花生種質耐低溫性研究進展

成良強， 饒慶琳， 呂建偉， 胡廷會，黃 莉， 姜 敏， 王金花， 劉 念，王 軍*，姜慧芳

(1.貴州省農業科學院 油料研究所，貴州 貴陽 550006； 2.中國農業科學院 油料作物研究所/農業部油料作物生物學與遺傳育種重點實驗室，湖北 武漢 430062)

0 引言

花生是我國重要的油料和經濟作物，據統計，2018年我國花生種植面積463.3萬hm2，僅次于印度，占世界種植面積的17%；莢果平均單產250.1 kg/667m2，約為世界平均單產的2.3倍；總產1 733.2萬t，居世界首位，約占全世界花生總產的40%[1-3]。花生種植區域廣泛，我國大部分地區均有種植。根據播種時節的不同可以分為春播花生和夏播花生，我國春播花生種植分布在東北三省、西北地區、西南地區和華南地區；黃淮海地區主要種植夏播花生。研究顯示，春播花生播種期受倒春寒等低溫冷害后花生生長變緩、干物質積累減少，輕則導致花生生長出苗慢、根系活力降低、主根側根減少、出苗期變長，嚴重的會導致花生爛種、喪失發芽力從而降低出苗率，進而影響產量[4-8]。耐低溫性成為花生種植考慮的關鍵因子。為花生耐低溫性鑒定方法的選擇及其耐低溫花生種質的篩選提供參考，從花生種質耐低溫表型鑒定研究方法、花生種質耐低溫相關的生理生化指標變化、花生種質耐低溫相關的分子生物學研究進展和耐低溫花生種質資源等方面進行綜述，并提出下一步研究方向。

1 花生種質耐低溫表型鑒定方法

1.1 種子吸脹期耐低溫鑒定

封海勝[9]對380份花生資源采用冷浸處理、溫水浸種和半冷浸處理3種方式模擬低溫處理，以種子發芽率和胚根長度為指標考察花生耐低溫性，結果發現：同一品種花生種子吸脹期間遇6℃持續24 h低溫，發芽率明顯降低，胚根伸長長度均受影響，種子活力下降；而所有經溫水預浸后再受2℃、72 h低溫脅迫的種子發芽率、出苗率與對照無異，說明溫水可以起到良好的防護作用；不同品種類型差異較大，多粒型和中間型品種吸脹期間較抗低溫，該研究得出花生吸脹期耐低溫種質鑒定參考低溫為2℃。劉海龍等[10]對94份花生種子采用2℃冷浸48 h后置于25℃恒溫層析柜進行發芽試驗，以未進行冷浸的種子為對照，并以相對發芽率(冷浸種子發芽率/正常種子發芽率)為指標判斷花生耐低溫性，即相對發芽率≥85%為耐低溫，相對發芽率<50%為敏感型，相對發芽率在50%～85%為中間型，該結論在花生耐低溫實驗室鑒定方面建立了以相對發芽率為指標的具體判斷標準。

1.2 種子出苗期耐低溫鑒定

呂建偉等[11]利用157份花生種質資源連續2年采用低溫期(氣溫10～12℃)和正常期(氣溫≥13℃)分期播種，以出苗率、相對出苗率(低溫期播種出苗率/正常期播種出苗率)為耐低溫種質評價指標進行苗期耐低溫鑒定，相對出苗率能夠區分不同花生資源的出苗率，并建立了相對出苗率為80%的花生種質資源耐低溫4級鑒定標準，即不耐低溫、耐低溫、中耐低溫和高耐低溫，其中相對出苗率≤80%的為不耐低溫，80%<相對出苗率≤90%的為低耐低溫，90%<相對出苗率≤95%的為中耐低溫，相對出苗率>95%的為高耐低溫。王傳堂等[12-13]對18份高油酸花生品系采用春季分期(4月13日、4月16日、4月19日)播種方式，通過生育期積溫、出苗指數(出苗數/播種后天數)、子仁產量、品質等指標綜合篩選耐低溫高油酸花生種質資源，初步建立了在田間自然條件不間斷低溫高濕條件下耐低溫高油酸花生的篩選方法，將出苗率比對照普通油酸花生高且達60%、始苗積溫比普通油酸花生低的高油酸種質篩選出來，間接證實了春播花生低溫地區種植高油酸花生可行，生產上在考慮日均溫度同時要兼顧最低溫度。王晶珊等[14]利用519份材料進行分期播種試驗，分析花生吸脹萌動期對低溫的響應結果表明，參試花生種質對低溫的反應分為4種類型，其中低溫傷害型占3.5%，多為珍珠豆型、龍生型和普通型，這類花生種子吸脹萌動期遇到低溫容易喪失活力造成爛種；低溫延遲型占60%，多為普通型，種子吸脹萌動期低溫會延遲其出苗，有活力；中間型占29.5%，多為普通型和龍生型，介于上述兩種類型之間；抗低溫型約占5%，涵蓋多粒型、珍珠豆型、龍生型和普通型。

