不同收獲期對小麥種子活力及物理性狀的影響

張艷芳， 吳凱銘， 劉光耀， 馬守才

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.國家楊陵農(nóng)業(yè)生物技術(shù)育種中心， 陜西 楊凌 7121003.小麥育種教育部工程研究中心， 陜西 楊凌 712100；4.陜西省作物雜種優(yōu)勢研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 楊凌 712100)

種子質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，通過種子科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，全面提高種子生產(chǎn)與加工能力，是保障我國小麥高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要前提。種子活力指在田間條件下，影響種子迅速出苗的所有潛在能力，它也是種用價值重要的因素[1]，種子活力能夠影響種子的發(fā)芽力、田間出苗率、生長狀況和生產(chǎn)潛力[2]。與發(fā)芽率、凈度等種子質(zhì)量指標(biāo)相比，種子活力能夠全面衡量種子質(zhì)量狀況[3]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，收獲期很大程度上會影響種子活力，不同的收獲期會影響種子的品質(zhì)、發(fā)芽力、生育狀況、健壯度、整齊度[4]，所以研究不同收獲期對小麥種子活力的影響以及種子在收獲過程中的活力變化，對提升種子活力和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有實(shí)際意義。近幾年，關(guān)于收獲期對種子活力的影響在多種作物上均有相關(guān)研究，例如白刺花[5]、藥用植物[6]、玉米[7-9]和水稻[10]等。對于甜糯玉米，花后不同收獲期對種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、成苗率、幼苗高度、幼苗干重和活力指數(shù)的影響均達(dá)顯著差異水平[7]；顧日良等[8]對花后35～62 d的京科968雜交種種子進(jìn)行活力分析發(fā)現(xiàn)，隨著收獲期的延遲，種子活力不斷上升，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率、人工老化發(fā)芽率、冷凍發(fā)芽率和冷浸發(fā)芽率活力指標(biāo)在花后59 d時均達(dá)到最高，并且寬度、長度等物理指標(biāo)隨著成熟度的提高而不斷增加；劉國梁等[9]研究指出，玉米種子在未成熟時就已具有較高的活力，播種后F1可以獲得較高的產(chǎn)量。在水稻方面，一般情況下，隨著種子成熟度的提高，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)也會提高[10]，并且成熟度也會影響干物質(zhì)積累。張睿佳等[11]研究發(fā)現(xiàn)，水稻干物質(zhì)含量會隨著成熟度的提高而不斷增加，至成熟期達(dá)到最高。在小麥方面，馮魁等[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同成熟度的春小麥種子籽粒長度具有顯著差異，且籽粒含水量和千粒重的差異極顯著；張自陽等[4]發(fā)現(xiàn)，小麥的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽率等指標(biāo)隨著籽粒成熟度的提高而逐步提高，小麥種子活力在花后30 d達(dá)到最高，此時活力指數(shù)和千粒重達(dá)最大值。任艷芳等[13]研究指出，種子幼胚的成熟、各種功能蛋白和酶的合成以及各種物質(zhì)間的內(nèi)部轉(zhuǎn)化均受到收獲期的影響。孫春青等[14]對結(jié)球甘藍(lán)研究發(fā)現(xiàn)，種子重量會隨著種子的成熟而不斷增加，在生理成熟期種子鮮重達(dá)最大值，此時的種子活力最高。目前我國對小麥種子收獲期、種子活力和種子物理性狀研究較少，特別是根據(jù)種子水分、干物質(zhì)和種子活力，評價收獲期的研究，在黃淮麥區(qū)的報道較少。本研究結(jié)合小麥種子發(fā)育和抗老化能力，通過分析不同收獲期小麥種子活力和物理性狀的變化，確定小麥種子適宜的收獲期，為生產(chǎn)高活力的種子提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以西農(nóng)20和周麥18為材料，2018年10月種植于西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)場。試驗(yàn)選取同一天開花的麥穗掛牌，從花后19 d開始采集麥穗,然后每隔3 d采收一次，直到花后40 d時為止。每次30穗，自然晾干后人工脫粒，用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析。

