玉米不同收獲方式對(duì)種子活力等性狀的影響

李月明，郝 楠，孫麗惠，孫 楠，孫九超，王 成

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，沈陽(yáng) 110161； 2.玉米生物育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110161)

玉米是我國(guó)第一大糧食作物，隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量的要求越來(lái)越高。種子的質(zhì)量在很大程度上決定了玉米植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量，而種子活力是植物的重要農(nóng)藝性狀，是檢驗(yàn)種子質(zhì)量高低的一項(xiàng)最可靠指標(biāo)。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷提高，玉米單粒播種面積迅速擴(kuò)大，對(duì)種子活力和發(fā)芽率要求越來(lái)越高。因此，對(duì)玉米種子活力影響因素和調(diào)控機(jī)理進(jìn)行深入研究具有較高的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。

種子活力受自身遺傳因素、發(fā)育成熟度和外界環(huán)境等因素共同影響[1]。植物自胚珠完成受精后，種子便開始進(jìn)行發(fā)育，隨著各種生理生化過(guò)程的進(jìn)行，種子逐漸發(fā)育成熟。玉米種子發(fā)育達(dá)到完熟期即籽粒干硬、籽?；砍霈F(xiàn)黑色層、乳線消失、呈現(xiàn)出品種固有的顏色和光澤就可以進(jìn)行收獲。目前關(guān)于收獲期和收獲方式對(duì)玉米種子活力影響的研究較多，顧日良等[2]以玉米京科968為研究材料，研究了授粉后35～62 d不同成熟度種子的5個(gè)物理特性和8個(gè)生理生化特性，進(jìn)而確定該品種在甘肅地區(qū)的最佳收獲時(shí)期；黃兆福等[3]通過(guò)建立不同品種在遼河流域適宜機(jī)械粒收時(shí)期的預(yù)測(cè)方法模型，模擬春玉米籽粒含水率變化過(guò)程，明確了不同品種適宜機(jī)械粒收時(shí)期的分布規(guī)律；陳廣周等[4]以10份玉米自交系為試驗(yàn)材料，分析不同性狀與籽粒脫水間的相互關(guān)系，為宜機(jī)收品種選育快速脫水材料奠定基礎(chǔ)。但是目前研究大多集中在對(duì)玉米乳熟期至完熟期種子物理特性和生理生化特性與種子活力的關(guān)系研究上，而關(guān)于玉米完熟期收獲和后期延時(shí)收獲對(duì)種子活力等性狀的影響研究較少。因此，本研究以遼寧地區(qū)廣栽玉米雜交種遼單588為材料，研究適時(shí)收獲和后期站桿晾曬后延時(shí)收獲2種方式對(duì)種子活力、萌發(fā)速率、種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)、苗期生物量和耐冷性等性狀的影響，分析收獲方式與種子物理特性和生理特性之間的關(guān)系，探討收獲方式對(duì)種子活力等性狀調(diào)控的相關(guān)機(jī)制，為選用合適的收獲方式在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在遼寧省撫順市進(jìn)行，地點(diǎn)為遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院李石開發(fā)區(qū)試驗(yàn)田。試驗(yàn)以玉米雜交種遼單588為材料，以制種的方式種植其父母本，開花期選取長(zhǎng)勢(shì)一致的玉米植株掛牌，在授粉后35 d(適時(shí)收獲)采集果穗50個(gè)(以遼單588-B表示，下同)，剩余果穗扒皮站桿晾曬，在授粉后65 d(延時(shí)收獲)采集果穗50個(gè)(以遼單588-A表示，下同)。將收集的果穗自然晾曬至籽粒水分為14%時(shí)人工脫粒，用于后續(xù)試驗(yàn)分析。遼單588-B和遼單588-A分別作為2個(gè)試驗(yàn)處理。

