江西芝麻种质资源对芽期低温的响应差异研究

赵云燕，王郅琪，梁俊超，颜廷献，颜小文，乐美旺，危文亮，孙 建*

（1. 长江大学 农学院，湖北 荆州 434025；2. 江西省农业科学院 作物研究所/江西省油料作物生物学重点实验室/国家油料改良中心 南昌分中心，江西 南昌 330200）

芝麻(Sesamum indicum L.)是中国传统特色油料作物和经济作物，被称为“八谷之冠”，不仅是重要的食用植物油原料，而且在工业、医疗保健等方面具有多种用途［1-2］。近年来，随着芝麻产品的开发和利用以及人民群众自我保健意识的增强，对芝麻产品的需求量逐年增大，供需矛盾日益突出。目前，中国已成为全球芝麻进口需求量最大的国家，因此，选育高产、耐逆的芝麻品种，扩大芝麻的种植面积，是我国芝麻产业发展的首要目标［3］。芝麻属于嗜热作物，其全生育期均需要适宜的温度，温度条件限制了芝麻的种植分布及播种期［4］。江西省是我国芝麻主产省之一，也是全国最大的黑芝麻生产基地［5］。近年来，随着冷暖气团活动的频繁，江西早春气温回升慢，“倒春寒”限制了芝麻的春播，而秋季寒露风则易影响芝麻的成熟与收获，这已成为江西芝麻产业发展的障碍因素之一［6-7］。在生产实践中发现，芝麻种质耐低温能力存在差异，因此，通过鉴定地方种质资源低温耐受性可为选育芝麻耐低温新品种及其低温研究提供参考。

芽期胁迫处理的鉴定方法已广泛应用于植物耐旱性［8］、耐盐性［9］、耐铝性［10］等耐逆性的研究，其中，关于芽期耐低温性的鉴定在玉米［11-12］、花生［13］、大豆［14-15］、黄瓜［16］等作物中的报道较多，而目前对芝麻芽期低温耐受性鉴定的报道较少。本研究通过比较324份江西芝麻地方种质资源在低温及常温处理下的芽长、根长及苗鲜重，并进行相关性分析及综合性评价，筛选出耐低温性较好的芝麻种质资源。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料共324份，其中赣北地区126份，收集地包括九江、庐山、瑞昌、景德镇和上饶市；赣中地区122份，收集地包括鹰潭、宜春、南昌、萍乡、新余、丰城和抚州市；赣南地区76份，收集地为吉安、赣州两市。本研究芝麻种子由江西省农业科学院作物研究所芝麻创新团队统一提供。

1.2 试验设计与方法

在以往研究的基础上［17］，设置28 ℃为对照处理温度，18 ℃为胁迫处理温度。参照孙建等［10］的研究方法，每份芝麻材料选取100粒饱满种子，采用滤纸发芽法，将种子置于铺有3层滤纸的带盖发芽盒（10 cm × 10 cm × 5 cm)中，加入30 mL蒸馏水，于28 ℃恒温暗培养24 h，待种子露白后分别置于28 ℃和18 ℃恒温培养箱中暗培养。每个处理3次重复。处理6 d后，每盒选择10株生长一致的幼苗进行根长、芽长、苗鲜重的测定，计算各指标的相对值，公式为：

参考李瑞宁等［14］的研究方法，对各供试芝麻材料的相对根长、相对芽长及相对苗鲜重进行相关性分析，并计算其平均隶属函数值；基于其平均隶属函数值对324份芝麻种质资源进行聚类分析、低温耐受性评价和耐低温资源的筛选。

1.3 数据分析

采用Excel 2021软件对数据进行整理和分析，采用隶属函数值法进行分析评价［18］，采用SPSS 19.0软件进行相关性分析及聚类分析，使用Prism、Excel 2021软件绘图。隶属函数值计算公式为：

式（4）中，Xi为第i个综合指标，Xmin为第i个指标的最小值，Xmax为第i个指标的最大值。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对江西芝麻种质芽期生长的影响

本研究分别对在28 ℃和18 ℃处理下的324份芝麻种质资源形态指标进行测定（图1），结果显示，对照组（28 ℃）和胁迫组（18 ℃）芽长的均值分别为5.84、2.42 cm，根长的均值分别为5.42、3.46 cm，苗鲜重的均值分别为0.57、0.38 g；在18 ℃低温胁迫下，芝麻幼苗的芽长、根长及苗鲜重值均出现了不同程度的下降，这说明18 ℃低温处理显著抑制了芝麻芽期的生长；胁迫组供试材料的形态变化幅度明显大于对照组的，表明在18 ℃低温处理下芝麻材料表现出显著差异，有利于筛选出芽期耐低温的芝麻材料。

图1 324份江西芝麻种质资源在28 ℃和18 ℃处理下3个形态性状的分布

2.2 江西芝麻种质资源低温耐受性评价

2.2.1 频率分布 通过对324份江西芝麻种质资源进行芽期低温鉴定可知（图2），相对芽长变幅为5.57%~71.78%，平均为41.29%，变异系数为0.27，超过一半的芝麻材料相对芽长在40.00%~50.00%之间；相对根长在15.58%~99.86%之间，平均为63.79%，变异系数为0.24，大部分芝麻材料的相对根长介于55.00%~80.00%；相对苗鲜重的变幅为28.54%~94.87%，平均为64.88%，变异系数为0.17，89.81%的芝麻材料在低温胁迫下的相对苗鲜重可达55.00%以上。由此可见，在18 ℃低温胁迫下，芝麻根和芽的生长均受到很强的抑制，其次是苗鲜重。

