張 鶴 蔣春姬 殷冬梅 董佳樂 任婧瑤 趙新華 鐘 超 王曉光 于海秋,*

花生耐冷綜合評(píng)價(jià)體系構(gòu)建及耐冷種質(zhì)篩選

張 鶴1蔣春姬1殷冬梅2董佳樂1任婧瑤1趙新華1鐘 超1王曉光1于海秋1,*

1沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/花生研究所, 遼寧沈陽 110161;2河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 河南鄭州 450046

早春低溫主要發(fā)生在萌發(fā)期和幼苗期2個(gè)階段, 是限制我國東北地區(qū)花生產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵性因素。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上, 耐冷品種的選育是解決低溫冷害問題最直接有效的手段。本研究以68個(gè)東北地區(qū)主栽的花生品種為試驗(yàn)材料, 分別在室內(nèi)萌發(fā)期、幼苗期及田間對(duì)其耐冷性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。在萌發(fā)期, 通過對(duì)10℃、8℃、6℃和4℃處理7 d后各花生品種的種子活力進(jìn)行綜合隸屬函數(shù)分析和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布檢測(cè)發(fā)現(xiàn), 6℃處理7 d適合作為大批量花生種質(zhì)耐冷性鑒定的條件。在幼苗期, 經(jīng)6℃處理7 d后, 以株高、葉面積、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重和耐冷等級(jí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 對(duì)各花生品種的耐冷性進(jìn)行鑒定。相關(guān)性分析表明, 葉面積、地上部鮮重和耐冷等級(jí)與花生的耐冷性關(guān)系最為密切, 可以作為花生苗期耐冷性鑒定的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。在田間自然條件下, 采用提前播期和分期播種的方式, 以相對(duì)出苗率、相對(duì)出苗能力及產(chǎn)量構(gòu)成因素為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)室內(nèi)篩選結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證, 基于多重表型分析方法, 最終鑒定出適合東北地區(qū)種植的在萌發(fā)期和幼苗期均耐冷的花生品種農(nóng)花5號(hào), 以及冷敏感型花生品種阜花18號(hào)。本研究為我國高寒地區(qū)的花生種植提供了品種參考, 為花生耐冷機(jī)制研究提供了優(yōu)異種質(zhì)資源。

花生; 耐冷性; 綜合評(píng)價(jià); 種質(zhì)資源篩選

花生(L)是世界范圍內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物, 廣泛種植于熱帶和亞熱帶地區(qū)。近年來, 隨著對(duì)花生需求量的日益增加, 其種植區(qū)域正不斷地向高海拔、高緯度地區(qū)擴(kuò)張, 目前, 我國東北地區(qū)的花生種植面積已達(dá)到46.7萬～53.3萬公頃, 占全國總種植面積的11%左右[1]。但花生作為喜溫作物, 整個(gè)生育期對(duì)溫度的要求較高, 東北地區(qū)熱量條件有限, 春季經(jīng)常發(fā)生大規(guī)模的低溫冷害, 嚴(yán)重限制了花生的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)建成[2-3]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上, 耐冷品種的選育是解決低溫冷害最直接有效的手段, 而耐冷性綜合評(píng)價(jià)體系的建立是篩選耐冷種質(zhì)的前提[4]。近年來, 在耐冷性鑒定分析方法和耐冷指標(biāo)篩選方面, 前人做了大量工作, 張瑞棟等[5]在25℃、20℃、16℃和12℃人工氣候箱中對(duì)30份高粱品種進(jìn)行低溫萌發(fā)試驗(yàn), 通過測(cè)定不同溫度下各高粱品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、芽長、根長、芽重、根重等萌發(fā)指標(biāo), 并利用主成分分析和聚類分析方法將30份高粱品種的耐冷性分為4個(gè)等級(jí); 黃賀等[6]通過測(cè)定9℃低溫處理下不同油菜品種的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和平均發(fā)芽時(shí)間, 利用綜合隸屬函數(shù)法對(duì)66份油菜品種的耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià), 篩選出極端耐冷型和冷敏感型油菜材料; 張瑋等[7]利用田間自然低溫, 通過測(cè)定18份木薯種質(zhì)幼苗葉片的相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、保護(hù)酶活性等生理指標(biāo), 運(yùn)用相關(guān)性分析和逐步回歸分析等方法對(duì)其耐冷性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。然而, 作物的耐冷性是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀, 受諸多因素控制, 不同作物在不同生育時(shí)期和不同冷害類型下會(huì)表現(xiàn)出顯著的形態(tài)發(fā)育及生理生化差異[8], 因此, 評(píng)價(jià)作物對(duì)低溫冷害的耐受性應(yīng)選用適當(dāng)?shù)姆椒ê椭笜?biāo)。

目前, 關(guān)于花生耐冷性鑒定的研究雖取得一定進(jìn)展[9-12], 但評(píng)價(jià)方法和鑒定指標(biāo)相對(duì)較為單一, 利用綜合性狀篩選耐冷種質(zhì)的研究少見報(bào)道, 完善的耐冷性綜合評(píng)價(jià)體系還未建立。針對(duì)東北地區(qū)花生生產(chǎn)上的早春低溫冷害問題, 本研究以68個(gè)東北地區(qū)主栽的花生品種為試驗(yàn)材料, 采用室內(nèi)模擬鑒定和田間自然鑒定相結(jié)合的方法對(duì)其萌發(fā)期和幼苗期的耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià), 并利用綜合隸屬函數(shù)分析、聚類分析、相關(guān)性分析和主成分分析等多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法對(duì)各評(píng)價(jià)方法和鑒定指標(biāo)進(jìn)行綜合分析, 以期構(gòu)建出花生耐冷性綜合評(píng)價(jià)體系, 篩選出適合東北地區(qū)種植的耐冷花生品種, 為高寒地區(qū)的花生種植提供種質(zhì)參考, 同時(shí)為花生耐冷機(jī)制研究提供優(yōu)異種質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

室內(nèi)萌發(fā)期耐冷性鑒定材料為68個(gè)花生品種, 均由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)花生研究所提供, 具體信息如表1所示。

