30份藜麦资源的穗发芽抗性评价

毛 琪， 晏兴珠， 王仕玉， 郭凤根， 吴 鲜， 龙雯虹， 刘正杰

(1.云南农业大学农学与生物技术学院， 昆明 650201；2.云南农业大学园林园艺学院， 昆明 650201)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)又称南美藜、奎奴亚藜等，属于石竹目苋科，原产于南美洲安第斯山脉的多用途全营养杂粮作物。藜麦对不良环境有较好的适应能力，例如对缺乏营养造成的贫瘠[1]、人为因素造就的盐渍化[2]、生态环境和自然气候的变迁形成干旱[3]和霜冻[4]等逆境均有较好耐受性。藜麦果实营养丰富，蛋白质含量高(12.55%～21.02%)，含有各种氨基酸且比例均衡,都达到或超过世界卫生组织的推荐量，同时藜麦果实中含有丰富膳食纤维、矿质元素及维生素等，不含麸质和胆固醇，升糖指数低，适合各种人群食用，尤其是可作为孕妇、乳糜泻(麸质过敏症)患者和糖尿病患者的理想食物[5-11]。

西藏农牧学院的贡布扎西等人首先从南美洲引进多个藜麦品种，并在西藏多个点进行试种，对藜麦的生物学特性以及引种栽培等技术进行了初步总结推广，目前在山西、甘肃、青海、吉林、云南、西藏、四川、贵州、宁夏、内蒙古、河北、北京、黑龙江、山东、江苏、浙江、安徽等省(区、市)都已有藜麦的产业化种植[8]。云南省的藜麦种植面积超过3 000 hm2，藜麦适合种植于云南省的高寒山区，藜麦产业在贫困山区的脱贫致富和乡村振兴中发挥着重要的作用。藜麦果实(生产上称其为种子)无休眠或休眠期短，成熟时多数地方的雨季尚未结束，遇到雨天果实就在田间植株上发芽，这种穗发芽现象严重影响云南藜麦的产量和品质，制约着云南藜麦产业的发展。因此，对引入云南的藜麦资源进行穗发芽抗性的评价，筛选出穗发芽抗性强的资源，并对揭示藜麦穗发芽抗性的机理具有极为重要的意义。本文首先报道30份藜麦资源的穗发芽抗性的评价结果，以期为藜麦种质资源的筛选奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的30份藜麦资源见表1，于2019年5月2日播种在云南省香格里拉市小中甸镇和平村，株行距30 cm×25 cm，常规田间管理；2019年9月7日采收黑藜，10月2日采收红藜和白藜，每份资源随机采收9株并分成3个重复，将藜麦材料置于30 ℃烘箱中烘96 h，使种子水分含量达到国家贮藏标准；从每个重复中随机选取1个10 cm左右长度的小穗用作整穗发芽法的评价材料，其余材料手工脱粒后用于籽粒发芽法评价和其他研究。

1.2 试验方法

1.2.1整穗发芽法评价方法

从藜麦主穗上随机选取1个长度为10 cm左右的小穗,用纸巾包裹成筒状后直立放于25 ℃培养箱中的玻璃瓶中，玻璃瓶保持5 cm水深，使得纸巾保持潮湿，为藜麦提供湿润环境。分别于15 h、24 h和33 h后观察统计发芽情况，计算穗发芽率和穗发芽指数。

穗发芽率(%)=(发芽粒数/总穗粒数)×100%；

穗发芽指数=(K×n1+....2×n(k-1)+1×nk)/K×N[13-14]，

式中：K表示试验总次数；N表示用于萌芽的籽粒总数；n1～nk分别表示第1次至第k次每次所萌芽的籽粒数。以上测定均重复3次。

1.2.2籽粒发芽法评价方法

随机数取50粒藜麦籽粒并进行表面消毒，置于垫有双层滤纸的培养皿(直径9 cm)中，将培养皿放入25 ℃生化培养箱中，于黑暗条件下培养，将胚根长于2 mm及果皮破裂的籽粒记为发芽籽粒，每6 h统计一次发芽数，36 h后统计籽粒发芽率和籽粒发芽指数。

1.2.3隶属函数综合评价、相关性分析方法及聚类分析

隶属函数计算公式为：

式中：xi表示i品种抗性指标隶属函数值的平均值；xij表示i品种j指标的隶属函数值；xjmax和xjmin表示为j指标的最大值和最小值。

应用求隶属函数值的公式分别计算不同藜麦资源的穗发芽率、籽粒发芽率、穗发芽指数、籽粒发芽指数对应的隶属函数值，并计算出各藜麦资源的平均隶属函数值；用平均隶属函数值与各指标观测值进行皮尔逊相关性分析。通过穗发芽率、籽粒发芽率、穗发芽指数、籽粒发芽指数以及平均隶属函数值用欧氏距离和类平均法对30份藜麦材料进行聚类分析。所有统计分析均采用Excel软件和SPSS 23.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 整穗发芽法评价结果

