甜玉米種質資源種子活力綜合評價

毛笈華，陳翰硯，顧鑫碩，于永濤，胡建廣（廣東省農業科學院作物研究所/廣東省農作物遺傳改良重點實驗室，廣州50640；暨南大學生命科學技術學院，廣州5063）

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甜玉米種質資源種子活力綜合評價

毛笈華1，陳翰硯2，顧鑫碩2，于永濤1，胡建廣1
（1廣東省農業科學院作物研究所/廣東省農作物遺傳改良重點實驗室，廣州510640；2暨南大學生命科學技術學院，廣州510632）

摘要：旨在為甜玉米種子活力性狀評價、鑒定和遺傳改良提供參考，以95份甜玉米自交系為材料，通過幼苗生長測定、抗冷測定和人工加速老化試驗，調查了標準發芽率（GE）、苗高（SH）、根長（RL）、低溫相對發芽率（CRGE）、老化相對發芽率（ARGE）、老化相對根長（ARRL）、老化相對苗高（ARSH）7個指標，運用隸屬函數法和多元統計分析方法對種子活力進行了綜合評價。結果表明，甜玉米資源種子活力存在豐富的遺傳變異，7個指標的遺傳變異系數在14.42%～34.46%之間，累計貢獻率為71.27%，通過逐步回歸建立了種子活力綜合評價數學模型Y活力=-2.596+1.626GE+1.07ARGE+0.628CRGE（R2=0.900），預測結果與隸屬函數值（L）法的評價結果基本一致。最終基于活力綜合評價值將95份自交系分為5個等級，標準發芽率、低溫相對發芽率和老化相對發芽率可作為甜玉米種子活力評價的主要指標。

關鍵詞：甜玉米；種子活力；指標；綜合評價

0　引言

甜玉米（Zea mays L.）是一種果蔬兼用型特用玉米，種植效益高于普通糧食作物，中國甜玉米種植面積和產量占世界份額的22.7%和24.31%，其中以超甜玉米種植最為廣泛［1］。大部分超甜玉米種質由sh2胚乳突變基因控制，籽粒中蔗糖含量極高，在乳熟期含有40%～50%的糖分，為普通玉米的6～9倍，為普通甜玉米的2.5～4.5倍，且適宜采收期更長［2］。而玉米種子出苗率與種子淀粉含量成正相關，與糖分含量成負相關，導致甜玉米種子活力普遍低于普通玉米，甜玉米中超甜玉米（sh2）比普甜、加強甜（su、bt1等基因型）玉米種子活力更差［3-4］。如何保障甜玉米的品質的同時提高種子活力是育種家面臨的重要問題。前人研究表明玉米種子活力具有明顯的加性遺傳效應和正向雜種優勢，可以進行選擇改良［5-6］。Yousef和Juvik［7］利用QTL和分子輔助選擇技術使甜玉米自交系發芽率提高了28.2%～40.8%。因此，鑒定不同玉米自交系種子活力，篩選高活力的甜玉米資源，對種質改良和品種培育具有重要意義。

種子活力是一個非常復雜的綜合性狀，表現在發芽率、苗長、根長、鮮重、干重、低溫發芽能力、耐藏性、抗老化等諸多方面，難以靠單一的測定方法或某一種活力指標準確判斷種子活力高低，需要綜合評判［8-9］。隸屬函數和因子分析等多元統計方法已廣泛應用在作物抗逆性鑒定、品質評價和資源篩選等研究領域［10-12］，而多指標綜合評價體系在玉米中應用的報道較少。本研究通過幼苗生長測定、抗冷測定和人工加速老化試驗，利用隸屬函數法和多元統計分析法對95份超甜玉米種質資源種子活力進行綜合評價，建立種子活力數學評價模型，為甜玉米種子活力性狀的研究和改良提供研究方法和基礎材料。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試材料共計95份，包括國內外收集的甜玉米種質資源和從育成品種中選育的高代自交系，均為sh2型超甜玉米，由廣東省農業科學院作物研究所提供，種質名稱等信息見表1。2014年秋季統一播種在廣東省農業科學院白云基地，常規管理，單株自交授粉后分別適時采收，經晾曬篩選，保存備用。

