花生种质耐低温性研究进展

成良强， 饶庆琳， 吕建伟， 胡廷会，黄 莉， 姜 敏， 王金花， 刘 念，王 军*，姜慧芳

(1.贵州省农业科学院 油料研究所，贵州 贵阳 550006； 2.中国农业科学院 油料作物研究所/农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室，湖北 武汉 430062)

0 引言

花生是我国重要的油料和经济作物，据统计，2018年我国花生种植面积463.3万hm2，仅次于印度，占世界种植面积的17%；荚果平均单产250.1 kg/667m2，约为世界平均单产的2.3倍；总产1 733.2万t，居世界首位，约占全世界花生总产的40%[1-3]。花生种植区域广泛，我国大部分地区均有种植。根据播种时节的不同可以分为春播花生和夏播花生，我国春播花生种植分布在东北三省、西北地区、西南地区和华南地区；黄淮海地区主要种植夏播花生。研究显示，春播花生播种期受倒春寒等低温冷害后花生生长变缓、干物质积累减少，轻则导致花生生长出苗慢、根系活力降低、主根侧根减少、出苗期变长，严重的会导致花生烂种、丧失发芽力从而降低出苗率，进而影响产量[4-8]。耐低温性成为花生种植考虑的关键因子。为花生耐低温性鉴定方法的选择及其耐低温花生种质的筛选提供参考，从花生种质耐低温表型鉴定研究方法、花生种质耐低温相关的生理生化指标变化、花生种质耐低温相关的分子生物学研究进展和耐低温花生种质资源等方面进行综述，并提出下一步研究方向。

1 花生种质耐低温表型鉴定方法

1.1 种子吸胀期耐低温鉴定

封海胜[9]对380份花生资源采用冷浸处理、温水浸种和半冷浸处理3种方式模拟低温处理，以种子发芽率和胚根长度为指标考察花生耐低温性，结果发现：同一品种花生种子吸胀期间遇6℃持续24 h低温，发芽率明显降低，胚根伸长长度均受影响，种子活力下降；而所有经温水预浸后再受2℃、72 h低温胁迫的种子发芽率、出苗率与对照无异，说明温水可以起到良好的防护作用；不同品种类型差异较大，多粒型和中间型品种吸胀期间较抗低温，该研究得出花生吸胀期耐低温种质鉴定参考低温为2℃。刘海龙等[10]对94份花生种子采用2℃冷浸48 h后置于25℃恒温层析柜进行发芽试验，以未进行冷浸的种子为对照，并以相对发芽率(冷浸种子发芽率/正常种子发芽率)为指标判断花生耐低温性，即相对发芽率≥85%为耐低温，相对发芽率<50%为敏感型，相对发芽率在50%～85%为中间型，该结论在花生耐低温实验室鉴定方面建立了以相对发芽率为指标的具体判断标准。

1.2 种子出苗期耐低温鉴定

吕建伟等[11]利用157份花生种质资源连续2年采用低温期(气温10～12℃)和正常期(气温≥13℃)分期播种，以出苗率、相对出苗率(低温期播种出苗率/正常期播种出苗率)为耐低温种质评价指标进行苗期耐低温鉴定，相对出苗率能够区分不同花生资源的出苗率，并建立了相对出苗率为80%的花生种质资源耐低温4级鉴定标准，即不耐低温、耐低温、中耐低温和高耐低温，其中相对出苗率≤80%的为不耐低温，80%<相对出苗率≤90%的为低耐低温，90%<相对出苗率≤95%的为中耐低温，相对出苗率>95%的为高耐低温。王传堂等[12-13]对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)播种方式，通过生育期积温、出苗指数(出苗数/播种后天数)、子仁产量、品质等指标综合筛选耐低温高油酸花生种质资源，初步建立了在田间自然条件不间断低温高湿条件下耐低温高油酸花生的筛选方法，将出苗率比对照普通油酸花生高且达60%、始苗积温比普通油酸花生低的高油酸种质筛选出来，间接证实了春播花生低温地区种植高油酸花生可行，生产上在考虑日均温度同时要兼顾最低温度。王晶珊等[14]利用519份材料进行分期播种试验，分析花生吸胀萌动期对低温的响应结果表明，参试花生种质对低温的反应分为4种类型，其中低温伤害型占3.5%，多为珍珠豆型、龙生型和普通型，这类花生种子吸胀萌动期遇到低温容易丧失活力造成烂种；低温延迟型占60%，多为普通型，种子吸胀萌动期低温会延迟其出苗，有活力；中间型占29.5%，多为普通型和龙生型，介于上述两种类型之间；抗低温型约占5%，涵盖多粒型、珍珠豆型、龙生型和普通型。