1.2 方 法

1.2.1發(fā)芽試驗(yàn)

發(fā)芽試驗(yàn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3543-1995農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程[15]進(jìn)行，將經(jīng)蒸餾水沖洗干凈且已消毒的種子100粒，置于底部鋪有2層含飽和水分濾紙的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽盒中，腹溝向下，種胚朝上，重復(fù)3次。將各處理種子放入20 ℃人工氣候箱內(nèi)發(fā)芽，此后每天統(tǒng)一時刻統(tǒng)計正常發(fā)芽的種子數(shù)量，用4 d發(fā)芽種子數(shù)計算發(fā)芽勢，用7 d發(fā)芽種子數(shù)計算發(fā)芽率，7 d取出幼苗進(jìn)行殺青，烘干后對單株幼苗干質(zhì)量進(jìn)行稱量統(tǒng)計，計算出發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。

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

發(fā)芽勢(%)=(4 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt);

活力指數(shù)(VI)=GI×S

式中：Gt為每天發(fā)芽數(shù)，Dt為與Gt相對應(yīng)的天數(shù)，S為發(fā)芽結(jié)束時單株幼苗干重。

1.2.2老化發(fā)芽試驗(yàn)

將125 mL蒸餾水加入老化盒中，然后置于老化所需網(wǎng)架上。每個小麥品種取50粒，重復(fù)3次，分別均勻平鋪在網(wǎng)架上，然后密封放入溫度41 ℃、相對濕度100%的老化箱中，72 h后取出并風(fēng)干，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)。計算老化發(fā)芽率、發(fā)芽勢、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)等4個指標(biāo)[16]。

1.2.3電導(dǎo)率測定

每個樣品設(shè)3次重復(fù)，每次重復(fù)隨機(jī)抽取50顆均勻且無損壞的干凈種子，用去離子水將種子沖洗3次，電導(dǎo)率；“**”表示品種之間、花后天數(shù)、品種和花后天數(shù)在0.01水平下差異顯著。下同。

然后用濾紙吸干種子表面的去離子水，將種子置于潔凈的150 mL燒杯中，再添加100 mL去離子水，20 ℃的恒溫條件下浸泡24 h，用梅特勒-托利多SG 3電導(dǎo)率儀測量種子浸泡液的電導(dǎo)率。以去離子水為對照進(jìn)行計算。

實(shí)際電導(dǎo)率=電導(dǎo)率讀數(shù)-對照讀數(shù)[17]。

1.2.4物理指標(biāo)測定

使用PertenDA 7200近紅外品質(zhì)分析儀測定種子的含水量、蛋白質(zhì)干基含量、淀粉干基含量等主要品質(zhì)指標(biāo)[18]。使用佳能種子掃描儀對不同收獲期的種子進(jìn)行掃描分析，測定種子的長、寬、千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS.21軟件進(jìn)行方差分析和典型性相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種和收獲期對種子活力參數(shù)的影響

小麥種子的品種和收獲期對其活力參數(shù)有顯著影響。方差分析結(jié)果(表1)表明，品種作為單一因子對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)3個參數(shù)的影響達(dá)極顯著水平(p=0.000 1)，即西農(nóng)20和周麥18的種子活力存在基因型差異。開花后(DPA)的8次收獲作為單一因子對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、正常電導(dǎo)率、發(fā)芽率等5個參數(shù)的影響均達(dá)極顯著水平(p=0.000 1),表明不同收獲期的小麥種子活力參數(shù)差異顯著。不同收獲期對小麥種子活力參數(shù)具有顯著影響(表2)，開花后(DPA)的8次采收作為單一因子對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、老化電導(dǎo)率等5個參數(shù)的影響均達(dá)極顯著水平(p=0.000 1)。品種與收獲期交互作用對種子活力參數(shù)的影響同樣達(dá)到極顯著水平(p=0.000 1)，說明開花后同一收獲期不同基因型的小麥種子活力特征參數(shù)不同，達(dá)到高活力種子的適宜收獲期存在差異。

