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生物技术通报 | 花生种用品质影响因素及相关标记研究

花匠小妙招
2025-11-27 23:05

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目的厘清品种、地点、气象因素和镉含量对花生种用品质的影响，并开发花生种用品质相关标记，为提高花生种用品质和实现花生高产稳产的产业目标提供依据。

方法采用不同花生品种在北方区进行多点试验，对花生种用品质进行方差分析和多重比较；以种用品质指标为因变量、气象因子为自变量进行逐步回归分析；对籽仁镉含量与种用品质指标间的相关性进行分析；运用关联分析发掘花生种用品质相关分子标记。

结果品种、地点、气象因素及其互作对花生种用品质的影响均达极显著水准。种植大粒花生的10个地点中，青岛发芽势、发芽率及发芽指数高于其他地点，唐山活力指数高于其他地点。种植小粒花生的12个地点中，青岛发芽势高于其他地点，青岛和唐山发芽率高于其他地点，青岛发芽指数和活力指数高于其他地点。大粒花生镉含量与4项种用品质指标存在显著或极显著负相关关系；在一定范围内，镉含量与小粒花生发芽指数存在着极显著正相关关系。利用标准发芽试验统计的4个种子活力性状数据与60对AhTE标记进行关联分析，选用的标记覆盖全部的花生20条染色体组，共发掘9个与花生种用品质显著相关的分子标记。

结论品种、地点、气象因素和镉含量对花生种用品质均存在显著的影响，共获得9个与种用品质性状相关的分子标记。

关键词花生；种用品质；种植区域；气候因子；遗传多样性

引用本文：于静,于桂爽,孙昊杰等.花生种用品质影响因素及相关标记研究[J].生物技术通报,2025,41(02):284-294.

花生（Arachis hypogaea L.）作为重要的油料和经济作物，在国民经济中占有重要地位［ 1-3 ］，种子活力是衡量种子品质的必要指标［4］，高活力种子有生长优势和产量潜力［5］。随着农业机械化发展，单粒播种对种子活力要求提高。而种子活力受遗传特性、贮藏环境及发育条件影响，当前研究多聚焦气象因素对花生种子发芽、出苗的影响，而对全生育期种子生产条件对种用品质的研究较少。地理环境因子对花生种用品质有显著影响［6］，不同花生品种对生态区域适应性不同［7］。因此，选择适宜花生种植的生态区进行种子生产，并选择优质专用品种，对推动花生产业可持续发展具有积极意义［8］。

全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）在植物领域广泛应用，包括花生、玉米、水稻、小麦、大豆等［ 20-24 ］20多种植物，如严玫等［20］用SSR标记对花生进行全基因组关联分析，找到与花生产量相关联的显著性SSR标记。Zhang等［25］用SNP标记的GWAS研究花生种子组成性状。李丽［26］首次通过花生Affymetrix 2.0芯片进行全基因组关联分析，为花生株型分子标记辅助选择提供理论依据。张秀荣等［27］利用花生抗旱系数和抗旱指数与SSR标记进行关联分析，找到抗旱相关标记。全基因组关联分析方法，有效发掘由多基因共同控制的数量性状候选基因。

此外，花生是一种富镉作物，在同一条件下生长，花生对镉的吸收量远大于大豆等其他豆科作物［28］。近年来，在花生生产中镉污染现象时有发生，严重影响食品安全及出口贸易。然而，目前，关于镉胁迫影响花生的研究多集中在苗期，而镉对花生种用品质的影响不够系统和深入。

本研究采用不同基因型花生品种在北方区进行多地点试验，对花生种用品质进行方差分析及多重比较，将气象因子与区试花生的种用品质、生化品质及产量进行逐步回归分析，对2个区试的花生生化品质与种用品质进行典型相关分析。并选用60对AhTE引物对自然群体的114份种质进行种用品质与遗传多样性分析，为选择适宜花生种植的生态区进行种子生产及优质专用品种提供依据，为花生产业的可持续发展注入新的活力。

