春小麥新春31號種子活力與穗位和籽粒成熟度的關(guān)系

馮 魁，賈永紅，李 瓊，田新年， 張金汕，迪里夏提·爾肯，劉 俊，石書兵

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學院奇臺麥類試驗站，新疆奇臺 831800； 3.新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052)

春小麥新春31號種子活力與穗位和籽粒成熟度的關(guān)系

馮 魁1，賈永紅2，李 瓊3，田新年1， 張金汕1，迪里夏提·爾肯1，劉 俊1，石書兵1

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，新疆烏魯木齊 830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學院奇臺麥類試驗站，新疆奇臺 831800； 3.新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052)

為確定新疆主栽春小麥品種新春31號的種子活力與穗位、成熟度的關(guān)系，分別在花后15 d、20 d、25 d、30 d、35 d收獲穗上部、中部和下部種子，測量種子長、寬、厚、千粒重等性狀，并通過發(fā)芽實驗分析發(fā)芽率、幼苗高度、干鮮重等種子活力指標。結(jié)果表明，花后35 d收獲的穗中部種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢均最高。在同一部位，隨著收獲期的延遲，種子長度、寬度、厚度、千粒重、幼苗干鮮重和種子活力指數(shù)呈明顯的上升趨勢，種子活力指數(shù)表現(xiàn)為中部穗位>下部穗位>上部穗位。經(jīng)逐步回歸分析，種子活力與千粒重和籽粒寬度的相關(guān)性最好，因此這兩個指標可用作篩選高活力種子的主要指標。

小麥穗位；成熟度；物理性狀；種子活力

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，高活力種子在田間出苗能力、整齊度、幼苗生長速率、耐貯藏性等方面都有明顯的優(yōu)勢，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物增產(chǎn)增收的關(guān)鍵因素[1]。一般認為，種子尺寸或千粒重越大，成熟度越好，活力也越高[2-3]。吳薇等[4]認為，小粒種子萌發(fā)速度快，但發(fā)芽率不高，幼苗較??；大粒種子萌發(fā)速度慢，發(fā)芽率較高，幼苗最大；中粒種子萌發(fā)速度相對較快，發(fā)芽率也高，幼苗較大。因此，發(fā)芽率高低不是決定種子活力大小的唯一指標，多方位物理性狀、農(nóng)藝性狀的檢測和測定對種子活力的描述意義重大。尹譽霖等[5]發(fā)現(xiàn)，千粒重和種子厚度與種子活力相關(guān)性高，在種子萌發(fā)期遭受逆境脅迫時可著重選擇千粒重和種子厚度大的小麥品種。毛思帥等[6]則認為，大粒和中粒種子較小粒種子在苗期能積累更多的干物質(zhì)，有利于產(chǎn)量提高。高活力種子的幼苗高度、根長和鮮重也較低活力種子高出許多[7]。

目前國內(nèi)外學者關(guān)于種子活力與成熟度關(guān)系的研究較多[8-11]，大多從成熟度方面評價種子質(zhì)量優(yōu)劣，認為過早和過晚收獲均不利于形成高活力種子。其原因可能是，種子采收過早，會導致成熟不充分，底物積累不足；采收過晚又會導致種子出現(xiàn)劣變，活力降低[12]。王 寧等[13]發(fā)現(xiàn)，小麥在蠟熟期和完熟期種子活力的差別不大，且發(fā)芽率只能反映種子活力的有無，不能反映活力大小。Burris和Wych認為，種子達到最大重量時收獲，能保證種子具有較高活力，生理成熟可以作為適宜收獲期的標準[14-15]。周海寧等[16]對雜交玉米種子分析得出，隨著成熟度的提高，玉米種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均增高，但達到一定水平后便趨于穩(wěn)定。然而以上研究多集中于小麥、玉米等作物種子的成熟度和大小與發(fā)芽率、活力的相關(guān)性探討，關(guān)于種子活力與穗部位的關(guān)系鮮見報道。本試驗通過在花后不同時間收獲穗上部、中部和下部種子，分析了不同穗位、不同成熟度種子形態(tài)性狀、發(fā)芽指標及幼苗性狀及其與種子活力的關(guān)系，以期探討小麥種子活力與穗位及成熟度的相關(guān)性，為春小麥高活力種子生產(chǎn)提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試春小麥品種為新春31號。小麥于2016年種植，設5個收獲期，即花后15 d、20 d、25 d、30 d、35 d，隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積10 m2，其余田間管理與大田一致。

