納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)育過程及其質(zhì)量變化

羅富成，段新慧，韓 博，馬向麗，何 超，郭鳳根

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201)

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納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)育過程及其質(zhì)量變化

羅富成，段新慧，韓 博，馬向麗，何 超，郭鳳根

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201)

以納羅克非洲狗尾草不同發(fā)育階段的穎果種子為研究對象，觀測種子的發(fā)育過程及其質(zhì)量變化，結(jié)果表明：開花后第10 d，種子發(fā)育已完成；種子的千粒質(zhì)量、生活力、發(fā)芽力和活力均隨發(fā)育過程的推進(jìn)和成熟度的增加呈上升趨勢，并于開花16 d后達(dá)到峰值或趨于穩(wěn)定；開花后第16 d采種，籽粒飽滿，生活力強(qiáng)，萌發(fā)性好，活力水平高，是最佳收種時(shí)間。

納羅克非洲狗尾草；生活年限；種胚發(fā)育；種子質(zhì)量；采種時(shí)間

種子是草業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料。其質(zhì)量包括品種品質(zhì)和播種品質(zhì)兩個(gè)方面。品種品質(zhì)是指與遺傳特性有關(guān)的品質(zhì)，包括豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性、加工及營養(yǎng)特性、真實(shí)性和一致性等。除真實(shí)性和一致性外，其他特性在品種審定、認(rèn)定過程中已經(jīng)進(jìn)行了部分控制。播種品質(zhì)是指與播種質(zhì)量及播種后的田間出苗有關(guān)的品質(zhì)，主要包括種子凈度、千粒質(zhì)量、發(fā)芽力、生活力和活力等。其中種子活力是種子生命過程中十分重要的特性之一，較種子發(fā)芽率更能說明種子質(zhì)量的優(yōu)劣[1]。

納羅克非洲狗尾草(Setariasphacelatacv.Narok)種子是南方草地建設(shè)、石漠化治理和邊坡防護(hù)最常用的生產(chǎn)資料[2-5]。但其植株因單個(gè)花序開放時(shí)間長達(dá)26～57 d，具有種子成熟不一致、落粒性強(qiáng)等特性[2，6-7]。采種時(shí)間的不確定必然影響其種子產(chǎn)量和質(zhì)量，從而導(dǎo)致種子產(chǎn)量低，空癟率高，發(fā)芽率參差不齊，生活力忽高忽低，休眠程度深[8-10]。因此，摸清納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)育過程及其質(zhì)量變化，既可以豐富非洲狗尾草種子發(fā)育生理理論，又可為其種子生產(chǎn)確定適宜的收獲期提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地設(shè)在昆明市五華區(qū)龍泉鎮(zhèn)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草學(xué)基地，地理位置N 25°01′，E 103°00′。該地海拔1 987 m，年均溫14.7℃，年降水量900～1 100 mm，年日照時(shí)數(shù)2 411.8 h，土壤pH為6.5[11]。屬于北亞熱帶高原季風(fēng)氣候，干濕分明，雨季集中在 6～9 月。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)草學(xué)基地生長2、6、7 年的納羅克非洲狗尾草。在牧草開花期選擇生長正常、株高基本一致的植株掛牌，并標(biāo)記同天開放的花朵。6 年齡植株從開花后第1～32 d，每隔2 d取穎果(種子)1 次，去雜后立即用FAA 液固定，用于觀測種子發(fā)育進(jìn)程及其分化程度。2、7 年齡植株開花后第1～32 d，每隔4 d取穎果1 次，種樣自然風(fēng)干后去雜、混勻，用于測定其千粒質(zhì)量、發(fā)芽力、生活力及活力等指標(biāo)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 種子發(fā)育過程的觀測 取不同發(fā)育階段的新鮮種子10 粒，經(jīng)FAA 固定液固定后，采用石蠟切片技術(shù)[12]包埋切片。最后將封好的玻片在光學(xué)顯微鏡下觀察和拍照。

1.3.2 種子千粒質(zhì)量的測定 隨機(jī)數(shù)取1000 粒風(fēng)干種樣，用分析天平測定其千粒質(zhì)量。3 次重復(fù)。

1.3.3 種子生活力的測定 隨機(jī)抽取50 粒風(fēng)干種樣，采用 TTC 法測定種子的生活力。3 次重復(fù)。參考徐麗君[13]對針茅屬(Stipa)種子的研究結(jié)果，四唑濃度設(shè)為0.1%，浸種溫度為30℃、染色時(shí)間為3 h。