1.2 試驗(yàn)方法

種子發(fā)芽測(cè)定：每個(gè)處理挑選健康飽滿的100粒種子，按照GB/T 3543.4-1995標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)規(guī)程，采用沙盤培養(yǎng)法在25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，待發(fā)芽結(jié)束記錄發(fā)芽種子個(gè)數(shù)。4次重復(fù)。

發(fā)芽勢(shì)(%)=(第4天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率(%)=(第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑第n天正常發(fā)芽種子數(shù)/相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

種子萌發(fā)測(cè)定：在種子吸脹20 h后，每隔4 h記錄種子萌發(fā)數(shù)。種子露白即被認(rèn)定為種子萌發(fā)。累計(jì)萌發(fā)率(%)=(測(cè)定時(shí)間點(diǎn)萌發(fā)的種子粒數(shù)/供試的種子粒數(shù))×100%。3次重復(fù)。

種子萌發(fā)速率用所有種子萌發(fā)一半所用的時(shí)間(T50)來(lái)估計(jì)，其計(jì)算公式為：T50=ti+(tj-ti)×(N/2-ni)/(nj-ni)；N代表的是所有測(cè)定萌發(fā)的種子數(shù)目；ni和nj是所記錄種子萌發(fā)數(shù)目中的2個(gè)最接近N/2的值，其中ni

苗期生物量測(cè)定：玉米種子于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱沙盤培養(yǎng)7 d后，分別測(cè)定苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、苗鮮重、根鮮重、苗干重和根干重等性狀指標(biāo)，每個(gè)處理測(cè)定20株。

苗期低溫試驗(yàn)：每個(gè)處理挑選健康飽滿的50粒種子，采用沙盤培養(yǎng)法，在25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。發(fā)芽7 d后，將幼苗分別置于0 ℃低溫培養(yǎng)箱中低溫脅迫1.5 h、3.5 h和5.5 h，然后轉(zhuǎn)入25 ℃培養(yǎng)箱中(每天光照12 h)恢復(fù)培養(yǎng)3 d，統(tǒng)計(jì)幼苗(恢復(fù)正常生長(zhǎng))存活率。4次重復(fù)。

玉米種子淀粉粒觀察：用手術(shù)刀片將玉米干種子橫向剖開，置于掃描電鏡Regulus 8100中進(jìn)行種子切面淀粉粒觀察。

苗期葉片氣孔結(jié)構(gòu)觀察：將苗期低溫試驗(yàn)處理過(guò)的幼苗葉片用鋒利的手術(shù)刀片切成大小2 mm×2 mm的正方形，將葉片置于50%的戊二醛溶液中，通過(guò)針管排氣處理使葉片懸浮于溶液中，固定3 d。然后將經(jīng)過(guò)干燥器脫水處理后的葉片置于掃描電鏡Regulus 8100中進(jìn)行氣孔結(jié)構(gòu)觀察。3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同收獲方式對(duì)玉米種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的影響

對(duì)不同收獲方式獲得的種子進(jìn)行發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定，結(jié)果顯示，遼單588-B的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)分別為：(96.17±0.87)%、(92.33±0.67)%和(89.51±2.45)，遼單588-A的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)分別為：(94.83±1.01)%、(86.17±2.27)%和(84.73±3.30)，其中遼單588-A的發(fā)芽勢(shì)顯著低于遼單588-B，其他指標(biāo)差異不顯著(圖1)。發(fā)芽勢(shì)反映了出苗的整齊程度，發(fā)芽勢(shì)高，出苗整齊，幼苗生長(zhǎng)一致；而發(fā)芽指數(shù)可以用來(lái)衡量玉米的發(fā)芽能力及活力。以上結(jié)果說(shuō)明不同收獲方式對(duì)正常生長(zhǎng)條件下玉米種子活力影響較小，但是站桿晾曬后收獲可能影響玉米種子發(fā)芽的整齊程度。