2 花生种质耐低温生理生化指标测定

2.1 耐低温生理生化指标

作物本身就有一套防御系统，当受到低温胁迫时，作物大量积累渗透调节物质和激素物质，以减少低温对其伤害[15-18]。有研究[4,6,19]表明，花生种质经低温胁迫后，会发生一系列生理生化指标变化，其中光合作用因叶片光反应中心关闭受阻，重要的逆境生理抗氧化物歧化酶SOD活性升高，膜脂过氧化的产物丙二醛MDA和叶片电导率增加，膜透性增加，逆境胁迫下细胞中积累最多的渗透调节物质脯氨酸大量积累。 陈小姝等[4]以11个花生品种为材料,5℃低温胁迫72 h,测定胁迫前后花生幼苗叶绿素(SPAD)、光和参数等15个生理指标，通过单一指标进行主成分分析等方法筛选出净光合速率、实际光化学效率、最大光化学效率、光化学淬灭系数、可溶性蛋白、过氧化物酶和过氧化氢酶7个与耐低温鉴定密切相关的指标，在相同低温处理时可通过测定7个指标对花生品种耐低温能力进行快速鉴定和预测。钟鹏等[6]对4个花生品种种子萌发期和3叶期耐低温性测定，测定不同温度处理下花生叶片相对膜透性(RMP)、游离脯氨酸(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)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，结果发现，低温9℃胁迫时，与抗寒性相关的指标电解质渗透率(RMP)、可溶性物质(Pro、SS、SP)以及抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)均上升；MDA活性在低温9～15℃胁迫时增加，说明低温胁迫下这些物质对种子起保护作用。

2.2 萌发期测定

姜玉晴[20]利用2个花生种质资源进行种子萌发期低温胁迫试验发现，花生种子萌发期受低温胁迫后其露白率、发芽势等种子活力明显下降，丙二醛(MDA)和脯氨酸含量上升；经1%浓度过氧化氢(H2O2)浸种8 h后，MDA和脯氨酸含量下降，说明1%过氧化氢浸种8 h处理能够显著增强花生种子耐低温能力，从而抵御低温胁迫。朱利君等[21-22]研究证实，黄瓜和黑豆遭受温胁迫后经过氧化氢处理可增强其耐低温能力。

2.3 苗期测定

VACU等[23]进行18个基因型花生种质资源苗期低温胁迫试验发现，低温胁迫处理后所有基因型的脯氨酸、丙二醛(MDA)和过氧化物酶(POD)含量均增加，而叶绿素含量均减少，且花生对低温胁迫的反应随植物生长阶段的不同而有所区别。常博文等[24]利用30个花生品种进行苗期低温胁迫试验，在3片真叶全展开后进行4℃低温处理和不同浓度赤霉素GA3处理，测定其发芽指数，结果发现，GA3能普遍性显著缓解低温对花生幼苗生长抑制。

