油料作物。江淮地區(qū)是我國(guó)大豆的重要產(chǎn)區(qū)，夏大豆播種一般集中在6—7月，常發(fā)生澇害，強(qiáng)降水導(dǎo)致種子處于缺氧狀態(tài)，形成爛粒或不正常苗而影響產(chǎn)量。研究萌發(fā)期大豆種質(zhì)耐澇性對(duì)于保證大豆田間出苗率，提高大豆產(chǎn)量有重要意義。有研究表明，大豆種質(zhì)實(shí)驗(yàn)室澇害發(fā)芽率與田間澇害出苗率呈顯著正相關(guān)，可以利用實(shí)驗(yàn)室模擬田間澇害發(fā)生情況開(kāi)展大豆種質(zhì)耐澇性研究。研究大豆耐澇性關(guān)鍵在于準(zhǔn)確進(jìn)行耐澇表型鑒定。耐澇性鑒定指標(biāo)中，直觀形態(tài)指標(biāo)包括種子發(fā)芽情況、葉綠素含量變化情況等；間接指標(biāo)包括生理生化代謝指標(biāo)、細(xì)胞膜完整性等。王彩潔等在苗期、花期、全生育期對(duì)大豆淹水處理，發(fā)現(xiàn)大豆淹水后葉片黃化、株高降低、生長(zhǎng)發(fā)育延后、主根腐爛、不定根代替主根行使功能、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降。王芳等對(duì)大豆V0期進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著淹水時(shí)間延長(zhǎng)，葉片失綠，最終導(dǎo)致整體植株死亡。Sallam等對(duì)大豆V、V、花莢期進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大豆V期受澇害脅迫時(shí)，根瘤生成受到抑制；V期受澇害導(dǎo)致株高、莢數(shù)和產(chǎn)量相應(yīng)降低；大豆花莢期受漬害脅迫，會(huì)引起產(chǎn)量下降。張子戌等對(duì)44個(gè)大豆品種進(jìn)行耐澇性研究，發(fā)現(xiàn)44種不同大豆品種的耐澇性差異較大，耐澇性強(qiáng)的品種，其葉綠素含量、光合速率降低幅度比耐澇性差的品種小。目前，關(guān)于大豆耐澇性研究主要集中于大豆生長(zhǎng)的苗期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期，而大豆萌發(fā)期耐澇性研究較少。本研究采用實(shí)驗(yàn)室模擬田間澇害淹水辦法，選取江淮地區(qū)種植的大豆種質(zhì)材料，利用相關(guān)性分析法統(tǒng)計(jì)分析大豆種質(zhì)理化特性與浸泡發(fā)芽率之間的關(guān)系，利用聚類分析法對(duì)大豆種質(zhì)材料進(jìn)行等級(jí)劃分，篩選出耐澇性較好的大豆種質(zhì)材料，以期為今后培育耐澇大豆新品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

102份大豆種質(zhì)材料為江蘇省區(qū)域試驗(yàn)收集所得，于2020年種植于江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所內(nèi)，當(dāng)年收獲用于試驗(yàn)。品種編號(hào)及名稱見(jiàn)表1。

表1 102份大豆種質(zhì)資源材料編號(hào)及名稱

表1(續(xù))

1.2 試驗(yàn)方法

大豆種子活力檢測(cè)。102份大豆種質(zhì)材料為當(dāng)年收獲的新種子。為檢測(cè)大豆種子活力是否符合試驗(yàn)需求，隨機(jī)從102份大豆種質(zhì)材料中挑選12份材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)，重復(fù)3次，檢測(cè)試驗(yàn)材料發(fā)芽率。

種子長(zhǎng)度、寬度測(cè)定。取100粒種子置于種子掃描儀上，利用種子掃描儀計(jì)算出種子平均長(zhǎng)度與寬度值。

種子蛋白、油分含量測(cè)定。取100粒種子導(dǎo)入近紅外光譜儀盒中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線直接讀出上述值。

種子浸水處理、電導(dǎo)率測(cè)定。選取正常、無(wú)種皮破裂大豆種子300粒，浸于75%的乙醇中消毒 5 s，取出后用去離子水清洗干凈曬干，重復(fù)3次，放入燒杯中，其中150粒加入400 mL去離子水浸泡72 h。另外150粒分3次重復(fù)加200 mL去離子水浸泡72 h，用DS-1型電導(dǎo)率儀測(cè)定浸泡液和對(duì)照液的電導(dǎo)率。