1.3.4 種子發(fā)芽力及活力的測定 將不同發(fā)育階段的風(fēng)干種子用蒸餾水浸泡8 h，參照云南省地方標(biāo)準(zhǔn)——牧草種子檢驗(yàn)章程[14]，采用紙上發(fā)芽法，在人工氣候箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，溫度控制在(30±1)℃，24 h光照，3 次重復(fù)，每重復(fù)100 粒。第14 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率。發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，將幼苗置于105℃烘箱殺青15 min，80℃下干燥24 h，稱其干重，并參考郭晉梅[15]提出的方法計(jì)算種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

1.3.5 種子休眠率的計(jì)算 種子的休眠率由種子的生活力扣減種子的發(fā)芽率計(jì)算獲得。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel錄入，采用SPSS 17.0分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用鄧肯多重比較法進(jìn)行處理間均值比較，各因素效應(yīng)采用多因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)育進(jìn)程

納羅克非洲狗尾草開花后數(shù)小時(shí)即可完成授粉。

切片觀察表明，開花后第2 d的花朵中僅能見到子房，未見種胚(圖1)。

圖1 納羅克非洲狗尾草開花后第2 d的花縱切面(×100)Fig.1 Longitudinal section of flower on second day after blooming注：1.子房；2.花粉粒

開花后第4 d胚乳核已經(jīng)分裂多次，并呈游離狀態(tài)分布于胚囊中，但不伴隨細(xì)胞壁的生成。胚體很小，呈梨形(圖2)。

圖2 納羅克非洲狗尾草開花后第4 d的子房縱切面(×100)Fig.2 Ovary longitudinal section on fourth day after blooming(100times)注：1.胚；2.子房；3.胚囊；4.胚乳；5.珠心

開花后第6 d，胚體形狀發(fā)育成橢圓形，并繼續(xù)進(jìn)行細(xì)胞分裂與分化，這是子葉(盾片)即將發(fā)育的表現(xiàn)；胚乳開始逐漸包裹整個(gè)胚體(圖3)。

圖3 納羅克非洲狗尾草開花后第6 d的子房縱切面(×100)Fig.3 Ovary longitudinal section on sixth day after blooming(100 times)注：1.胚乳；2.胚

開花后第8 d胚體已偏向子實(shí)一側(cè)，胚根、胚芽、胚芽鞘、胚軸漸成雛形，子葉已成盾形(即盾片)；胚乳外圍已形成糊粉層。這時(shí)胚乳的形態(tài)和組織大體上已發(fā)育完成(圖4)。

開花后第10 d，種子的外胚葉清晰可見，胚芽、胚軸、胚根、盾片已分化完全(圖5)。說明胚中各器官在形態(tài)上的分化已經(jīng)全部完成，種胚已經(jīng)發(fā)育成熟。

圖4 納羅克非洲狗尾草開花后第8 d的穎果縱切面(×100)Fig.4 Caryopsis longitudinal section on eighth day after blooming(100 times)注：1.胚乳；2.胚；3.盾片(初期)；4.糊粉層；5.果種皮

2.2 納羅克非洲狗尾草種子發(fā)育過程中的質(zhì)量變化

在納羅克非洲狗尾草的種子發(fā)育過程中，鮮種子不能萌發(fā)。開花后8 d內(nèi)(含8 d)收獲的種子，經(jīng)自然風(fēng)干后仍不能萌發(fā)(表1)。

圖5 納羅克非洲狗尾草開花后第10 d的穎果縱切面(×100)Fig.5 Caryopsis longitudinal section on tenth day after blooming(100 times)注：1.胚根；2.胚根鞘；3.胚軸；4.胚芽生長點(diǎn)；5.幼葉；6.外胚葉；7.胚芽鞘；8.盾片；9.胚乳；10.糊粉層；11.稃片

表1 發(fā)育過程中種子質(zhì)量的變化Table 1 Change of seed quality indices during seed development

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.2.1 種子千粒質(zhì)量及生活力的變化 無論是生活第2 年還是生活第7年采種，隨著種子發(fā)育過程的推進(jìn)，納羅克非洲狗尾草種子的千粒質(zhì)量及生活力均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，并于植株開花16 d后趨于穩(wěn)定。開花后第16 d，種子的千粒質(zhì)量、生活力較之前的各個(gè)發(fā)育時(shí)期均有顯著差異(P<0.05)，較之后的各個(gè)觀測階段均無顯著差異(P>0.05)，說明納羅克非洲狗尾草開花16 d后，種子的大小已經(jīng)固定，營養(yǎng)物質(zhì)的積累已經(jīng)完成，種子的生活力處于高峰期。