3 花生种质耐低温分子生物学研究

3.1 花生耐低温分子标记

白冬梅等[18]用多态性好的 90对 SSR引物评价不同耐寒性花生品种发现,参试品种遗传多样性存在较大差异,在遗传距离为 0.4时,被聚类为三大类群，说明SSR标记在花生耐寒性状评价中具有较好的多态性。刘海龙等[25]利用耐低温程度差异较大的“花3号×中花6号”构建的187个杂交后代RIL群体，成功构建一张包含325个标记、覆盖20个连锁群、总长度为1493.79cM、标记间平均距离4.60 cM的栽培种花生遗传图谱，并利用WinQTLcart2.0软件共检测出10个与耐低温相关的数量性状基因座位(QTL)；在2个耐低温表型鉴定环境中重复检测到4个主效QTL，分别为QTqLTTLG1-1、qLTTLG1-2、qLTTLG6-1和qLTTLG7-1，可用于耐低温标记辅助育种。

3.2 花生耐低温基因

王秀贞等[26]利用差异表达基因检测方法研究花育44号常温和低温下差异表达基因，获得芽期耐低温相关特异表达基因2个及其中之一的基因片段ACP20及完整编码区，ACP20基因与花生油质蛋白基因同源性达99%，与SHIMADA 等[27-28]在拟南芥上研究发现的油质蛋白具有保持核结构稳定的分子功能，使得种子在低温胁迫下正常萌发，从而抵御寒冷伤害的研究结果类似；而第2个基因ACP2基因与花生耐低温相关是首次发现。薛晓梦等[29]探究与高油酸性状密切相关的2对Δ12脂肪酸脱氢酶基因(fattyaciddesaturase2,FAD2)在花生低温响应中的作用，从普通油酸花生中花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个，发现在低温胁迫种子萌发过程中，AhFAD2-1A/B和AhFAD2-4A/B基因均受低温诱导表达，而在高油酸材料中，基因AhFAD2-1A/B和基因AhFAD2-4A/B的响应速度均快于普通油酸材料，表达量上调的倍数也比在普通油酸材料中多，特别AhFAD2-4A/B基因在高油酸材料受到低温胁迫时始终维持在高水平表达，推测其高水平的表达部分弥补了突变的AhFAD2-1A/B基因的功能。

4 耐低温花生种质资源筛选

国内研究者在花生萌发期与苗期筛选鉴定了多个耐低温花生种质资源。封海胜[9]利用种子吸胀期间耐低温鉴定方法筛选出花37和花32等耐低温材料。王传堂等[12]筛选出花生高油酸种质资源18S14、18L64和 18L46、18S5等耐低温材料。刘海龙等[10,25]筛选出花生资源山花8号、豫花1号、开农30、白沙1016、油4、泉花646共6个耐低温材料及QT1737、QT1838、QT185、QT1862、QT1770、QT1836、QT1848、QT1856、QT1857、QT1859共10份花生群体材料。吕建伟等[11]通过苗期鉴定筛选出台山珍珠、鄂花3号、山花9号、开农8598、桂花17、海花1号、豫花9号、黔花生1号、豫花10号、濮科花1号、桂花836、开农白2号共12个花生耐低温种质资源。这些耐低温花生种质为高产、耐逆新品种的选育提供了良好的材料基础，有的品种如黔花生1号、豫花9号[30-31]已在农业生产广泛推广。

花生耐低温性状是重要的性状，目前，研究者建立了花生种子吸胀期和苗期耐低温鉴定方法，同时筛选出较多耐低温种质，为花生产业的发展提供了基础种质保障。但在花生吸胀期及苗期耐低温鉴定中，重复鉴定一致的材料较少，可能与不同研究者利用花生资源有关。因此，减少环境因素干扰而筛选快速稳定有效的分子标记进行高通量鉴定耐低温花生种质资源是将来重要手段，并且近年来花生栽培种、野生种的全基因组测序取得的重要进展[32-34]，为耐低温基因定位、关键分子标记的筛选提供了便利。今后可根据成熟的表型、生理生化和功能分子标记相结合的鉴定方法对花生耐低温性进行更深入的研究，从而对春花生种植区的耐低温育种奠定基础。