施肥管理對油菜種子萌發(fā)特性的影響

郭麗璇，耿國濤，任 濤，李小坤，叢日環(huán)，魯劍巍

（華中農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游耕地保育重點實驗室，湖北 武漢 430070）

輕簡化和機械化是我國油菜生產(chǎn)提高產(chǎn)業(yè)競爭力的關(guān)鍵［1］。直播作為油菜輕簡化和機械化的核心，具有省工省時、操作簡單等優(yōu)點，是適用于目前我國農(nóng)村勞動人口短缺現(xiàn)狀的重要栽培技術(shù)。提高收獲密度是直播油菜高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要保證［2-3］，然而由于受到低溫、漬水、干旱、營養(yǎng)缺乏等多種非生物脅迫，直播冬油菜密度會隨著生育時期推進不斷降低，導致最終收獲密度往往只有播種密度的30%～50%［4］。因此為了提高成苗密度，實際生產(chǎn)中油菜播種量往往高達7.5～9.0 kg·hm-2，不僅造成種子的大量浪費，也限制了油菜輕簡化和機械化生產(chǎn)中精量播種技術(shù)的發(fā)展。

直播油菜出苗率受播期、播種深度、土壤狀況、施肥以及種子質(zhì)量等多種因素的影響［5-7］，種子質(zhì)量是其中重要的因素之一。種子發(fā)芽前期主要靠自身營養(yǎng)供給其發(fā)芽出苗，研究發(fā)現(xiàn)水稻種子的氮含量與發(fā)芽指標之間存在相關(guān)性，種子氮含量越高，發(fā)芽率越高［8］；對小麥的研究則表明種子中磷儲量在早期成長階段非常重要，磷含量高的種子，其生物量越高［9］；大豆種子硼含量過低時會損傷種子胚，影響種子發(fā)芽并易形成畸形苗［10］。由此可見種子養(yǎng)分含量會對種子的發(fā)芽和幼苗質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響，而合理的施肥管理措施則有助于改善種子營養(yǎng)狀況，提高種子發(fā)芽和成苗率。因此本研究選取田間試驗不同施肥處理收獲后的油菜種子，通過種子室內(nèi)萌發(fā)試驗以及種子養(yǎng)分含量和相關(guān)生理指標的測定，研究各養(yǎng)分含量對油菜種子萌發(fā)及成苗的影響，以期為直播油菜種子的培育以及油菜精量化播種種子的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試油菜種子

本試驗選用2016年10月～2017年5月在湖北省武穴市梅川鎮(zhèn)開展的不同施肥處理收獲的油菜種子。其田間試驗共包括6個處理，分別為（1）完全不施肥處理（CK），（2）不施氮處理（-N），（3）不施磷處理（-P），（4）不施鉀處理（-K），（5） 不 施 硼 處 理（-B），（6） 氮 磷鉀硼平衡施肥處理（NPKB）。各施肥處理除不施相應養(yǎng)分外，其它養(yǎng)分施用量相同，分別為N 150 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2、硼砂9.0 kg·hm-2。田間試驗供試品種為大地199，油菜于2016年10月4日播種，2017年5月3日收獲。除肥料施用按方案執(zhí)行外，其它田間管理措施均采用當?shù)剞r(nóng)技部門推薦技術(shù)進行田間水分、病蟲草害防控等。在油菜收獲時，每個小區(qū)選取一個0.6 m×0.6 m樣方，將樣方內(nèi)所有油菜植株取樣帶回實驗室風干后，手動脫殼去雜置于4℃的冰箱冷藏備用。

1.2 測定指標與方法

1.2.1 油菜種子萌發(fā)

油菜種子室內(nèi)發(fā)芽試驗：選取顆粒飽滿、大小均勻的油菜種子進行發(fā)芽試驗。先用1%NaClO消毒10 min，再用去離子水清洗干凈。將種子放入鋪有紗布的發(fā)芽盤中，每個處理整齊擺放100粒種子，3次重復。放入25℃生化培養(yǎng)箱中濕潤培養(yǎng)，每天光照 12 h，培養(yǎng)7 d。記錄每天發(fā)芽出苗情況，第7 d觀察記錄正常苗數(shù)（植株直立，葉子展開無殘缺）、畸形苗數(shù)（植株彎曲、葉子黃化或葉子殘缺），同時每個處理隨機挑選50株測定其干重。計算油菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、種子活力指數(shù)、出苗率、未成苗率、正常苗率和畸形苗率。

