甘蓝型油菜耐低温发芽种质资源鉴定

朱吉风，张俊英，杨立勇，蒋美艳，江建霞，李延莉，王伟荣，周熙荣

（上海市农业科学院作物育种栽培研究所，上海201403）

甘蓝型油菜（Brassica napus L.）是我国第一大油料作物，也是我国唯一的冬性油料作物。我国油菜常年种植面积约665万hm2，年均总产量约1 327万t，位居世界第一［1-2］。近年来，随着农业产业结构的调整、农村劳动力的转移以及农业机械化的发展，免耕直播技术逐渐成为油菜种植的主要方式。播种后，种子发芽迅速、整齐是作物高产的保证［3-4］。种子萌发受遗传、水分、氧气、温度等多重因素的影响［4-6］，其中，温度是影响种子萌发极为重要的环境因子之一［7-8］。温度适宜促进种子萌发，温度过低则导致种子萌发时间延长、萌发率和出苗率急剧下降，影响出苗整齐度和作物后期生长发育，降低作物最终产量［5-6，9］。

我国冬油菜主要种植于长江流域，该区域主要种植模式为稻油轮作。随着前茬水稻生育期延长以及油菜直播面积不断增加，油菜晚播、迟播成为必然［10］。晚播油菜种子萌发易受低温胁迫［5］，严重影响油菜出苗整齐度以及产量。种植耐低温发芽新品种是保证油菜在晚直播栽培模式下安全生产的最经济有效的手段。然而，生产上耐低温发芽种质缺乏，耐低温发芽遗传研究不足，相关基因尚未克隆，严重阻碍了油菜耐低温发芽的育种进展。因此，筛选耐低温发芽种质、发掘功能基因、开展油菜耐低温分子育种意义重大。

油菜耐低温发芽种质鉴定是获得耐低温发芽种质资源、发掘相关基因、开展油菜耐低温育种的基础。合适的低温处理条件是开展上述研究的关键，不同的温度处理条件严重影响着种子的发芽情况以及鉴定结果。本研究选用5个温度梯度对78份油菜种质进行种子发芽速率鉴定和评价，通过比较油菜种质在不同低温条件下发芽速率的差异，探索油菜种子发芽的敏感温度，同时筛选出不同温度条件下的耐低温发芽种质资源，以期为大规模进行油菜耐低温发芽资源鉴定提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

78份甘蓝型油菜种质由上海市农业科学院提供，其中常规品种7份，包括该院自选品种3份和从国内其他单位引进的品种4份；自交系71份，包括该院自选自交系54份和从国内其他单位引进的杂交种经自交选育的后代种质17份；以甘蓝型油菜耐低温发芽品种‘秦油7号’［12］为低温发芽耐性对照。

1.2 试验方法

选取当年收获、大小均匀、饱满、无病害油菜种子各450粒，放入铺有无菌滤纸、内径为9 cm的培养皿中，每皿30粒种子，重复3次，加入10 mL无菌蒸馏水，放入温度分别为20℃、15℃、10℃、8℃以及6℃的恒温培养箱（BINDERMKF240）中进行发芽试验，待‘秦油7号’试验种子全部发芽时调查记录每份材料各重复的发芽数，发芽标准为胚根长度大于2 mm［10］。随后，将未发芽种子移至适温（20℃）条件下继续培养3 d，统计并记录发芽数，以排除无活力种子的影响，并计算相对发芽率作为油菜种子耐低温发芽指标，参照油菜、水稻等作物的低温发芽耐性评价标准［11-12］，将油菜种子耐低温发芽特性分为4级：相对发芽率＞80%为耐低温型（R）、相对发芽率60%—80%为中间型（MR）、相对发芽率20%—60%为冷敏型（S）、相对发芽率≤20%为高冷敏型（HS）。

发芽率=发芽种子数/供试种子总数×100%

相对发芽率=低温发芽种子数/供试种子发芽总数×100%

式中：供试种子发芽总数=低温发芽种子数+低温未发芽种子移至20℃的发芽种子数。

1.3 数据分析

利用Excel 2010对数据进行整理，利用SAS 9.2软件对甘蓝型油菜种质资源在不同温度下的相对发芽率进行方差分析，并采用Duncan新复极差法对不同温度下的种子发芽率进行多重比较，分析温度间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 种子发芽活力检测结果

供试油菜种质在20℃条件下培养3 d后的种子发芽率基本一致，其中发芽率为100%的最多，有66份，占供试油菜种质的84.6%；发芽率在90%以上的有11份，占供试油菜种质的14.1%；发芽率不足90%的仅有1份，占供试油菜种质的1.3%，说明所选油菜种质的种子发芽活力较强。

2.2 不同温度处理间油菜种子的发芽率比较

由表1可见，不同温度处理间供试油菜种子发芽率的P＜0.001，说明供试油菜种质的种子发芽率在5种不同温度之间存在极显著差异。

通过多重比较发现：油菜种子在常温条件下和低温条件下的相对发芽率差异显著，说明温度降低后，供试油菜种质的种子平均发芽率显著降低；供试油菜种质的种子相对发芽率在10℃与15℃之间差异不显著、在6℃与8℃之间差异亦不显著，而在10℃、15℃处理分别与6℃、8℃处理之间的差异均达到显著水平（表2），说明供试油菜种质的种子发芽率受10℃以下低温胁迫的影响显著。