表1　95份甜玉米種質信息及種子活力評價

續表1

1.2試驗方法

1.2.1標準發芽試驗將60cm×60cm的定性濾紙裁剪成15cm×30cm大小，121℃濕熱滅菌20 min后做發芽紙備用。甜玉米種子用5%次氯酸鈉消毒5 min，自來水沖洗至無味。在2張發芽紙上擺放好50粒種子，上鋪1張發芽紙，加入適量自來水使種子附著在發芽紙上，將發芽紙疏松的卷起，做好標記，每個材料重復3次。紙卷統一豎直擺放在60cm×40cm×5cm的不銹鋼托盤上，托盤中加入約2cm深自來水以供應種子發芽，然后放入人工氣候箱，在25℃、12 h光照條件下發芽7天后統計發芽數，并選取代表性的8～10株幼苗測量根長和芽長。

1.2.2抗冷性測定甜玉米種子按照上述方法制成紙卷后，在人工氣候箱4℃處理7天，隨后轉入25℃進行正常發芽測試，統計7天后的發芽數，計算發芽率和相對發芽率。

1.2.3人工加速老化試驗將甜玉米種子放入尼龍網紗袋中，在42℃、相對濕度100%的恒溫恒濕箱中處理3天，種子取出風干后，按照上述方法進行標準發芽試驗，統計7天后發芽數，測量根長和芽長，計算相對發芽率、相對根長和相對芽長。

發芽率（GE）=（正常萌發種子數/供試種子數）× 100%…………………………………………………（1）

根長（RL）=標準發芽試驗中萌發種子主根長度的平均值………………………………………………（2）

芽長（SH）=標準發芽試驗中萌發種子芽長的平均值……………………………………………………（3）

低溫相對發芽率（CRGE）=（低溫處理發芽率/對照發芽率）×100%……………………………………（4）

老化相對發芽率（ARGE）=低溫處理發芽率/對照發芽率×100%………………………………………（5）

老化相對根長（ARRL）=老化處理根長/對照根長………………………………………………………（6）

老化相對芽長（ARSH）=老化處理芽長/對照芽長………………………………………………………（7）

1.3數據統計和處理

利用Excel 2007對獲得的原始數據進行基本統計和處理，去掉異常值，每個指標的測定值為3個重復的平均數，采用模糊數學隸屬函數法［12］進行參試甜玉米種子活力的評價，利用公式X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）來計算各測定指標的隸屬函數值，其中X為某一指標的測定值，Xmax為該指標的最大值，Xmin為最小值，再將各個活力指標的隸屬值累加，求總平均值。

使用SPSS 22.0軟件進行描述統計、相關性分析、主成分分析和多元線性回歸，其中因子分析選用Kaiser標準化的正交旋轉法，活力綜合評價值，權重，其中j=1，2，…，n，Fj表示第j個主因子，Pj表示第j個公因子的貢獻率。

2　結果與分析

2.1甜玉米種子活力指標的描述統計

甜玉米種子活力存在豐富的遺傳變異，各指標的變異系數均超過了10%（表2），其中標準發芽率在33%～100%之間，平均值為86.2%，變異系數為14.42%，低溫和老化處理后種子發芽率分別下降至71.14%和69.84%，變異系數為32.46%和27.51%，顯著大于標準發芽率，以上結果顯示供試材料的抗逆萌發能力存在顯著差異。此外，老化種子萌發后幼苗相對苗高和根長的變幅分別為0.45～1.4cm和0.56～1.71cm，但平均值和變異系數與正常萌發的幼苗相比差異不顯著，平均相對苗高為0.8，變異系數21.55%，平均相對根長為1.0，變異系數為22.19%，表明總體上幼苗生長勢較為穩定。

2.2種子活力指標的相關性分析和主成分分析

種子活力相關指標之間相互獨立又緊密聯系，如表3所示，標準發芽率與其余各指標間均存在顯著或極顯著的相關性，相關系數在0.217～0.368之間；幼苗芽長和根長存在極顯著相關關系，標準條件下相關系數為0.273，老化后相關性達到0.528；種子低溫發芽率與標準發芽條件下的根長相關性0.408，達極顯著水平，而未能檢測到老化后種子發芽率與幼苗生長能力和抗冷能力間的相關性。