表1 小麥品種和花后天數(shù)(DPA)對種子活力相關(guān)指標(biāo)方差分析

表2 加速老化后小麥品種和花后天數(shù)(DPA)對種子活力相關(guān)指標(biāo)方差分析

西農(nóng)20和周麥18的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)在1%水平上達(dá)到顯著，發(fā)芽勢為西農(nóng)20(87.71%)>周麥18(81.88%)，發(fā)芽率為西農(nóng)20(93.92%)>周麥18(90.96%)，活力指數(shù)為西農(nóng)20(51.94%)<周麥18(60.26%)；老化活力指數(shù)和電導(dǎo)率在1%水平上達(dá)到顯著，老化活力指數(shù)為西農(nóng)20(39.83%)<周麥18(45.12%)，老化電導(dǎo)率為西農(nóng)20(28.75%)<周麥18(34.26%)。從標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)和老化發(fā)芽試驗(yàn)開花后8個時期測定的種子活力來看，不同收獲期之間5個活力特征參數(shù)均在5%、1%水平達(dá)到顯著(表3、表4)。

表3 花后天數(shù)(DAP)對種子活力相關(guān)指標(biāo)平均值影響的多重比較

表4 老化處理后的花后天數(shù)(DAP)對種子活力相關(guān)指標(biāo)平均值影響的多重比較

2.2 不同收獲期和人工老化過程中種子活力參數(shù)的變化

2.2.1種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的變化

種子的收獲期不同，其種子活力也發(fā)生變化，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)隨著收獲期推遲而有所增加(表5)。周麥18的發(fā)芽率在花后34 d趨于穩(wěn)定，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)在花后40 d均達(dá)到高峰。西農(nóng)20的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)在花后第34天趨于穩(wěn)定。

表5 不同收獲期小麥種子活力參數(shù)的變化

不同收獲期的種子，其抗老化能力也有很大差異，但種子活力參數(shù)變化規(guī)律與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)基本一致，且人工加速老化的各項(xiàng)活力指標(biāo)顯著低于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)的各項(xiàng)活力指標(biāo)(表5)。周麥18的老化發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)在花后40 d達(dá)到最大值，發(fā)芽率在花后第34天趨于穩(wěn)定。西農(nóng)20的老化發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的最大值出現(xiàn)在花后第34天。

2.2.2種子浸出液電導(dǎo)率的變化

種子活力的高低可通過種子浸出液電導(dǎo)率反映出來。隨著種子收獲期推遲，種子浸出液電導(dǎo)率呈下降趨勢，花后34～37 d趨于穩(wěn)定(圖1)。在花后22 d，西農(nóng)20的種子浸出液電導(dǎo)率始終低于周麥18。加速老化處理使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致電導(dǎo)率升高，種子活力降低?；ê?4 d，2個品種的老化電導(dǎo)率與正常電導(dǎo)率差異均不顯著，說明二者在花后34 d抗老化能力較強(qiáng)。

2.3 不同收獲期小麥種子的物理特征變化

2.3.1種子千粒重、籽粒長度與寬度變化

西農(nóng)20和周麥18小麥種子千粒重隨著收獲期的推遲呈上升并趨于穩(wěn)定的趨勢(表6)。2個品種的千粒重在花后19 d分別為18.08 g、19.40 g，花后40 d均達(dá)到最大值，分別為49.38 g和54.39 g。2個品種的幼苗干重從花后19 d開始迅速增加，分別在花后34 d(0.016 2 g)、40 d(0.021 3 g)達(dá)到最大值。

表6 不同收獲期小麥種子物理特征的變化

種子長度和寬度隨著收獲期的推遲呈先持續(xù)上升后保持穩(wěn)定的趨勢(表6)。西農(nóng)20的長度和寬度在花后34 d達(dá)到穩(wěn)定值(6.50 mm、3.37 mm)；周麥18的長度和寬度在花后37 d達(dá)到穩(wěn)定值(6.52 mm、3.49 mm)。說明西農(nóng)20和周麥18在花后34～37 d千粒重、長度和寬度達(dá)到了穩(wěn)定值，種子已經(jīng)發(fā)育到較好的狀態(tài)。