表1 供试油菜种质种子发芽率间的差异显著性分析Table1 Significant difference analysis of seed germ ination rate among tested rape germplasms

表2 供试油菜种质在不同温度下的相对发芽率比较Table 2 Comparison of relative germ ination rate of tested rape germplasms at different temperatures

2.3 不同油菜种质的耐低温发芽力比较

统计分析78份油菜种质在低温胁迫下的发芽情况（表1）发现，材料间的种子相对发芽率差异极显著（P=0.0007＜0.001），说明在所有低温处理下，供试油菜种质之间的发芽率存在极显著差异。

通过比较不同低温条件下供试油菜种质间的种子发芽率差异发现，在8℃低温条件下，不同油菜种质间的种子发芽率方差变异范围最大（表3），表明在8℃低温条件下，不同油菜种质间的种子发芽率差异最大，耐低温评价结果可靠。

表3 不同低温胁迫下油菜种质的相对发芽率方差分析Table 3 Variance analysis of relative germ ination rate of rape germ p lasm s under different low temperature stress

2.4 不同低温处理下油菜种子的发芽情况

如图1和表4所示，在不同温度处理下，78份油菜种质的相对发芽率差异明显。在10℃及以上温度条件下，大多数供试油菜种质仍具有较强的种子发芽力，如在15℃和10℃条件下，种子相对发芽率超过80%的油菜种质各为50份和45份，分别占供试油菜种质的64.1%和57.7%。但当处理温度低于10℃时，低温发芽耐性油菜种质总数显著减少。当温度降至8℃时，耐低温发芽油菜种质仅有9份，其中7份耐低温发芽油菜种质在6℃条件下的相对发芽率≥90%，进一步表明8℃低温条件下对油菜种质的耐低温特性评价结果可靠。

2.5 甘蓝型油菜耐低温发芽种质筛选

通过分析78份供试油菜种质的低温发芽特性发现，12份油菜种质对温度极敏感，这些油菜种质在15℃条件下的种子相对发芽率已降至20%以下，表现出高冷敏性（表4）。

根据8℃低温条件下油菜种质的相对发芽率，对供试油菜种质进行低温发芽耐性等级划分，结果表明：在78份油菜种质中，共筛选出耐低温发芽油菜种质9份，占供试油菜种质的11.5%；中间型9份，占供试油菜种质的11.5%；冷敏型14份，占供试油菜种质的18.0%；高冷敏型46份，占供试油菜种质的59.0%（表4）。所有低温发芽耐性油菜种质的相对发芽率处于94%—100%，其中3个耐低温发芽油菜种质（‘秦油7号’选系、86155选系和3183）在不同温度下的相对发芽率一直稳定在100%。

图1 油菜种质在不同温度条件下的相对发芽率分布Fig.1 Relative germ ination rate distribution of rape germ plasms at different tem peratures

表4 不同处理温度下筛选的油菜种质Table 4 Rape germplasms screened at different temperatures

（续表4）

3 讨论

种子发芽率受自身因素影响而有所差异，本试验选用相对发芽率作为种子在低温条件下的耐性指标，可减少由种子自身引起的误差，同时排除了无活力种子在耐低温评价上的干扰。

萌发期鉴定耐低温发芽材料时，前人多选用10℃/5℃或15℃/10℃（12 h/12 h）［5，12］。本研究将低温处理条件细化，鉴定油菜种质在20℃、15℃、10℃、8℃以及6℃条件下的种子发芽情况。本研究表明，在20℃条件下，供试油菜种质的种子几乎全发芽，随温度降低，供试种质的种子发芽时间明显延长，种子的相对发芽率显著降低，当温度低于10℃时，多数材料的种子不发芽或发芽率显著降低，这与前人报道的10℃以下低温显著降低油菜种子发芽率一致［13-14］。另外，本研究发现，供试材料的耐低温发芽性在15℃和10℃之间差异不显著，在8℃和6℃之间差异不显著，但在10℃上下温度间差异显著，初步表明大多油菜种子的低温发芽临界温度可能在10℃左右。因不同供试油菜种质在8℃下的种子相对发芽率存在较大差异，初步认为在8℃条件下对油菜种质进行耐低温评价所得结果较为可靠。

长江流域直播油菜播种时间一般在国庆之后，随前茬作物收获时间的推迟，部分主产区油菜的播种时间推迟到10月下旬或11月上旬［13］，期间该地区可能会遭遇冷空气影响，导致该区域最低气温骤降至10℃以下。如近些年上海郊区在10月下旬或11月上旬每年均经历1—2次低温寒潮，最低温度降至8—10℃，因此，筛选出萌发期耐8℃及以下低温的油菜种质对避免油菜萌发期遭遇低温胁迫意义重大。本研究在8℃处理条件下，筛选出耐低温发芽种质9份，这些耐低温种质在8℃条件发芽4 d，种子发芽率可高达90%以上，其中3份耐低温油菜种质（‘秦油7号’选系、86155选系和3183）的低温相对发芽率高达100%，说明供试材料中存在强耐低温特性的油菜种质。本研究筛选出的耐低温油菜种质，可为培育萌发期耐低温油菜新品种和挖掘低温耐性基因提供种质资源。