將7個單項指標引入因子分析系統，根據旋轉后的因子載荷矩陣結果和初始特征值大于1的要求，得到3個公因子，這3個綜合評價指標的貢獻率分別為31.18%、24.38%和15.72%，累計貢獻率為71.27%（表4），將原來7個單項指標轉換為3個新的相互獨立的綜合指標，第一主成分相當于2.18個原始指標的作用，主要包括低溫相對發芽率、標準條件下的根長和標準發芽率，可反映原始數據信息量的31.18%；第二主成分相當于1.71個原始指標的作用，主要包括老化試驗中的相對發芽率、相對芽長和根長；第三主成分主要反映了標準發芽條件下芽的生長能力。這3個因子代表了原始指標攜帶的絕大部分信息。

表2　甜玉米種子活力指標分析

表3　種子活力單項指標間的相關系數矩陣

表4　種子活力各指標的主成分分析

2.3甜玉米種子活力的綜合分析與評價

分別利用模糊隸屬函數法和綜合系數法對活力進行綜合評價，首先分別計算7個指標的隸屬函數值，最終獲得種子活力平均隸屬函數值L；隨后根據主成分分析獲得的3個公因子計算種子活力綜合評價值D（表1），2種方法獲得的結果基本一致，相關性達到0.974。根據D值排序，數值越大表示種子活力越強，最終將參試材料分為5個等級，1級表示種子活力極弱，包含5份種質，占參試材料的5%，5級代表種子活力極強，包含16份種質，占所用材料的16.8%，較弱（2級）、較強（4級）和中等（3級）材料分別有17（17.9%）、22（36.8%）和35（23.2%）份。

為篩選可靠的種子活力鑒定指標，建立可用于甜玉米種子活力評價的數學模型，把活力綜合評價值（D值）作因變量，把各單項指標作自變量，采用逐步回歸方法建立最優回歸方程：Y活力=-2.596+1.626GE+ 1.07ARGE+0.628CRGE（R2=0.900，P=0.019）。由方程可知，標準發芽率、老化發芽率和低溫發芽率3個指標對種子活力的評價有顯著影響，在鑒定中可以選擇性地測定這些指標使工作簡化。用該回歸方程對種子活力進行預測，其預測值（Y）與綜合評價值（D）和隸屬函數值（L）在各參試材料間的次序基本一致，兩者高度相關（r=0.949和0.868），達到極顯著水平，說明用該回歸方程可以對甜玉米種子活力進行準確預測。

3　結論和討論

本研究對95份具有豐富遺傳多樣性的甜玉米種質的種子活力進行了檢測，結果如下：（1）通過逐步回歸建立了甜玉米種子活力評價的數學模型，篩選出標準發芽率、低溫相對發芽率和老化相對發芽率3個顯著影響種子活力的單項指標，為性狀鑒定提供了科學依據；（2）獲得萌發耐低溫材料25份（相對發芽率超過90%）、耐老化材料18份（相對發芽率均超過90%），利用綜合評價值分級篩選出高活力材料14份（5級），可用于活力性狀的遺傳改良，同時要特別注意22份活力較差（1級和2級）種質的保存和繁育更新。

種子活力是一個非常復雜的性狀，受到遺傳因素和種子發育、貯藏及萌發期間環境因素的共同影響［13］。目前還沒有一個適宜玉米種子活力檢測的方法體系。幼苗生長測定、抗冷測定和人工加速老化是國際種子檢驗協會推薦的種子活力室內測定方法，分別反映了幼苗長勢、萌發抗逆性和種子耐儲存能力［14］。之前的研究中，蔣作甫等［15］和李春雷等［16］認為老化處理發芽法能夠很好預測種子的活力水平，Noli等［17］則認為抗冷測定結果與種子田間的真實表現關系最一致，杜清福等［18］在研究不同類型玉米種子活力時均采用了標準發芽試驗，而發芽率是最重要的種子活力評價指標［15-18］。本研究使用上述3種方法鑒定同一批材料，從不同角度對甜玉米種子活力進行評價，結果表明甜玉米種子抗老化能力與幼苗生長能力和低溫萌發能力并無顯著相關關系，使用單一的測定方法或指標判斷種子活力高低存在偏差，需要綜合評判［8-9］。另外，本試驗中發現4份材料在低溫相對發芽率反而高于標準發芽率，這可能由于是低溫下種子吸水速率減慢，有利于細胞通過自我修復來提高種子活力和出苗率［19］。以上結果不僅有助于加強甜玉米資源的保存和利用，同時也為種子活力基礎研究提供了參考依據。