田間耐冷性鑒定和苗期耐冷性鑒定材料為30個(gè)花生品種, 其中, 耐冷型花生品種10個(gè): 農(nóng)花1號(hào)、農(nóng)花5號(hào)、農(nóng)花12號(hào)、彩花7號(hào)、農(nóng)花23號(hào)、花育19號(hào)、花育22號(hào)、四粒紅、遠(yuǎn)雜9102和Y-7黑花生; 中間型花生品種10個(gè): 農(nóng)花11號(hào)、農(nóng)花13號(hào)、農(nóng)花18號(hào)、農(nóng)花19號(hào)、花育32號(hào)、鐵花1號(hào)、阜花12號(hào)、阜花23號(hào)、唐油4號(hào)和粵油85號(hào); 敏感型花生品種10個(gè): 農(nóng)花9號(hào)、農(nóng)花16號(hào)、花育20號(hào)、鐵花3號(hào)、錦花5號(hào)、阜花18號(hào)、冀油2號(hào)、冀油9606、粵油26號(hào)和白沙1016, 均由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)花生研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 萌發(fā)期試驗(yàn) 采用SHP-150型生化培養(yǎng)箱進(jìn)行種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)(紙床發(fā)芽法)。挑選大小一致、飽滿、有活力的花生種子, 分別用1%次氯酸鈉溶液消毒10 min, 室溫浸泡12 h后, 置于鋪有雙層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中, 分別于4℃、6℃、8℃和10℃下黑暗培養(yǎng)7 d, 之后轉(zhuǎn)入28℃條件下恢復(fù)7 d, 期間定量補(bǔ)充蒸餾水, 保證種子濕潤, 對(duì)照處理(CK)為種子吸脹12 h后直接于28℃下黑暗培養(yǎng)。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù), 每個(gè)重復(fù)30粒種子。

表1 供試花生材料信息

(續(xù)表1)

1.2.2 田間試驗(yàn) 從室內(nèi)萌發(fā)期篩選出的耐冷型、中間型和冷敏感型花生品種中, 分別選取10個(gè)進(jìn)行田間耐冷性評(píng)價(jià), 試驗(yàn)于2018年和2019年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)后山試驗(yàn)田(41°82′N, 123°56′E)進(jìn)行。該試驗(yàn)區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 積溫3300～3400℃, 無霜期155～180 d, 年平均氣溫8.7℃, 年平均降水量714 mm。2018年和2019年生長季降雨量分別為448.4 mm和572.3 mm, 生長季平均氣溫分別為22.19℃和22.20℃。供試土壤為棕壤土, 含有機(jī)質(zhì)14.9 g kg-1、全氮1.1 g kg-1、堿解氮91.26 mg kg-1、速效磷10.17 mg kg-1、速效鉀125.12 mg kg-1, pH 6.5。

采用提前播種的方法, 分為3個(gè)播期, 分別于4月10日、4月20日和5月10日(對(duì)照)播種。每個(gè)品種1行, 單粒播種, 每行30粒, 行長3 m, 壟寬0.6 m, 壟距0.5 m, 株距0.1 m, 每個(gè)處理3次重復(fù), 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。播種前施磷酸二銨150 kg hm-2、過磷酸鈣300 kg hm-2和硫酸鉀150 kg hm-2作為基肥, 其他管理措施同常規(guī)田間管理進(jìn)行。

1.2.3 苗期試驗(yàn) 從室內(nèi)萌發(fā)期篩選出的耐冷型、中間型和冷敏感型花生品種中分別選取10個(gè)進(jìn)行苗期耐冷性評(píng)價(jià), 試驗(yàn)于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。將發(fā)芽整齊的種子播種至裝有高溫滅菌濕沙的花盆中, 每盆播種5粒, 每個(gè)品種10盆, 于人工氣候室內(nèi)培養(yǎng), 期間每天定量補(bǔ)充1/2 Hoagland營養(yǎng)液, 人工氣候室培養(yǎng)條件為: 光周期16 h/8 h (晝/夜), 溫度28℃/23℃ (晝/夜), 光照強(qiáng)度600 μmol m-2s-1。幼苗長至三葉一心期時(shí), 將盆栽分為2組(每組每個(gè)品種5盆), 一組繼續(xù)在人工氣候室內(nèi)正常培養(yǎng)(對(duì)照), 另一組置于低溫氣候室內(nèi)處理7 d, 氣候室培養(yǎng)條件為: 光周期16 h/8 h (晝/夜), 溫度6℃, 光照強(qiáng)度600 μmol m-2s-1。在不同月份重復(fù)3次試驗(yàn)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 花生萌發(fā)期耐冷性評(píng)價(jià)指標(biāo) 以露白(胚根伸出0.5 mm)為標(biāo)準(zhǔn), 從第1粒種子萌發(fā)開始, 逐日測(cè)定種子的發(fā)芽數(shù), 計(jì)算種子活力指標(biāo):

發(fā)芽勢(shì)(%) = 萌發(fā)4 d種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)× 100

發(fā)芽率(%) = 萌發(fā)7 d種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)× 100

發(fā)芽指數(shù)(germination index, GI) = ΣGt/Dt, 式中, Gt為第Dt天對(duì)應(yīng)的發(fā)芽數(shù)(從第一粒種子萌發(fā)開始, 至連續(xù)3 d沒有種子繼續(xù)萌發(fā)為止)。

活力指數(shù)(vigour index, VI) = S×發(fā)芽率, 式中, S為萌發(fā)結(jié)束后10粒種子胚根的平均長度(mm)。

1.3.2 花生田間耐冷性評(píng)價(jià)指標(biāo) 自第1期播種之日起到最后1期全部品種連續(xù)3 d不再出苗為止, 每日定點(diǎn)記錄地下5 cm土層溫度, 出苗后, 每日調(diào)查并記錄各品種出苗數(shù), 計(jì)算出苗率、相對(duì)出苗率和出苗能力:

出苗率(%) = 各品種出苗數(shù)/供試種子數(shù)×100

出苗能力(emergence ability, EA) = 相對(duì)出苗率× 100/從播種到第天出苗的相應(yīng)天數(shù)

收獲時(shí), 3個(gè)播期中每個(gè)品種各選取5株(出苗率過低不足5株的取3株)具有代表性的植株進(jìn)行考種, 調(diào)查單株飽果數(shù)、百果重、百仁重和單株產(chǎn)量, 取平均值。

田間試驗(yàn)分析所用數(shù)據(jù)均為2018年和2019年試驗(yàn)測(cè)定的平均值。

1.3.3 花生苗期耐冷性評(píng)價(jià)指標(biāo) 低溫脅迫7 d后觀察花生幼苗的表型變化, 包括葉片皺縮、葉片似燙傷、葉色變褐等, 并根據(jù)葉片的萎蔫情況對(duì)各花生品種苗期的耐冷等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià), 分1～9級(jí)評(píng)價(jià)(表2)。

