甘蓝型油菜花期耐寒性的鉴定评价与种质筛选

摘要：为了建立油菜花期耐寒性鉴定评价体系，对49份甘蓝型油菜资源进行花期人工低温处理（-2℃，12 h），通过对参试材料花期低温胁迫下表型症状特征评分及聚类分析，鉴定耐寒性等级；通过追踪调查比较人工低温处理与大田自然低温胁迫下参试材料成熟期性状，验证人工低温处理鉴定方法的准确性。鉴定结果表明：JD08、JD10、JD17属强耐寒种质（第Ⅰ级），JD04、JD06、JD14属耐寒种质（第Ⅱ级），JD24、JD26、JD30等30份种质属于低温敏感种质（第Ⅲ级），JD36、JD38、JD41、JD44为低温极敏感种质（第Ⅳ级）。验证结果说明，采用盆栽油菜花期人工低温处理对甘蓝型油菜花期耐寒性的鉴定评价体系具有较高的准确性。

关键词：花期；耐寒性；种质；筛选；油菜

中图分类号：S565.4 文献标识码：A 文章编号：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.

我国是食用油料消费和进口大国，据统计，近年来植物油消费总量约4 000万t/a，其中，国产植物油约1 200万t/a，自给率不到31%，大力发展食用油料生产是保障国家食用油安全的重要举措[1-3]。油菜是国内种植面积最大、种植区域分布最广的油料作物和主要的食用植物油源，冬油菜是我国唯一的冬季油料作物，适宜种植区域广。长江流域是我国最大的油菜生产区，也是我国冬油菜的主要产区。近30年来，由于农户分化程度越来越高，油菜生产比较效益相对偏低，冬闲田面积呈现增长趋势，至2019年已形成6 400万亩可以发展冬油菜生产的冬闲田[4]，利用冬闲田大力发展油菜生产对保障食用油供给安全具有十分重要的意义。然而，“稻—稻（再

生稻）—油”轮作生产模式下的晚稻或再生稻与油菜存在茬口矛盾，需要种植早熟油菜品种[5]，早熟油菜品种生育进程快，花期较早，耐春寒能力较弱，一旦遭遇冰冻或持续低温阴雨的寒潮，油菜植株尤其是幼嫩的生殖器官受冻严重，影响授粉结实和角果发育，有效结角率、每角粒数和种子含油量下降，直接影响到产量和产油量[6-8]。2008年、2024年黄淮

和长江下游发生大面积的冻害，较多早熟油菜品种结实受到严重影响，产量损失严重[9]。近年来，油菜

花期耐寒性成为早熟油菜品种选育的重点考察性状。

研究者过去对甘蓝型油菜耐低温的探究主要在萌芽期和苗期进行，建立了以发芽率、成苗率、叶片冻害指数、越冬率等形态及生长发育指标，以及与细胞膜系统、保护酶系统、渗透调节系统、光合作用等相关的生理生化指标的耐低温鉴定评价方

法[10-19]。鲜孟筑等[10]对30份甘蓝型与白菜型油菜品种进行低温发芽试验，通过主成分分析筛选出成苗率、幼苗活力指数、根长、苗长、苗鲜重、总鲜重6项指标作为油菜种子萌发耐低温评价指标，并引用综合隶属函数对30个油菜品种（系）进行低温抗性等级划分。闫蕾等[11]以苗期存活率为主要考察指标，将来自国内外的226份油菜资源划分为敏感到强抗冻5个类别。张晓红等[12]以4个甘蓝型油菜品种为研究对象，在大田栽培条件下研究冬季自然低温对油菜功能叶的保护酶系统指标与渗透调节物质的影响，结合冻害指数筛选出抗寒品种“华双5号”。这些油菜低温胁迫下抗性鉴定方法的建立，有利于准确评价油菜种质对低温的适应能力。

相对于恢复期和补偿期长的种子萌发和苗期阶段，开花期对低温胁迫更加敏感，幼嫩的生殖器官严重受冻直接影响到产量和产油量。但是目前还未见油菜花期耐寒性评价标准的相关报道。课题组于2022年9月至2023年5月，以49份甘蓝型油菜种质为试验材料，在花期进行人工低温（-2℃，12 h）处理，采集甘蓝型油菜在低温胁迫下恢复7 d后植株形态学特征，建立甘蓝型油菜花期低温胁迫下表型症状特征评分的方法，采用聚类分析法划分耐低温等级，由此筛选出强耐寒和低温敏感的油菜材料；同时跟踪调查参试材料大田自然低温下成熟期的农艺性状和结实情况，与室内低温处理的相应性状进行比较，验证鉴定该评价方法的可靠性。本研究旨在建立甘蓝型油菜花期耐寒性鉴定评价方法，筛选花期强耐寒的种质，为甘蓝型油菜花期耐寒机理解析提供种质基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试的49份材料均为甘蓝型油菜，编号为JD01-