本研究主成分分析中3個主因子包含了所有的7個指標，但只能解釋71%的差異，這可能是由于除本研究所用的指標，仍存在其他一些影響種子活力的因素。細胞內氧化和抗氧化系統的平衡在種子活力保持和修復過程中起著至關重要的作用，與之相關的抗氧氧化酶活性、脯氨酸含量、丙二醛含量、電導率等生理指標常用來評價種子活力［18，20］。李春雷等［16］研究表明，過氧化物酶、過氧化氫酶、脫氫酶活力與老化玉米種子活力指數、發芽率的相關系數達到顯著或極顯著水平，均能夠很好的預測種子的活力水平。筆者將在后續工作中開展相關研究，以期完善和優化種子活力的評價體系。

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Comprehensive Evaluation of Seed Vigor in Sweet Corn Germplasm

Mao Jihua1，Chen Hanyan2，Gu Xinshuo2，Yu Yongtao1，Hu Jianguang1
（1Crop Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/
Guangdong Provincial Key Laboratory of Crops Genetics and Improvement，Guangzhou 510640，Guangdong，China；2College of Life Science and Technology，Jinan University，Guangzhou 510632，Guangdong，China）

Abstract：The study aims to provide reference for evaluating and identifying seed vigor，and genetic improvement of sweet corn.95 sweet corn inbred lines were tested with seedling growth test，cold resistance test and artificial aging treatment.7 indexes，including germination rate（GE），seedling height（SH），root length（RL），relative germination rate in CT（CRGE），relative germination rate（ARGE），relative seedling height after AA（ARSH）and relative root length after AA（ARRL），were measured.The comprehensive evaluation of seed vigor was done by membership function method and multiple statistic analysis.The results showed that abundant genetic variation of seed vigor existed in sweet corn germplasm.The coefficient of variation of the seven indexes ranged from 14.42%to 34.46%，and the total contribution rate reached 71.27%.A mathematical evaluation model for seed vigor was established by stepwise regression equation：Yvigor=-2.596+1.626GE+1.07ARGE+ 0.628CRGE（R2=0.900），and the predictive values（Y）were basically consistent with the mean value of subordinate function（L）.Finally，95 sweet corn lines were divided into 5 grades based on comprehensive seed vigor value.GE，ARGE and CRGE could be used as main indexes to evaluate seed vigor of sweet corn.

Key words：Sweet Corn；Seed Vigor；Vigor Index；Comprehensive Evaluation

中圖分類號：S521.04

文獻標志碼：A論文編號：cjas15120003

基金項目：廣東省科技廳科研團隊項目“旱地作物品種改良技術研究”（2011A020102010）；廣東省科技計劃項目“甜玉米種質資源育種潛力的分子解析及優異基因的發掘”（2014A030304043），“抗病、耐寒甜糯玉米種質資源創新平臺建設與育種研究”（2014B070706012）。

第一作者簡介：毛笈華，女，1987年出生，河北秦皇島人，研究實習員，碩士，研究方向為甜玉米抗逆育種。

通信地址：510640廣東省廣州市五山路金穎西二街18號，Tel：020-85514234，E-mail：maoer08@163.com。 510640廣東省廣州市五山路金穎西二街18號，Tel：020-85514234，E-mail：jghu2003@263.net。

通訊作者：胡建廣，男，1963年出生，河南信陽人，研究員，博士，研究方向為甜玉米遺傳育種。

收稿日期：2015-12-02，修回日期：2016-02-24。