44份玉米雜交種的耐老化篩選

李 穆， 臧宏圖， 高婷婷， 王 敏， 汪孟麗， 孟令聰，鄭淑波， 周德龍， 何 歡， 路 明

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所/主要糧食作物國(guó)家工程研究中心/國(guó)家玉米工程技術(shù)研究中心(吉林)/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北中部玉米生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/吉林省農(nóng)作物育種南繁基地開放實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)春 130033；2.吉林吉農(nóng)高新技術(shù)發(fā)展股份有限公司， 吉林 公主嶺 136100)

種子活力是判斷玉米種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，種子耐老化性狀是衡量種子活力優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[1]。玉米在生理成熟時(shí)種子活力最高，但隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)和外部環(huán)境的脅迫，種子內(nèi)部會(huì)發(fā)生代謝失調(diào)、有毒物質(zhì)積累等情況，導(dǎo)致種子出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的老化[2]。種子老化會(huì)影響種子的出苗質(zhì)量，降低抵抗外部不良條件的能力，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不同程度的損失[3]。因此，鑒定綜合性狀優(yōu)良的耐老化玉米品種不僅能夠抵御老化脅迫所造成的不利影響，同時(shí)也是保證玉米安全生產(chǎn)的有效途徑[4]。

研究表明，種子耐老化性狀是由自身遺傳和外部脅迫共同決定的，不同基因型之間的玉米品種，種子老化特性存在顯著差異，為篩選耐老化品種提供了可能[5]。目前，一般采用人工老化法對(duì)種子萌發(fā)性狀進(jìn)行分析，從而獲得耐老化性狀優(yōu)異的種質(zhì)資源[6-8]。李春雷等[9]對(duì)玉米雜交種鄭單958和先玉335進(jìn)行老化脅迫，結(jié)果表明，兩個(gè)雜交種隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)芽指標(biāo)逐步降低；電導(dǎo)率、丙二醛含量等有害指標(biāo)則隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步升高。鄧杰等[10]選用不同活力的4個(gè)玉米雜交種進(jìn)行老化后發(fā)現(xiàn)，不同類型玉米種子的萌發(fā)性狀隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)差異逐漸增加，活力高的玉米雜交種在耐老化方面也有明顯差異，活力指標(biāo)降低程度不同，而老化敏感型的玉米種子在出苗性狀上均受到嚴(yán)重抑制。王春蓮，鞠方成[11]以丹玉405、新丹336和宏碩737等3個(gè)玉米雜交種為材料，人工老化后發(fā)現(xiàn)，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，所有雜交種的發(fā)芽性狀均呈下降趨勢(shì)，丹玉405的各項(xiàng)指標(biāo)下降幅度均小于其他2個(gè)雜交種，說明其耐老化能力相對(duì)較強(qiáng)。

本研究以44份玉米雜交種為材料，采用高溫高濕老化法分析不同玉米品種的種子耐老化性狀，挖掘和篩選耐老化玉米品種的同時(shí)，也對(duì)把握老化對(duì)種子活力的影響和變化規(guī)律、降低種子貯藏成本、延長(zhǎng)貯存年限具有重要的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為44份玉米雜交種，部分由吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米所提供，部分購(gòu)于市場(chǎng)(表1)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1人工老化

將未包衣的玉米雜交種晾曬至適宜含水量(含水量≤14%)，挑選表面整潔、均勻的種子，每份50粒種子，3次重復(fù)。在3%的NaClO溶液中浸泡30 min消毒后，用蒸餾水沖洗3次，裝入種子老化盒內(nèi)備用。利用LH-150 S型種子老化箱(浙江托普)對(duì)供試材料進(jìn)行高溫高濕老化處理，處理前對(duì)老化箱進(jìn)行消毒(75%乙醇)。老化箱設(shè)置條件參照王建華[12]的方法略有改動(dòng)，人工老化處理溫度50 ℃、相對(duì)濕度95%，處理時(shí)長(zhǎng)為5 d。

表1 44份玉米雜交種Table 1 Details of 44 maize varieties

1.2.2發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定

老化脅迫完的種子放置室溫下自然晾干后，以未做老化脅迫的種子為對(duì)照，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)和相對(duì)發(fā)芽率等指標(biāo)[13]。

相對(duì)發(fā)芽勢(shì)(%)=(老化處理后發(fā)芽勢(shì)/對(duì)照發(fā)芽勢(shì))×100%；

相對(duì)發(fā)芽率(%)=(老化處理后發(fā)芽率/對(duì)照發(fā)芽率)×100%。

1.2.3數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office Excel 2010軟件和DPS 19.05軟件進(jìn)行老化玉米種子發(fā)芽指標(biāo)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、方差分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米雜交種老化后發(fā)芽指標(biāo)方差分析

