《Frontiers in Plant Science》：Optimization of post-ripening treatments for efficient germination of early-harvested winter wheat seeds under speed breeding
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加速育种（Speed Breeding, SB）能够大幅缩短作物世代周期；然而，过早收获常因生理成熟度不足而导致发芽率偏低。本研究以冬小麦品种‘烟农301’为材料，优化早收种子的采后处理措施。单因素实验表明，花后20–25天（days after anthes
加速育种（Speed Breeding, SB）能够大幅缩短作物世代周期；然而，过早收获常因生理成熟度不足而导致发芽率偏低。本研究以冬小麦品种‘烟农301’为材料，优化早收种子的采后处理措施。单因素实验表明，花后20–25天（days after anthesis, DAA）是发芽率从34.63%跃升至64.67%（P< 0.01）的关键窗口。在干燥温度实验中，最适干燥温度为40°C。在以30 DAA收获的种子进行的干燥时长实验中，40°C下干燥5 d后发芽率达到80.00%。此外，在以30 DAA收获的种子进行的湿冷预处理实验中，处理4 d使发芽率提高至95.94%。正交实验进一步揭示，花后灌浆时长是影响发芽率的最重要因素，花后23天（23 DAA）为最早适宜收获时间。最终优化的方案为：23 DAA收获 + 40°C干燥2 d + 4°C湿冷预处理2 d + 1% H2O2浸泡1 d，从开花到发芽试验结束的35 d内实现97.06%的发芽率。该方案代表了所测条件下的实际最优。在10个冬小麦品种中的验证表明，发芽率范围为80.57%–95.69%，显著优于未处理对照。该方案还在一个单粒传（single seed descent, SSD）群体中实现了97.5%（195/200）的株系出苗率，表明其具有支持高效单粒传加代的潜力。本研究确定了花后灌浆时长是SB下冬小麦种子发芽的关键限制因素，并建立了一套高效的后熟处理流程，实现了高发芽率和稳定表现，为大规模育种群体构建和高效多代循环提供了关键技术支撑。
全球气候变化与人口增长对粮食安全构成严重挑战，加速小麦等主粮作物的育种进程至关重要。然而常规育种通常需要8–12年才能育成新品种，难以满足需求。速度育种（Speed Breeding, SB）通过优化光周期和温度，可将作物世代周期缩短至每年4–6代，为加速遗传改良提供了革命性潜力。在SB实践中，种子发芽质量要求因研究目标而异：以单粒传（single seed descent, SSD）为目标时仅需少量种子存活；但构建遗传群体、进行精确表型鉴定或为下一代预留充足种子时，则需要大量高活力、萌发一致的种子。低且不整齐的发芽会导致群体规模不足、幼苗不整齐、重复播种增加工作量，甚至影响遗传选择准确性。种子活力受发育成熟度和休眠特性显著影响。常规条件下种子需在母体上完成干物质积累、脱水和后熟才能获得高发芽能力；过早收获会中断这一进程，使种子处于休眠或低活力状态。已有研究主要针对春小麦，冬小麦是否适用尚不清楚。研究人员前期预实验发现，冬小麦品种‘烟农301’在15花后天数（days after anthesis, DAA）前收获即使经相同处理发芽率也接近零，表明早收种子的发芽潜力高度依赖遗传背景和栽培体系，直接套用春小麦参数可能导致冬小麦发芽失败。因此，亟需在冬小麦SB系统中系统优化收获时间和采后处理参数。
本研究以冬小麦品种‘烟农301’为材料，采用单因素实验与多因素正交实验相结合的优化策略。首先通过单因素实验系统研究灌浆时长、干燥温度、干燥时长和湿冷预处理时长对种子活力的影响，确定关键限制因素；随后通过正交实验分析花后灌浆时长、40°C干燥时长和4°C湿冷预处理时长的主效应，确定最优水平组合。创新性地引入效率指数（Efficiency Index, EI = 发芽率/总时长）作为综合评价指标，以筛选在保证高发芽率的同时兼顾时间效率的采后处理方案。在此基础上，将选定的最优方案在10个不同遗传背景的冬小麦品种和1个包含200个株系的SSD群体中进行适用性验证。