1.2.2 油菜種子養(yǎng)分含量

油菜種子在60℃烘箱中烘24 h，磨碎、過0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，連續(xù)流動注射分析儀（AA3，德國）測定全氮和全磷（P2O5）含量，采用火焰光度法測定全鉀（K2O）含量，用1 mol·L-1鹽酸浸提-姜黃素比色法測定全硼含量。

1.2.3 油菜種子生理特性

選取吸脹12 h的油菜種子，參考李合生［11］和陶梅等［12］的方法，分別測定種子的可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛含量以及脫氫酶的活性?？扇苄缘鞍撞捎?0 mmol·L-1磷酸緩沖液（pH值7.8）浸提，考馬斯亮藍G-520法測定；可溶性糖用沸水浸提，蒽酮比色法測定；丙二醛用5%三氯乙酸（TCA）浸提，硫代巴比妥酸溶液法測定；脫氫酶活性用0.1% 2，3，5-氯化三苯基四氮唑（TTC）溶液和無水乙醇浸提，紫外分光光度計測定吸光度值。

1.2.4 相關(guān)參數(shù)計算

發(fā)芽勢（%）=3 d發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100

發(fā)芽率（%）=7 d發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù)×100

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（GT/DT），式中，GT為發(fā)芽數(shù)，DT為相應的發(fā)芽天數(shù)

種子活力指數(shù)=GI×50株幼苗干重

出苗率（%）=7 d出苗數(shù)/種子總數(shù)×100

未成苗率（%）=（發(fā)芽數(shù)-出苗數(shù)）/發(fā)芽數(shù)×100

正常苗率（%）=正常苗數(shù)/出苗數(shù)×100

畸形苗率（%）=畸形苗數(shù)/出苗數(shù)×100

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件進行整理計算；采用SPSS 18.0進行不同處理種子養(yǎng)分含量等指標的單因素方差分析，并在P＜0.05水平上進行顯著性檢驗；采用R軟件（version 3.6.1）“corrr”包進行多因子指標間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對油菜種子養(yǎng)分含量的影響

不同施肥處理油菜種子養(yǎng)分含量差異明顯（表1），其中不施肥處理種子的氮、磷、鉀和硼含量明顯降低，與平衡施肥處理相比，分別減少了16.9%、24.1%、4.9%和31.1%，其它缺素處理對油菜種子養(yǎng)分含量的影響略有不同。養(yǎng)分不均衡供應均會影響種子氮含量，其中以不施氮、不施鉀和硼處理種子氮含量顯著降低；不施氮對種子磷含量影響較小，但不施鉀和硼處理種子磷含量則明顯低于平衡施肥處理；種子鉀含量與其它養(yǎng)分含量趨勢略有不同，在本試驗條件下不施鉀并未對油菜種子鉀含量產(chǎn)生明顯影響，但不施磷顯著降低了種子鉀含量；硼肥施用是影響種子硼含量的關(guān)鍵，不施硼處理種子硼含量明顯低于其它處理。

表1 不同施肥處理對油菜種子養(yǎng)分含量的影響

2.2 不同施肥處理對油菜種子發(fā)芽狀況的影響

與平衡施肥處理相比，不施肥處理油菜種子各項發(fā)芽指標均明顯降低，其它缺素處理油菜種子發(fā)芽指標也均低于平衡施肥處理（表2）。不施氮和硼顯著降低了種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，其3項指標均為最低。不施磷處理種子發(fā)芽勢與平衡施肥處理相比差異不顯著，但其發(fā)芽率和種子活力指數(shù)則顯著低于平衡施肥處理，尤其是種子活力指數(shù)較平衡施肥處理降低了19.2%。不施鉀處理種子發(fā)芽率較高，但其發(fā)芽勢和活力指數(shù)較低，分別比平衡施肥處理減少了9.0%和10.7%。

