陈 泠，朱展望，刘易科，佟汉文，何伟杰，邹 娟，张宇庆，高春保,2

(1.湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室/农业部华中地区小麦病害生物学科学观测实验站/湖北省小麦工程技术研究中心，湖北武汉 430064；2.主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，长江大学，湖北荆州 434025)

我国的长江中下游麦区、西南麦区、东北春麦区等区域在小麦成熟时节常出现阴雨天气，小麦易发生穗发芽灾害[1-2]。穗发芽不仅会降低小麦产量，易使籽粒霉烂、品质劣化，而且会导致小麦丧失种用价值。小麦种子颜色目测可区分为红粒小麦和白粒小麦，且一般认为红粒小麦的穗发芽抗性比白粒小麦强[3-4]。小麦种子颜色的目测法结果易受主观和环境因素影响，误差较大。NaOH法也可以判断小麦种子颜色，红粒和白粒小麦种子经5% NaOH溶液浸泡后，溶液分别呈深红色和淡黄色[5]，但这种方法也存在感官误差。用色差计测量颜色，数据客观稳定，可排除人为因素干扰，便于不同测量材料间定量比较。色差计的测定方法多采用CIELAB(L*a*b*)系统[6]。该系统以3个色度测量值L*、a*、b*表示样品的颜色，其中L*为正值表示亮，为负值表示暗；a*为正值表示红色，为负值表示绿色；b*为正值表示黄色，为负值表示蓝色。Peterson等[7]用色差计法和目测颜色分级法分析了543份美国硬白冬小麦籽粒颜色，发现部分色差计参数L*、a*、b*在不同分级间差异显著，但无法用于准确判断颜色分级。Groos等[8]认为，a*/L*比值比较适合分析小麦籽粒颜色和小麦穗发芽间的关系。Imtiaz等[5]用小麦种子色差计数据与小麦穗发芽进行分析，结果显示，a*/L*比值与种子发芽指数、穗发芽率间相关系数分别为-0.64和-0.37(P< 0.001)。Zhu等[9]在全基因组关联定位小麦穗发芽抗性QTL位点时，将色差计参数a*/L*比值作为小麦种子颜色的替代值来分析QTL位点与种子颜色的相关性。

本研究利用色差计分析小麦种子颜色，期望用色度的指标L*、a*和b*等来定量分析小麦的种子颜色，同时比较色差计法和目测法测定结果与小麦穗发芽抗性的相关性，以期为穗发芽抗性分析提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

本研究分析用小麦材料790份，包括湖北地方小麦资源种质材料557份(由湖北省中期种质资源库提供)和优异品种(系)233份(含国外材料12份)。验证用小麦材料228份(国内育成品种和品系217份，国外材料11份)。所有材料于2018-2019年度种植于湖北省农业科学院南湖试验田，正常田间管理。

1.2 整穗发芽率测定

在小麦生理成熟时，每个分析材料随机选取5个穗子(含10 cm穗下节部分)，每个验证材料随机选取10个穗子，取样时确保穗子完整、无病害、无缺损。样品室温晾干5 d，保存于-20 ℃冰箱中待用。材料收集完成后，从冰箱中取出穗子，插在有孔的托盘上，室温晾干2 d。托盘孔径0.6 cm，孔距1.6 cm。托盘移至人工气候室中进行自动降雨模拟实验，每4 h喷淋20 min，室内温度20±2 ℃。处理5 d后取出发芽整穗，保存在-20 ℃冰箱中，以便后期人工计数。以种子胚芽或胚根超过种子长度的一半作为发芽鉴定标准。小麦材料的整穗发芽率(SGR)=(所有穗子的发芽种子数/所有穗子种子总数)×100%。

1.3 色差计测量

色差计为柯尼卡美能达CM-5(https://sensing.konicaminolta.asia/product/cm-5-spectrophotometer/)。田间小麦材料成熟后，人工收割，利用单穗脱粒机进行脱粒，每个小麦品种(系)经人工去杂，剔除病害、杂粒和不饱满粒后，称取30 g种子用于色差计测量颜色参数。色差计先用白板校正，然后开始下述操作步骤：将种子倒满测量平皿，用直尺沿平皿表面刮平后进行测量。重复上述步骤，获得L*、a*、b*的3次测量值，L*值越大，颜色越亮(白)，a*值越大，颜色越偏红色，b*值越大，颜色越偏黄色。取3次结果的平均值用于统计分析。