主要技术方法：研究人员在人工气候室SB条件下培养小麦。以‘烟农301’为材料，分别设计收获时间（15、20、25、30、35 DAA）、干燥温度（30、35、40、45、50、55、60°C，以室温为对照）、40°C干燥时长（0–6 d）和4°C湿冷预处理时长（0–4 d）的单因素实验。每个处理3个生物学重复，每个重复来自5个主茎穗混合种子。种子经标准发芽试验测定发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。随后采用L16(43)正交实验，因素A为花后灌浆时长（17、19、21、23 d），因素B为40°C干燥时长（0、1、2、3 d），因素C为4°C湿冷预处理时长（0、1、2、3 d）。数据用极差分析和三因素方差分析处理。验证材料包括10个冬小麦品种（含‘烟农301’等）和200个F3重组自交系（来自‘中科311’ב西农511’）。
3.1 单因素实验结果：通过单因素实验明确各因素的作用。
3.1.1 收获时间对种子发芽的影响：随着花后时间延长，穗和种子形态由绿转黄，20–25 DAA为关键窗口，发芽率从34.63%升至64.67%（P<0.01）。百粒重在25 DAA后基本稳定，但发芽指数和活力指数持续上升至35 DAA，表明生理成熟与发芽能力成熟不同步。
3.1.2 干燥温度对种子发芽的影响：在30 DAA收获种子中，40°C干燥3 d的发芽率（68.89%）、发芽势、发芽指数和活力指数均显著高于其他温度；45°C及以上温度严重损害发芽能力。
3.1.3 40°C干燥时长对种子发芽的影响：种子在40°C下干燥，干燥0–1 d发芽率略降，之后逐渐上升；干燥5 d后发芽率达80.00%，与6 d无显著差异。种子失水至恒重约需2.5 d，但发芽能力在5 d才达到平台，说明脱水恒重并不等于休眠完全释放。
3.1.4 4°C湿冷预处理时长对种子发芽的影响：30 DAA种子经4°C湿冷预处理4 d后发芽率达95.94%，显著高于3 d的83.25%。
3.2 多因素正交实验优化结果：L16(43)正交实验显示，17和19 DAA收获的种子即使经处理也几乎不发芽；21 DAA处理间变异大；23 DAA收获的大多数处理获得较高发芽率。极差分析表明，因素A的极差（57.75%）远大于因素B（15.60%）和C（15.50%），灌浆时长是最关键因素。三因素方差分析中，因素A的偏η2=0.837，且23 DAA处理的平均发芽率显著高于其他水平，确认23 DAA是打破休眠并获得高发芽率的前提。
3.3 优化组合的验证与效率分析：基于23 DAA收获，设置6种干燥与湿冷预处理组合。结果显示，处理3（干燥2 d+湿冷预处理2 d）发芽率97.06%，变异系数0.35%，效率指数2.77，总时长35 d，为最佳实用方案。虽然处理6（干燥3 d+湿冷预处理3 d）发芽率最高（98.81%），但总时长37 d，效率指数2.67，低于处理3。
3.4 优化方案的多品种适用性验证：在10个冬小麦品种中，优化方案（23d-T）的发芽势和发芽率均显著高于两个对照（23d-CK和27d-CK）。优化方案下发芽率为80.57%–95.69%，其中7个品种超过85%，表明该方案对不同遗传背景的冬小麦品种具有广泛适用性。
3.5 优化方案在SSD群体中的加代验证：在200个F3株系中，90.0%的株系3粒种子全部正常发芽。每个株系选1粒发芽种子单粒播种后，株系出苗率达97.5%（195/200），幼苗生长整齐健壮，表明该方案可为SSD群体提供稳定高效的单粒发芽支持。
讨论部分总结：研究人员指出，花后灌浆时长是决定冬小麦SB下种子发芽能力的关键因素。种子在SB条件下生理成熟与发芽能力成熟存在显著异步性，干物质积累完成不等于休眠释放。与春小麦等作物相比，冬小麦需要更长的灌浆时长才能获得高发芽率。干燥与湿冷预处理在满足灌浆时长前提后，可在一定参数范围内组合实现高发芽率，二者作用并非简单相加，可能存在交互作用，但受正交设计限制未检验。优化方案带来的时间效率优势明显，EI指标能综合评估发芽率与时间成本。但该最优方案属于所测参数空间和主效应框架下的实际最优，而非全局最优。未来可考虑