1材料与方法

1.1 材料

供试大花生品种11个（含对照花育33号）、小花生品种7个（含对照花育20号），种植于山东、河北、河南、吉林、辽宁、安徽6个省份14个地点（14个环境）。栽培密度大花生每公顷150 000穴，小花生每公顷165 000穴，每穴2粒。随机区组设计，3次重复，起垄覆膜种植，按当地种植习惯进行田间管理。所有材料均为2023年9月份获得。试验所用自然群体114份花生材料，2023年5月种植于山东省花生研究所莱西基地，同年9月收获，自然干燥后备用。

1.2 方法

1.2.1 发芽试验及发芽指标测定

每个品种选取大小均一、健康饱满、种皮完好的种子，用75%酒精浸泡消毒2 min，蒸馏水冲洗3遍，置直径150 mm的玻璃培养皿中，每皿10粒种子，采用纸间（between paper, BP）法，按GB/T3543.4进行发芽试验［29］，在恒温培养箱25℃培养7 d，设3次重复。

以胚根突破种皮，露出5 mm的白色芽尖为种子发芽标准［30］。每天定时记录发芽种子数，发芽周期7 d，测量其胚根长度。计算发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数［31］各项指标，3次重复取平均值。

1.2.2 气象数据收集

气象数据统计自中国气象数据网（https：//data.cma.cn），统计北方区试14个环境下的花生全生育期（从播种期到收获期）气象因子数据，包括经度、纬度、海拔、降水量、最高气温、最低气温、昼夜温差、平均气温及平均风速（附表1）。

表1 北方区试大粒花生种用品质方差分析Table 1 Analysis of variance (ANOVA) for the seed quality of large-seeded peanut in the northern regional test

1.2.3 花生籽仁镉含量测定

利用MPA型傅里叶变换红外光谱仪（德国布鲁克光学有限公司）采集F2代单株所结花生籽仁的近红外光谱。采用近红外光谱仪自带的OPUS7.5软件配合本团队自建近红外模型由光谱导出样品镉含量数据，用于后续分析。

1.2.4 AhTE标记分析及发芽性状与AhTE标记关联分析

1.2.5 发芽性状与AhTE标记关联分析

美国兰娜型花生品种Tifrunner基因组（arahy.Tifrunner.gnm2.J5K5.genome）作为参考基因组，利用TBtools软件［33］进行序列比对，确定标记的染色体位置。利用Tassel 5.0软件对统计获得的60个AhTE标记的基因型数据与发芽势、发芽率、活力指数、发芽指数4项发芽指标进行关联分析，根据关联分析结果，设定关联显著性水平P<0.05为显著性关联。

2结果

2.1 种植地点、品种对花生种用品质的影响

2.1.1 大粒花生

对11个大粒花生品种种植在10个地点所收获的花生种用品质进行方差分析，结果表明（表1），地点间、品种间及地点与品种互作对北方区试大粒花生种用品质的影响均达显著水平（P<0.01）。表明地点、品种及互作对种用品质存在明显差异。由均方值可以得知，发芽势的地点效应大于基因型效应，地点效应贡献率为68.40%；发芽率的地点效应大于基因型效应，地点效应贡献率为60.07%；发芽指数的地点效应大于基因型效应，地点效应贡献率为69.96%；活力指数的地点效应大于基因型效应，地点效应贡献率为64.63%。可见地点效应对北方区试大粒花生种用品质的影响较大，应充分重视地点对北方区试大粒花生种用品质的影响多重比较结果。

由表2可以得知，在发芽势指标中，合肥、漯河、商丘、青岛、泰安、潍坊及郑州极显著高于菏泽、烟台及唐山，其中青岛最高，发芽势均值达到99%；在发芽率指标中，合肥、漯河、商丘、青岛、泰安、潍坊及烟台极显著高于菏泽、郑州及唐山，其中青岛最高，发芽率均值达到99%；在发芽指数中，漯河及青岛极显著高于合肥、菏泽、商丘、泰安、潍坊、烟台、郑州及唐山，其中青岛最高，发芽指数均值达到14.76；在活力指数中，漯河及唐山极显著高于合肥、菏泽、商丘、青岛、泰安、潍坊、烟台及郑州，其中唐山达到最高，活力指数均值达到96.06。

表2 北方区试大粒花生地点间种用品质的差异比较Table 2 Comparison of differences in seed quality of large-seeded peanut among locations in the northern regional test