1.4 数据分析

利用Excel和SPSS20软件对数据进行统计和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 小麦籽粒颜色的色差计测定结果和穗发芽情况

小麦籽粒的L*、a*和b*平均值分别为 52.60±3.18、10.19±1.03和27.54±2.30，其中a*的变异系数最大，b*值其次，L*最小(表1)。

表1 色差计和穗发芽结果分析

通过目测法将790份材料分成455份红粒材料和335份白粒材料。对色差计测定指标L*、a*和b*及其比值进行独立样本T检验表明，红粒和白粒材料间L*、a*、b*、a*/b*和a*/L*均值均差异显著，其中红粒的a*、a*/b*和a*/L*均值显著高于白粒，其他值均显著低于白粒。说明红粒小麦种子颜色偏红暗，白粒小麦种子颜色偏黄亮。红粒小麦的SGR均值显著低于白粒小麦，说明红粒小麦比白粒小麦抗穗发芽。红粒和白粒小麦SGR的变化范围分别为0.00%～100.00%和4.33%～ 99.58%，说明红粒和白粒小麦中都有抗穗发芽和感穗发芽材料。

红粒和白粒的L*、a*和b*值变异系数相对于总体有所降低，但红粒SGR变异系数高达122.36%，说明红粒小麦在品种(系)间SGR值差异很大。

2.2 色差计参数、种子颜色、SGR之间的相关性

对色差计数据、种子颜色(红粒设置为1，白粒设置为2)和SGR数据相关性分析(表2)表明，790份小麦材料的色差计参数与种子颜色均显著相关，其中a*、a*/b*和a*/L*与种子颜色呈负相关，其他呈正相关。特别是a*/b*和b*/a*与种子颜色相关性最强，相关系数分别为-0.934和0.941，说明a*/b*值越大或b*/a*值越小，种子颜色越趋于红色。色差计参数、种子颜色与SGR均显著相关，其中a*/b*和b*/a*与SGR相关性较高(相关系数分别为-0.831和 0.835)，而种子颜色与SGR的相关性最高(相关系数为0.854)，说明白粒(种子颜色值高)或b*/a*值大，穗发芽率高。

表2 色差计数据、种子颜色和SGR间的相关性

与总体相比，红粒和白粒材料的部分数据间相关性发生变化。如a*与L*和b*的相关性由负相关变为正相关。红粒材料中，仅a*/b*和b*/a*与SGR显著相关。白粒材料中，除L*和b*/L*外，其他色差计数据均与SGR显著相关。色差计各参数与SGR相关值都较低。

2.3 色差计法判断种子颜色回归方程及验证

将种子颜色设定值作为因变量(红粒设置为1，白粒设置为2)，色差计参数为自变量，进行逐步回归分析，得到方程Y=-12.699+ 1.232b*/a*+21.308b*/L*-0.349b*+ 0.175L*，调整后R2为 0.908。利用该方程对790份分析材料进行检验，红粒材料Y值为0.61～1.42，白粒材料Y值为1.53～2.41，四舍五入后与目测结果完全一致。用228份验证材料进行验证，得到红粒材料Y值为0.85～1.36，白粒材料Y值为 1.64～2.22，与感官评价一致，说明用色差计可以很好地判断种子颜色。

利用色差计测量结果可以比较不同小麦材料的种子颜色差异。按种子L*、a*、b*、a*/b*和b*/a*值的升高顺序对228份验证小麦材料进行排序，取部分小麦材料种子进行种子颜色比较(图1)。随着L*值的升高，小麦种子颜色变亮(图1A)。a*值升高，种子红色加深(图1B)。b*值升高，种子越偏黄色(图1C)。a*/b*值升高，种子颜色由偏黄色变为偏红色(图1D)。b*/a*值升高，种子颜色变化与a*/b*的种子颜色变化相反(图1E)。

