中国赤水河流域高粱种质耐冷性综合评价：从萌发特性、田间表现到生理机制解析

本研究系统评估了71份中国赤水河流域高粱种质资源的耐冷性，通过萌发试验（10/15/25°C）、田间早播模拟低温胁迫（10-15°C）及生理指标测定（SOD、POD、MDA等），发现12号、22号等种质在D值>0.6的隶属函数分析中表现优异，其萌发率（97-100%）、单穗粒重（63.3g）及抗氧化酶活性（SOD 1.77，POD 2.03）显著优于冷敏感材料（如17号）。研究首次确定15°C为萌发期耐冷评价最优温度（R2=0.9811），并建立基于SOD/POD活性的预测模型（R=0.976），为酿造高粱耐冷育种和栽培提供重要理论依据。

　　

引言：耐冷高粱种质探索的重要性

低温胁迫是限制C4作物高粱（Sorghum bicolor）生产的关键非生物因素。起源于非洲热带地区的高粱虽具有强生态适应性，但其产量易受冷害影响（如晚春寒导致温度<10°C）。中国赤水河流域作为酱香型白酒核心产区，80%高粱用于酿酒，但该区域海拔差异大（300-1700米），上游低温环境对传统栽培构成挑战。研究假设当地长期驯化的56份红缨子糯高粱变种可能蕴含丰富的耐冷遗传变异。

材料与方法：多维度评价体系构建

实验选取71份种质（含56份赤水河流域材料），采用三阶段评价：

1. 1.

   萌发期耐冷：25°C对照下，测定10°C/15°C处理的萌发势（GPo）、胚芽长（PL）、胚根鲜重（RFW）等8项指标，通过隶属函数法计算D值。

2. 2.

   田间验证：通过早播（2月15日/3月5日）模拟低温胁迫，监测出苗率及单穗粒重，发现耐冷种质12号在极端早播下仍保持100%出苗率，粒重仅降低16%。

3. 3.

   生理机制：测定幼苗期叶片的相对含水量（RWC）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）等指标，发现耐冷材料SOD活性达1.77，MDA含量仅1.20，膜稳定性显著优于敏感材料。

结果：耐冷性分级与关键指标

1. 1.

   萌发期分级：15°C处理下，71份种质聚类为4类——耐冷型（11份，如12号）、中度耐冷型（22份）、中度敏感型（29份）和敏感型（9份，如17号）。10°C导致多数材料萌发率下降60%，但耐冷材料胚根/胚芽长度比增加，显示胚芽对低温更敏感。

2. 2.

   田间表现关联：耐冷种质2号、12号在早播条件下单穗粒重达53.4-63.3g，显著高于敏感种质48号（降低35%）。萌发期与田间D值显著正相关（r=0.687）。

3. 3.

   生理标记：逐步回归确定SOD和POD为关键指标，预测模型D=-2.261+2.459SOD-0.596POD（R2=0.954），验证R=0.976。耐冷材料表现出高叶绿素保留率（0.98）和低膜透性（PMP<1）。

讨论：酿造高粱的耐冷机制与应用

赤水河流域的高海拔环境可能通过自然选择富集了耐冷糯高粱种质，其高支链淀粉特性与低温适应相关（类似高海拔水稻）。研究首次将田间产量性状纳入耐冷评价，弥补了传统萌发试验的局限性。耐冷材料中SOD/POD的高活性与酱香型白酒所需酚类物质代谢可能存在协同效应，这为品质育种提供新思路。

结论：资源与方法的双重价值

该研究不仅鉴定出12号、22号等优异耐冷种质，还建立了15°C萌发筛选标准和SOD/POD预测模型。这些成果对扩展高粱种植至赤水河上游高海拔区域（>1200米）及应对气候变化具有实践意义，同时为酿造高粱的"耐冷-优质"协同育种奠定基础。