注：均值±标准差。不同大写字母表示处理间差异极显著（P<0.01）。下同

Note:Mean ± standard deviation. Different capital letters indicate significant difference between treatments (P<0.01). The same below

由表3可以得知，在发芽势指标中，花育33号、花小宝108、冀花1353、漯花28号、农大429、囤花207、花育9137、农大D3313、中育花135号及周科花18极显著高于中育花134号，其中，囤花207最高，发芽势均值达到98%；在发芽率指标中，花育33号、冀花1353、漯花28号、农大429、囤花207、花育9137、农大D3313、中育花135号、周科花18极显著高于花小宝108及中育花134号，其中囤花207最高，发芽率均值达到99%；在发芽指数中，花育33号、漯花28号、囤花207、花育9137、农大D3313、中育花135号及周科花18极显著高于花小宝108、冀花1353、农大429及中育花134号，其中花育9137最高，发芽指数均值达到13.76；在活力指数中，漯花28号、囤花207、花育9137、中育花135号及周科花18极显著大于花育33号、花小宝108、冀花1353、农大429及中育花134号，其中花育9137最高，活力指数均值达到86.87。

表3 北方区试大粒花生品种间种用品质的差异比较Table 3 Comparison of differences in seed quality among large-seeded peanut in the northern regional test

2.1.2 小粒花生

对种植在12个地点的7个小粒品种所收获花生的4项种用品质指标进行方差分析，结果表明（表4），地点、品种及地点与品种互作对小粒花生种用品质的影响均达极显著水平（P<0.01）。由均方值可以得知，发芽势指标中的基因型效应大于地点效应，基因型效应的贡献率为48.42%；发芽率指标中的基因型效应大于地点效应，基因型效应的贡献率为43.87%；发芽指数的地点效应大于基因型效应，地点效应的贡献率为65.94%；活力指数的基因型效应大于地点效应，基因型效应的贡献率为51.24%。

表4 北方区试小粒花生种用品质方差分析表Table 4 Analysis of variance (ANOVA) for seed quality of small-seeded peanut in the northern regional test

结合北方区试大粒花生与小粒花生种用品质方差分析结果可知，地点、品种及互作对大、小粒花生种用品质均有极显著影响，大粒花生种用品质比小粒花生受地点影响更大。

由表5得知，在发芽势指标中，阜新、锦州、青岛、泰安、唐山、潍坊、烟台、驻马店及漯河等地极显著高于白城、菏泽及濮阳，其中青岛最高，发芽势均值达到98%；在发芽率指标中，阜新、菏泽、锦州、青岛、泰安、唐山、潍坊、烟台、驻马店及漯河等地极显著高于白城和濮阳，其中青岛和唐山最高，发芽率均值达到98%；在发芽指数中，阜新、青岛、驻马店、漯河等地极显著大于白城、菏泽、锦州、濮阳、泰安、唐山、潍坊及烟台，其中青岛最高，发芽指数均值达到14.84；在活力指数中，青岛和漯河两地极显著大于白城、阜新、菏泽、锦州、濮阳、泰安、唐山、潍坊、烟台及驻马店，其中青岛最高，活力指数均值为105.19。青岛的小粒花生种用品质均高于其他地点。

表5 北方区试小粒花生地点间种用品质的差异比较Table 5 Comparison of differences in seed quality of small-seeded peanut among locations in the northern regional test

由表6可知，在发芽势指标中，花育20号、农大6037、安花9号、囤花257、潍花30及郑农花32号极显著高于冀花714，其中农大6037及郑农花32号最高，发芽势均值达到97%；在发芽率指标中，花育20号、农大6037、安花9号、囤花257、潍花30及郑农花32号极显著高于冀花714，其中农大6037最高，发芽率均值达到98%；在发芽指数中，花育20号、农大6037、安花9号、囤花257、潍花30及郑农花32号极显著大于冀花714，其中农大6037的发芽指数均值为13.49；在活力指数中，农大6037极显著大于花育20号、冀花714、安花9号、囤花257、潍花30及郑农花32号，其中农大6037的活力指数均值为96.27。

表6 北方区试小粒花生品种间种用品质的差异比较Table 6 Comparison of differences in seed quality among small-seeded peanut in the northern regional test