浸泡72 h后種子發(fā)芽率及根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)測(cè)定。種子發(fā)芽率計(jì)算辦法參照董學(xué)會(huì)等的紙間發(fā)芽法。發(fā)芽紙經(jīng)滅菌消毒后，在去離子水中充分浸泡，取200粒種子經(jīng)75%乙醇消毒后用去離子水洗凈后，整齊擺放在發(fā)芽紙上，然后覆蓋上另外一張發(fā)芽紙，疏松卷起，豎直放入自封袋中，25 ℃光照發(fā)芽 7 d，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。利用直尺統(tǒng)計(jì)材料根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003、R語(yǔ)言軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆種質(zhì)材料質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)隨機(jī)選出的12份大豆種質(zhì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)，方差分析結(jié)果表明，12份大豆種質(zhì)材料發(fā)芽率均在94%以上，無(wú)顯著差異(圖1)?？蛇M(jìn)行下一步試驗(yàn)。

2.2 不同種質(zhì)材料理化特性結(jié)果統(tǒng)計(jì)

102份大豆種質(zhì)材料理化特性見(jiàn)圖2。種子長(zhǎng)度、種子寬度、蛋白含量、油分含量呈正態(tài)分布。其中種子長(zhǎng)度8.01～9.00 cm的材料最多，占47%；種子長(zhǎng)度10.01～12.00 cm的占9.8%；28號(hào)材料種子最長(zhǎng)，為11.46 cm。種子寬度6.51～7.50 cm的材料最多，占48%；8號(hào)材料種子最寬，為 8.71 cm。種子蛋白含量超過(guò)44%的占70.6%；48.1%～50.0%之間的材料占4.9%；其中53號(hào)材料種子蛋白含量最高，為48.99%。種子油分含量在17.6%～19.0%之間的材料最多，占49%；油分含量為19.1%～20.5%的材料占7.8%；其中87號(hào)材料種子的油分含量最高，為20%。種質(zhì)材料各性狀之間存在顯著差異，因此可以對(duì)大豆種質(zhì)材料進(jìn)行耐澇性鑒定。

2.3 不同種質(zhì)材料浸水發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)、相對(duì)電導(dǎo)率結(jié)果

不同種質(zhì)材料浸水72 h后，其發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)、相對(duì)電導(dǎo)率分布見(jiàn)圖3。25 ℃環(huán)境下，材料之間浸水發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)呈顯著差異。其中浸水發(fā)芽率、苗長(zhǎng)呈正態(tài)分布，根長(zhǎng)、相對(duì)電導(dǎo)率呈偏正態(tài)分布。浸水72 h，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率在60.1%～80.0%之間的材料占25.7%；無(wú)發(fā)芽率材料占4%，表現(xiàn)為極不耐澇；其中發(fā)芽率最高的為83號(hào)材料川豆1913，發(fā)芽率為100%，表現(xiàn)為抗?jié)承?。根長(zhǎng)4.1 cm以上的占53.4%，其中64號(hào)材料根最長(zhǎng)，為17.6 cm；苗長(zhǎng)4.1 cm以上的占68.3%，44號(hào)材料苗最長(zhǎng)，為14.5 cm。相對(duì)電導(dǎo)率在0.20～0.30之間的材料占7.8%，表現(xiàn)為種子浸水后結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)含物流出較少；其中16號(hào)材料相對(duì)電導(dǎo)率最低，為0.24；相對(duì)電導(dǎo)率0.51以上的材料占38.2%，浸水72 h后，種子內(nèi)含物流出較多。

2.4 不同種質(zhì)材料理化特性與種質(zhì)浸泡發(fā)芽率相關(guān)性

各觀測(cè)性狀之間相關(guān)性見(jiàn)表2。不同種質(zhì)種子電導(dǎo)率、蛋白含量、種子寬度、種子長(zhǎng)度與種子浸水發(fā)芽率呈負(fù)相關(guān)， 相關(guān)系數(shù)分別為-0.66、-0.06、-0.08、-0.31。油分含量、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)與種質(zhì)浸水發(fā)芽率正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.05、0.79、0.80。其中種子長(zhǎng)度與種子發(fā)芽率呈顯著負(fù)相關(guān)，表現(xiàn)為種子長(zhǎng)度越長(zhǎng)，種子浸水發(fā)芽率越差，種子越不耐澇。種子寬度與種子浸泡發(fā)芽率呈負(fù)相關(guān)，與種子長(zhǎng)度相比，其相關(guān)性未達(dá)到顯著水平；種子長(zhǎng)度水平相較于種子寬度對(duì)種子耐浸泡性的影響更大。種子相對(duì)電導(dǎo)率與種子發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)。在種子浸泡過(guò)程中，種子相對(duì)電導(dǎo)率越高，細(xì)胞膜完整性越差，種子內(nèi)含物質(zhì)流出越多，種子發(fā)芽率越低。根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)，材料浸泡發(fā)芽率越高，表現(xiàn)為根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)越長(zhǎng)，長(zhǎng)勢(shì)越好，材料越抗?jié)?。因此，運(yùn)用浸水發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)來(lái)作為評(píng)價(jià)不同大豆種質(zhì)材料抗?jié)承缘男誀钪笜?biāo)。