表2 花生幼苗期耐冷性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

低溫脅迫7 d后, 每個(gè)品種選取5株長勢(shì)一致的幼苗, 小心地將幼苗連根從沙中取出, 用自來水沖洗, 吸干表面水分(保持根部潮濕但不附著水珠), 用直尺測(cè)量株高, 用稱重法測(cè)定葉面積[13], 用電子天平稱取地上部和地下部鮮重, 隨后分別裝入牛皮紙袋中105℃殺青30 min, 然后于70℃烘干至恒重, 稱重得幼苗地上部和地下部的干重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Microsoft Excel 2010整理和分析數(shù)據(jù), 利用SPSS 19.0和Origin 2017對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析、主成分分析和相關(guān)性分析, 采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對(duì)花生的耐冷性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

為了消除不同品種基礎(chǔ)性狀間的差異, 采用性狀的相對(duì)值(耐冷系數(shù))對(duì)耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià), 即:

CC=處理測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值×100%

采用正交旋轉(zhuǎn)的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn), 建立綜合指標(biāo)方程, 即:

式中, CI()為綜合指標(biāo)值,B為單項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)系數(shù)進(jìn)行規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化的值; Prin()為綜合指標(biāo)的特征向量。

隸屬函數(shù)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理, 將各指標(biāo)換算成隸屬函數(shù)值, 即:

基于隸屬函數(shù)的耐冷性綜合評(píng)價(jià)值:

式中,W為各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù), 表示第個(gè)指標(biāo)的重要程度,P為第個(gè)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率(各指標(biāo)的特征值即貢獻(xiàn)率),為耐冷性綜合評(píng)價(jià)值。

利用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式將主成分綜合得分和綜合隸屬函數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化:

然后計(jì)算二者的差值:

其中,S為某花生品種的主成分綜合得分或者綜合隸屬函數(shù)值,max、min分別為綜合得分或綜合隸屬函數(shù)值中的最大和最小值,S為某花生品種的綜合隸屬函數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)值, 為某花生品種綜合得分的標(biāo)準(zhǔn)值。采取差異值0.5作為評(píng)判同一方法在不同環(huán)境的分析結(jié)果之間差異的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生萌發(fā)期耐冷性評(píng)價(jià)

2.1.1 不同低溫處理下各指標(biāo)的耐冷系數(shù) 由表3可知, 低溫脅迫下, 68個(gè)花生品種的各項(xiàng)活力指標(biāo)均表現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì), 品種之間差異顯著, 變異系數(shù)介于7.41%～104.58%之間, 表明供試材料具有豐富的遺傳多樣性, 測(cè)定的指標(biāo)對(duì)低溫反應(yīng)較敏感。但不同花生品種在不同溫度處理下各單項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)和變化幅度不盡相同, 即不同指標(biāo)反映出的耐冷性不同, 因此, 利用單一性狀的耐冷系數(shù)對(duì)花生品種的耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià)很難準(zhǔn)確反映其耐冷水平, 也無法確定適合花生耐冷性鑒定的溫度條件, 故需進(jìn)一步對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1.2 不同低溫處理下各性狀的隸屬函數(shù)分析

隸屬函數(shù)法可以綜合多個(gè)指標(biāo)對(duì)不同花生品種的耐冷性進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià), 有效篩選出對(duì)低溫脅迫表現(xiàn)極端的品種。以上4個(gè)處理溫度的結(jié)果均表明(附表1), 四粒紅、Y-7黑花生和農(nóng)花5號(hào)的耐冷性極強(qiáng), 而鐵花3號(hào)和阜花18號(hào)的耐冷性最弱。綜合4個(gè)溫度處理下68個(gè)花生品種的隸屬函數(shù)值來看, 不同低溫下各花生品種的耐冷性排序并不完全一致, 即不同品種適應(yīng)低溫脅迫的溫度范圍存在差異, 并且, 在過高或過低的處理溫度下, 除少數(shù)幾個(gè)極端材料外, 大部分品種對(duì)低溫的表現(xiàn)幾乎無明顯差異, 很難對(duì)其耐冷性進(jìn)行明確分級(jí), 因此, 確定適合評(píng)價(jià)大部分花生品種耐冷性的溫度條件至關(guān)重要。

表3 不同低溫脅迫處理下68個(gè)花生品種的萌發(fā)特性

Max.: maximum value; Min.: minimum value; Mean: mean value; CV: coefficient of variation.

2.1.3 花生萌發(fā)期耐冷性評(píng)價(jià)溫度的確定 為確定適合作為花生萌發(fā)期耐冷性鑒定的溫度條件, 利用SPSS 19.0軟件對(duì)68個(gè)花生品種在不同處理溫度下的綜合隸屬函數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由圖1-A可知, 10℃、8℃和4℃低溫處理下, 各品種綜合隸屬函數(shù)正態(tài)分布檢驗(yàn)的峰度均大于0, 呈尖頂峰, 而6℃處理下的峰度為-0.87, 呈平頂峰, 最接近于0; 8℃和4℃低溫處理的隸屬函數(shù)正態(tài)檢驗(yàn)偏度均大于0, 呈正向偏離, 10℃低溫處理的偏度為-2.59, 呈較大程度的負(fù)向偏離, 而6℃低溫處理下的偏度僅為-0.10, 最符合正態(tài)分布。隸屬函數(shù)的QQ-Plot分析結(jié)果也表明(圖1-B), 6℃低溫處理后各品種的隸屬函數(shù)值與趨勢(shì)線的擬合程度最高,2最接近于1, 符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。因此, 6℃處理7 d可以作為鑒定花生萌發(fā)期耐冷性的低溫脅迫條件。

A: 頻率直方圖; B: QQ-Plot圖。A: frequency histogram; B: QQ-Plot.

2.1.4 花生萌發(fā)期耐冷性的聚類分析 將6℃低溫處理后68個(gè)花生品種的綜合隸屬函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析(圖2)發(fā)現(xiàn), 在λ=12.5處, 可將68個(gè)花生品種的耐冷性分為4類: 第I類包含農(nóng)花5號(hào)、四粒紅、Y-7黑花生、彩花7號(hào)和花育22號(hào)等18個(gè)花生品種, 為耐冷型材料; 第II類包含鐵花1號(hào)、阜花12號(hào)、農(nóng)花11號(hào)、農(nóng)花19號(hào)和唐油4號(hào)等18個(gè)花生品種, 為中度耐冷型材料; 第III類包含阜花24號(hào)、粵油29號(hào)、錦9703、粵油98號(hào)和連花3號(hào)等20個(gè)花生品種, 為中度敏感型材料; 第Ⅳ類包括農(nóng)花16號(hào)、阜花18號(hào)、鐵花3號(hào)、農(nóng)花9號(hào)和花育20號(hào)等12個(gè)花生品種, 為敏感型材料, 其中第Ⅱ類和第III類統(tǒng)稱為中間型材料。