2.2.2 種子發(fā)芽率及活力的變化 無論是2年齡還是7年齡植株，隨著種子發(fā)育過程的推進(jìn)，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率及各項(xiàng)活力指標(biāo)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，并于開花后第16 d達(dá)到峰值。其中，種子的發(fā)芽率與開花后第12 d沒有顯著的差異(P>0.05)，與其他發(fā)育時(shí)間均有顯著差異(P<0.05)；種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與開花后第12、20 d沒有差異(P>0.05)，與其他發(fā)育時(shí)間則均有顯著的差異(P<0.05)。說明納羅克非洲狗尾草開花后第12～16 d收獲的種子萌發(fā)能力最高；第12～20 d收獲的種子活力最強(qiáng)。

2.3 采種年限對種子質(zhì)量的影響

于種子收獲最佳時(shí)期(開花后第16 d)采種，對種子主要質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行比較。結(jié)果表明，無論是生活第2年還是第7年采種，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率和各項(xiàng)活力指標(biāo)均無顯著差異(P>0.05)，種子休眠率之間的差異也不明顯(P>0.05)，但兩者的千粒質(zhì)量、生活力則有顯著差異(P<0.05)(表2)。說明采種年限對納羅克非洲狗尾草種子的質(zhì)量有影響。

表2 不同采種年限下的種子質(zhì)量Table 2 Effect of plant age on seed quality

3 討論

(1)納羅克非洲狗尾草開花后第10 d，種胚發(fā)育已完成。理論上，發(fā)育成熟的種胚已經(jīng)具備發(fā)芽能力[16]。但實(shí)際上能否萌發(fā)，還與此時(shí)種子生活力的高低及休眠程度有關(guān)。納羅克非洲狗尾草開花后第8 d采集的種子沒有生活力，發(fā)芽率為0，之后隨著發(fā)育過程的推進(jìn)其生活力和發(fā)芽率顯著增加，并于開花16 d達(dá)到峰值(表1)。說明種胚發(fā)育完好的納羅克非洲狗尾草種子并不能完全萌發(fā)，這是因?yàn)榧{羅克非洲狗尾草種子存在著嚴(yán)重的休眠現(xiàn)象[17]，新收獲的種子尤其如此。

(2)高活力種子在適宜條件下一定能發(fā)芽，而且發(fā)芽快，出苗整齊，并一定有高的生活力；能萌發(fā)的種子都是具有生活力的種子。但是有生活力的種子就未必一定能夠發(fā)芽。因此，單靠活力指標(biāo)判定種子的總活力水平或健壯度不科學(xué)。試驗(yàn)從種子千粒質(zhì)量、生活力、發(fā)芽力和活力等方面判定種子質(zhì)量表明：在納羅克非洲狗尾草開花后第16 d采種，不僅籽粒飽滿、生活力強(qiáng)、發(fā)芽率高，而且其活力水平也高。說明開花后第16 d采種，種子質(zhì)量高。鐘聲[18]的田間觀察結(jié)果表明：納羅克非洲狗尾草開花至種子成熟約需10 d，開花至種子脫落的平均時(shí)間為18 d。因此，從種子產(chǎn)量和質(zhì)量方面綜合考慮，納羅克非洲狗尾草種子的最佳收獲期為植株開花后第16 d。

(3)納羅克非洲狗尾草開花后第24 d，種子的活力已有下降趨勢(P<0.05)，這可能與種子內(nèi)部各種內(nèi)源激素的積累及其比例有關(guān)，也可能與種子成熟后的田間劣變有關(guān)[19]。納羅克非洲狗尾草的種子活力形成于種子的發(fā)育過程，其活力隨著種子發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)呈先升高、后保持，再下降的變化，這與樊廷錄等[20]對玉米雜交種種子的研究結(jié)果一致。

(4)雖然生活第2年、第7年生產(chǎn)的納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)芽率和各項(xiàng)活力指標(biāo)均無顯著的差異(P>0.05)，但種子的千粒質(zhì)量、生活力則有顯著差異(P<0.05)。反映出植株生活多年其種用性能有降低的趨勢。因此，在常規(guī)田間管理?xiàng)l件下，納羅克非洲狗尾草種子田的利用年限不能太長，建議不超過7年。

4 結(jié)論

(1)植株開花后第10 d，納羅克非洲狗尾草種子的發(fā)育已經(jīng)完成，并于開花后第16 d獲得最高萌發(fā)能力。此時(shí)采種，在不破除休眠的情況下，風(fēng)干種子的發(fā)芽率達(dá)到15%～16%。

(2)從種子千粒質(zhì)量、生活力、發(fā)芽力和活力等方面綜合評(píng)判，納羅克非洲狗尾草開花后第16 d采種，種子飽滿，生活力強(qiáng)，發(fā)芽率高，活力強(qiáng)。

[1] 孫群，王建華，孫寶啟.種子活力的生理和遺傳機(jī)理研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(1):48-53.

