?甘藍型油菜花期耐寒性的鑒定評價與種質(zhì)篩選?

摘要：為了建立油菜花期耐寒性鑒定評價體系，對49份甘藍型油菜資源進行花期人工低溫處理（-2℃，12 h），通過對參試材料花期低溫脅迫下表型癥狀特征評分及聚類分析，鑒定耐寒性等級；通過追蹤調(diào)查比較人工低溫處理與大田自然低溫脅迫下參試材料成熟期性狀，驗證人工低溫處理鑒定方法的準確性。鑒定結(jié)果表明：JD08、JD10、JD17屬強耐寒種質(zhì)（第Ⅰ級），JD04、JD06、JD14屬耐寒種質(zhì)（第Ⅱ級），JD24、JD26、JD30等30份種質(zhì)屬于低溫敏感種質(zhì)（第Ⅲ級），JD36、JD38、JD41、JD44為低溫極敏感種質(zhì)（第Ⅳ級）。驗證結(jié)果說明，采用盆栽油菜花期人工低溫處理對甘藍型油菜花期耐寒性的鑒定評價體系具有較高的準確性。

關(guān)鍵詞：花期；耐寒性；種質(zhì)；篩選；油菜

中圖分類號：S565.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）10-0006-07

Identification， Evaluation， and Screening of Brassica napus L. Germplasm Accessions with Cold Tolerance at the Flowering Stage

LIU Xin-hong1，LI Mei1，GUO Yi-ming1，YANG Qian1，LI Bao1，QU Liang1，LIU Fang2，WANG Tong-hua1

（1. Crop Research Institute of Hunan Province， Hunan Engineering and Technology Research Center of Hybrid Rapeseed， Changsha 410125， PRC; 2. Lukou District Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Zhuzhou 412000， PRC）

Abstract： To establish an identification and evaluation system for cold tolerance of Brassica napus L. during the flowering stage， this study treated 49 germplasm accessions of B. napus L. at a low temperature （?2 °C） for 12 h during the flowering stage. The cold tolerance of each accession was graded based on the phenotypic characteristics， and cluster analysis was performed for the accessions. The accuracy of identification based on the artificial low-temperature treatment method was verified by comparing the traits of the tested materials under artificial low-temperature treatment and natural low-temperature stress at the maturity stage in the field. The results showed that JD08， JD10， and JD17 were the germplasm accessions with strong cold tolerance （grade I）. JD04， JD06， and JD14 were the germplasm accessions with moderate cold tolerance （grade II）. Thirty accessions including JD24， JD26， and JD30 were the germplasm accessions with low cold tolerance （grade III）. JD36， JD38， JD41， and JD44 had extremely low cold tolerance （grade IV）. The verification results indicated that the identification and evaluation system for cold tolerance of B. napus L. during the flowering stage by using artificial low-temperature treatment of potted B. napus L. plants during the flowering stage had high accuracy.

Key words： flowering stage; cold tolerance; germplasm; screening; Brassica napus L.

我國是食用油料消費和進口大國，據(jù)統(tǒng)計，近年來植物油消費總量約4 000萬t/a，其中，國產(chǎn)植物油約1 200萬t/a，自給率不到31%，大力發(fā)展食用油料生產(chǎn)是保障國家食用油安全的重要舉措[1-3]。油菜是國內(nèi)種植面積最大、種植區(qū)域分布最廣的油料作物和主要的食用植物油源，冬油菜是我國唯一的冬季油料作物，適宜種植區(qū)域廣。長江流域是我國最大的油菜生產(chǎn)區(qū)，也是我國冬油菜的主要產(chǎn)區(qū)。近30年來，由于農(nóng)戶分化程度越來越高，油菜生產(chǎn)比較效益相對偏低，冬閑田面積呈現(xiàn)增長趨勢，至2019年已形成6 400萬畝可以發(fā)展冬油菜生產(chǎn)的冬閑田[4]，利用冬閑田大力發(fā)展油菜生產(chǎn)對保障食用油供給安全具有十分重要的意義。然而，“稻—稻（再

生稻）—油”輪作生產(chǎn)模式下的晚稻或再生稻與油菜存在茬口矛盾，需要種植早熟油菜品種[5]，早熟油菜品種生育進程快，花期較早，耐春寒能力較弱，一旦遭遇冰凍或持續(xù)低溫陰雨的寒潮，油菜植株尤其是幼嫩的生殖器官受凍嚴重，影響授粉結(jié)實和角果發(fā)育，有效結(jié)角率、每角粒數(shù)和種子含油量下降，直接影響到產(chǎn)量和產(chǎn)油量[6-8]。2008年、2024年黃淮