图2 芝麻材料在低温胁迫下3个形态性状相对值的频数分布

2.2.2 相关性分析 由表1可知，芝麻种质3个形态指标的相对值之间均表现为极显著正相关，其中，相对芽长和相对苗鲜重之间的相关系数最高(r=0.832)。由此可见，在芝麻种质遭遇低温胁迫时，各个表型性状均会互相影响，其相对值也具有一致性，均可以作为芝麻芽期低温耐受性鉴定的评价指标。

表1 低温胁迫下芝麻种质3个形态指标的相关性分析

2.2.3 聚类分析 根据芝麻种质3个形态性状的平均隶属函数值，利用SPSS软件组间联接法对324份芝麻种质资源进行聚类分析。结果显示（表2、图3），在欧式遗传距离D=6.0时，可将324份芝麻资源分成5种类型（I~V类）。具体分类情况为：第I类，为高耐低温材料，包括20份种质（6份赣北地区、8份赣中地区、6份赣南地区），占供试材料的6.17%，平均隶属函数值变幅为0.82~0.86；第Ⅱ类，为耐低温材料，包括100份芝麻种质（44份赣北地区、28份赣中地区、28份赣南地区），平均隶属函数值变幅为0.69~0.81，占供试材料的30.86%；第Ⅲ类，为中耐低温材料，包括146份种质（57份赣北地区材料、55份赣中地区材料、24份赣南地区材料），占供试材料的45.06%，平均隶属函数值变幅为0.53~0.69；第Ⅳ类，为不耐低温材料，包括54份种质，赣北、赣中、赣南地区分别含有19、27、8份，占供试材料的16.67%，平均隶属函数值范围在0.29~0.53之间；第Ⅴ类，为极不耐低温材料，包括4份材料，占供试材料的1.23%，全部来源于赣中地区，其中，相对芽长的变幅为14.46%~45.49%，平均隶属函数值变幅为0.10~0.27。

表2 不同类型芝麻种质资源低温耐受性比较分析

2.3 江西芝麻种质资源在不同区域的低温耐受性分析

将江西划分为赣北、赣中和赣南3个区域，并对各区域芝麻种质资源的低温耐受性进行比较分析。如表3所示，赣北地区芝麻种质资源鉴定的相对芽长、相对根长、相对苗鲜重的平均值分别为41.62%、65.13%、66.90%；赣中地区芝麻种质资源鉴定的相对芽长、相对根长、相对苗鲜重的平均值分别为39.10%、62.27%、62.70%；赣南地区芝麻种质资源鉴定的相对芽长、相对根长、相对苗鲜重的平均值分别为44.25%、66.91%、68.11%。由图4可以看出：不同地理区域芝麻种质低温耐受性的类型占比趋势几乎一致，均表现为中耐低温材料均占比最大，而高耐低温及极不耐低温材料均很少。赣南地区芝麻的耐低温性要略高于其他2个区域，但未表现出显著差异。

表3 不同区域芝麻种质资源低温耐受性比较分析

图4 不同类型芝麻种质资源数量及各地区资源占比率

324份江西芝麻种质资源中，3个形态性状的平均隶属函数值变幅为0.08~0.86。其中，赣北地区种质资源的平均隶属函数值为0.27~0.86，赣中地区种质资源的平均隶属函数值为0.08~0.83；赣南地区种质资源的平均隶属函数值为0.22~0.80，这表明同一地理区域的芝麻种质资源对低温皆表现出极大差异（图4）。赣中地区芝麻种质耐低温性的变异系数最大，达到0.30，可能与这一地区的地形多样，山区、盆地以及盆地中心城乡交界处气候的变化有一定关系。

3 结论与讨论

低温是限制喜温植物生长发育的主要因素之一［6］。芝麻对环境温度极其敏感，特别是在早期的种子萌发与幼苗生长期，其适宜的萌发温度为24~32 ℃［19-20］。当芝麻在生长早期遭遇低温时，其种子萌动、出苗、下胚轴及根系生长过程均受抑制，从而导致出苗不齐，弱苗、死苗率高等结果，严重影响到芝麻后期的生长。芽长、根长、苗鲜重是直接衡量幼苗生长状况的指标［16,21-22］。本研究在芝麻芽期分别进行了28、18 ℃处理，发现与对照组(28 ℃)处理相比，18 ℃处理下的芝麻幼苗生长受阻，芽、根的生长及苗鲜重的积累均遭受了不同程度的抑制，说明不同芝麻材料在芽期低温处理后的生长发育能力存在显著差异。芽的降幅与芝麻芽期耐低温的相关性最强，这与毛笈华等［23］在玉米芽期低温响应的研究结果相似。

低温对植物形态性状的影响是多方面的，因此，在进行植物低温耐受性评价时，需使用多项指标对其进行综合性评估，以减少利用单一性状评价种质资源耐低温能力的片面性［24］。本研究利用隶属函数值法，将芝麻芽期3个形态性状的相对值作为综合评价指标，并利用平均隶属函数值对芝麻材料耐低温能力进行评价。最终，将324份江西芝麻地方种质资源进行综合评价及聚类分析，发现中耐低温材料最多，其次为耐低温和不耐低温材料，并筛选出了20份高耐低温材料和4份极不耐低温材料。这表明江西芝麻地方种质资源的耐低温性丰富，为深化有关芝麻耐低温性的研究，提高芝麻稳产以及为我国芝麻产业种植发展“北扩”提供了材料基础。同一地理区域来源的芝麻种质的耐低温特性具有较大差异，特别是赣中地区的种质资源，在包括8份高耐低温材料的同时，也存在4份极不耐低温的种质，这可能与江西地形条件复杂，地区差异显著有关。不同地理区域来源的芝麻种质资源芽期的耐低温性存在一定差异，但未发现显著相关性。