2013-2015年中国冬小麦种子发芽率及高活力关联物理性状的检测

尹誉霖，贾 佳，杨丽明，王建华，孙 群

(1.中国农业大学农学院/农业部农作物种子全程技术研究北京创新中心/北京市遗传改良重点实验室，北京100193；2.中国农业大学理学院，北京100083)



2013-2015年中国冬小麦种子发芽率及高活力关联物理性状的检测

尹誉霖1，贾 佳1，杨丽明2，王建华1，孙 群1

(1.中国农业大学农学院/农业部农作物种子全程技术研究北京创新中心/北京市遗传改良重点实验室，北京100193；2.中国农业大学理学院，北京100083)

为了解中国冬小麦种子市场的种子质量情况，连续三年(2013-2015)收集全国冬小麦主产区市场上的冬小麦种子样品共计756份，进行了种子发芽率普查和活力检测，并对与品种种子高活力相关联的物理性状进行了分析。结果表明，全国冬小麦种子标准发芽率在三年内有所提升，分别为83.6%、92.8%和93.0%；在不同地区收集到的同一冬小麦品种种子标准发芽率基本一致，但其耐盐性、抗旱性和耐老化能力均在地区间略有差异。在与种子活力有关的物理性状中，千粒重和种子厚度与种子活力相关性高且稳定。当种子萌发期条件较好时，千粒重49.54～50.30 g、厚度3.23～3.29 mm的冬小麦种子萌发较好；当种子萌发期逆境胁迫较强时，则应选择千粒重33.83～34.50 g、厚度2.76～2.84 mm的冬小麦品种。

冬小麦；发芽率；物理性状；品种筛选

小麦是我国第三大粮食作物，其产量占全国粮食总产量的五分之一，其中冬小麦贡献最大。种子质量是小麦出苗、植株生长发育、产量形成的重要影响因素。目前我国小麦种子质量控制标准GB4404.1-2008要求种子纯度和净度均不低于99%，发芽率不低于85.0%，水分含量不高于13.0%。同时，NY / PZT001-2002和GB / T 21127-2007也对小麦种子的耐盐性和抗旱性标准作出了具体规定。

小麦种子的物理特征是其加工、分选、包装、运输等设备设计和制造的根据[1]。研究发现，小麦种子的大小和重量与种子的田间出苗和产量有关[2]。千粒重是筛选具有较好物理学和生物学特性小麦种子的一个重要参数[3]。一般认为，同一品种内，千粒重或尺寸越大、颜色越深的种子，成熟度越好，活力越高[4-5]。但是，在不同小麦品种之间，物理特性与种子质量的相关性表现有差异。种子颜色和饱满度可以用来预测小麦面粉的湿面筋含量、粗蛋白含量、容重等指标[6]，种子的大小和形状、体积、比表面积、容重和千粒重均影响小麦出粉率[7-8]。但从以往研究看，有关小麦种子物理性状与其活力的相关性分析鲜见报道。

本研究连续三年(2013-2015)收集全国冬小麦主产区市场上的冬小麦种子样品，分析了其质量情况，同时探讨了种子质量与其相关联的物理性状的关系，以期为种子高活力小麦品种的选育提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

2013-2015年收集全国冬小麦主产区市场上的冬小麦种子样品(表1)。其中，2013年共收集到258份冬小麦样品材料，包含189个冬小麦栽培品种；2014年共收集到265份冬小麦样品材料，包含188个冬小麦栽培品种；2015年共收集到233份冬小麦样品材料，包含157个冬小麦栽培品种。

表1 冬小麦种子样品数量及来源地

1.2 测定项目及方法

千粒重采用Sartorius BSA124S型万分之一天平测定，3次重复； 种子厚度采用数显游标卡尺测定，每个品种测量20粒种子；种子宽度和投影面积采用Seed Identification软件进行检测，每个品种测定400粒种子。

标准发芽实验采用卷纸发芽法，每个纸卷放置50粒冬小麦种子，重复3次。将纸卷放置于25 ℃、光照条件下进行种子发芽，纸卷间预留有间隙，确保其内部的透气性。发芽第7天查看小麦种子的发芽率。

为了检测小麦种子基于发芽率的活力，本研究还进行了逆境萌发实验，包括人工加速老化实验、耐盐性发芽实验和抗旱性发芽实验。人工加速老化实验中在41 ℃、RH 100%条件下将种子老化72 h并在室内条件下回干后进行发芽；耐盐性实验中用200 mmol·L-1NaCl溶液进行盐胁迫处理和种子发芽；抗旱性实验中用15% PEG-6000溶液进行胁迫处理和种子发芽。逆境萌发实验的其他操作与标准发芽实验相同。

