播期和溫度對(duì)甜菜種子出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響

郭珂，耿貴，李任任，郝王森，王宇光，於麗華

（1.黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150080）

0 引言

甜菜（Beta vulgarisL.）是我國(guó)主要的糖料作物之一，在產(chǎn)糖以及制糖工業(yè)中占據(jù)重要地位[1]。它起源自歐洲西部和南部沿海地區(qū)，在我國(guó)已栽培了1 400 多年[2]。甜菜具備較強(qiáng)的抗寒性，低溫環(huán)境更有利于其積累糖分。因此，在高緯度、低溫、晝夜溫差較大的地區(qū)，被廣泛種植[3-4]。甜菜在發(fā)芽以及生長(zhǎng)的過程中，受播期的影響較大，播期在很大程度上決定了甜菜生長(zhǎng)過程中的溫度條件，進(jìn)而對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育造成影響。這種影響將直接表現(xiàn)為甜菜出苗的快慢、生育期的延長(zhǎng)或縮短，同時(shí)影響甜菜的生理成熟度，最終導(dǎo)致甜菜產(chǎn)量、含糖的增加或減少[5-6]。所以，探求適合甜菜生長(zhǎng)的溫度條件以及適宜的播種時(shí)期，對(duì)于指導(dǎo)甜菜生產(chǎn)以獲得更高產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義。

播期和溫度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響一直是研究的熱點(diǎn)。趙宏亮等[7]通過研究發(fā)現(xiàn)，氣溫積溫、土壤積溫、平均溫度、平均土壤溫度是甜菜生長(zhǎng)期間主要的環(huán)境因子。其中，對(duì)甜菜生長(zhǎng)起決定性作用的為土壤積溫。王萍等[8]采用分期播種試驗(yàn)對(duì)溫度與甜菜出苗天數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，得出播種時(shí)間越早，溫度越高，則甜菜出苗越早的結(jié)論。目前，前人主要針對(duì)甜菜的出苗時(shí)間以及環(huán)境因子進(jìn)行研究，并未探討出甜菜的最佳播種時(shí)期以及甜菜生長(zhǎng)所需要的下限溫度。因此，本文基于前人的研究結(jié)果，模擬哈爾濱市呼蘭區(qū)、黑龍江省依安縣兩地的自然溫度，以栽培甜菜品種‘KWS1176’為試驗(yàn)材料，對(duì)甜菜的生物學(xué)零度、有效積溫進(jìn)行測(cè)算。通過監(jiān)測(cè)甜菜種子的出苗、生長(zhǎng)情況，以及測(cè)定生理指標(biāo)，研究不同的播種時(shí)期，以及生育期的長(zhǎng)短對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響，以期探索出最適合甜菜生長(zhǎng)的播種時(shí)期和溫度條件，用以指導(dǎo)甜菜的生產(chǎn)實(shí)踐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基本情況

試驗(yàn)于2020年9—10月在黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院的低溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行。供試的甜菜品種為‘KWS1176’。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置A～F 六個(gè)處理組，每個(gè)處理重復(fù)8次，分6 個(gè)時(shí)期播種，根據(jù)呼蘭、依安兩地2019年4月1日至5 月5 日的自然溫度設(shè)置低溫培養(yǎng)箱的溫度（表1）。播種時(shí)每盆下部置土600 g，后均勻放置20 粒甜菜種子，再在種子上部覆土100 g。播種后，澆灌100 mL 的營(yíng)養(yǎng)液，將其放入低溫培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。觀察甜菜每日的出苗情況，并在固定的時(shí)間內(nèi)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理的出苗個(gè)數(shù)。10 月31 日各處理統(tǒng)一收獲，測(cè)定幼苗生物量，取葉片分析生理指標(biāo)。除播期和溫度不同外，其他的培養(yǎng)條件一致。