2.3.2水分變化

隨著小麥種子灌漿的推進(jìn)，種子水分含量下降顯著，其下降快慢程度存在基因型的差異(圖2、圖3)。花后28 d、31 d時，西農(nóng)20的籽粒含水率分別降低到45.86%、40.03%，顯著低于周麥18(48.52%、44.66%)；在花后40 d，西農(nóng)20和周麥18的含水率分別為30.39%和31.21%，差異不顯著，說明西農(nóng)20灌漿中前期脫水較快。從擬合的回歸直線方程中可知，周麥18的回歸方程斜率大于西農(nóng)20，與授粉天數(shù)呈線性負(fù)相關(guān)(R2=0.982)說明周麥18后期脫水較快。

2.3.3水分與千粒重的關(guān)系

籽粒灌漿與脫水是兩個相反的過程，隨著灌漿的進(jìn)行，植株光合產(chǎn)物向籽粒中輸送，千粒重增加、籽粒水分減少。籽粒水分介于 30%～50%之間，水分每減少1%，西農(nóng)20千粒重增加 1.12 g，周麥18增加1.33 g(圖4、圖5)。2個品種之間差異明顯，表明周麥18脫掉單位水分能增加更多的干物質(zhì)積累，即脫水、灌漿速率較西農(nóng)20快。

2.4 小麥種子活力指標(biāo)與物理性狀的典型相關(guān)性分析

以種子活力相關(guān)的發(fā)芽勢(X1)、發(fā)芽率(X2)、發(fā)芽指數(shù)(X3)、活力指數(shù)(X4)等4個指標(biāo)為第1變量組，以種子長度(Y1)、種子寬度(Y2)、千粒重(Y3)、水分含量(Y4)為第2變量組，進(jìn)行典型相關(guān)分析，得到4組典型變量(表7)。從表7可知，種子活力指標(biāo)與物理性狀指標(biāo)的第1組典型變量的相關(guān)系數(shù)為0.942(p<0.01)，第2組典型變量的相關(guān)系數(shù)為0.636(p<0.01)。因此可以取這2個典型變量來分析2類指標(biāo)間的相關(guān)性。

表7 小麥種子活力指標(biāo)與物理性狀的典型相關(guān)系數(shù)

由典型變量構(gòu)成的線性表達(dá)式可知(表8)，第1對典型變量構(gòu)成中，U1中活力指數(shù)的權(quán)重系數(shù)絕對值較大，V1中種子寬度和千粒重的權(quán)重系數(shù)絕對值極顯著大于其他因子，說明這一對典型變量中活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)與千粒重、種子長度的相關(guān)性最為密切，并且活力指數(shù)與種子長度、千粒重分別呈顯著負(fù)相關(guān)和顯著正相關(guān)；第2對典型變量中，U2中發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)的權(quán)重系數(shù)絕對值較大，V2中千粒重和種子寬的權(quán)重系數(shù)絕對值大于其他因子，說明這一對典型變量中發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)與千粒重、種子寬的相關(guān)性最為密切，并且發(fā)芽勢與千粒重呈顯著正相關(guān)，與種寬呈顯著負(fù)相關(guān)。

表8 小麥種子活力指標(biāo)與物理指標(biāo)前2對典型變量的構(gòu)成

3 討 論

種子活力與種子成熟度有密切的相關(guān)性[19-20]。華國棟等[21]研究表明，小麥種子在未達(dá)到成熟收獲前種子活力就已經(jīng)達(dá)到最高，在確保種子活力的前提下可以提前采收，這樣有助于減少收獲階段陰雨天氣及高溫對種子活力造成的影響。本試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)、人工加速老化試驗(yàn)對花后19～40 d的西農(nóng)20、周麥18種子活力進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著種子收獲期推遲，發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等4個活力指標(biāo)呈不斷增加的態(tài)勢，在花后34 d和40 d種子活力最高；種子浸出液電導(dǎo)率隨著成熟度的增加而降低，呈顯著的負(fù)相關(guān)，在花后第34天趨于穩(wěn)定。表明此時種子的干物質(zhì)已停止積累，種子活力也達(dá)到了較高值，種子發(fā)育到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，已達(dá)到采收時期。本研究結(jié)果與馮魁等[12]的研究結(jié)果基本一致。