2.2 气象因子对花生种用品质的影响

2.2.1 大粒花生

由表7可知，对北方区试大粒花生发芽势有影响的气象因子为海拔、温差及平均风速，温差的标准回归系数绝对值最大，因此，温差是对发芽势影响最大的气象因子。温差对发芽势产生极显著负向影响。说明较大温差不利于大粒花生发芽速率。

表7 气象因子对北方区试大粒花生种用品质的影响Table 7 Effect of meteorological factors on seed quality of large-seeded peanut in the northern regional test

对发芽率有影响的气象因子为经度、纬度、海拔、最高气温、最低气温、温差及平均风速，最低气温的标准回归系数绝对值最大，所以最低气温是对发芽率影响最大的气象因子。最低气温对发芽率产生显著负向影响。说明持续低温不利于大粒花生发芽率。

对发芽指数有影响的气象因子为经度、纬度、海拔、最高气温、降水量及平均风速，平均风速的标准回归系数绝对值最大，平均风速是对发芽指数影响最大的气象因子。标准回归系数为-2.654 7，平均风速对发芽指数产生极显著负向影响。说明风速过大会降低大粒花生发芽指数。

对活力指数有影响的气象因子为纬度、海拔、最高气温、最低气温、温差、降水量、平均气温及平均风速，最高气温的标准回归系数绝对值最大，所以最高气温对大粒花生活力指数影响最大，且为极显著负向影响。

2.2.2 小粒花生

由表8可知，对北方区试小粒花生发芽势有影响的气象因子是纬度、最高气温、最低气温、温差及平均气温，最低气温的标准回归系数绝对值最大，所以对发芽势影响最大的气象因子为最低气温。最低气温对发芽势产生极显著负向影响。说明在发芽初期低温不利于小粒花生发芽。对发芽率有影响的气象因子是纬度、最高气温、温差及平均气温，最高气温的标准回归系数绝对值最大，所以对发芽率影响最大的气象因子为最高气温。最高气温对发芽率呈极显著正向影响，说明高温利于小粒花生发芽率。对发芽指数有影响的气象因子是纬度、海拔、最高气温、最低气温、温差及降水量，最低气温的标准回归系数绝对值最大，所以最低气温是对发芽指数影响最大的气象因子。最低气温对发芽指数产生极显著正向影响。对活力指数有影响的气象因子是纬度、最低气温及降水量，纬度的标准回归系数绝对值最大，所以维度是对活力指数影响最大的气象因子。纬度对活力指数产生极显著负向影响。在北方区试，纬度越高的地区温度越低越寒冷，不利于小粒花生活力指数。

表8 气象因子对北方区试小粒花生种用品质的影响Table 8 Influence of meteorological factors on seed quality of small-seeded peanut in the northern regional test

2.3 镉含量与种用品质的关系

由表9可知，北方区试大粒花生镉含量与发芽势、发芽指数存在着极显著负相关关系，与发芽率、活力指数存在着显著负相关关系；北方区试小粒花生镉含量与发芽指数存在着极显著正相关关系，一定浓度范围内，随镉含量增加，北方区试小粒花生发芽指数提高。

表9 北方区试大、小粒花生镉含量与种用品质Pearson相关分析Table 9 Pearson correlation analysis of cadmium content and seed quality of large-and small-seeded peanut in the northern regional test

注：*表示相关系数显著（P<0.05），**表示相关系数极显著（P<0.01）

Note:* indicates significant correlation coefficient (P<0.05), ** indicates extremely significant correlation coefficient (P<0.01)

2.4 花生种用品质关联分析

利用90对转座子引物对114份花生样品进行扩增，用60对引物扩增出清晰、稳定的条带120条，其中多态性条带114条。利用Tassel 5.0软件，对114份花生样品的基因型数据和表型数据进行关联分析（表10），共检测到18个标记与种子活力性状存在显著相关的关联，其中，GLM及MLM两种模型共同检测出9个与种子活力性状关联相同的标记。其中，标记AhTE0003和AhTE0634与活力指数显著关联，分别位于A14和A13连锁群，表型变异解释率分别为10.21%-14.99%、4.18%-4.75%。标记AhTE0556、AhTE0191和AhTE0573与发芽指数显著相关，分别位于A17、A14和A13连锁群，表型变异解释率分别为06.33%-7.16%、8.78%-10.92%、5.94%-6.81%；标记AhTE0634和AhTE0013与发芽势显著相关，均位于A13连锁群，表型变异解释率分别为4.22%-4.49%、5.48%-5.59%；标记AhTE0013和AhTE0122与发芽率显著相关，分别位于A13和A9连锁群，表型变异解释率分别为5.87%-6.08%、3.65%-4.02%。