[2] 段新慧，李喬仙，鐘聲，等.納羅克非洲狗尾草種子產(chǎn)量構(gòu)成因子分析[J].中國畜牧獸醫(yī)，2013,40(8):207-210.

[3] 馬向麗，邵辰光，畢玉芬，等.刈割處理對納羅克非洲狗尾草產(chǎn)草量和品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28(2):23-26.

[4] 蔣智林，劉萬學(xué)，萬方浩，等.紫莖澤蘭與非洲狗尾草單、混種群落土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的比較[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，32(4):900-907.

[5] 字淑慧，吳伯志，段青松，等.非洲狗尾草防治坡耕地水土流失效應(yīng)的研究[J].水土保持研究，2006，13(5):183-185.

[6] 鐘聲，奎嘉祥，黃梅芬.納羅克非洲狗尾草的開花習(xí)性[J].中國草地，1998(3):27-29.

[7] 羅富成，彭健，段新慧，等.滇產(chǎn)納羅克非洲狗尾草種子種殼透性及種胚休眠性研究[J].草原與草坪，2014，34(4):19-24.

[8] 趙文青，薛世明，匡崇義.不同發(fā)芽率非洲狗尾草建植人工草地的效果研究[J].畜牧與飼料科學(xué)，2013，34(2):30-33.

[9] 羅富成，郭軼敏，彭健，等.外源激素對納羅克非洲狗尾草種子休眠的破除效果[J].草業(yè)科學(xué)，2015，32(3):405-409.

[10] 羅富成，段新慧，馬怡歡，等.復(fù)合處理對納羅克非洲狗尾草種子休眠的破除效果[J].草業(yè)與畜牧，2014(5):1-8.

[11] 羅富成，李仲伯.草原退化原因及其復(fù)壯更新技術(shù)的探討[J].中國草地，2000(1):43-47.

[12] 李正理.植物制片技術(shù)[M].北京：中國科學(xué)出版社,1987:90-92.

[13] 徐麗君，唐華俊，辛?xí)云?，?TTC法測定4種針茅種子生活力染色技術(shù)的研究[J].草原與草坪，2010，30(6):31-36.

[14] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 2930.4-2001 牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[15] 郭晉梅，劉 娟，董寬虎.PEG脅迫對白羊草種子萌發(fā)的影響[J].中國草地學(xué)報(bào)，2015，37(2)：58-62.

[16] 郭鳳根，侯小改.植物生物學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2014:184.

[17] 羅富成.納羅克非洲狗尾草種子的活力形成及休眠的機(jī)理研究[D].昆明：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015：117-118.

[18] 鐘聲.納羅克非洲狗尾草結(jié)實(shí)性及適宜收種時(shí)間的研究[J].種子，2007，26(4)：32-35.

[19] 舒英杰，陶源，王爽，等.高等植物種子活力的生物學(xué)研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報(bào)，2013，33(8):1709-1716.

[20] 樊廷錄，王淑英，王建華，等.河西制種基地玉米雜交種種子成熟期與種子活力的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47(15):2960-2970.

Seed development and quality change ofSetariasphacelatacv.Narok

LUO Fu-cheng，DUAN Xin-hui，HAN Bo，MA Xiang-li,HE Chao，GUO Feng-gen

(CollegeofAnimalScienceandTechnology，YunnanAgriculturalUniversity，Kunming650201，China)

The caryopses ofSetariasphacelatacv.Narok at different developmental stages were used to observe seed development and its quality variation.The results showed that the embryos matured on 10th day after plant flowering.Its thousand grain weight,viability,germination rate and vigor increased gradually with the development process and all of them reached a climax or tended to be stable on 16th day after plant flowering.And it was the best seed harvest time.

Setariasphacelatacv.Narok;growth age;embryo development;seed quality;seed harvest time

2016-03-20；

2016-05-20

國家自然科學(xué)基金“納羅克非洲狗尾草種子休眠機(jī)理及解除方法研究”(31260582)；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位研究生校外實(shí)踐基地建設(shè)項(xiàng)目“云南農(nóng)業(yè)大學(xué)綠盛美地研究生實(shí)踐基地”(2014YS0010)；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位研究生校外實(shí)踐基地建設(shè)項(xiàng)目“云南農(nóng)業(yè)大學(xué)綠盛美地研究生實(shí)踐基地”(2014YS0010)資助

羅富成(1963-)，男，四川成都人，博士，教授，研究方向?yàn)椴蓊惙N質(zhì)資源及其利用。

E-mail：lfc-999@126.com

S 330.3

A

1009-5500(2016)05-0064-05

郭鳳根為通訊作者。