注：“*”、“**”分別代表在0.05、0.01水平差異顯著。下同。

2.2 不同收獲方式對(duì)玉米種子萌發(fā)速率的影響

對(duì)種子萌發(fā)速率進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示，遼單588-B的T50為(29.74±2.26)%，遼單588-A的T50為(28.91±3.15)%，但兩者之間差異不顯著。種子經(jīng)過(guò)ABA處理后T50顯著變大，萌發(fā)速率下降，遼單588-B和遼單588-A的T50分別為(35.31±1.67)%和(34.52±1.62)%，兩者之間差異不顯著(圖2 A)。對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)種子萌發(fā)率進(jìn)行測(cè)定結(jié)果顯示，遼單588-B相比遼單588-A種子萌動(dòng)較早，在種子吸脹24 h時(shí)萌發(fā)率達(dá)到(17.33±2.96)%，而遼單588-B僅為(13.00±2.08)%(圖2 B)。

圖2 不同收獲方式對(duì)玉米種子萌發(fā)速率(A)和不同時(shí)間點(diǎn)萌發(fā)率(B)的影響

2.3 不同收獲方式對(duì)玉米種子內(nèi)部淀粉結(jié)構(gòu)的影響

玉米種子的胚乳大部分由淀粉粒組成，根據(jù)其形態(tài)的不同，可分為橢圓形、多角形和不規(guī)則多邊形等，根據(jù)其大小可分為大粒(直徑>18μm)、中粒(直徑3～18μm)和小粒(直徑<3μm)[5-7]。通過(guò)電鏡掃描技術(shù)分別對(duì)玉米成熟干種子內(nèi)部淀粉結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯微觀察，遼單588-A和遼單588-B種子內(nèi)部淀粉粒均呈規(guī)則橢圓形，大小較均一，且排列較緊密，但遼單588-B淀粉粒顯著變大。對(duì)淀粉粒直徑進(jìn)行測(cè)量，遼單588-B和遼單588-A淀粉粒直徑大小分別為(12.72±0.66)μm和(7.20±0.20)μm，且差異極顯著。

2.4 不同收獲方式對(duì)玉米苗期生物量的影響

對(duì)玉米種子培養(yǎng)7 d后進(jìn)行表型觀察和生物量測(cè)定，結(jié)果顯示，遼單588-B幼苗更加健壯、葉片綠色有光澤(圖4 A)，其苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、苗鮮重、根鮮重、苗干重和根干重分別為：(18.62±0.35)cm、(20.35±0.51)cm、(0.66±0.02)g、(0.25±0.04)g、(0.05±0.003)g和(0.04±0.002)g，分別比遼單588-A高15.22%、31.18%、36.52%、113.50%、42.07%和47.48%，且均達(dá)到顯著水平(圖4 B-G)。說(shuō)明不同收獲方式對(duì)玉米苗期生物量影響較大，適時(shí)收獲顯著好于站桿晾曬后收獲。

圖3 不同收獲方式對(duì)玉米種子淀粉結(jié)構(gòu)(A)和淀粉粒大小(B)的影響

圖4 不同收獲方式對(duì)玉米苗期表型(A)和生物量(B～G)的影響

2.5 不同收獲方式對(duì)玉米苗期耐寒性的影響

苗期耐寒性是評(píng)價(jià)種子活力的重要指標(biāo)，因此分別對(duì)苗期低溫脅迫1.5 h、3.5 h和5.5 h的玉米幼苗進(jìn)行表型觀察和存活率統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示，低溫脅迫1.5 h恢復(fù)后，大部分植株基本未受到影響，表現(xiàn)健壯，葉片生長(zhǎng)正常且綠色有光澤，遼單588-B和遼單588-A存活率均較高且無(wú)顯著差異(圖5 B)；低溫脅迫5.5 h恢復(fù)后，大部分植株葉片受冷害嚴(yán)重，中下部葉片下垂皺縮，莖稈軟化，植株倒伏甚至死亡，但在存活率上遼單588-B和遼單588-A無(wú)顯著差異(圖5 D)；低溫脅迫3.5 h后，遼單588-A明顯開始出現(xiàn)葉片萎蔫和倒伏現(xiàn)象，恢復(fù)培養(yǎng)后遼單588-A植株死亡現(xiàn)象較嚴(yán)重，而遼單588-B植株表型相對(duì)較好，部分植株稍有萎蔫、葉片受害(圖5 A)，遼單588-B和遼單588-A的幼苗存活率分別為(97.91±0.61)%和(84.55±4.72)%，且兩者之間差異達(dá)到顯著水平(圖5 C)。