表10 主要分子标记与种用品质关联性汇总Table 10 Summary of associations of major molecular markers with seed quality

注：GF、GR、GI、VI分别代表发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数

Note:GF, GR, GI and VI indicate germinative force, germination rate, germination index and vital index respectively

3讨论

3.1 花生种子品质与种植区域的关系

为解决花生生产上常面临的种子发芽或出苗不整齐、幼苗长势差等问题，本研究设置了有代表性的10个大粒花生试验地点和12个小粒花生试验地点，发现在不同地点种植的花生种子表现出不同的种用品质。青岛地区对于大粒花生和小粒花生在多个指标上都有较好的表现，这可能与青岛的地理环境、气候条件等因素密切相关。孙海燕等［34］根据2007‒2011年的数据，运用综合比较优势指数法分析了我国18个花生产区的比较优势，研究表明，山东、河南、河北、广东、辽宁具有较强的综合优势，进一步说明了特定区域对于花生种植的适宜性。综合本研究发现，在青岛种植的花生种子种用品质较好。在实际生产中，可以根据不同地区的优势，选择合适的花生品种进行种植，以提高种子的质量和产量。

3.2 气象因子对花生种子品质的影响机制

综合气象因子对北方区试的大小粒花生种用品质的影响可知，温差及最低气温对发芽势产生负向影响。最低气温对发芽率产生负向影响，而最高气温对发芽率产生正向影响。平均风速对发芽指数产生负向影响，最低气温对发芽指数产生极显著正向影响。最高气温及纬度对活力指数产生极显著负向影响。这些结果表明，气象因子通过复杂的机制影响着花生种子的发芽和生长。进一步研究气象因子与花生种子生理生化过程的关系，可以更好地理解这些影响机制，为优化花生种植环境提供理论依据。

3.3 镉污染对花生种子品质的影响及应对策略

本研究发现重金属镉含量与花生发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数呈显著负相关关系，说明镉污染对花生种子品质有较大的负面影响，不利于花生种子发芽。这与吴甘霖［35］研究发现镉浓度的增加会显著抑制花生种子的发芽率一致。在小粒花生镉含量与种用品质的相关分析中，镉含量与发芽势为正相关关系，此结论与牛常青［36］结果相似，其研究发现，低浓度镉（0.25 mg/L）对花生幼苗全株生物量生长产生促进作用，但随着浓度的增加对其生长的抑制作用却在增加。面对镉污染问题，可以采取多种应对策略，如选择在镉污染较低的地区种植花生，加强土壤污染治理，培育对镉具有抗性的花生品种等。

3.4 分子标记在花生种子品质改良中的应用

通过对114个花生材料的种子活力性状数据与60对AhTE标记进行关联分析，发掘出了9个与种子活力性状存在显著相关的分子标记，为花生种子品质改良提供了新的途径。利用分子标记辅助选择，可以更准确地筛选出具有高活力种子的花生品种，提高育种效率。同时，还可以结合其他育种技术，如基因编辑等，进一步改良花生的种子品质。

综上所述，本研究为花生种植和种子品质改良提供了重要的参考依据。未来的研究可以进一步深入探讨气象因子、镉污染等因素对花生种子品质的影响机制，以及如何更好地利用分子标记等技术手段提高花生种子的质量和产量。

4结论

地点和品种显著影响花生的种用品质，大粒花生比小粒花生更易受地点影响。大粒花生与发芽率、活力指数存在着显著负相关；而小粒花生镉含量与发芽指数存在着极显著正相关，一定浓度范围内，随镉含量增加，北方区试小粒花生发芽指数提高。研究发现9个分子标记与花生种子活力性状显著相关。