表1 低溫培養(yǎng)箱溫度設(shè)置情況Table 1 Temperature setting of the incubator

1.2.2種子出苗率和出苗勢(shì)計(jì)算

出苗率的計(jì)算方法為：種子出苗結(jié)束后，正常出苗的種子數(shù)占總供試驗(yàn)種子數(shù)的百分比；出苗勢(shì)的計(jì)算方法為：種子出苗后的前5 d內(nèi)，正常出苗的種子數(shù)占總種子數(shù)的百分比[9]。

1.2.3甜菜生物學(xué)零度、有效積溫的測(cè)算

計(jì)算出甜菜的出苗天數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)為各個(gè)處理從播種之日算起，到出苗數(shù)占總供測(cè)驗(yàn)種子數(shù)50%所經(jīng)歷的天數(shù)[10]。并根據(jù)低溫培養(yǎng)箱溫度設(shè)置的情況，算出各個(gè)處理的日平均溫度。將算出的出苗天數(shù)以及日平均溫度帶入公式K=N（T-C），K為有效積溫，N為出苗天數(shù)，T為日平均溫度，C為生物學(xué)零度[11]。計(jì)算結(jié)果經(jīng)過簡(jiǎn)化后，利用最小二乘法計(jì)算出生物學(xué)零度以及有效積溫。

1.2.4甜菜鮮重和生理指標(biāo)的測(cè)定

10月31日甜菜收獲完畢后，使用電子天平稱量甜菜幼苗整株的鮮重，每組重復(fù)4次。

生理指標(biāo)使用李合生等[12]的方法進(jìn)行測(cè)定，混合取樣，將甜菜葉片剪碎，定量稱量，冰上研磨并加入溶液，離心后提取酶液。SOD 活性使用抑制NBT光還原比色法測(cè)定，POD 活性使用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，CAT 使用氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定?？扇苄缘鞍缀渴褂每捡R斯亮藍(lán)G-250 染色法測(cè)定，可溶性糖使用蒽酮比色法測(cè)定，脯氨酸含量使用酸性茚三酮法測(cè)定。MDA使用硫代巴比妥酸顯色反應(yīng)法測(cè)定，所有測(cè)定指標(biāo)重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)主要使用Microsoft Excel 2019 以及SPSS 26.0 處理分析。數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P≤0.05視為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜菜種子的出苗情況

不同播種時(shí)期甜菜種子出苗時(shí)間不同。表2表明，A 組的甜菜種子出苗需23.7 d，B組出苗需18.5 d，C組出苗需13.5 d，D 組出苗需11.3 d，E 組出苗需9.5 d，F(xiàn) 組出苗需8.5 d。由此可知，隨著播期的推遲，溫度的上升，甜菜的出苗天數(shù)減少。由表2 可知，不同播種時(shí)期甜菜種子的出苗率、出苗勢(shì)均無顯著性差異。從出苗率來看，C、D 兩組的出苗率最高，為99.37%，A、B兩個(gè)處理組的出苗率最低，均為91.25%，比C、D 兩個(gè)處理組降低8.12 個(gè)百分點(diǎn)。從出苗勢(shì)來看，C、D 兩個(gè)處理組的出苗勢(shì)也最高，均為98.75%，A 組的出苗勢(shì)最低，為83.75%，A處理組比C、D 處理降低15.0個(gè)百分點(diǎn)

表2 不同播期對(duì)甜菜種子出苗的影響Table 2 Effects of different sowing dates on the germination of sugar beet seeds