1.2 方法

1.2.1 取樣方法

在每個收獲時間分別取50個麥穗，并按照每穗小穗數(shù)平均分為穗上部、穗中部、穗下部，風干后標記保存。

1.2.2 種子形態(tài)性狀測定

將分類并風干好的麥穗脫粒，用萬分度天平測千粒重，用游標卡尺分別測量種子的長度、寬度和厚度[17]。

1.2.3 種子活力指數(shù)測定

種子用1%的次氯酸鈉消毒后，分別放入消毒過的發(fā)芽盒中。每個發(fā)芽盒上鋪2層含飽和水分的發(fā)芽紙，各均勻放入100粒春小麥種子，腹溝向下，種胚朝上。在25 ℃下模擬晝夜交替開展發(fā)芽實驗，共設三個重復。第4天統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)并計算發(fā)芽勢，第8天統(tǒng)計發(fā)芽率，并測量幼苗高度、鮮重、干重、根數(shù)和根長，每個重復測10株并求平均值。計算三種簡化活力指數(shù)：簡化活力指數(shù)Ⅰ=發(fā)芽率×幼苗鮮重；簡化活力指數(shù)Ⅱ=發(fā)芽率×幼苗干重；簡化活力指數(shù)Ⅲ=發(fā)芽率×幼苗高度[18]。三種簡化種子活力指數(shù)以下分別簡稱種子活力指數(shù)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行整理，用DPS7.05進行統(tǒng)計分析，采用Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位和收獲期小麥種子的形態(tài)性狀

同一收獲期不同部位間以穗中部種子的形態(tài)性狀最佳(表1)。隨著收獲期的延長，同一部位種子的長度、寬度、厚度均呈增大趨勢。同一部位種子的千粒重隨收獲期延長而上升，且不同收獲期間差異顯著。在相同收獲期，千粒重表現(xiàn)為穗中部>穗下部>穗上部。穗上部千粒重增長量(兩個取樣期之差)的最大值出現(xiàn)在花后15～20 d，增幅為52.51%；穗中部和下部的最大增長量均出現(xiàn)在花后20～25 d，分別增加了44.62%和55.71%；三個部位種子千粒重的最小增長量均出現(xiàn)在花后25～30 d，分別增加了6.37%、8.83%和8.43%。這說明種子成熟程度和穗部位對小麥千粒重影響明顯。

表1 不同部位和收獲期小麥種子的部分物理指標Table 1 Comparison of some physical indices of wheat seed at different ear positions and harvest stages

同列數(shù)值后的小寫字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。AA15～AA35分別指花后15 d至花后35 d。下表同。

Different small letters following values within the same columns mean significantly different among the treatments at 0.05 level.AA15 to AA35 refer to 15 d to 35 d after anthesis,respectively.The same in other tables.

2.2 不同部位和收獲期小麥種子的發(fā)芽和苗期性狀

小麥種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率的變化范圍分別為65.67～99.33%和85.67～99.33%，花后15～20 d發(fā)芽勢和發(fā)芽率的增長量顯著高于其他收獲期。發(fā)芽勢和發(fā)芽率均以穗中部在花后35 d收獲的種子表現(xiàn)最優(yōu)(表2)。

隨著收獲期的延長，同一部位種子生長的幼苗鮮重和干重整體呈上升趨勢，且以花后30～35 d收獲種子的幼苗鮮重和干重均最大，且干重在花后30、35 d兩個收獲期間差異不顯著。在相同收獲期下，不同部位種子生長的幼苗干鮮重均表現(xiàn)為穗中部>穗下部>穗上部(表2)。