2 花生種質耐低溫生理生化指標測定

2.1 耐低溫生理生化指標

作物本身就有一套防御系統，當受到低溫脅迫時，作物大量積累滲透調節物質和激素物質，以減少低溫對其傷害[15-18]。有研究[4,6,19]表明，花生種質經低溫脅迫后，會發生一系列生理生化指標變化，其中光合作用因葉片光反應中心關閉受阻，重要的逆境生理抗氧化物歧化酶SOD活性升高，膜脂過氧化的產物丙二醛MDA和葉片電導率增加，膜透性增加，逆境脅迫下細胞中積累最多的滲透調節物質脯氨酸大量積累。 陳小姝等[4]以11個花生品種為材料,5℃低溫脅迫72 h,測定脅迫前后花生幼苗葉綠素(SPAD)、光和參數等15個生理指標，通過單一指標進行主成分分析等方法篩選出凈光合速率、實際光化學效率、最大光化學效率、光化學淬滅系數、可溶性蛋白、過氧化物酶和過氧化氫酶7個與耐低溫鑒定密切相關的指標，在相同低溫處理時可通過測定7個指標對花生品種耐低溫能力進行快速鑒定和預測。鐘鵬等[6]對4個花生品種種子萌發期和3葉期耐低溫性測定，測定不同溫度處理下花生葉片相對膜透性(RMP)、游離脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)、丙二醛(MDA)含量，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性，結果發現，低溫9℃脅迫時，與抗寒性相關的指標電解質滲透率(RMP)、可溶性物質(Pro、SS、SP)以及抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)均上升；MDA活性在低溫9～15℃脅迫時增加，說明低溫脅迫下這些物質對種子起保護作用。

2.2 萌發期測定

姜玉晴[20]利用2個花生種質資源進行種子萌發期低溫脅迫試驗發現，花生種子萌發期受低溫脅迫后其露白率、發芽勢等種子活力明顯下降，丙二醛(MDA)和脯氨酸含量上升；經1%濃度過氧化氫(H2O2)浸種8 h后，MDA和脯氨酸含量下降，說明1%過氧化氫浸種8 h處理能夠顯著增強花生種子耐低溫能力，從而抵御低溫脅迫。朱利君等[21-22]研究證實，黃瓜和黑豆遭受溫脅迫后經過氧化氫處理可增強其耐低溫能力。

2.3 苗期測定

VACU等[23]進行18個基因型花生種質資源苗期低溫脅迫試驗發現，低溫脅迫處理后所有基因型的脯氨酸、丙二醛(MDA)和過氧化物酶(POD)含量均增加，而葉綠素含量均減少，且花生對低溫脅迫的反應隨植物生長階段的不同而有所區別。常博文等[24]利用30個花生品種進行苗期低溫脅迫試驗，在3片真葉全展開后進行4℃低溫處理和不同濃度赤霉素GA3處理，測定其發芽指數，結果發現，GA3能普遍性顯著緩解低溫對花生幼苗生長抑制。