2.2 花生田間耐冷性評(píng)價(jià)

2.2.1 試驗(yàn)期內(nèi)田間低溫變化 遼寧省春季土壤溫度以低溫為主, 階段性變化較為明顯, 且持續(xù)時(shí)間較長(附圖1)。4月10日至4月25日期間, 平均地溫基本維持在15℃以下, 日最低溫度僅為4～10℃。4月25日以后, 日平均溫度均在15℃以上, 且每日最低溫度也基本達(dá)到12℃, 可以滿足大部分花生種子萌發(fā)的最低溫度要求。但是在5月下旬(出苗結(jié)束), 可能由于持續(xù)降雨, 也會(huì)出現(xiàn)幾次驟然降溫, 5月22日、5月23日、5月27日和5月28日的最低溫度僅為6～8℃, 雖然低溫時(shí)間持續(xù)較短, 但低溫加上高濕的土壤環(huán)境可能對(duì)花生幼苗的生長造成嚴(yán)重威脅。

2.2.2 不同播期對(duì)花生出苗的影響 與第3播期相比, 第1播期各品種的出苗率均有所降低(相對(duì)出苗率<1) (圖3-A), 其中鐵花3號(hào)、農(nóng)花9號(hào)、花育20號(hào)、農(nóng)花16號(hào)和阜花18號(hào)的相對(duì)出苗率最低, 不足30%, 而四粒紅、農(nóng)花1號(hào)、唐油4號(hào)和Y-7黑花生的相對(duì)出苗率依然保持較高水平, 均在90%以上。第2播期, 各品種出苗率的降低幅度明顯小于第1播期, 大部分品種的相對(duì)出苗率在80%以上, 品種間差異較小, 其中四粒紅、農(nóng)花1號(hào)、Y-7黑花生和彩花7號(hào)的相對(duì)出苗率為100%。表明, 春播后遭遇的低溫脅迫嚴(yán)重影響種子活力, 降低出苗率, 且經(jīng)歷低溫時(shí)間越長, 低溫爛種概率越大。

出苗能力是綜合相對(duì)出苗率和出苗時(shí)間衡量不同花生品種出苗能力的指標(biāo), 在正常條件下, 各花生品種的出苗能力差異較小, 但在遭遇低溫脅迫后品種間差異顯著(圖3-B)。第1播期各花生品種的出苗能力介于0～4之間, 其中四粒紅、農(nóng)花1號(hào)、唐油4號(hào)、農(nóng)花12號(hào)和Y-7黑花生的出苗能力最強(qiáng), 鐵花3號(hào)、農(nóng)花9號(hào)、農(nóng)花16號(hào)、花育20號(hào)和阜花18號(hào)的出苗能力最弱, 與相對(duì)出苗率基本一致。第2播期各花生品種的出苗能力在1～5之間, 其中農(nóng)花19號(hào)的出苗能力最強(qiáng)為4.56, 冀油9606和農(nóng)花9號(hào)的出苗能力最弱, 大部分品種處于較高水平, 且與相對(duì)出苗率的高低排序具有一定的差異, 這可能是由于第2期播種經(jīng)歷的低溫時(shí)間較短, 強(qiáng)度較低, 對(duì)大部分品種影響不大所致。

2.2.3 不同播期對(duì)各花生品種產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

從附表2可知, 單株飽果數(shù)和單株產(chǎn)量受不同播期的影響較大, 而大部分品種的百果重和百仁重在3個(gè)播期的變化并不顯著。其中, 四粒紅(85%, 65%)、阜花18號(hào)(71%, 59%)和鐵花3號(hào)(67%, 58%)的單株飽果數(shù)在第1播期和第2播期的下降幅度最大, 農(nóng)花5號(hào)(15%, 5%)、花育22號(hào)(27%, 15%)、唐油4號(hào)(28%, 22%)和農(nóng)花1號(hào)(37%, 11%)的降低幅度最小。四粒紅(78%, 57%)、鐵花3號(hào)(76%, 71%)、農(nóng)花16號(hào)(66%, 51%)、彩花7號(hào)(66%, 47%)和阜花18號(hào)(60%, 48%)單株產(chǎn)量在2個(gè)播期中的下降幅度最大, 農(nóng)花1號(hào)(27%, 8%)、花育22號(hào)(32%, 17%)、農(nóng)花5號(hào)(33%, 19%)和農(nóng)花18號(hào)(34%, 15%)的單株產(chǎn)量下降幅度最小。

A: 相對(duì)出苗率; B: 出苗能力。*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

A: relative emergency rate; B: emergency ability. * and ** mean significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

2.2.4 花生田間耐冷性綜合評(píng)價(jià) 以第3播期為對(duì)照, 分別對(duì)第1播期和第2播期各花生品種的出苗率、出苗能力、單株飽果數(shù)、單株產(chǎn)量、百果重和百仁重等田間測(cè)定指標(biāo)的相對(duì)值進(jìn)行隸屬函數(shù)分析。從圖4可以看出, 農(nóng)花1號(hào)、農(nóng)花5號(hào)、花育22號(hào)、唐油4號(hào)和鐵花1號(hào)的綜合隸屬函數(shù)值較大, 在0.7以上, 表明在田間具有較強(qiáng)的耐冷性, 而鐵花3號(hào)、阜花18號(hào)、冀油9606、粵油26號(hào)、農(nóng)花9號(hào)和農(nóng)花16號(hào)的綜合隸屬函數(shù)值較小, 均在0.4以下, 表明其對(duì)田間低溫較為敏感。

X1-1和X1-2分別代表第1播期和第2播期的相對(duì)出苗率; X2-1和X2-2分別代表第1播期和第2播期的相對(duì)出苗能力; X3-1和X3-3分別代表第1播期和第2播期的相對(duì)單株飽果數(shù); X4-1和X4-2分別代表第1播期和第2播期的相對(duì)單株產(chǎn)量; X5-1和X5-2分別代表第1播期和第2播期的相對(duì)百果重; X6-1和X6-2分別代表第1播期和第2播期的相對(duì)百仁重。

X1-1 and X1-2 represent the relative emergence rate of the first sowing date and the second sowing date, respectively; X2-1 and X2-2 represent the relative emergence ability of the first sowing date and the second sowing date, respectively; X3-1 and X3-2 represent the relative number of full pods per plant of the first sowing date and the second sowing date, respectively; X4-1 and X4-2 represent the relative yield per plant of the first sowing date and the second sowing date, respectively; X5-1 and X5-2 represent the relative weight of 100-pod weight of the first sowing date and the second sowing date, respectively; X6-1 and X6-2 represent the relative weight of 100-seed weight of the first sowing date and the second sowing date, respectively.