由表3可以看出，在相同部位，隨著種子收獲期的延遲，幼苗高度、根長和根數(shù)逐漸增加?？傮w來看，在相同收獲期下，穗中部種子的幼苗高度、根長和根數(shù)多于穗下部和上部。

2.3 不同部位和收獲期小麥種子的活力指數(shù)

隨著收獲期的延遲，同一部位的種子活力指數(shù)逐漸增大；在同一收獲期，種子活力指數(shù)整體上表現(xiàn)為穗中部>穗下部>穗上部(圖1)。三種活力指數(shù)在花后25 d前變化較大，說明花后15～25 d是形成高活力種子的關(guān)鍵期。

2.4 春小麥種子物理指標和活力指數(shù)的關(guān)系

逐步回歸分析(表4)表明，不同部位種子的各形態(tài)性狀及幼苗性狀對種子活力指數(shù)的影響稍有不同。千粒重、種子厚度和苗高對穗上部種子活力指數(shù)影響顯著；千粒重和種子厚度對穗中部種子活力指數(shù)影響顯著；種子寬度對穗下部活力指數(shù)影響顯著。就不同部位同一種子活力指數(shù)而言，種子活力指數(shù)Ⅰ與千粒重和種子寬度密切相關(guān)，活力指數(shù)Ⅱ與種子厚度和寬度密切相關(guān)，活力指數(shù)Ⅲ與千粒重、苗高和種子寬度密切相關(guān)。綜合來看，千粒重和種子寬度與種子活力的相關(guān)性表現(xiàn)較好，因此這兩個指標可作為篩選高活力種子的主要指標。

表2 不同部位和收獲期小麥種子的發(fā)芽特性和幼苗干鮮重Table 2 Comparison of seed germination,and seedling fresh and dry weight of wheat at different spike positions and harvest stages

表3 不同部位小麥種子和收獲期種子的幼苗高度、根長和根數(shù)Table 3 Comparison of seedling height,root length and root number of wheat at different ear positions and harvest stages

圖柱上字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Different small letters on the columns mean significant difference among treatments at 0.05 level.

圖1 不同部位和收獲期小麥種子活力指數(shù)Ⅲ的變化

Y1～Y3分別指種子活力指數(shù)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。X1～X7分別指千粒重，幼苗根數(shù)、根長和苗高，以及種子厚度、長度和寬度。*:P<0.05；**:P<0.01。

Y1toY3refer to seed vigor index Ⅰ,Ⅱ and Ⅲ,respectively.X1toX7refer to 1 000-grain weight,seedling root number,root length and height,and grain thickness,length and width,respectively.*:P<0.05; **:P<0.01.

3 討 論

種子活力的評價方法眾多，不一定都適用于小麥這一作物[19-21]。大多數(shù)人認為人工加速老化法可使種子活力迅速喪失，是驗證種子活力的一種比較簡單可行的辦法，也適用于絕大多數(shù)作物[22-23]。李振華等[24]從生理和分子上分析認為，種子活力是一個比較復雜的性狀，萌發(fā)則是檢驗該性狀的一個重要方法。本研究通過標準發(fā)芽實驗研究不同部位和成熟度種子萌發(fā)和幼苗生長情況，并參照周愛清等[18]計算簡化活力指數(shù)的方法，運用三種種子活力指數(shù)進行評價，三種方法的結(jié)果呈現(xiàn)出的規(guī)律一致，即隨著成熟度的增加，種子活力指數(shù)也增大；麥穗部位間種子活力指數(shù)表現(xiàn)為穗中部最大、穗上部最小的規(guī)律。這也說明了用三種方法計算春小麥種子簡化活力指數(shù)均能準確反映種子活力的大小。