2.2 生物學(xué)零度、有效積溫的計(jì)算

在本試驗(yàn)中，A～F六個(gè)處理組的出苗天數(shù)分別為23.7 d、18.5 d、13.5 d、11.3 d、9.5 d、8.5 d（表2）。根據(jù)低溫培養(yǎng)箱溫度的設(shè)置情況（表1），每5 d 的日平均溫度計(jì)算方法為對(duì)應(yīng)日期內(nèi)低溫培養(yǎng)箱設(shè)置的溫度之和乘以1.6，除以24。計(jì)算出A 組1～5 d 的日平均溫度為1.47 ℃，6～10 d 的日平均溫度為3.07 ℃，11～15 d 的日平均溫度為8.47 ℃，16～20 d的日平均溫度為10.47 ℃，21～23.7 d的日平均溫度為12.33 ℃；B組1～5 d的日平均溫度為3.07 ℃，6～10 d 的日平均溫度為8.47 ℃，11～15 d 的日平均溫度為10.47 ℃，16～18.5 d 的日平均溫度為12.33 ℃；C 組1～5 d 的日平均溫度為8.47 ℃，6～10 d 的日平均溫度為10.47 ℃，11～13.5 d 的日平均溫度為12.33 ℃；D 組1～5 d 的日平均溫度為10.47 ℃，6～10 d 的日平均溫度為12.33 ℃，11～11.3 d 的日平均溫度為14.07 ℃；E 組1～5 d 的日平均溫度為12.33 ℃，6～9.5 d 的日平均溫度為14.07 ℃；F 組1～5 d 的日平均溫度為14.07 ℃，6～8.5 d 的日平均溫度為15.07 ℃。將以上出苗天數(shù)和日平均溫度數(shù)據(jù)按處理組分別帶入公式K=N（T－C），分別列出方程。設(shè)生物學(xué)零度為a，有效積溫為b，出苗天數(shù)為x，出苗天數(shù)乘以日平均溫度之和為y。將列出的公式化簡(jiǎn)并轉(zhuǎn)換為y=ax＋b的格式。

采用最小二乘法求取a、b的值，得出甜菜種子出苗的生物學(xué)零度為2.7 ℃，有效積溫為100.7 ℃·d。如圖1，方程式為y=2.707x＋100.72，R2=0.9897。根據(jù)生物學(xué)零度為2.7 ℃，計(jì)算出A～F六個(gè)處理組的有效積溫分別為99.03 ℃·d、103.26 ℃·d、101.41 ℃·d、101.78 ℃·d、99.32 ℃·d、100.15 ℃·d。

圖1 生物學(xué)零度/有效積溫?cái)M合方程Fig. 1 Fitted equation of the biological zero point/effective accumulated temperature

2.3 不同播期對(duì)甜菜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

不同播種時(shí)期的甜菜幼苗生長(zhǎng)情況也不相同。從甜菜的鮮重來看（圖2），D、E、F三個(gè)處理組與B組相比差異顯著，B 組的鮮重最高。A、C、D、E、F 處理組比B 處理組的單株鮮重分別降低8.14%、9.66%、20.54%、60.14%、75.82%。圖3 為各處理子葉期時(shí)各播種期甜菜幼苗長(zhǎng)勢(shì)，A、B、C 三個(gè)處理組的生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，D、E、F 三個(gè)處理組的生長(zhǎng)勢(shì)弱。圖4 為各處理真葉期時(shí)各播種期甜菜幼苗長(zhǎng)勢(shì)，A、B、C三個(gè)處理組的生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，E、F兩個(gè)處理組的生長(zhǎng)勢(shì)弱。

圖2 不同播期對(duì)甜菜幼苗鮮重的影響Fig. 2 Effects of different sowing dates on the fresh weight of sugar beet seedlings

圖3 子葉期甜菜幼苗表型圖Fig. 3 Phenotype of sugar beet seedlings at cotyledon stage

圖4 真葉期甜菜幼苗表型圖Fig. 4 Phenotype map of sugar beet seedlings at true leaf stage

2.4 不同播期對(duì)甜菜生理指標(biāo)的影響

2.4.1不同播期對(duì)甜菜幼苗葉片MDA含量和POD、CAT、SOD活性的影響

不同播期對(duì)甜菜幼苗葉片MDA 含量以及POD、CAT、SOD 活性的影響不同。從甜菜的MDA 含量來看（圖5Ⅰ），B 組與A、C、D、E、F 五個(gè)處理組相比差異顯著，B 組的MDA 含量最高，A、C、D、E、F 處理組比B 處理的MDA 含量分別降低34.98%、48.82%、51.13%、39.68%、34.36%。從甜菜的POD 活性來看（圖5Ⅱ），B 組的POD活性最高，與B組相比，A、C、D、E、F處理組POD 活性分別降低22.89%、28.92%、21.69%、36.14%、12.05%。從甜菜CAT 活性來看（圖5Ⅲ），A、C、D、F 處理組與E組相比差異顯著，E組的CAT 活性最高，與E組相比，A、B、C、D、F 處理組CAT 活性分別降低43.65%、1.95%、31.27%、15.31%、14.01%。A、B、C、D、E、F 六個(gè)處理組的SOD活性均不具有顯著性差異（圖5Ⅳ）。