2.2.5 基于多重表型分析方法對(duì)不同環(huán)境下花生耐冷評(píng)價(jià)的差異比較 采用多重表型分析法, 對(duì)田間評(píng)價(jià)結(jié)果和室內(nèi)萌發(fā)期鑒定結(jié)果進(jìn)行比較, 以差異值0.5作為參考線, 從圖5可以看出, 有4個(gè)花生品種(錦花5號(hào)、四粒紅、冀油2號(hào)和Y-7黑花生)在田間試驗(yàn)和室內(nèi)萌發(fā)試驗(yàn)中的結(jié)果差異較大, 而大部分品種的差異值分布在0.2以下, 其中農(nóng)花5號(hào)、鐵花3號(hào)、阜花23號(hào)和粵油26號(hào)的基本為0, 表明在2種試驗(yàn)條件下耐冷性比較穩(wěn)定, 驗(yàn)證了利用室內(nèi)培養(yǎng)箱對(duì)花生耐冷性進(jìn)行鑒定的可靠性。

2.3 花生幼苗期耐冷性評(píng)價(jià)

2.3.1 低溫脅迫對(duì)不同花生品種生長表型的影響

利用人工氣候室, 對(duì)萌發(fā)期篩選出的耐冷型、中間型和敏感型花生品種進(jìn)行幼苗期耐冷性鑒定。6℃處理7 d后, 30個(gè)花生品種表現(xiàn)出不同程度的脫水、萎蔫、黃化、褪色等癥狀(附圖2)。其中, 彩花7號(hào)、農(nóng)花5號(hào)、農(nóng)花1號(hào)和花育22號(hào)在低溫脅迫下依然能夠保持直立, 只有少數(shù)葉片發(fā)生脫水, 稍有萎蔫, 無黃化和褪色現(xiàn)象; 而冀油9606和阜花18號(hào)在低溫脅迫下表現(xiàn)出莖稈干枯黃化, 葉片褪色發(fā)白, 有些植株甚至枯死。

2.3.2 低溫脅迫下各形態(tài)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析 為明確低溫脅迫對(duì)各花生品種苗期生長發(fā)育的影響, 對(duì)花生幼苗的耐冷等級(jí)、株高、葉面積、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重等形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定(附表3), 并進(jìn)一步對(duì)各性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。由圖6可知, 不同形態(tài)指標(biāo)并非完全獨(dú)立, 部分性狀之間甚至具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性, 株高、葉面積、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重均與耐冷等級(jí)顯著正相關(guān), 其中葉面積與耐冷等級(jí)、地上部鮮重與耐冷等級(jí)之間的皮爾森相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9以上, 結(jié)果表明葉面積和地上部鮮重與花生幼苗的耐冷性關(guān)系最為密切, 而地下部鮮重和地下部干重與植株耐冷性之間的關(guān)系則相對(duì)較弱。從圖6中的正態(tài)分布圖可以看出, 各性狀均呈較強(qiáng)的單峰分布, 其中葉面積、地上部鮮重和耐冷等級(jí)最接近標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

2.3.3 低溫脅迫下各形態(tài)指標(biāo)的主成分分析 為了進(jìn)一步明確低溫脅迫下花生幼苗各形態(tài)指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系, 利用主成分分析法對(duì)7個(gè)觀測(cè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析(附表4和附表5), 根據(jù)各主成分的貢獻(xiàn)率, 建立了花生耐冷性綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型:

= 0.681+0.382+0.403-0.404-0.425-0.266+ 0.307

其中,1～7分別代表株高、葉面積、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重和耐冷等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

將各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值代入耐冷性綜合評(píng)價(jià)模型, 得到各花生品種的耐冷性綜合得分(圖7), 有14個(gè)花生品種的綜合得分為負(fù)值, 16個(gè)花生品種的綜合得分為正值, 其中, 阜花18號(hào)、四粒紅、冀油9606、鐵花3號(hào)、農(nóng)花16號(hào)和花育20號(hào)的綜合得分均在-1以下, 為冷敏感型材料, 而彩花7號(hào)、農(nóng)花5號(hào)、農(nóng)花1號(hào)和花育22號(hào)的綜合得分在1以上, 在苗期為耐冷型材料。

3 討論

低溫冷害是限制我國東北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要非生物脅迫因素之一, 影響作物的整個(gè)生育進(jìn)程[14]。萌發(fā)期和幼苗期是植物生長發(fā)育過程中最脆弱而又十分重要的時(shí)期, 而東北地區(qū)十年九春寒, 春播時(shí)期遭遇的低溫冷害輕者延緩作物種子萌發(fā)和幼苗生長發(fā)育[15], 重者使大部分種子喪失發(fā)芽能力, 造成出苗不齊、苗勢(shì)弱、出苗時(shí)間延長等后果, 最終導(dǎo)致大幅度減產(chǎn)[16]。在大多數(shù)作物中, 有些品種不同生育期的耐冷性是一致的, 而有些品種不同生育期的耐冷性存在顯著差異[17-18]。因此, 在各生育時(shí)期對(duì)花生種質(zhì)資源進(jìn)行有效地耐冷性鑒定、篩選與利用對(duì)指導(dǎo)東北地區(qū)的花生生產(chǎn)至關(guān)重要。本研究以68個(gè)東北地區(qū)主栽的花生品種為試驗(yàn)材料, 分別在室內(nèi)萌發(fā)期和幼苗期及田間對(duì)其耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià), 構(gòu)建了花生耐冷性綜合評(píng)價(jià)體系, 為我國高寒地區(qū)的花生種植提供品種參考。

PH: 株高; LA: 葉面積; SFW: 地上部鮮重; RFW: 地下部干重; SDW: 地上部干重; RDW: 地下部干重; CTG: 耐冷等級(jí)。*和**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著。

PH: plant height; LA: leaf area; SFW: shoot fresh weight; RFW: root fresh weight; SDW: shoot dry weight; RDW: root dry weight; CTG: cold tolerance grade.*and**mean significantly different at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