表2 不同施肥處理對油菜種子發(fā)芽指標的影響

2.3 不同施肥處理對油菜種子出苗狀況的影響

表3顯示的是不同施肥處理對油菜種子出苗指標的影響。與平衡施肥處理相比，不施肥處理油菜種子的出苗率和正常苗率明顯降低，未成苗率和畸形苗率顯著升高。其它缺素處理油菜種子的出苗率與平衡施肥處理差異較小，從出苗率來看，不施氮和硼處理顯著低于平衡施肥處理，其它缺素處理與平衡施肥處理則無顯著性差異。在未成苗率上，不施氮處理的未成苗率最高，比平衡施肥處理高46.6%。與平衡施肥處理相比，不施磷、鉀和硼對油菜未成苗率沒有產(chǎn)生明顯影響，但不施磷和硼處理則顯著增加了油菜的畸形苗率。表3 不同施肥處理對油菜種子出苗狀況的影響（%）

處理 出苗率 未成苗率 正常苗率 畸形苗率CK 74.6±4.1 c 22.4±5.5 a 75.3±2.6 c 24.5±2.6 a-N 78.0±4.3 bc 19.5±3.8 a 80.6±2.2 b 19.3±2.2 b-P 84.0±1.7 ab 13.4±1.1 b 72.2±1.2 c 27.7±1.2 a-K 81.6±4.0 ab 16.6±3.4 ab 80.8±1.0 b 19.1±1.0 b-B 80.0±2.6 bc 17.2±1.7 ab 74.9±1.6 c 25.0±1.6 a NPKB 86.3±0.5 a 13.3±0.5 b 86.4±1.2 a 13.5±1.2 c

2.4 不同施肥處理對油菜種子生理指標的影響

不同施肥處理對油菜種子生理指標的影響如圖1所示?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍鬃鳛榉N子中的貯藏物質(zhì)，對種子萌發(fā)和幼苗生長非常重要。與平衡施肥處理相比，不施肥處理種子的可溶性糖和可溶性蛋白含量明顯降低。養(yǎng)分缺乏顯著降低了種子的可溶性糖含量，其中以不施氮和磷處理油菜種子可溶性糖含量最低；同樣不施氮和硼顯著降低了種子的可溶性蛋白含量。脫氫酶是種子呼吸時所需的重要酶，丙二醛含量大小表示脂質(zhì)過氧化程度膜系統(tǒng)損傷程度，與平衡施肥處理相比，不施肥、不施氮和鉀顯著降低了種子脫氫酶的活性，提高了種子丙二醛的含量；不施磷和硼對種子脫氫酶活性和丙二醛的含量未產(chǎn)生明顯影響。

圖1 不同施肥處理對油菜種子生理指標的影響

從不同施肥處理收獲的油菜種子發(fā)芽出苗指標與種子養(yǎng)分含量和生理指標進行相關(guān)性分析結(jié)果來看（圖2），種子氮、可溶性蛋白含量與種子未成苗率呈高度負相關(guān)；而種子磷和硼、可溶性糖含量則與種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)密切相關(guān)。隨著種子磷含量的降低，油菜種子畸形苗率明顯升高。種子硼含量同樣與油菜種子未成苗率呈現(xiàn)顯著負相關(guān)關(guān)系，隨著種子硼含量的降低，種子未成苗率顯著提升。在本試驗條件下，種子鉀含量和種子發(fā)芽出苗以及生理指標并未呈現(xiàn)密切的聯(lián)系。

圖2 油菜種子養(yǎng)分含量、生理指標以及種子萌發(fā)指標的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不施肥和缺素處理對油菜種子氮、磷含量影響較大，而對鉀和硼含量的影響較小，尤其是不施氮和硼處理油菜種子的氮、磷和硼含量均較低，這與前人研究一致［13-15］。在本試驗中施肥對種子鉀和硼含量影響較小，一方面與田間試驗土壤速效鉀含量較高，施鉀效果不顯著有關(guān)，另一方面油菜地上部80%左右的鉀和75%左右的硼積累在莖稈和角果皮中，籽粒中的鉀和硼積累量僅占20%和25%左右［16-17］。