圖5 不同收獲方式對(duì)玉米苗期低溫脅迫前后表型(A)、幼苗存活率(B～D)和氣孔結(jié)構(gòu)(E)的影響

已有研究報(bào)道，外界溫度變化能夠調(diào)節(jié)葉片氣孔結(jié)構(gòu)，低溫脅迫會(huì)造成氣孔開閉異常[8]。因此，對(duì)低溫脅迫3.5 h后玉米葉片進(jìn)行電鏡掃描觀察，結(jié)果顯示玉米葉片均發(fā)生不同程度的皺縮，且遼單588-A皺縮較嚴(yán)重。遼單588-B和遼單588-A葉片上的氣孔均發(fā)生不同程度的中部關(guān)閉，氣孔面積明顯減小，但兩者之間無(wú)顯著差異(圖5 E)。

3 結(jié)論與討論

綜合發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)3項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)結(jié)果表明，不同收獲方式對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)影響較小，但適時(shí)收獲種子的發(fā)芽勢(shì)顯著高于站桿晾曬，在發(fā)芽率差異不顯著時(shí)，發(fā)芽勢(shì)高的種子生命力強(qiáng)，種子活力高，出苗整齊而且粗壯。在苗期耐寒性試驗(yàn)中也充分證明了這一點(diǎn)，苗期低溫脅迫3.5 h后，站桿晾曬種子苗期葉片萎蔫和倒伏現(xiàn)象均較適時(shí)收獲嚴(yán)重，且恢復(fù)培養(yǎng)后幼苗存活率差異顯著。說(shuō)明低溫脅迫3.5 h可有效篩選玉米苗期的抗寒性，篩選出來(lái)的種子活力高，抗寒性強(qiáng)，能夠抵御不良環(huán)境的影響。由于東北地區(qū)春季常出現(xiàn)倒春寒，播種高活力的種子，能有效減少損失，增加社會(huì)效益。

玉米淀粉粒直徑一般為7～20μm，形狀不規(guī)則[9]。淀粉粒大小、存在形式和分布受品種、栽培措施和環(huán)境的共同作用[10]。本試驗(yàn)中，遼單588種子內(nèi)部淀粉粒呈橢圓形，但適時(shí)收獲種子和站桿晾曬延時(shí)收獲種子相比淀粉粒較大，說(shuō)明適時(shí)收獲種子內(nèi)含物含量較豐富。在苗期生物量試驗(yàn)中不同收獲方式的種子差異顯著，說(shuō)明播種后因種子內(nèi)含物含量不同而對(duì)種子的發(fā)芽有一定影響。適時(shí)收獲種子內(nèi)含物含量較多，即種子內(nèi)貯藏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多，能為幼苗提供足夠的營(yíng)養(yǎng)，玉米苗期生長(zhǎng)旺盛，反之站桿晾曬種子內(nèi)含物含量少，則不利于苗期生長(zhǎng)。

種子完熟后如不及時(shí)采收和保管，田間低溫、高濕及降雨都會(huì)導(dǎo)致種子在植株上變質(zhì)，同時(shí)種子自身的呼吸消耗以及酶和激素水平的下降導(dǎo)致種子活力降低，從而影響種子質(zhì)量。這與吳地等[11]、任利沙等[12]研究結(jié)果較為一致，玉米種子的活力在生理成熟時(shí)較高，在確保種子活力的前提下應(yīng)適時(shí)采收，以減少惡劣天氣狀況對(duì)種子活力造成的影響。