3 花生種質耐低溫分子生物學研究

3.1 花生耐低溫分子標記

白冬梅等[18]用多態性好的 90對 SSR引物評價不同耐寒性花生品種發現,參試品種遺傳多樣性存在較大差異,在遺傳距離為 0.4時,被聚類為三大類群，說明SSR標記在花生耐寒性狀評價中具有較好的多態性。劉海龍等[25]利用耐低溫程度差異較大的“花3號×中花6號”構建的187個雜交后代RIL群體，成功構建一張包含325個標記、覆蓋20個連鎖群、總長度為1493.79cM、標記間平均距離4.60 cM的栽培種花生遺傳圖譜，并利用WinQTLcart2.0軟件共檢測出10個與耐低溫相關的數量性狀基因座位(QTL)；在2個耐低溫表型鑒定環境中重復檢測到4個主效QTL，分別為QTqLTTLG1-1、qLTTLG1-2、qLTTLG6-1和qLTTLG7-1，可用于耐低溫標記輔助育種。

3.2 花生耐低溫基因

王秀貞等[26]利用差異表達基因檢測方法研究花育44號常溫和低溫下差異表達基因，獲得芽期耐低溫相關特異表達基因2個及其中之一的基因片段ACP20及完整編碼區，ACP20基因與花生油質蛋白基因同源性達99%，與SHIMADA 等[27-28]在擬南芥上研究發現的油質蛋白具有保持核結構穩定的分子功能，使得種子在低溫脅迫下正常萌發，從而抵御寒冷傷害的研究結果類似；而第2個基因ACP2基因與花生耐低溫相關是首次發現。薛曉夢等[29]探究與高油酸性狀密切相關的2對Δ12脂肪酸脫氫酶基因(fattyaciddesaturase2,FAD2)在花生低溫響應中的作用，從普通油酸花生中花16和高油酸花生中花413中克隆得到花生AhFAD2基因家族的全部基因，共7個，發現在低溫脅迫種子萌發過程中，AhFAD2-1A/B和AhFAD2-4A/B基因均受低溫誘導表達，而在高油酸材料中，基因AhFAD2-1A/B和基因AhFAD2-4A/B的響應速度均快于普通油酸材料，表達量上調的倍數也比在普通油酸材料中多，特別AhFAD2-4A/B基因在高油酸材料受到低溫脅迫時始終維持在高水平表達，推測其高水平的表達部分彌補了突變的AhFAD2-1A/B基因的功能。

4 耐低溫花生種質資源篩選

國內研究者在花生萌發期與苗期篩選鑒定了多個耐低溫花生種質資源。封海勝[9]利用種子吸脹期間耐低溫鑒定方法篩選出花37和花32等耐低溫材料。王傳堂等[12]篩選出花生高油酸種質資源18S14、18L64和 18L46、18S5等耐低溫材料。劉海龍等[10,25]篩選出花生資源山花8號、豫花1號、開農30、白沙1016、油4、泉花646共6個耐低溫材料及QT1737、QT1838、QT185、QT1862、QT1770、QT1836、QT1848、QT1856、QT1857、QT1859共10份花生群體材料。呂建偉等[11]通過苗期鑒定篩選出臺山珍珠、鄂花3號、山花9號、開農8598、桂花17、海花1號、豫花9號、黔花生1號、豫花10號、濮科花1號、桂花836、開農白2號共12個花生耐低溫種質資源。這些耐低溫花生種質為高產、耐逆新品種的選育提供了良好的材料基礎，有的品種如黔花生1號、豫花9號[30-31]已在農業生產廣泛推廣。

花生耐低溫性狀是重要的性狀，目前，研究者建立了花生種子吸脹期和苗期耐低溫鑒定方法，同時篩選出較多耐低溫種質，為花生產業的發展提供了基礎種質保障。但在花生吸脹期及苗期耐低溫鑒定中，重復鑒定一致的材料較少，可能與不同研究者利用花生資源有關。因此，減少環境因素干擾而篩選快速穩定有效的分子標記進行高通量鑒定耐低溫花生種質資源是將來重要手段，并且近年來花生栽培種、野生種的全基因組測序取得的重要進展[32-34]，為耐低溫基因定位、關鍵分子標記的篩選提供了便利。今后可根據成熟的表型、生理生化和功能分子標記相結合的鑒定方法對花生耐低溫性進行更深入的研究，從而對春花生種植區的耐低溫育種奠定基礎。