JD49，由湖南省作物研究所和湖南农业大学提供。

1.2 人工低温处理方法

选择籽粒饱满的种子进行穴盘育苗，在油菜大棚生长至3～4叶期时，统一放置低温培养箱中4℃处理2周，使其通过春化。选择长势一致的材料移栽至花盆（2.2 L）中继续培养，每个花盆移栽2株苗，每个材料栽6盆，分设对照组和花期低温处理组（试验组），每个处理3次重复，1盆为1个重复；移栽后在大棚中继续培养至花期，标记每个材料的初花期，初花期后7 d（植株分枝展开、幼角果形成），对照组继续置于大棚培养，试验组搬入低温培养室进行低温（-2℃、12 h）处理，再将植株移回大棚培养至第8天观察各处理的植株表型变化，成熟期考察农艺性状指标。

1.3 评价表型的设定与表型症状特征评分方法

选择以薹茎叶、花蕾、花瓣、花序、果柄、角果等8种具有代表性、能显著区分的表型作为耐寒性鉴定的评价表型，并根据症状制定油菜低温冻害的性状描述及相应的赋分标准（表1）。在试验组低温处理恢复生长第8天，与对照组各处理表型性状比较，调查试验组植株的评价表型症状特征，按赋分标准评分，统计参试材料总分值。

1.4 耐寒性等级划分

以骨干亲本20B（JD05）为参照进行耐寒性等级划分，20B在生产中表现为耐寒，在本试验中规定耐寒性表型症状比20B轻的为强耐寒材料、与20B相当的为耐寒材料、比20B稍重的为敏感材料、远远超过20B的为极敏感材料。对各参试材料的花期寒害表型症状特征评分总值进行聚类分析，划分耐寒性等级。

1.5 人工低温处理方法的准确性验证

2022年9月27日将各参试材料大田种植5行，按照正常栽培措施进行管理，记载油菜花期的天气变化情况，并于成熟期拍照记录各材料主花序和分枝花序的结实情况。

特别对比评价为强耐寒材料、低温极敏感材料的人工低温处理与大田常规栽培低温寒潮下的植株成熟期主花序和分枝花序的结实情况。

1.6 数据分析

用Excel 2010整理和计算试验数据，用SPSS 19.0进行系统聚类分析（采用组间联结法，相似尺度用欧氏距离），用Adobe Illustrator 2022处理图片。

2 结果与分析

2.1 低温处理参试材料花期表型分析

低温胁迫下不同甘蓝型油菜种质花期各部位的表型不同（图1），参试材料花期低温处理的表型症状赋分如表2所示。叶片：29份种质的薹茎叶没表现出明显的冻害，叶色正常，且正常上举；12份表现出冻害，叶片部分萎蔫、下垂；8份表现出显著冻害，叶片整体萎蔫、下垂。果柄：42份种质的果柄未表现明显冻害，7份部分或全部萎蔫、干枯、下垂。角果：46份种质的幼角果已变黄、干枯，3份表现正常；21份长角果未表现明显冻害，28份表现黄化、干枯。花蕾：44份种质的花蕾没表现出明显的冻害，花蕾正常；5份种质的花蕾表现为闭蕾。花朵：3份种质的花没表现出明显的冻害，花瓣正常展开；28份表现为边缘内卷皱缩；18份表现为花朵干枯。花序：39份种质的主花序能正常直立，7份表现为弯曲，3份表现为下垂；36份种质的分枝花序能正常直立，10份表现为弯曲，3份表现为下垂。

2.2 参试材料花期耐寒性分析

对各参试材料花期低温处理表型总评分进行系统聚类分析，结果显示，在5分类距离上可将不同油菜品种分为4个耐寒性等级（图2，表3），分别为强耐、耐、敏感、极敏感类型。

如表4所示，JD08、JD10、JD17这3份种质属于第Ⅰ级，为强耐寒种质；JD04、JD06、JD14等12份种质属于第Ⅱ级，为耐寒种质；JD24、JD26、JD30等30份种质属于第Ⅲ级，为低温敏感种质；JD36、JD38、J41、JD044这4份种质属于第Ⅳ级，为低温极敏感种质。其中JD38为低温极敏感种质，JD08为强耐寒材料，低温胁迫前后表型如图3所示。