尹譽(yù)霖等[22]發(fā)現(xiàn)，千粒重和種子厚度與種子活力相關(guān)性高且穩(wěn)定。對玉米的研究也發(fā)現(xiàn)，種子活力與寬度、長度、百粒重之間呈正相關(guān)[8]。本研究對西農(nóng)20、周麥18 的物理特征指標(biāo)與種子活力關(guān)系進(jìn)行典型相關(guān)性研究，發(fā)現(xiàn)種子千粒重與種子活力指標(biāo)相關(guān)性最為密切，發(fā)芽勢與種子寬呈顯著負(fù)相關(guān)，與千粒重呈顯著正相關(guān)。

種子千粒重最高值的出現(xiàn)時間與最高種子活力值的出現(xiàn)時間不一定一致[23]。本研究對西農(nóng)20和周麥18的3個物理指標(biāo)(種子長度與寬度、千粒重)進(jìn)行研究，西農(nóng)20的種子長度、寬度及其種子活力在花后34 d均達(dá)到最大值，但千粒重在花后40 d才達(dá)到最大值，即種子活力最大值出現(xiàn)在千粒重的最大值之前，這也與賀囡囡等[24]對超甜玉米的研究一致，即超甜玉米種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率最高值出現(xiàn)在百粒重達(dá)到最大值之前。玉米種子水分40%左右、干物質(zhì)積累達(dá)到最大種子重量的95%時種子發(fā)芽率較高[25]，這與西農(nóng)20在花后34 d種子活力最高時，千粒重達(dá)到最大千粒重值的95.32%和種子水分37%的結(jié)果相類似。根據(jù)周麥18種子水分與千粒重、花后天數(shù)與種子水分的回歸方程，獲得最大種子重量的95%時的種子水分、花后天數(shù)分別為34.46%、38 d，而該時期小麥種子發(fā)芽率已經(jīng)達(dá)到最大值，電導(dǎo)率也已經(jīng)穩(wěn)定。千粒重是影響小麥產(chǎn)量的三個因素之一，開花到成熟期的天數(shù)對千粒重有明顯影響，兩者均受到氣象因素、小麥品種、管理水平等多重影響，表現(xiàn)為年際間、地區(qū)間、品種間的變化[26]。張自陽等[4]研究表明，小麥種子在花后30 d活力指數(shù)達(dá)到最大值。蘭艷[27]研究表明，隨著種子成熟度的增加，種子活力指數(shù)顯著提高，并且種子活力指數(shù)于花后32～36 d達(dá)到最大值。陳路路等[28]報道，2015年與2016年小麥種子活力指數(shù)最高的出現(xiàn)時間分別在花后32～34 d與38～42 d?？傊?，由于小麥品種、管理水平、氣候條件的差異，不同研究者會得出不同的結(jié)論，因此在確定小麥種子適宜收獲期時，應(yīng)充分考慮到這些因素對不同收獲期種子活力變化的影響，建議用種子水分含量作為確定指標(biāo)。本研究表明，種子水分在34%～37%之間時，種子活力達(dá)到最大，是高活力種子最適宜的收獲期，該時期千粒重約是最大千粒重的95%、花后34～38 d。但是，小麥種子在活力最高時也含有較高的水分，不適合收獲。因此應(yīng)采取有效的措施，在后期加快小麥種子脫水，能使種子活力達(dá)到最高峰值時進(jìn)行機(jī)械化收獲，實(shí)現(xiàn)高活性小麥種子的生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

不同收獲期對小麥種子活力和質(zhì)量有顯著影響。隨著收獲期延遲，種子含水量下降，千粒重、長度和寬度增加、種子活力提高。種子活力與種子的物理性狀具有顯著相關(guān)性，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均與千粒重的相關(guān)性最為密切。綜合各項(xiàng)指標(biāo)來看，小麥種子水分降低到34%～37%時，千粒重約為最大千粒重的95%、花后34～38 d，是高活力種子適宜的收獲時期。該時期千粒重未達(dá)到最大值。