圖5 不同播期對(duì)甜菜幼苗MDA含量（Ⅰ）和POD（Ⅱ）、CAT（Ⅲ）、SOD（Ⅳ）活性的影響Fig. 5 Effects of different sowing dates on MDA(Ⅰ)content,POD(Ⅱ),CAT(Ⅲ)and SOD(Ⅳ) activity in sugar beet seedlings

2.4.2不同播期對(duì)甜菜幼苗滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響

從不同播期甜菜的脯氨酸含量來看（圖6Ⅰ），A、B、C、D、E 處理組與F 組相比差異顯著，F(xiàn) 組的脯氨酸含量最高，比A、B、C、D、E 處理組分別增加59.86%、65.23%、76.67%、89.81%、13.51%。A、B、C 三個(gè)處理組之間的可溶性糖含量存在顯著性差異（圖6Ⅱ），其中，A組的可溶性糖含量最高，B、C、D、E、F處理組比A處理的可溶性糖含量分別降低22.60%、13.17%、23.83%、5.46%、7.23%。A、B、C、D處理組與F組相比，可溶性蛋白含量存在顯著性差異（圖6Ⅲ），其中，F(xiàn) 組的可溶性蛋白含量最高，比A、B、C、D、E 處理組分別增加30.71%、22.61%、22.00%、6.21%、1.37%。

圖6 不同播期對(duì)甜菜幼苗脯氨酸（Ⅰ）、可溶性糖（Ⅱ）、可溶性蛋白（Ⅲ）含量的影響Fig. 6 Effects of different sowing dates on proline(Ⅰ),soluble sugar(Ⅱ)and soluble protein(Ⅲ)content of sugar beet seedlings

3 討論

3.1 播期對(duì)甜菜種子出苗的影響

出苗率、出苗勢(shì)是衡量種子出苗情況的重要指標(biāo)[13]。郭宗凱等[14]通過研究不同溫度條件下玉米種子的發(fā)芽情況，發(fā)現(xiàn)玉米的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)等隨著溫度的升高而上升，與本試驗(yàn)的結(jié)果不同。前人的播種時(shí)間以及玉米的生育期為恒定值，溫度為變量。而在本試驗(yàn)中，播種時(shí)間、甜菜的生育期、溫度均為變量。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，C 組的出苗率、出苗勢(shì)最高，表現(xiàn)最好。C 組的最低溫度為1 ℃，F(xiàn) 組的最低溫度為7 ℃，C、F 兩個(gè)處理組的最低溫度相差6 ℃。C組出苗天數(shù)為13.5 d，F(xiàn) 組的出苗天數(shù)為8.5 d，C、F兩個(gè)處理組的出苗相差5 d。F組溫度設(shè)置雖高，但C組播種時(shí)期早，生育期長(zhǎng)，有效積溫積累的多，因此C 組的出苗率、出苗勢(shì)均高于F 組。這說明，在甜菜生產(chǎn)中可以適當(dāng)?shù)氐蜏卦绮?，延長(zhǎng)甜菜的生育期。