平衡施肥能夠顯著提高油菜種子發(fā)芽勢和出苗率，降低未成苗率和畸形苗率。與平衡施肥處理相比，各缺素處理油菜種子的發(fā)芽率和正常苗率顯著降低，畸形苗率顯著升高，這與前人研究大體一致［18-22］。研究表明種子氮含量與發(fā)芽指標之間存在相關(guān)性［23］，當種子氮濃度較高時，能夠更快的吸收水分，提高種子的發(fā)芽率［8］。磷在種子早期成長階段非常重要，種子磷儲量對種子生長發(fā)育影響很大［24］。不施磷處理的油菜種子氮含量較高，但磷含量很低，致使其發(fā)芽指數(shù)和正常苗率較低，畸形苗率顯著升高。

油菜種子的發(fā)芽、出苗指標及生理指標對不同施肥處理的響應不同。種子內(nèi)貯藏物質(zhì)的含量對種子萌發(fā)和幼苗生長至關(guān)重要，可溶性糖是種子的主要呼吸底物，可溶性蛋白可為種子萌發(fā)及幼苗生長提供氮素，因此種子的可溶性蛋白和可溶性糖含量是衡量種子活力大小的重要指標［25-27］。脫氫酶是種子進行呼吸作用所需的重要酶［28］，脫氫酶活性越高，種子活力越高［29］。種子活力還與細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性密切相關(guān)［30］，丙二醛是生物膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，其含量可以表示生物膜脂過氧化作用的程度［31］，因此丙二醛含量是反映細胞膜脂過氧化作用強弱和質(zhì)膜破壞程度的重要指標。試驗中不施肥處理油菜種子的各項生理指標顯著低于平衡施肥處理，其相應的發(fā)芽出苗指標最低。其它缺素處理中，不施氮處理油菜種子的可溶性蛋白、可溶性糖含量和脫氫酶活性最低，并且產(chǎn)生了較高的丙二醛含量，因此顯著降低種子的發(fā)芽率。不施磷肥處理油菜種子的發(fā)芽勢和出苗率較高，但其產(chǎn)生的畸形苗率最多，這可能由于前期發(fā)芽時呼吸作用消耗了大量的可溶性糖，不利于后期幼苗生長。不施硼肥處理油菜種子各項生理與平衡施肥處理的差異不大，但油菜種子的發(fā)芽出苗指標都較低，且產(chǎn)生的畸形率較高，從養(yǎng)分含量來看其硼含量很低，這可能與其缺硼對生殖器官產(chǎn)生損害有關(guān)［32］。由此可見平衡施肥能夠提高油菜種子各項發(fā)芽出苗指標及生理指標，尤其是油菜種子的可溶性蛋白和可溶性糖含量，進而提高種子發(fā)芽勢，降低畸形苗率。油菜種子的氮、磷、可溶性糖和可溶性蛋白含量與發(fā)芽出苗指標顯著相關(guān)，可以用來評價油菜種子的萌發(fā)狀況。

綜合本試驗的結(jié)果來看，油菜種植季節(jié)的施肥措施顯著影響種子的質(zhì)量，進而影響種子的萌發(fā)以及出苗狀況。平衡施肥處理收獲的油菜種子養(yǎng)分、可溶性蛋白和可溶性糖含量較高，種子的發(fā)芽勢、出苗率和正常苗率高，能夠快速整齊的發(fā)芽出苗。與平衡施肥相比，不施氮肥或不施硼肥顯著降低了油菜種子的氮、磷含量，其發(fā)芽勢和正常苗率顯著降低；不施磷肥降低了種子磷和可溶性蛋白含量，產(chǎn)生的畸形苗率最高。因此在培育直播油菜種子時應注意平衡施肥，尤其是氮肥、磷肥和硼肥。