和長江下游發(fā)生大面積的凍害，較多早熟油菜品種結(jié)實受到嚴重影響，產(chǎn)量損失嚴重[9]。近年來，油菜

花期耐寒性成為早熟油菜品種選育的重點考察性狀。

研究者過去對甘藍型油菜耐低溫的探究主要在萌芽期和苗期進行，建立了以發(fā)芽率、成苗率、葉片凍害指數(shù)、越冬率等形態(tài)及生長發(fā)育指標，以及與細胞膜系統(tǒng)、保護酶系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光合作用等相關(guān)的生理生化指標的耐低溫鑒定評價方

法[10-19]。鮮孟筑等[10]對30份甘藍型與白菜型油菜品種進行低溫發(fā)芽試驗，通過主成分分析篩選出成苗率、幼苗活力指數(shù)、根長、苗長、苗鮮重、總鮮重6項指標作為油菜種子萌發(fā)耐低溫評價指標，并引用綜合隸屬函數(shù)對30個油菜品種（系）進行低溫抗性等級劃分。閆蕾等[11]以苗期存活率為主要考察指標，將來自國內(nèi)外的226份油菜資源劃分為敏感到強抗凍5個類別。張曉紅等[12]以4個甘藍型油菜品種為研究對象，在大田栽培條件下研究冬季自然低溫對油菜功能葉的保護酶系統(tǒng)指標與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響，結(jié)合凍害指數(shù)篩選出抗寒品種“華雙5號”。這些油菜低溫脅迫下抗性鑒定方法的建立，有利于準確評價油菜種質(zhì)對低溫的適應(yīng)能力。

相對于恢復(fù)期和補償期長的種子萌發(fā)和苗期階段，開花期對低溫脅迫更加敏感，幼嫩的生殖器官嚴重受凍直接影響到產(chǎn)量和產(chǎn)油量。但是目前還未見油菜花期耐寒性評價標準的相關(guān)報道。課題組于2022年9月至2023年5月，以49份甘藍型油菜種質(zhì)為試驗材料，在花期進行人工低溫（-2℃，12 h）處理，采集甘藍型油菜在低溫脅迫下恢復(fù)7 d后植株形態(tài)學(xué)特征，建立甘藍型油菜花期低溫脅迫下表型癥狀特征評分的方法，采用聚類分析法劃分耐低溫等級，由此篩選出強耐寒和低溫敏感的油菜材料；同時跟蹤調(diào)查參試材料大田自然低溫下成熟期的農(nóng)藝性狀和結(jié)實情況，與室內(nèi)低溫處理的相應(yīng)性狀進行比較，驗證鑒定該評價方法的可靠性。本研究旨在建立甘藍型油菜花期耐寒性鑒定評價方法，篩選花期強耐寒的種質(zhì)，為甘藍型油菜花期耐寒機理解析提供種質(zhì)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試的49份材料均為甘藍型油菜，編號為JD01-

JD49，由湖南省作物研究所和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2 人工低溫處理方法

選擇籽粒飽滿的種子進行穴盤育苗，在油菜大棚生長至3～4葉期時，統(tǒng)一放置低溫培養(yǎng)箱中4℃處理2周，使其通過春化。選擇長勢一致的材料移栽至花盆（2.2 L）中繼續(xù)培養(yǎng)，每個花盆移栽2株苗，每個材料栽6盆，分設(shè)對照組和花期低溫處理組（試驗組），每個處理3次重復(fù)，1盆為1個重復(fù)；移栽后在大棚中繼續(xù)培養(yǎng)至花期，標記每個材料的初花期，初花期后7 d（植株分枝展開、幼角果形成），對照組繼續(xù)置于大棚培養(yǎng)，試驗組搬入低溫培養(yǎng)室進行低溫（-2℃、12 h）處理，再將植株移回大棚培養(yǎng)至第8天觀察各處理的植株表型變化，成熟期考察農(nóng)藝性狀指標。