植物的耐冷性是為適應(yīng)低溫環(huán)境而產(chǎn)生的一種生理反應(yīng), 同一物種的不同品種之間在耐低溫性能上存在一定的差異[19]。目前, 關(guān)于低溫對(duì)花生生產(chǎn)的影響以及耐低溫花生種質(zhì)的篩選已有相關(guān)報(bào)道, 且大多集中在種子萌發(fā)期。陳昊等[20]通過分析常溫條件下(25℃)和冷脅迫條件下(2℃)花生種子萌發(fā)過程中的吸水狀況, 證明了吸脹階段種子2℃冷脅迫12 h能夠更好地區(qū)分不同花生種質(zhì)之間耐冷性的差異, 并利用該鑒定體系對(duì)64份花生種質(zhì)的耐冷性進(jìn)行鑒定。陶群等[21]在萌發(fā)期設(shè)置2℃、-1℃和-4℃ 3個(gè)溫度梯度, 對(duì)不同花生種質(zhì)的耐冷性進(jìn)行鑒定表明,-1℃處理12 h后種子活力顯著降低, 影響發(fā)芽和出苗, 可作為花生萌發(fā)期耐冷性鑒定的條件。雖然前人對(duì)花生種子萌發(fā)期間的耐低溫特性進(jìn)行了有價(jià)值的研究, 但在處理?xiàng)l件和評(píng)價(jià)指標(biāo)上仍未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 因此, 確定適合大批量花生種質(zhì)耐冷性評(píng)價(jià)的溫度條件是花生耐冷性鑒定工作有效進(jìn)行的前提。本研究以68個(gè)花生品種為試驗(yàn)材料, 根據(jù)田間播種后可能遭遇的冷害溫度, 對(duì)吸脹后的花生種子分別在4℃、6℃、8℃和10℃的低溫條件下處理7 d, 在常溫下恢復(fù)7 d后以相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)和相對(duì)活力指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 對(duì)花生品種的耐冷性進(jìn)行鑒定表明, 4℃的低溫處理對(duì)花生種子活力的影響較大, 大部分花生品種均處于較低的水平, 無法對(duì)其耐冷能力進(jìn)行有效區(qū)分; 8℃和10℃的低溫處理對(duì)花生種子的活力影響較小, 品種間的差異并不顯著; 而6℃處理7 d后, 各種子活力指標(biāo)均呈明顯的正態(tài)分布, 品種間差異顯著, 可以明確地將各花生品種的耐冷性進(jìn)行分級(jí)排序, 因此, 6℃處理7 d可以作為大批量花生種質(zhì)耐冷性鑒定的條件。

為了保證篩選出的耐低溫種質(zhì)適合于田間生產(chǎn),在田間自然條件下對(duì)其耐冷性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證是十分必要的[22]。本研究從室內(nèi)萌發(fā)期篩選出的耐冷型、中間型和敏感型花生品種中各選取10個(gè), 采用提前播種的方法, 對(duì)其耐冷性進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)價(jià)。為了探究早春低溫導(dǎo)致的出苗時(shí)間延遲是否會(huì)造成后期產(chǎn)量的降低, 本研究除了將相對(duì)出苗率和出苗能力作為評(píng)價(jià)指標(biāo)外, 還綜合了產(chǎn)量構(gòu)成因素, 結(jié)果表明, 不同播期之間以及同一播期不同品種之間的出苗情況和產(chǎn)量構(gòu)成均存在顯著差異。利用多重表型分析方法, 將室內(nèi)萌發(fā)期篩選結(jié)果與田間驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn), 2種環(huán)境下大部分花生品種的耐冷性表現(xiàn)一致, 但少數(shù)品種如四粒紅和Y-7在2種環(huán)境條件下卻表現(xiàn)出相反的結(jié)果, 在田間雖然出苗率較高, 但產(chǎn)量卻較低, 不適合田間生產(chǎn), 這也表明了在田間耐冷性評(píng)價(jià)中綜合考慮產(chǎn)量構(gòu)成因素是十分必要的。

花生除了在萌發(fā)出苗期易受低溫冷害的威脅, 在出苗結(jié)束后也會(huì)遭遇瞬時(shí)低溫冷害, 影響植株的生長和生存能力。植物在逆境條件下, 會(huì)通過改變自身的生長和形態(tài)特征如降低植株的高度、鮮重和干重等來適應(yīng)這種逆境條件[23], 通過調(diào)整自身生物量的分配來維持逆境條件下植株的存活和生長[24]。靳亞楠[25]以相對(duì)電導(dǎo)率、根長、株高、苗鮮重和苗干重作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 對(duì)205份玉米材料的耐冷性進(jìn)行鑒定表明, 相對(duì)苗鮮重和相對(duì)苗干重是較好的鑒定指標(biāo), 但不同品種不同指標(biāo)對(duì)低溫脅迫的反應(yīng)不盡相同, 用某一單項(xiàng)指標(biāo)很難全面準(zhǔn)確地反映品種的耐冷實(shí)質(zhì), 采用多個(gè)指標(biāo)對(duì)作物的耐冷性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)更為可靠。本研究以株高、葉面積、地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重、地下部干重和耐冷等級(jí)作為鑒定指標(biāo), 采用相關(guān)性分析和主成分分析等綜合分析方法對(duì)30個(gè)花生品種的耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià)表明, 葉面積、地上部鮮重和耐冷等級(jí)與花生的耐冷性關(guān)系最為密切, 可以作為花生苗期耐冷性鑒定的指標(biāo)。

4 結(jié)論

利用綜合隸屬函數(shù)分析、聚類分析和主成分分析等多元分析方法, 對(duì)68個(gè)花生品種萌發(fā)期、幼苗期和田間的耐冷性進(jìn)行鑒定, 最終篩選出適合東北地區(qū)種植的在萌發(fā)期和幼苗期均耐冷的花生品種農(nóng)花5號(hào)和冷敏感型花生品種阜花18號(hào), 并建立了花生耐冷綜合評(píng)價(jià)體系: 在萌發(fā)期, 6℃處理7 d適合作為大批量花生種質(zhì)耐冷性鑒定的條件, 符合東北地區(qū)生產(chǎn)實(shí)際; 在幼苗期, 葉面積、地上部鮮重和耐冷等級(jí)與花生的耐冷性最相關(guān), 可以作為花生苗期耐冷性快速鑒定的指標(biāo)。

附表和附圖 請(qǐng)見網(wǎng)絡(luò)版: 1) 本刊網(wǎng)站http://zwxb. chinacrops.org/; 2) 中國知網(wǎng)http://www.cnki.net/; 3) 萬方數(shù)據(jù)http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical-zuo wxb.aspx。

[1] 國家統(tǒng)計(jì)局. 中國統(tǒng)計(jì)年鑒2019. 北京: 中國統(tǒng)計(jì)出版社, 2019.

National Bureau of Statistics. Statistical Yearbook of China 2019. Beijing: China Statistics Press, 2019 (in Chinese).