表2 各觀測(cè)性狀相關(guān)性

2.5 不同大豆種質(zhì)耐澇性等級(jí)劃分

根據(jù)浸水發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)指標(biāo)，將102份大豆種質(zhì)材料聚類分析，劃分抗性等級(jí)，結(jié)果如圖4所示。在歐氏距離=8時(shí)將材料分為3類：抗型、感型、中間型。其中抗型材料共26份，即83號(hào)、44號(hào)材料等，表現(xiàn)為耐澇型；中間型材料30份，即1號(hào)、17號(hào)材料等；感型材料46份，即31號(hào)、21號(hào)材料等，表現(xiàn)為不耐澇型。

3 討論

3.1 萌發(fā)期種質(zhì)耐澇性存在品種間差異

有研究表明，萌發(fā)期種質(zhì)耐澇性存在品種間差異。孫志廣等對(duì)191份粳稻種質(zhì)資源進(jìn)行了萌發(fā)期耐淹性鑒定，共篩選到12份耐淹性強(qiáng)的粳稻種質(zhì)資源。陳雅慧等對(duì)505份甘藍(lán)型油菜自交系群體進(jìn)行了耐澇性研究，結(jié)合生理指標(biāo)與表型指標(biāo)篩選到4份耐淹材料、8份敏感材料。郭九信等以16個(gè)玉米品種作為供試材料，發(fā)現(xiàn)不同品種在淹水脅迫下其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)降低且存在品種間差異。邱柳等創(chuàng)建了花生種質(zhì)耐澇性鑒定技術(shù)指標(biāo)體系，篩選出具有穩(wěn)定耐漬性的優(yōu)異種質(zhì)9份。任海祥等利用361個(gè)東北大豆優(yōu)異親本材料，通過(guò)苗情、生育期、產(chǎn)量等觀測(cè)指標(biāo)分析，將大豆種質(zhì)材料分為強(qiáng)耐澇、耐澇、中耐澇、弱耐澇4種類型。本研究對(duì)102份大豆種質(zhì)浸水發(fā)芽率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，種質(zhì)材料耐澇性符合正態(tài)分布，種質(zhì)材料耐澇性存在顯著差異。根據(jù)浸水發(fā)芽率、根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)等直觀指標(biāo)，將102份大豆種質(zhì)材料聚類分析，劃分抗性等級(jí)，共篩選出抗型材料26份，中間型材料30份，感型材料46份。

