高粱种子耐冷材料筛选鉴定与利用评价

张海燕，史红梅，杨 彬，周忠宇，张桂香

（高粱遗传与种质创新山西省重点实验室／山西省农业科学院高粱研究所， 山西 晋中030600）

作物的抗逆性主要受遗传基因所控制［1－3］，是作物遗传特性的一种表现形式，与其发育生理和影响发育的因素有关。在不同的时间地点，甚至在不同的生长季节，作物不同的个体或器官其抗逆力反应不一样［4］。在作物的耐冷研究方面，认为耐低温的能力在不同作物以及不同品种中都有不同的表现［5－7］。全球每年因低温冻害而造成农作物损失高达数千亿［8］，而早春低温是农作物主要的自然灾害之一［9］。高粱是耐旱、耐盐碱且喜温的杂粮作物，种植区域的光温条件对高梁生长发育并不是十分宽裕，低温会对高粱的萌发、出苗造成伤害。研究表明，高粱的芽期和苗期是对光温最敏感的时期［10］，低温会造成芽期和苗期的冷害，但高粱生产的实际情况是在种子的吸水膨胀阶段，如遇低温也会造成种子的“粉种”或霉烂，导致出苗不齐不全，影响产量。因此，高粱种子的耐冷与否直接关系到高粱产量的高低，本试验选用一批国内外高粱资源进行高粱种子的耐冷性筛选鉴定，以期为高粱的抗性育种及生产提供参考。

1 材料和方法

试验材料156份，中国材料61份，其中地方品种40份，育成种21份，分别来自内蒙、山西、河南等不同省区；国外材料95份，来自美国、印度等国。

取供试种子100粒，种在发芽盒内，置于2℃的智能培养箱中处理5d后，调试培养箱温度到12～15℃，出苗后计数出苗株数。设对照于12～15℃的智能培养箱中，出苗后计数出苗株数，最后计算品种出苗率。按照高粱耐冷性鉴定方法及指标的研究［11］对参试材料进行分等定级。

2 结果与分析

2．1 高粱种子室内耐冷性鉴定

高粱种子冷害是指播种后高粱籽粒吸水膨胀，突遇低温胁迫，造成种子“粉种”或霉烂，影响出苗，形成田间缺苗断垄，进而影响产量。本试验参试材料156份，经初筛、复鉴，耐冷性属于一级、二级、三级、四级、五级的材料分别为12份、21份、38份、45份、40份，分别占总数的 7．7%、13．5%、24．4%28．8%和25．6%。三级以上材料占大多数。12份一级材料列入表1。

表1 种子耐冷一级材料

2．2 不同类型材料的耐冷性差异

由表2可以看出，40份地方品种中有一级耐冷品种4份，占该类型样品数10．0%，占样品总数2．6%；选育品种中，有一级耐冷品种2份，占该类型样品数9．5%，占样品总数1．3%；95份国外材料中，一级耐冷品种有6份，占该类型样品数6．3%，占样品总数3．9%。地方品种中的耐冷一级材料所占比例较高，选育品种中耐冷一级材料所占比例也较高。

表2 不同类型材料种子耐冷性比较

2．3 耐冷性与农艺性状的关系

12份种子耐冷一级材料中，壳色、粒色为红色、黑、褐3种颜色的材料占到2／3以上，因为控制籽粒颜色的基因同时控制着籽粒中单宁含量［12］，所以这些材料的单宁含量也相对较高，都在0．6以上，高粱籽粒单宁含量一般在0．027%～1．96%，最高4．3%，最低0．01%［13］，这似乎和材料的耐冷性有一定关系。高粱籽粒中脂肪含量是籽粒品质的一个方面。脂肪是由甘油和脂肪酸组成的三酰甘油酯，脂肪的性质和特点主要取决于脂肪酸。脂肪酸在生物体中具有重要生理功能。细胞膜脂的主要成分就是脂肪酸，也是重要的能源物质，分布在机体的表面以防止机械损伤和热量散发［14］。高粱籽粒中脂肪含量一般为1．10%～5．50%，由表3可以看出，参试材料的脂肪含量比较高，由于脂肪具有防止热量散发等特性，参试材料的种子耐冷与脂肪含量有一定关系。

表3 种子耐冷一级材料与籽粒性状的关系

2．4 种子耐冷材料的利用评价

种子耐冷的材料类型有中国的地方品种、育成种，也有美国和印度的材料，4份地方品种中，二长脖高粱株高203cm，早熟，生育期96d，高抗高粱丝黑穗病；棒洛三（大同）也是一个秆低早熟的材料，生育期为88d，品质性状较好，粗蛋白11．6%，赖氨酸2．76%，高抗高粱丝黑穗病，这些性状对于当前高粱的品质育种和抗性育种都是有益的性状，其种子耐冷特性是可以利用的性状。TC 1383－2和晋选五－1是2份育成种，在高粱育种和种质创新方面发挥了重要作用，TC 1383－2株高适中，穗大粒大，茎秆粗壮，综合性状较好；晋选五－1是高粱育种上较早培育和利用的恢复系，株高139cm，植株健壮，株型紧凑，其耐冷特性对于耐冷品种的选育具有利用价值。6份国外材料中，印度材料IS－2867属于高秆材料，株高300cm，茎秆韧性强，可应用于甜高粱品种的选育。美国材料9104B植株较矮，株高112cm，穗部产量性状优异，穗粒重88．5g，千粒重30．8g，印度材料5－46837，株高适中，角质率100%，这些材料各具特点，加之耐冷特性的具备，有很好的利用价值。

3 讨 论

本试验中耐冷种子的筛选设置了一个低温胁迫，这是经过多次的、几个温度梯度的试验得出来的结果，温度低于2℃，多数试材会被淘汰，温度高会出现大部分材料的正常萌发出苗而达不到选择的目的。另一个更重要的原因是，2℃是高粱种植后出苗前易受害的胁迫温度，也是高粱生产上最容易遇到的胁迫温度。

从试验中看出，不同类型的高粱种质其耐冷性存在差异，在我国地方品种中一级耐冷资源的比例较高，说明在我国地方品种中挖掘耐冷种质的潜力较大［15］，中国高粱资源可以作为高粱抗寒育种的首选材料［16］。

本试验中耐冷种质的筛选仅限于室内，实验条件毕竟与大田的情况有所不同，土壤环境、气温条件等的因素都没有考虑在内，因此，还需要在大田的环境下进一步的试验来验证试验结果的可靠性。高粱籽粒脂肪含量与种子耐冷性的关系，由于此前没有报道，本试验中也是略有涉及，因此需要在今后的试验中进行深入研究，方可得出正确的结论，为高粱逆境生理提供一些参考。

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［16］Cleve D．Franks，Gloria B．Burow，and John J．Burke．A Comparison of U．S．and Chinese Sorghum Germplasm for Early Season Cold Tolerance［J］．CROP SCIENCE，VOL．46，MAY－JUNE，2006，1 371－1 376．