[2] 張高華, 于樹濤, 王鶴, 王旭達(dá). 高油酸花生發(fā)芽期低溫脅迫轉(zhuǎn)錄組及差異表達(dá)基因分析. 遺傳, 2019, 41: 1050–1059.

Zhang G H, Yu S T, Wang H, Wang X D. Transcriptome profiling of high oleic peanut under low temperature during germination. Hereditas, 2019, 41: 1050–1059 (in Chinese with English abstract).

[3] Zhang H, Dong J, Zhao X, Zhang Y, Ren J, Xing L, Jiang C, Wang X, Wang J, Zhao S, Yu H. Research progress in membrane lipid metabolism and molecular mechanism in peanut cold tole-rance., 2019, 10: 838.

[4] 周亞峰, 許彥賓, 王艷玲, 李瓊, 胡建斌. 基于主成分-聚類分析構(gòu)建甜瓜幼苗耐冷性綜合評(píng)價(jià)體系. 植物學(xué)報(bào), 2017, 52: 520–529.

Zhou Y F, Xu Y B, Wang Y L, Li Q, Hu J B. Establishment of a comprehensive evaluation system for chilling tolerance in melon seedlings based on principal component analysis and cluster analysis., 2017, 52: 520–529 (in Chinese with English abstract).

[5] 張瑞棟, 肖夢(mèng)穎, 徐曉雪, 姜冰, 邢藝凡, 陳小飛, 李邦, 艾雪瑩, 周宇飛, 黃瑞冬. 高粱種子對(duì)萌發(fā)溫度的響應(yīng)分析與耐低溫萌發(fā)能力鑒定. 作物學(xué)報(bào), 2020, 46: 889–901.

Zhang R D, Xiao M Y, Xu X X, Jiang B, Xing Y F, Chen X F, Li B, Ai X Y, Zhou Y F, Huang R D. Responses of sorghum hybrids to germination temperatures and identification of low temperature resistance., 2020, 46: 889–901 (in Chinese with English abstract).

[6] 黃賀, 閆蕾, 呂艷, 丁曉雨, 蔡俊松, 程勇, 張學(xué)昆, 鄒錫玲. 甘藍(lán)型油菜發(fā)芽期低溫耐性的評(píng)價(jià)與材料篩選. 中國油料作物學(xué)報(bào), 2019, 41: 723–734.

Huang H, Yan L, Lyu Y, Ding X Y, Cai J S, Cheng Y, Zhang X K, Zou X L. Screening and evaluation of low temperature tolerance of rapeseed (L.) at germination stage., 2019, 41: 723–734 (in Chinese with English abstract).

[7] 張瑋, 易拓, 唐維, 宋勇. 木薯耐寒性種質(zhì)資源及其鑒定指標(biāo)的篩選與綜合評(píng)價(jià). 熱帶作物學(xué)報(bào), 2019, 40(1): 1–10.

Zhang W, Yi T, Tang W, Song Y. Selection and comprehensive evaluation of Cassava cold-resistant germplasm resources and identification indexes., 2019, 40(1): 1–10 (in Chinese with English abstract).

[8] 張笑笑, 潘映紅, 任富莉, 蒲偉軍, 王道平, 李玉斌, 陸平, 李桂英, 朱莉. 基于多重表型分析的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)高粱抗旱性方法的建立. 作物學(xué)報(bào), 2019, 45: 1735–1745.

Zhang X X, Pan Y H, Ren F L, Pu W J, Wang D P, Li Y B, Lu P, Li G Y, Zhu L. Establishment of an accurate evaluation method for drought resistance based on multilevel phenotype analysis in sorghum., 2019, 45: 1735–1745 (in Chinese with English abstract).

[9] 常博文, 鐘鵬, 劉杰, 唐中華, 高亞冰, 于洪久, 郭煒. 低溫脅迫和赤霉素對(duì)花生種子萌發(fā)和幼苗生理響應(yīng)的影響. 作物學(xué)報(bào), 2019, 45: 118–130.

Chang B W, Zhong P, Liu J, Tang Z H, Gao Y B, Yu H J, Guo W. Effect of low-temperature stress and gibberellin on seed germination and seedling physiological responses in peanut., 2019, 45: 118–130 (in Chinese with English abstract).

[10] 呂建偉, 馬天進(jìn), 李正強(qiáng), 陳鋒, 姜慧芳. 花生種質(zhì)資源出苗期耐低溫性鑒定方法及應(yīng)用. 花生學(xué)報(bào), 2014, 43(3): 13–18.

Lyu J W, Ma T J, Li Z Q, Chen F, Jiang H F. Identification method of low temperature tolerance on peanut germplasm resources in emergence stage and its application., 2014, 43(3): 13–18 (in Chinese with English abstract).

[11] 唐月異, 王傳堂, 高華援, 鳳桐, 張樹偉, 王秀貞, 張建成, 禹山林. 花生種子吸脹期間耐低溫性及其與品質(zhì)性狀的相關(guān)研究. 核農(nóng)學(xué)報(bào), 2011, 25: 436–442.

Tang Y Y, Wang C T, Gao H Y, Feng T, Zhang S W, Wang X Z, Zhang J C, Yu S L. Low Temperature tolerance during seed imbibition and its relationship to main quality traits in peanut., 2011, 25: 436–442 (in Chinese with English abstract).

[12] 陳小姝, 劉海龍, 王紹倫, 楊富軍, 高華援, 孫曉蘋, 李春雨, 呂永超, 朱曉敏, 寧洽, 周玉萍. 花生發(fā)芽至苗期耐低溫性的鑒定及評(píng)價(jià). 東北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 44(1): 12–17.

Chen X S, Liu H L, Wang S L, Yang F J, Gao H Y, Sun X P, Li C Y, Lyu Y C, Zhu X M, Ning Q, Zhou Y P. Identification and evaluation of cold resistance of peanut during germination and seedling period., 2019, 44(1): 12–17 (in Chinese with English abstract).

[13] 潘銅華, 王云龍, 楊俊偉, 習(xí)林杰, 丁娟娟, 張靜, 鄒志榮. 蔬菜幼苗葉面積快速測(cè)定方法篩選與優(yōu)化. 中國蔬菜, 2018, (8): 64–69.

Pan T H, Wang Y L, Yang J W, Xi L J, Ding J J, Zhang J, Zou Z R. Screening and optimization of rapid measurement method for leaf area of vegetable seedlings., 2018, (8): 64–69 (in Chinese with English abstract).

[14] 何學(xué)敏, 劉笑, 殷紅, 游松財(cái). 1986–2015年中國東北地區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化特征. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 50: 392–398.