1.3 評價表型的設(shè)定與表型癥狀特征評分方法

選擇以薹莖葉、花蕾、花瓣、花序、果柄、角果等8種具有代表性、能顯著區(qū)分的表型作為耐寒性鑒定的評價表型，并根據(jù)癥狀制定油菜低溫凍害的性狀描述及相應(yīng)的賦分標準（表1）。在試驗組低溫處理恢復(fù)生長第8天，與對照組各處理表型性狀比較，調(diào)查試驗組植株的評價表型癥狀特征，按賦分標準評分，統(tǒng)計參試材料總分值。

1.4 耐寒性等級劃分

以骨干親本20B（JD05）為參照進行耐寒性等級劃分，20B在生產(chǎn)中表現(xiàn)為耐寒，在本試驗中規(guī)定耐寒性表型癥狀比20B輕的為強耐寒材料、與20B相當?shù)臑槟秃牧稀⒈?0B稍重的為敏感材料、遠遠超過20B的為極敏感材料。對各參試材料的花期寒害表型癥狀特征評分總值進行聚類分析，劃分耐寒性等級。

1.5 人工低溫處理方法的準確性驗證

2022年9月27日將各參試材料大田種植5行，按照正常栽培措施進行管理，記載油菜花期的天氣變化情況，并于成熟期拍照記錄各材料主花序和分枝花序的結(jié)實情況。

特別對比評價為強耐寒材料、低溫極敏感材料的人工低溫處理與大田常規(guī)栽培低溫寒潮下的植株成熟期主花序和分枝花序的結(jié)實情況。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010整理和計算試驗數(shù)據(jù)，用SPSS 19.0進行系統(tǒng)聚類分析（采用組間聯(lián)結(jié)法，相似尺度用歐氏距離），用Adobe Illustrator 2022處理圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理參試材料花期表型分析

低溫脅迫下不同甘藍型油菜種質(zhì)花期各部位的表型不同（圖1），參試材料花期低溫處理的表型癥狀賦分如表2所示。葉片：29份種質(zhì)的薹莖葉沒表現(xiàn)出明顯的凍害，葉色正常，且正常上舉；12份表現(xiàn)出凍害，葉片部分萎蔫、下垂；8份表現(xiàn)出顯著凍害，葉片整體萎蔫、下垂。果柄：42份種質(zhì)的果柄未表現(xiàn)明顯凍害，7份部分或全部萎蔫、干枯、下垂。角果：46份種質(zhì)的幼角果已變黃、干枯，3份表現(xiàn)正常；21份長角果未表現(xiàn)明顯凍害，28份表現(xiàn)黃化、干枯。花蕾：44份種質(zhì)的花蕾沒表現(xiàn)出明顯的凍害，花蕾正常；5份種質(zhì)的花蕾表現(xiàn)為閉蕾。花朵：3份種質(zhì)的花沒表現(xiàn)出明顯的凍害，花瓣正常展開；28份表現(xiàn)為邊緣內(nèi)卷皺縮；18份表現(xiàn)為花朵干枯。花序：39份種質(zhì)的主花序能正常直立，7份表現(xiàn)為彎曲，3份表現(xiàn)為下垂；36份種質(zhì)的分枝花序能正常直立，10份表現(xiàn)為彎曲，3份表現(xiàn)為下垂。

2.2 參試材料花期耐寒性分析

對各參試材料花期低溫處理表型總評分進行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果顯示，在5分類距離上可將不同油菜品種分為4個耐寒性等級（圖2，表3），分別為強耐、耐、敏感、極敏感類型。

如表4所示，JD08、JD10、JD17這3份種質(zhì)屬于第Ⅰ級，為強耐寒種質(zhì)；JD04、JD06、JD14等12份種質(zhì)屬于第Ⅱ級，為耐寒種質(zhì)；JD24、JD26、JD30等30份種質(zhì)屬于第Ⅲ級，為低溫敏感種質(zhì)；JD36、JD38、J41、JD044這4份種質(zhì)屬于第Ⅳ級，為低溫極敏感種質(zhì)。其中JD38為低溫極敏感種質(zhì)，JD08為強耐寒材料，低溫脅迫前后表型如圖3所示。