整穗发芽试验结果(表1)表明，30份藜麦材料在穗发芽率上存在显著差异，SBQ 1在30份材料中穗发芽抗性最强，处理15 h后穗发芽率为0，其次是WQ 4、RQ 5，且3份材料之间差异不显著。24 h后，SBQ 1、WQ 4、RQ 5依然表现出较低的穗发芽率，三者差异不显著。33 h后SBQ 1穗发芽率仅为2.94%，穗发芽指数也较低；WQ 4和RQ 2的穗发芽率也较低(WQ 4的33 h穗发芽率为25.95%，RQ 2的33 h穗发芽率为34.16%)，且与SBQ 1的穗发芽率差异不显著，几个材料表现出较高的穗发芽抗性。WQ 14穗发芽指数最低，其中在15、24、33 h的穗发芽率与SBQ 1、WQ 4、RQ 5三份材料之间差异不显著。穗发芽抗性最低的材料为BBQ 2和SBQ 2，BBQ 2在15 h时的发芽率最高(41.12%)，SBQ 2总体呈现较高的发芽水平，其穗发芽指数也最高，并且与BBQ 1、BBQ 2和BBQ 3差异不显著，同样存在较高的穗发芽率，穗发芽的抗性较低。

2.2 籽粒发芽法评价结果

籽粒发芽结果(表1)表明，在试验开始的6 h后就存在种子发芽的现象，24 h后大部分材料发芽率接近100%。在试验进行12 h以后，SBQ 1、WQ 4、WQ 16、RQ 5等材料发芽率较低差异不显著，在24 h后SBQ 1发芽率达到96%，而WQ 4、WQ 16、RQ 5依然呈现较低的发芽率和发芽指数。虽然SBQ 1在24 h后出现较高的发芽率，但其籽粒发芽指数依然较低，仅次于WQ 14、RQ 5、WQ 4。BBQ 3、WQ 1、WQ 3、WQ 6、WQ 8、WQ 11、RQ 2、RQ 6、RQ 8等在处理12 h发芽率超过90%，在发芽24 h后大部分材料发芽率达到95%以上且大部分材料发芽指数普遍偏高。WQ 4、WQ 16、RQ 5在籽粒发芽中发芽率较低，是30份材料中穗发芽抗性最高的，SBQ 1则是较抗材料，其余材料则呈现较低的种子休眠程度，容易发芽，穗发芽抗性低。

表1 30份藜麦材料的籽粒发芽评价、整穗发芽评价及隶属函数结果

2.3 隶属函数综合评价及相关性分析

综合30份藜麦材料的不同时间段的穗发芽率、籽粒发芽率及籽粒发芽指数、穗发芽指数等指标数据，计算穗发芽隶属函数平均值(表1)，发现 30份藜麦材料的隶属函数平均值在0.289～0.795之间。SBQ 1、WQ 4、WQ 16的平均隶属函数值低于0.35，表现出对穗发芽有较高的抗性；而SBQ 2、BBQ 1、BBQ 2、BBQ 3、WQ 3、WQ 6、WQ 11、WQ 13等材料的平均隶属函数高于0.65，具有较高的穗发芽率、籽粒发芽率，表现出极低的穗发芽抗性，容易发生穗发芽现象；剩余19份材料的隶属函数平均值介于0.35～0.65之间，穗发芽抗性居中。

平均隶属函数值与各指标数据的相关性分析结果(表2)表明，各项指标的隶属函数平均值与籽粒发芽指数、籽粒发芽率、穗发芽率呈极显著正相关，与穗发芽指数(r=0.334)之间相关性不显著。穗发芽率与其他4个指标呈正相关，其中与穗发芽指数呈极显著正相关(r=0.754)，发芽率与穗发芽指数呈负相关，与发芽指数呈极显著正相关(r=0.903)，而穗发芽指数与发芽指数呈负相关趋势。

表2 藜麦穗发芽评价各指标的相关性分析

藜麦穗发芽各指标的变异分析结果见表3，从表3可以看出，在30份藜麦的4个指标中籽粒发芽指数的变异系数最小(11.1%)，变异幅度也最小(0.464～0.739)；籽粒发芽率的变异系数较小(13.9%)，变异幅度也较小，较为稳定；穗发芽指数的变异系数最大(47.7%)且变异幅度也较大(0.106～0.786)；穗发芽率变异系数仅次于穗发芽指数，但其变异幅度是4个指标中最大(2.94%～89.65%)。