3.2 溫度、浸水時(shí)間與大豆種質(zhì)耐澇性關(guān)系

種質(zhì)資源耐澇性的篩選受溫度和浸水時(shí)間影響。種子在澇害條件下，溫度過(guò)高導(dǎo)致無(wú)氧呼吸速度過(guò)快，產(chǎn)生過(guò)多乙醇，對(duì)種子產(chǎn)生毒害作用，最終影響種子萌發(fā)。Hou等研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，種子耐浸水能力變差：15 ℃處理?xiàng)l件下，浸水 144 h，觀測(cè)組與對(duì)照組無(wú)顯著差異；30 ℃處理?xiàng)l件下，種子浸水后96 h失去發(fā)芽能力。Ali等發(fā)現(xiàn)浸水48 h后大豆相對(duì)苗長(zhǎng)遺傳力最大，建議以相對(duì)苗長(zhǎng)來(lái)評(píng)價(jià)大豆種質(zhì)耐浸水能力。Hou等在 25 ℃ 下對(duì)730份大豆材料進(jìn)行種子淹水處理，發(fā)現(xiàn)種質(zhì)材料之間耐淹性差異較大：淹水2 d處理下，部分材料具有發(fā)芽率；隨著淹水脅迫增加，發(fā)芽率喪失，且淹水時(shí)間、水質(zhì)、水溫、種皮完整性影響種質(zhì)耐澇性。陳文杰等觀察桂春8號(hào)、桂春11號(hào)大豆種子在不同浸水時(shí)間處理?xiàng)l件下的受害表現(xiàn)，以種子浸水12～68 h為時(shí)間梯度，分別測(cè)定浸泡溶液電導(dǎo)性及種子的發(fā)芽勢(shì)、出苗率和正常苗率等，結(jié)果表明，隨著浸水時(shí)間的延長(zhǎng)，大豆浸泡液電導(dǎo)率不斷增加，發(fā)芽勢(shì)、出苗率、正常苗率逐漸降低；淹水120 h條件下，測(cè)定137份大豆種質(zhì)材料，篩選出耐浸水能力強(qiáng)的材料9份。此外，陳文杰等還對(duì)南方大豆種質(zhì)種子耐浸水能力進(jìn)行了鑒定與分析，篩選出耐浸水能力較好的抗性種質(zhì)。本研究通過(guò)預(yù)備試驗(yàn)，結(jié)合江蘇地區(qū)夏大豆播種時(shí)期實(shí)際溫度，設(shè)定篩選種質(zhì)資源溫度為 25 ℃，浸水處理72 h，可以有效評(píng)價(jià)大豆種質(zhì)耐澇性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率在60%～80%之間的材料占25.7%；無(wú)發(fā)芽率材料占4%，表現(xiàn)為極不耐澇；其中發(fā)芽率最高的為83號(hào)材料川豆1913，發(fā)芽率為100%，表現(xiàn)為抗?jié)承汀?/p>

3.3 種質(zhì)理化特性與種質(zhì)耐澇性關(guān)系

種皮完整性與大豆種質(zhì)耐澇性有密切關(guān)系。Hou等研究發(fā)現(xiàn)，大豆種質(zhì)浸泡4 d后，種皮完整的大豆種質(zhì)材料明顯高于種皮破損的大豆種質(zhì)材料。浸泡過(guò)程中，大豆種皮用于保護(hù)子葉，防止子葉浸泡分離，保護(hù)種子完整性。在本研究的預(yù)備試驗(yàn)中，大豆種皮破裂，大豆種子相對(duì)電導(dǎo)率明顯高于完整性種子。相對(duì)于完整種皮，種皮破裂浸泡72 h更易糜爛，導(dǎo)致發(fā)芽率喪失。因此在試驗(yàn)過(guò)程中，利用75%乙醇消毒后，種皮破裂更容易顯現(xiàn)出來(lái)，此時(shí)去除種皮破裂種子，減少試驗(yàn)誤差。有研究表明，種子大小與種子發(fā)芽率之間顯著相關(guān)。本試驗(yàn)對(duì)種子長(zhǎng)度、種子寬度與種子浸泡發(fā)芽率之間作相關(guān)性分析，結(jié)果表明，種子長(zhǎng)度與種子浸泡電導(dǎo)率呈顯著相關(guān)，種子寬度與種子浸泡電導(dǎo)率相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。種子相對(duì)電導(dǎo)率與種質(zhì)耐澇性呈極顯著相關(guān)，這與陳文杰等的研究結(jié)果一致。可以利用種子長(zhǎng)度、相對(duì)電導(dǎo)率作為評(píng)價(jià)種子耐澇性的理化指標(biāo)。

4 結(jié)論

浸泡72 h后，102份材料發(fā)芽率、苗長(zhǎng)呈正態(tài)分布，根長(zhǎng)、相對(duì)電導(dǎo)率呈偏正態(tài)分布，材料之間存在差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明，根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)與浸泡發(fā)芽率呈極顯著正相關(guān)，種子長(zhǎng)度與浸泡發(fā)芽率之間呈顯著負(fù)相關(guān)，種子相對(duì)電導(dǎo)率與浸泡發(fā)芽率呈極顯著負(fù)相關(guān)。因此，種子長(zhǎng)度、相對(duì)電導(dǎo)率可以作為衡量種質(zhì)耐澇性評(píng)價(jià)的理化指標(biāo)，將種質(zhì)材料進(jìn)行區(qū)分。聚類分析結(jié)果篩選出抗型材料共26份，即川豆1913、蘇X19011、南農(nóng)J9-68等?？剐圆牧系暮Y選可以為江淮地區(qū)培育出耐澇性較好的大豆新品種提供理論依據(jù)。