2.3 花期低溫對參試材料成熟期農(nóng)藝性狀的影響

進一步跟蹤觀察參試材料成熟期的農(nóng)藝性狀，

將花期低溫處理的JD38、JD08成熟期的農(nóng)藝性狀與對照比較（圖4），花期低溫對株高、一次有效分枝數(shù)、主花序長、角果長的影響均未達到顯著水平，對主花序有效角果數(shù)、分枝有效角果數(shù)、每角粒數(shù)、單株產(chǎn)量的影響均達到了顯著水平。JD08的主花序有效角果數(shù)從35.8個下降至20.0個，每角粒數(shù)從18.0粒降低至12.6粒，單株產(chǎn)量從4.49g降低至2.77g；JD38的主花序有效角果數(shù)從46.0個下降至0個，分枝有效角果數(shù)從53.7個下降至6.6個，每角粒數(shù)從13.1粒降低至4.1粒，單株產(chǎn)量從4.47 g降低至0.57g。強耐寒種質(zhì)JD08的主花序有效角果數(shù)、每角粒數(shù)和產(chǎn)量的降幅顯著低于低溫敏感種質(zhì)JD38。

2.4 參試材料大田栽培耐寒性表現(xiàn)

參試材料大田栽培于2023年1月25至29日遭遇連續(xù)-3℃至-1℃低溫天氣，4月3日，觀察參試材料成熟期結(jié)實情況，低溫敏感材料和耐寒材料的表現(xiàn)如圖5所示，低溫敏感材料表現(xiàn)嚴重的分段結(jié)實、蘿卜角；耐寒材料的主花序發(fā)育正常，未出現(xiàn)明顯分段結(jié)實及蘿卜角現(xiàn)象，結(jié)實性明顯優(yōu)于低溫敏感材料，結(jié)果與人工花期低溫處理大棚栽培的表型一致，說明盆栽油菜花期人工低溫處理對甘藍型油菜花期耐寒性的鑒定評價體系具有較高的準確性。

3 討論與結(jié)論

油菜花期低溫脅迫對植株表型有很大影響，低溫敏感材料表現(xiàn)為葉片萎蔫、呈水漬狀、果實出現(xiàn)斑點、植株變?nèi)酢⑸L遲緩、黃化、產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低和局部組織壞死等[20-22]。通過觀察統(tǒng)計脅迫下植株形態(tài)指標進行植物抗性評價是一種常見的方法。李心等[20]以20個開花期紅掌品種為試材，在上海地區(qū)冬季大棚自然低溫環(huán)境下進行種植，觀察葉柄、葉片、花柄、苞片的冷害癥狀，統(tǒng)計各器官冷害指數(shù)，通過主成分和聚類分析進行耐寒性評價；范高領(lǐng)等[23]以多種類型辣椒純系種質(zhì)資源為試驗材料，在辣椒漂浮育苗生理苗齡達到4～6片葉時，采用模擬極端淹水處理，經(jīng)過葉形、葉色、莖形、莖色、根形、根色等形態(tài)學(xué)統(tǒng)計分析，構(gòu)建辣椒耐澇性評價體系。本研究發(fā)現(xiàn)，不同種質(zhì)甘藍型油菜花期各器官的冷害癥狀表現(xiàn)出差異性，擬定葉片、花序、花蕾、花朵、角果、果柄等表型的寒害程度制定記分標準，以JD05（20B）為參照進行聚類分析，得出強耐寒（≥15分）、耐寒（12～14分）、敏感（6～11分）、極敏感（≤5分）4個等級標準，并篩選出3份花期強耐寒的油菜種質(zhì)，可為甘藍型油菜花期耐低溫品種培育篩選提供鑒定評價方法和種質(zhì)資源。

低溫抗性鑒定主要有室內(nèi)鑒定和室外鑒定兩種方式[18]。本研究采取人工低溫處理大棚栽培鑒定，并通過大田栽培驗證，結(jié)果表明，以盆栽實驗花期人工低溫處理鑒定甘藍型油菜花期耐寒性的評價體系具有較高的準確性，可以作為判定花期甘藍型油菜耐寒性的一種有效方法。相較于單獨的大田鑒定評價，盆栽實驗花期人工低溫處理鑒定可以在受控的環(huán)境條件下進行評估，有助于加快油菜資源或育種材料花期耐寒性的鑒別篩選與利用，由于室內(nèi)條件和戶外自然環(huán)境存在一定的差異，評估結(jié)果可能無法完全反映植物在實際寒冷條件下的表現(xiàn)，因此，有必要模擬更多的室外低溫環(huán)境對油菜種質(zhì)花期耐寒性進行鑒定。

試驗篩選出JD08、JD10、JD17共3份花期強耐寒的油菜種質(zhì)，證實采用盆栽油菜花期人工低溫處理對甘藍型油菜花期耐寒性的鑒定評價體系具有較高的準確性。

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（責任編輯：謝培庚）