3.2 播期對(duì)甜菜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

播期對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響，首先表現(xiàn)在物質(zhì)積累量和表型方面[15]。張兵兵等[16]研究發(fā)現(xiàn)，玉米的干物質(zhì)積累量隨著生育期的延長(zhǎng)而增加。在本試驗(yàn)中，A、B、C 三個(gè)處理組最早播種，幼苗的生育期長(zhǎng)，鮮重積累量多，長(zhǎng)勢(shì)也最好。相比較下，E、F 兩個(gè)處理組最晚播種，生育期短，鮮重積累量少，長(zhǎng)勢(shì)也較弱。由此可得出結(jié)論，甜菜的播期越早，生育期越長(zhǎng)，鮮重積累也越多。這與前人的研究結(jié)果一致。同時(shí)，在A、B、C 三個(gè)處理組中，A 組的播期最早，但B組的鮮重、表型均表現(xiàn)最好，這是由于A組1～5 d的溫度為-4～7 ℃，長(zhǎng)時(shí)間的低溫會(huì)對(duì)A組種子的活力造成一定的影響，積溫不足，抑制甜菜的生長(zhǎng)，不利于甜菜鮮重的積累，因此A組的鮮重、表型與B組相比表現(xiàn)差。C組的播期在三者中最晚，于9月26日實(shí)驗(yàn)室播種（對(duì)應(yīng)的實(shí)際播種日期為4月16日），出苗天數(shù)為13.5 d，與B組的出苗天數(shù)相差5 d，生育期短，因此C組的鮮重與B組相比略低，但綜合考慮出苗率、出苗勢(shì)，在A～F六個(gè)處理組中，C組為最合適的甜菜播種時(shí)期。

3.3 播期對(duì)甜菜生理指標(biāo)的影響

植物在生長(zhǎng)的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氧自由基，這些氧自由基會(huì)隨時(shí)與周圍的細(xì)胞組織發(fā)生反應(yīng)，使植物受到損傷。SOD、CAT、POD 共同組成的酶促機(jī)制，可以及時(shí)地清除氧自由基[17-19]。MDA 是植物質(zhì)膜過氧化的產(chǎn)物，它是反應(yīng)機(jī)體抗氧化潛在能力的重要參數(shù)，可以反映出植物過氧化損失的程度[20]。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同播期對(duì)MDA 含量及SOD、CAT和POD 活性的影響沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)律性，但是綜合3 個(gè)酶活力指標(biāo)可以看出，B組處理較好。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)逆境的重要生理機(jī)制。王懷珠等[21]設(shè)置5個(gè)不同的苗齡處理，研究漂浮育苗條件下不同苗齡煙苗生長(zhǎng)及生理特性的變化，發(fā)現(xiàn)隨著苗齡的增大，煙草脯氨酸的含量，以及電解質(zhì)滲出率逐漸降低，煙草原生質(zhì)體受損的程度降低。在本試驗(yàn)中，B、C、D 三個(gè)處理組播種的時(shí)間早，苗齡長(zhǎng)，原生質(zhì)體受損的程度較輕，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖的含量較低；E、F 兩個(gè)處理組播種的時(shí)間最晚，苗齡短，脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的含量較高。

3.4 生物學(xué)零度、有效積溫

植物的發(fā)育始于一定的溫度，也就是種子開始活躍的溫度，這個(gè)溫度被稱為生物學(xué)零度[22]。一般認(rèn)為，在高緯度、低溫、晝夜溫差較大的地區(qū)，植物的生物學(xué)零度低。除此之外，植物必須從環(huán)境中吸收足夠的熱量[23-24]，才能滿足其某一階段生長(zhǎng)發(fā)育的需要，植物所需的熱量通常為一個(gè)恒定的常數(shù)，即有效積溫[25]。在本次試驗(yàn)中，通過計(jì)算，甜菜種子出苗的生物學(xué)零度為2.7 ℃，有效積溫為100.7 ℃·d。這說明，在水分等條件充足的情況下，日均溫度超過2.7 ℃以上，有效積溫達(dá)到100.7 ℃·d，甜菜即可出苗，播期越早，越有利于甜菜的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

在水分等條件充足的情況下，土壤溫度達(dá)到2.7 ℃，有效積溫達(dá)到100.7 ℃·d，甜菜便可萌發(fā)出苗，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)早播，延長(zhǎng)甜菜的生育期，即可提高甜菜的干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量以及含糖。在本次試驗(yàn)中，C組的綜合表現(xiàn)最好，對(duì)應(yīng)播種時(shí)間為4月11日，播種時(shí)溫度范圍為1～15 ℃，是最適宜甜菜生長(zhǎng)的播期。