He X M, Liu X, Yin H, You S C. Characteristics of major agricultural meteorological disasters in northeast China from 1986 to 2015., 2019, 50: 392–398 (in Chinese with English abstract).

[15] Li M, Sui N, Lin L, Yang Z, Zhang Y. Transcriptomic profiling revealed genes involved in response to cold stress in maize., 2019, 46: 830–844.

[16] Shen X, Liu B, Xue Z, Jiang M, Lu X, Zhang Q. Spatiotemporal variation in vegetation spring phenology and its response to climate change in freshwater marshes of northeast China., 2019, 666: 1169–1177.

[17] 何洋, 劉洋, 方寶華, 何小娥, 楊堅(jiān), 滕振寧, 張玉燭. 不同生育期溫度逆境處理對(duì)早稻產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2016, 32(24): 18–24.

He Y, Liu Y, Fang B H, He X E, Yang J, Teng Z N, Zhang Y Z. Effect of temperature on early rice yield at different growth stages., 2016, 32(24): 18–24 (in Chinese with English abstract).

[18] 李霞, 戴傳超, 程睿, 陳婷, 焦德茂. 不同生育期水稻耐冷性的鑒定及耐冷性差異的生理機(jī)制. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32: 76–83.

Li X, Dai C C, Cheng R, Chen T, Jiao D M. Identification for cold tolerance at different growth stages in rice (L.) and physiological mechanism of differential cold tolerance., 2006, 32: 76–83 (in Chinese with English abstract).

[19] Ding Y, Shi Y, Yang S. Advances and challenges in uncovering cold tolerance regulatory mechanisms in plants., 2019, 222: 1690–1704.

[20] 陳昊, 徐日榮, 陳湘瑜, 張玉梅, 胡潤芳, 藍(lán)新隆, 唐兆秀, 林國強(qiáng). 花生種子萌發(fā)吸脹階段冷害抗性的鑒定及耐冷種質(zhì)的篩選. 植物遺傳資源學(xué)報(bào), 2020, 21: 192–200.

Chen H, Xu R R, Chen X Y, Zhang Y M, Hu R F, Lan X L, Tang Z X, Lin G Q. Identification of imbibitional chilling injury resistance for peanut and screening of imbibitional chilling-tolerance germplasm., 2020, 21: 192–200 (in Chinese with English abstract).

[21] 陶群, 張曉軍, 王月福, 趙長星, 王銘倫. 低溫對(duì)花生種子發(fā)芽及幼苗生長的影響. 花生學(xué)報(bào), 2014, 43(1): 24–27.

Tao Q, Zhang X J, Wang Y F, Zhao C X, Wang M L. Effects of low temperature on seed germination and seedling growth of peanut., 2014, 43(1): 24–27 (in Chinese with English abstract).

[22] Li Q, Byrns B, Badawi M A, Diallo A B, Danyluk J, Sarhan F, Laudencia-Chingcuanco D, Zou J, Fowler D B. Transcriptomic insights into phenological development and cold tolerance of wheat grown in the field., 2018, 176: 2376–2394.

[23] K?rner C. Plant adaptation to cold climates., 2016, 5(F1000 Faculty Rev): 2769.

[24] Falster D S, Westoby M. Plant height and evolutionary games., 2003, 18: 337–343.

[25] 靳亞楠. 玉米苗期耐冷性評(píng)價(jià)及禾本科COLD1蛋白功能與進(jìn)化分析. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 遼寧沈陽, 2019.

Jin Y N. Evaluation of Maize (L.) Cold Tolerance at Seedling Stage, and Functional and Evolutionary Analyses of Crops COLD1 Proteins. PhD Dissertation of Shenyang Agricultural University, Shenyang, Liaoning, China, 2019 (in Chinese with English abstract).

Establishment of comprehensive evaluation system for cold tolerance and screening of cold-tolerance germplasm in peanut

ZHANG He1, JIANG Chun-Ji1, YIN Dong-Mei2, DONG Jia-Le1, REN Jing-Yao1, ZHAO Xin-Hua1, ZHONG Chao1, WANG Xiao-Guang1, and YU Hai-Qiu1,*

1College of Agronomy / Peanut Research Institute, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, Liaoning, China;2College of Agronomy, Shenyang Agricultural University, Zhengzhou 450046, Henan, China

Low temperature in early spring is the key factor limiting the yield and quality of peanut in Northeast China, which mainly occurs at germination and seedling stages. The selection and breeding of cold-tolerant cultivars are the most direct and effective means to solve the problem of chilling injury in agricultural production. In this study, 68 peanut cultivars mainly planted in Northeast China were used as experimental materials, and their cold tolerance was evaluated at germination and seedling stages in the climatic chamber and field, respectively. At germination stage, we found that the cold treatment at 6℃ for seven days could be the suitable condition for cold tolerance evaluation of large-scale peanut germplasm by the comprehensive membership function analysis and the standard normal distribution test according to the seed vigor of peanut cultivars after treatments at 10℃, 8℃, 6℃, and 4℃ for seven days. At seedling stage, after treatment at 6℃ for seven days, plant height, leaf area, fresh weight of aerial parts, fresh weight of root, dry weight of aerial parts, dry weight of root, and cold tolerance grade were measured to evaluate the cold tolerance of various peanut cultivars. Correlation analysis revealed that the leaf area, fresh weight of aerial parts and cold tolerance grade had the most significant relationships with cold tolerance and could be used as the main evaluation indicators for the identification of cold tolerance at seedling stage in peanut. In the field, cold tolerance of various cultivars were evaluated by emergence rate, emergence ability, and yield component factors through the early sowing and sowing by stages. Finally, based on the multiple phenotypic analysis, the most cold-tolerant peanut (cultivar NH5) and the most cold-sensitive peanut (cultivar FH18) were identified at germination and seedling stages, suitable for planting in Northeast China. This study provided the reference for peanut planting in high-latitude and cold regions and the excellent germplasm of cold tolerance mechanism in peanut.

peanut; cold tolerance; comprehensive evaluation; screening for germplasm resources

10.3724/SP.J.1006.2021.04182

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大田經(jīng)濟(jì)作物優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的生理基礎(chǔ)與調(diào)控”(2018YFD1000900)和遼寧省“興遼英才計(jì)劃”項(xiàng)目(XLYC1902002)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China “Physiological Basis and Agronomic Management for High-quality and High-yield of Field Cash Crops” (2018YFD1000900), and the Liaoning Revitalization Talents Program (XLYC1902002).

于海秋, E-mail: yuhaiqiu@syau.edu.cn

E-mail: ZhangHe_517@163.com

2020-08-10;

2021-01-21;

2021-02-25.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210225.1548.015.html