A～E：小麦种子按L*，a*，b*，a*/b*和b*/a*升序排列，数字表示小麦种子按L*，a*，b*，a*/b*和b*/a*升序的排名。

2.4 色差计参数、种子颜色与SGR回归线性 分析

将790份小麦材料的SGR作为因变量，种子颜色(红粒为1，白粒为2)作为自变量，进行逐步回归分析，回归方程为Y=-0.467+0.622X，调整后R2=0.729。将790份小麦材料的SGR作为因变量，以色差计参数L*、a*、b*、a*/b*、b*/a*、a*/L*和b*/L*为自变量，进行逐步回归分析，得到方程Y=-13.271+0.893b*/a*+23.376b*/L*-0.410b*+0.196L*，调整后的R2为 0.725。上述结果说明小麦种子颜色(红或白)可解释小麦穗发芽抗性72.9%的变异，色差计参数可解释小麦穗发芽抗性72.5%的变异。

将455份红粒小麦材料的SGR作为因变量，色差计参数L*、a*、b*、a*/b*、b*/a*、a*/L*和b*/L*为自变量，进行逐步回归分析，得到方程Y=-42.427+6.951b*/a*-42.702a*/L*+60.194a*/b+19.302b*/L*，调整后的R2为 0.114，说明红粒小麦中，色差计参数可解释其穗发芽抗性11.4%的变异。同理，在白粒小麦中进行相应的逐步回归分析，得到方程Y= 1.027-0.164a*+2.411b*/L*，调整后的R2为 0.087，说明白粒小麦中，色差计参数只能解释白粒小麦穗发芽抗性8.7%的变异。

3 讨 论

3.1 色差计法可用于小麦种子颜色定量分析

本研究利用色差计参数和小麦种子颜色目测法结果构建了回归线性方程，R2达到了0.9以上，进一步利用228份独立小麦材料验证分析表明，此方程可靠性较高，说明用色差计参数可准确判定小麦种子颜色(红或白)。色差计法与目测法各有优缺点：色差计法可用于小麦种子颜色的定性定量分析，但相对目测法感官判断，稍费时繁琐；目测法操作简单，但误差大，不能定量比较种子颜色。因此，在小麦种子颜色分析中，可将色差计法作为目测法定性的补充手段，用于种子颜色的定量比较分析。

3.2 种子颜色目测法和色差计法对小麦穗发芽的鉴定效果

人们在育种和研究中发现，红粒小麦比白粒小麦抗穗发芽。Zhou等[2]对717份中国地方小麦品种进行了6个环境下的种子发芽实验，结果表明，白粒品种的发芽率显著高于红粒品种，发芽率均值范围分别为47.2%～79.6%和19.1%～ 56.0%。陈 泠等[4]对169份白粒小麦和71份红粒小麦进行4个环境的整穗发芽实验，结果也显示，白粒品种发芽率均值显著高于红粒品种，均值范围分别为63.30%～78.81%和36.3%～ 71.35%。本研究中，红粒小麦SGR显著低于红粒小麦，这与前人研究结果一致。

本研究相关性分析结果显示，种子颜色目测法数据、色差计法参数值a*/b*和b*/a*与小麦穗发芽相关性强，相关系数分别为0.854、-0.831和0.835；其次是a*/L*与小麦穗发芽的相关性，相关系数为-0.735。单独分析红粒小麦和白粒小麦时，a*/b*和b*/a*与穗发芽的相关性也高于a*/L*，因此在分析颜色与穗发芽抗性关系时，可以考虑用色差计参数a*/b*和b*/a*。线性回归分析显示，种子颜色目测法数据和色差计参数可分别解释小麦穗发芽抗性72.9%和72.5%的变异。这说明小麦种子颜色对小麦穗发芽抗性的影响较大。但单独分析红粒小麦或白粒小麦时，色差计参数与穗发芽抗性相关性弱，相关系数最大为0.244。线性回归分析表明，色差计只能分别解释红粒和白粒小麦穗发芽抗性的11.4%和8.7%变异，说明在红粒小麦中或白粒小麦中，颜色对穗发芽抗性影响较小，还存在其他影响穗发芽抗性的因素，如抗性基因或抗性QTLs等[9-13]。

790份小麦材料中，红粒小麦材料和白粒小麦材料的SGR范围分别为0～100%和4.33%～99.58%，说明红粒和白粒小麦中都有抗性和感性品种。特别是455份红粒小麦中，穗发芽率变异系数高达122.36%。因此，必须通过穗发芽鉴定实验确定小麦品种(系)的穗发芽抗性，而不能仅凭颜色或色差计数据。