2.3 花期低温对参试材料成熟期农艺性状的影响

进一步跟踪观察参试材料成熟期的农艺性状，

将花期低温处理的JD38、JD08成熟期的农艺性状与对照比较（图4），花期低温对株高、一次有效分枝数、主花序长、角果长的影响均未达到显著水平，对主花序有效角果数、分枝有效角果数、每角粒数、单株产量的影响均达到了显著水平。JD08的主花序有效角果数从35.8个下降至20.0个，每角粒数从18.0粒降低至12.6粒，单株产量从4.49g降低至2.77g；JD38的主花序有效角果数从46.0个下降至0个，分枝有效角果数从53.7个下降至6.6个，每角粒数从13.1粒降低至4.1粒，单株产量从4.47 g降低至0.57g。强耐寒种质JD08的主花序有效角果数、每角粒数和产量的降幅显著低于低温敏感种质JD38。

2.4 参试材料大田栽培耐寒性表现

参试材料大田栽培于2023年1月25至29日遭遇连续-3℃至-1℃低温天气，4月3日，观察参试材料成熟期结实情况，低温敏感材料和耐寒材料的表现如图5所示，低温敏感材料表现严重的分段结实、萝卜角；耐寒材料的主花序发育正常，未出现明显分段结实及萝卜角现象，结实性明显优于低温敏感材料，结果与人工花期低温处理大棚栽培的表型一致，说明盆栽油菜花期人工低温处理对甘蓝型油菜花期耐寒性的鉴定评价体系具有较高的准确性。

3 讨论与结论

油菜花期低温胁迫对植株表型有很大影响，低温敏感材料表现为叶片萎蔫、呈水渍状、果实出现斑点、植株变弱、生长迟缓、黄化、产量下降、品质降低和局部组织坏死等[20-22]。通过观察统计胁迫下植株形态指标进行植物抗性评价是一种常见的方法。李心等[20]以20个开花期红掌品种为试材，在上海地区冬季大棚自然低温环境下进行种植，观察叶柄、叶片、花柄、苞片的冷害症状，统计各器官冷害指数，通过主成分和聚类分析进行耐寒性评价；范高领等[23]以多种类型辣椒纯系种质资源为试验材料，在辣椒漂浮育苗生理苗龄达到4～6片叶时，采用模拟极端淹水处理，经过叶形、叶色、茎形、茎色、根形、根色等形态学统计分析，构建辣椒耐涝性评价体系。本研究发现，不同种质甘蓝型油菜花期各器官的冷害症状表现出差异性，拟定叶片、花序、花蕾、花朵、角果、果柄等表型的寒害程度制定记分标准，以JD05（20B）为参照进行聚类分析，得出强耐寒（≥15分）、耐寒（12～14分）、敏感（6～11分）、极敏感（≤5分）4个等级标准，并筛选出3份花期强耐寒的油菜种质，可为甘蓝型油菜花期耐低温品种培育筛选提供鉴定评价方法和种质资源。

低温抗性鉴定主要有室内鉴定和室外鉴定两种方式[18]。本研究采取人工低温处理大棚栽培鉴定，并通过大田栽培验证，结果表明，以盆栽实验花期人工低温处理鉴定甘蓝型油菜花期耐寒性的评价体系具有较高的准确性，可以作为判定花期甘蓝型油菜耐寒性的一种有效方法。相较于单独的大田鉴定评价，盆栽实验花期人工低温处理鉴定可以在受控的环境条件下进行评估，有助于加快油菜资源或育种材料花期耐寒性的鉴别筛选与利用，由于室内条件和户外自然环境存在一定的差异，评估结果可能无法完全反映植物在实际寒冷条件下的表现，因此，有必要模拟更多的室外低温环境对油菜种质花期耐寒性进行鉴定。

试验筛选出JD08、JD10、JD17共3份花期强耐寒的油菜种质，证实采用盆栽油菜花期人工低温处理对甘蓝型油菜花期耐寒性的鉴定评价体系具有较高的准确性。

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（责任编辑：谢培庚）