1.3 数据分析

采用隶属函数分析、主成分分析和聚类分析对小麦种质的芽期的抗旱性和耐盐性分别进行综合评价，并以此对小麦种质进行耐盐性分级[9-11]。

数据分析采用Microsoft Excel 2007 和SPSS Statistics 17.0进行。

2 结果与分析

2.1 标准发芽试验结果

标准发芽实验结果(表2)表明，2013年全国258份冬小麦材料平均标准发芽率为83.6%，合格率为55.42%；仅北京地区收集到的种子样品标准发芽率达到90.0%，仅湖北省收集的材料的标准发芽率低于80.0%，两者之间相差近15.0%，差异极显著(P<0.01)。2014年全国265份冬小麦材料平均标准发芽率为92.8%，合格率为91.32%；来自新疆地区的冬小麦种子样品平均标准发芽率极显著地低于其他来源地(P<0.01)。2015年全国233份冬小麦材料平均标准发芽率为93.0%，合格率为90.99%；仅来自于江苏种子样品平均标准发芽率低于90.0%。从2013年到2015年，全国冬小麦种子的标准发芽率平均值有较大提升，升幅9.4%，合格率提升了35.57%。

耐盐性实验结果表明，2014年高耐盐材料占比4.91%，耐盐材料占比11.70%，中耐盐材料占比25.66%；2015年高耐盐材料占比5.15%；耐盐材料占比8.58%；中耐盐材料占比16.74%。抗旱性实验结果表明，2014年极强抗旱材料占比3.40%，强抗旱材料占比18.49%；中等抗旱材料占比33.21%；2015年极强抗旱占比5.15%；强抗旱材料占比24.03%；中等抗旱材料占比27.04%。属于耐盐和抗旱的材料中，中等耐盐或中等抗旱的冬小麦材料占了较大比例，因而冬小麦耐盐性和抗旱性仍有很大的提升空间。按地区看，从北京、陕西收集到的样品总体质量较优，在标准发芽实验和逆境发芽实验中有较好表现。

在2014年和2015年分别抽取了材料数目多、种植面积较大的冬小麦品种(矮抗58、济麦22、鲁原502和周麦22)进行不同地区间发芽率差异分析，结果表明，相同小麦品种的种子标准发芽率在地区之间没有显著差异(年份间t检验P=0.648；地区间t检验P=0.544)。

表2 2013-2015年全国冬小麦种子样品发芽率

同行数值后的大、小写字母不同表示地区间差异极显著(P<0.01)或显著(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 小麦种子物理特性及其与种子活力的相关性分析

相关性分析(表3)表明，2013年和2014年冬小麦种子的厚度、千粒重、宽度和投影面积均与种子发芽率呈极显著的负相关，而2015年仅厚度和千粒重与种子发芽率呈极显著负相关。这说明4个描述冬小麦种子大小的物理指标与种子发芽率之间的相关关系的正负性一致，但厚度和千粒重与发芽率的相关性表现更为稳定，可用以筛选种子高活力的冬小麦品种。

表3 同一年份中发芽率与部分物理性状的相关性

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

在不考虑年份和产地交互效应的情况下，利用SPSS一般线性模型分析年份和产地对小麦种子物理特征的主效应，结果表明，年份、产地的主效应均显著。

表4 不同年份间冬小麦种子的4个物理指标

同列数值后的小写字母不同表示年份间差异显著(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年各地区冬小麦种子的部分物理性状

从表4可以看出，2014年和2015年冬小麦种子的千粒重、厚度、宽度和投影面积都比2013年有显著提升；2015年小麦种子的千粒重和厚度都显著低于2014年，但宽度显著高于2014年；投影面积在2014年和2015年之间没有表现出显著差异。在同一年份中，冬小麦种子的千粒重、厚度、宽度和投影面积在地区之间存在显著差异(表5)。2014年和2015年来自北京和陕西的冬小麦材料的4个物理性状显著均低于其他地区，而北京和陕西的冬小麦材料均具有相对较高的种子发芽率，这进一步说明在一定范围内，冬小麦种子的千粒重、厚度、宽度与投影面积之间存在一定程度的负相关。

另外，在同一年份的不同地区(主要是安徽、北京、河南、江苏、山东和陕西)，冬小麦种子的不同物理性状与种子发芽率之间相关关系表现有差异，其中厚度与种子发芽率之间的显著负相关关系在上述6个地区中均有体现，千粒重与种子发芽率之间的显著负相关关系在5个地区有所体现，而宽度和投影面积和种子发芽率的显著负相关性仅在其中的3～4个地区表现。这进一步表明，选择小麦种子的厚度和千粒重作为种子高活力冬小麦品种的筛选指标具有较好的普适性。

2.3 小麦种子活力与抗逆性的关系

将种子的千粒重和厚度合并进行K-means聚类，分组后计算各组内发芽率、耐盐相对发芽率、抗旱相对发芽率、老化相对发芽率、千粒重和厚度的均值。以种子发芽率为纵坐标、千粒重和厚度分别为横坐标作图，并进行线性回归分析，得到图1和图2。

从图1和图2可以看出，在大量样本的基础上，种子的发芽率与千粒重之间存在极显著的线性关系。其中，标准发芽率与千粒重之间存在正相关关系，但不明显；耐盐性、抗旱性和耐老化性均与千粒重呈负相关，且变化趋势明显。种子的发芽率与种子厚度之间也存在极显著的线性关系，且发芽率与厚度之间的变化趋势与千粒重相同。

SG：室内标准发芽试验；AA：人工加速老化试验；STG：耐盐性发芽试验；DRG：抗旱性发芽试验。图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.