表3 藜麦穗发芽各指标的差异性分析

2.4 供试藜麦材料的聚类分析

通过聚类分析结果(图1)可以看出，当欧氏距离为19.12时，可以将30份材料划分为三类：第一类为SBQ 1、RQ 5、WQ 4、WQ 16，这类材料穗发芽率低，而且籽粒发芽率都较低，是穗发芽抗性较高的材料，平均穗发芽率为40.7%、籽粒发芽率为66%、平均穗发芽指数和籽粒发芽指数为0.297和0.543；第二类是由BBQ 1、BBQ 2、BBQ 3、SBQ 2、RQ 3为一类，该类材料的穗发芽抗性普遍偏低，穗发芽率、籽粒发芽率、籽粒发芽指数、穗发芽指数都高，平均穗发芽率高达81.52%，平均籽粒发芽率为96.67%，平均穗发芽指数、籽粒发芽指数分别为0.603 9、0.746，穗发芽抗性低；第三类由WQ 9、WQ 15等剩余21份材料构成，该类材料的穗发芽率、籽粒发芽率、穗发芽指数、籽粒发芽指数居中，平均穗发芽率、籽粒发芽率为56.06%、97.87%，平均穗发芽指数、籽粒发芽指数为0.258、0.766。

图1 供试30份藜麦材料的聚类分析

3 讨 论

穗发芽是影响藜麦产量和品质的重要因素之一，选育具有穗发芽抗性的藜麦资源、筛选出有效的藜麦穗发芽抗性评价指标是云南藜麦产业刻不容缓的工作。本研究参照小麦、青稞的穗发芽试验方法[12-13]，利用藜麦小穗以及籽粒进行穗发芽抗性评价。由于成熟藜麦植株高达1.5～2 m，其主穗长度最长可达1 m左右[2]，为提高试验效率，使试验具有可行性，故在整穗发芽试验中选取主穗上的小穗进行穗发芽试验。李玉营等[12]在评价小麦的穗发芽时发现，籽粒发芽率和穗发芽率的变异系数较小，因此，籽粒发芽法与整穗发芽法能较好地反映种子的穗发芽抗性情况。赵桃等[13]在鉴定青稞穗发芽抗性时发现青稞中籽粒发芽指数是较可靠、较理想的穗发芽抗性鉴定指标，而穗发芽指数则可以作为辅助指标。本研究结合前人研究结果，选取籽粒发芽率、穗发芽率、籽粒发芽指数、穗发芽指数为鉴定指标，对30份藜麦材料进行穗发芽抗性鉴定。结果显示，几乎全部的试验材料出现了平均籽粒发芽率大于平均穗发芽率的现象，说明除去花萼的束缚条件及给予种子适宜的室内环境后，更容易诱发藜麦种子的发芽。相关性分析中发芽率指标分别取33 h的穗发芽率和24 h籽粒发芽率，结果显示，穗发芽指数与籽粒发芽率和籽粒发芽指数呈负相关，这种现象可能是由于部分材料在穗发芽试验中，由于其穗部结构具有抑制或促进种子发芽的结构导致较低或较高的穗发芽率，而在籽粒发芽试验中脱离穗部结构及其物质影响后，呈现出与其穗发芽试验结果相反的结果。前人在小麦等禾本科中发现，这种穗发芽差异大而籽粒发芽差异小的现象，可能是由于穗部性状或颖壳抑制物的差异导致。

当事物受多种因素影响无法准确对其评价时，可通过模糊综合评价来对其进行综合评价，其特点是评价结果不是绝对地肯定或否定, 而是以一个模糊集合来表示。近年，越来越多人利用模糊数学方法评价植物抗逆性，金杭霞等[14]通过隶属函数对96份大豆材料进行耐盐程度的评价，利用隶属函数结果与聚类分析结果将96份材料分为五类并筛选出30份耐盐大豆材料。朱丽伟等[15]通过模糊隶属函数评价法对苦荞种子质量进行评价。隶属函数评价法在农业上应用越来越广泛，但在穗发芽抗性评价中却很少见。利用模糊数学中的隶属函数原理对30份藜麦材料进行评价分类，种子的发芽机制受很多因素影响，只用单独指标无法全面反映出作物的生理特性，故需要综合多个指标来对材料的生理特性进行评级[16]。且利用隶属函数特性可以将多个指标进行综合，从而综合评价材料的穗发芽抗性程度。通过相关性分析找出最具有代表性的指标，用作对藜麦穗发芽抗性程度迅速评价的指标。试验中通过隶属函数等级评价将30份材料分成高抗、居中、低抗三类材料。由于隶属函数是综合所有指标来评价藜麦的穗发芽抗性，故而通过利用隶属函数平均值与其他4个指标进行相关性分析，结果表明，穗发芽率、籽粒发芽率、籽粒发芽指数与隶属函数平均值呈极显著正相关，其中籽粒发芽指数相关性最大，可作为主要评价指标，而且籽粒发芽指数的变异系数和变异幅度皆是最小的，具有较好的重复性，稳定性较高。在禾本科作物中穗发芽鉴定中要求鉴定指标变异系数小、在不同环境下栽培拥有较好的稳定性、在特定条件下不同材料间结果差异显著[18-20]。

4 结 论

综合多重比较、隶属函数等级评价以及聚类分析结果后，在供试的30份材料中，SBQ 1、WQ 4、WQ 16的穗发芽抗性最强，BBQ 1、BBQ 2、BBQ 3、SBQ 2的穗发芽抗性最弱；籽粒发芽指数、籽粒发芽率、穗发芽率等3个指标可以作为藜麦穗发芽评价的可靠指标。