老化脅迫后，對(duì)44份玉米雜交種種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率并進(jìn)行方差分析。結(jié)果表明，雜交種間發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率達(dá)極顯著水平，重復(fù)間不顯著，說明不同雜交種間存在顯著性差異(表2、表3)，這說明不同玉米雜交種在老化脅迫下，能夠區(qū)分種子對(duì)老化的耐性。

表2 發(fā)芽勢(shì)方差分析Table 2 Analysis of germination potential variance

表3 發(fā)芽率方差分析Table 3 Analysis of germination rate variance

2.2 老化脅迫對(duì)不同玉米雜交種的影響

對(duì)44份玉米雜交種種子進(jìn)行老化脅迫處理。結(jié)果(表4)表明，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，與對(duì)照相比，大部分雜交種老化后的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率均有明顯下降，老化5 d的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率兩項(xiàng)指標(biāo)比對(duì)照分別降低了6%和18%。發(fā)芽勢(shì)大于等于80%的有11個(gè)(吉禹619、金園15、先玉335、必祥809、遠(yuǎn)科105、必祥199、華農(nóng)159、富民558、遼科88、富民108、梨玉816)，占供試材料的25%；發(fā)芽率大于等于95%的有5個(gè)(先玉335、吉禹619、金園15、必祥809、富民105)，占供試材料的11.3%。相對(duì)發(fā)芽勢(shì)變異幅度為9%～98%，平均為75%，相對(duì)發(fā)芽率變異幅度為26%～100%，平均為81%。

表4 44份雜交種老化后的發(fā)芽指標(biāo)Table 4 Germination indicators of 44 hybrids after aging

圖1 44份玉米雜交種老化后發(fā)芽性狀聚類分析 Fig.1 Cluster analysis of 44 hybrids germination traits after aging

2.3 玉米雜交種的耐老化聚類分析

以44份玉米雜交種種子相對(duì)發(fā)芽指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，將44份雜交種耐老化等級(jí)劃分為3個(gè)級(jí)別，先玉335、吉禹619、金園15、必祥809、富民105等5份材料為耐老化雜交種，稷秾1205等14份材料為老化敏感型雜交種，其他25份材料為中間型雜交種。綜合發(fā)芽結(jié)果，先玉335、吉禹619、金園15、必祥809、富民105等5份雜交種在發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率等方面優(yōu)于其他雜交種(圖1)。表明隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，種子受到老化脅迫的影響就越大，只有少量玉米雜交種能夠降低老化脅迫所帶來的傷害。

3 討論與結(jié)論

玉米種子在收獲儲(chǔ)藏后會(huì)遭遇各種逆境脅迫從而發(fā)生老化。在老化過程中，種子內(nèi)部物質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯的改變，保護(hù)酶活力會(huì)隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降的趨勢(shì)；電導(dǎo)率、丙二醛等則隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，導(dǎo)致種子活力降低，缺苗、出苗慢以及苗勢(shì)弱等問題，從而造成玉米產(chǎn)量的年際波動(dòng)較大，品質(zhì)也大受影響，嚴(yán)重威脅我國(guó)糧食安全[9,14,15]。因此，研究種子耐老化性狀，挖掘高活力玉米種質(zhì)資源，對(duì)于把握玉米種子儲(chǔ)存年限，保護(hù)與利用種質(zhì)資源以及耐老化新品種選育具有至關(guān)重要的意義。研究表明，老化脅迫后，玉米種子在發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率等多項(xiàng)指標(biāo)上均有明顯下降，但在下降幅度上存在較為明顯的差異[16-18]。在本研究中，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，44份玉米雜交種在發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率等指標(biāo)上均有不同程度的下降。與對(duì)照相比，耐老化雜交種的相對(duì)發(fā)芽指標(biāo)均大于老化敏感型雜交種，呈現(xiàn)較為明顯的遺傳差異。

本研究通過高溫高濕老化法對(duì)44份玉米雜交種的種子進(jìn)行老化脅迫后，測(cè)定發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等指標(biāo)，結(jié)果表明，所有雜交種在老化脅迫后，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等指標(biāo)均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，下降趨勢(shì)存在著明顯差異，大部分雜交種兩項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)都維持在低水平狀態(tài)，驗(yàn)證了不同雜交種之間存在明顯的遺傳差異。先玉335、吉禹619、金園15、必祥809、富民105等5個(gè)玉米雜交種為耐老化品種。