图1 小麦种子发芽率与千粒重的线性回归分析

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

在种子发芽率达到国家标准的前提下，预估不同萌发环境[12-14]以筛选不同的冬小麦品种。根据聚类分析和分组描述统计的结果(表6)，选择分组均值的95%置信区间作为参数范围。当种子萌发期条件温和时(如我国黄河至淮河之间，气候温暖，雨量适度)，可以选择千粒重和厚度相对较大即千粒重范围为49.54～ 50.30 g，厚度范围为3.23～3.29 mm的冬小麦品种，以充分利用优质种子的发芽率；当种子萌发期遭遇干旱(如我国北部冬、秋播麦区，冬季降水稀少)或种植地区为盐碱土地(如北部冬、秋播麦区的盐渍土；渤海海湾的大片盐碱土地)或上一季收获的小麦种子需要贮藏一段时间后再播种的，此时可选择抗逆境能力相对较强的品种，其千粒重范围为33.83～34.50 g，厚度范围为2.76～2.84 mm。

图2 小麦种子发芽率与厚度的线性回归分析

将材料按照厚度3.23～3.29 mm、千粒重49.54～50.30 g进行品种筛选后，冬小麦的标准发芽率有所提升，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进行品种筛选后，冬小麦的标准发芽率略有下降，但其抗逆性显著提升(表7)。

表6 千粒重和厚度的K均值聚类的分组描述统计

表7 按照冬小麦种子厚度、千粒重指标筛选材料后发芽指标的变化情况

3 讨 论

经过对大量样本的检测和数据的分析，本研究进一步明确了厚度和千粒重与小麦种子活力的关联性，同时初步确立种子高活力冬小麦品种的筛选参数，并且对参数的有效性进行了一定程度的验证。在不同的萌发环境下选用不同的筛选参数，可以充分利用种子的萌发潜力，提高小麦播种后的出苗质量。

需要注意的是，种子并非越小越好。过小的种子可能发育不完整或营养物质积累不足，严重影响种子萌发。研究表明，在同一冬小麦品种内，种子的长度、宽度和投影面积与种子的活力呈极显著正相关，生产上可根据这三个指标进行冬小麦种子的精选[15-16]。如以轮选987为材料，使用圆孔筛将小麦种子按粒径大小分级后进行试验，结果显示大、中粒径的小麦种子分别较对照增产2.8%和4.2%，苗期干物质积累量分别增加28.6%和7.1%[17]；随着小麦种子粒径的增大，容重和发芽率总体上呈现增大趋势[18]；重力分级后，重质小麦种子饱满籽粒比例增加，小麦粉的加工精度提高，品质特性得到改善[19]。另外，过小的种子也可能影响其商品性，影响销量，而粒大饱满的种子能提高其商品性，激发农户购买[20]。

许多研究结果显示，在同一品种内，较大的种子具有较高的活力，同时形态较大、粒重大的种子播种后可改善出苗状况和增产，甚至优化了种子的加工性和商品性。本实验确定的两组筛选参数反映的是多个品种种子厚度和千粒重的平均水平，针对的是不同冬小麦品种的筛选，并且厚度参数与前人研究结果(>2.36 mm)属于被包含关系；千粒重参数与前人研究所确定的参数(均值37.80 g)并不矛盾。因而从品种间筛选的角度看，本实验所确定的两组参数都有较大可行性。

在小麦种子活力检测中，发芽率是相对稳定可靠的指标[21]。种子活力构成因素复杂，受年份间生产、加工条件影响较大，在同一地点(甚至同一店铺)收集的小麦样品的活力和物理特性都可能存在差异。本研究的材料来源广泛并且复杂，每一份材料的属性都是遗传与环境共同作用的结果，因而在不同品种之间进行比较与筛选更具有实际意义。同样地，本研究材料数目巨大，来源广泛、背景复杂，种子发芽率与物理性状的相关系数绝对值仅在0.2左右得出，但相关性仍达到了统计学中的显著或极显著，分析结果仍然有效。

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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

时间：2016-10-08

2016-03-10

2016-04-10

农业部公益性行业(农业)科研专项(201303002)

E-mail：yyl_1004@foxmail.com

孙 群(E-mail：sqcau@126.com)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)10-1335-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161008.0932.010.html