種子的大小和形態(tài)物理指標與發(fā)芽率、發(fā)芽勢、幼苗和根的長勢有關(guān)[25-26]。張自陽等[27]研究表明，隨著成熟度的增加，千粒重明顯增加并在花后30 d達到最大，成熟度對種子發(fā)芽率影響不明顯，但大粒種子的幼苗生長勢和種子活力明顯比小粒種子強。尹譽霖等[5]認為，種子活力的大小和千粒重密切相關(guān)，尤其是在逆境中。賈佳等[28]分析得出，在模擬干旱脅迫條件下，小麥種子G、B(HSB)、L、H、灰度值等顏色指標之間相關(guān)系數(shù)較高，均大于0.96，其中寬度和G值與發(fā)芽率回歸關(guān)系最好，決定系數(shù)為0.575，在逆境中可通過寬度和G值篩選高活力種子的條件。本研究表明，同一穗部位下隨著收獲期的延遲，種子的長、寬、厚度和千粒重逐漸增大。進一步進行回歸分析發(fā)現(xiàn)，千粒重和種子寬度對種子活力的影響較穩(wěn)定，更適用于篩選高活力種子。這可能是由于千粒重、種子寬度大的種子更飽滿，便于積累營養(yǎng)物質(zhì)，促進幼苗發(fā)育。

種子所處的部位不同也影響種子活力，時俠清等[29]把稻穗依照統(tǒng)計學分為上中下三個粒區(qū)，研究粒重和種子活力的相關(guān)性，得出大粒種子活力高、中?；盍又?、小粒種子活力低的規(guī)律。劉旭歡等[19]綜合分析了麥穗部位對種子活力的影響，結(jié)果表明，穗中部明顯大于穗上部和下部的活力，同時小麥種子的千粒重、幼苗干重和鮮重與種子活力指數(shù)呈極顯著關(guān)系，可以用種子的千粒重、幼苗干重、鮮重判定不同收獲期下種子活力的大小。本實驗幼苗長勢總體表現(xiàn)為穗中部>穗下部>穗上部，進一步計算得出活力指數(shù)也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律，收獲期間種子活力總體表現(xiàn)為花后15 d<花后20 d<花后25 d<花后30 d<花后35 d。

時偉芳等[30]研究發(fā)現(xiàn)，小粒種子在逆境條件下，比大粒種子表現(xiàn)出更高的活力。常 暉等[31]研究表明，小粒種子發(fā)芽率大于大粒種子，但大粒種子的幼苗生長量高于小粒種子。這些結(jié)果與本實驗結(jié)論稍有差異，分析原因，可能是小粒種子表面積較小，吸水速率大于大粒種子，水分能及時供給，更能適應逆境；而大粒種子內(nèi)含胚乳和貯藏物質(zhì)較多，生長潛力大于小粒種子。另外，種子活力構(gòu)成因素復雜，遺傳基因、種子發(fā)育、成熟度、土壤肥力以及貯藏條件等都與種子活力大小相關(guān)[32-33]。本實驗是在標準發(fā)芽條件下進行的，沒有受到外界環(huán)境的干擾。種子受到逆境時，會隨環(huán)境的變化自動篩選出適宜該環(huán)境下生長發(fā)育的種子，而且不同作物的種子結(jié)構(gòu)差別很大，同一種作物不同品種間也有差異，找到適合該作物種子活力的測定方法和指標更具有現(xiàn)實意義。本研究僅對春小麥不同穗部位和成熟度的種子進行物理性狀和幼苗期性狀進行實驗分析，具體的生理和分子機制方面的差異，有待進一步研究。

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Relationship between the Seed Vigor of the Spring Wheat Xinchun 31 and Ear Axis Position and Seed Maturity

FENG Kui1,JIA Yonghong2,LI Qiong3,TIAN Xinnian1,ZHANG Jinshan1,DILIXIATI Erken1,LIU Jun1,SHI Shubing1

(1.College of Agronomy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China; 2.Qitai County Wheat Experiment Station,Xinjiang Academy of Agricultural Sciences,Qitai， Xinjiang 8318003,China; 3.College of Food Science and Pharmacy,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China)

To explore the relationship between ear axis position,grain maturity and seed vigor of Xinjiang spring wheat variety Xinchun 31,the experiment was conducted with the randomized block design in the field.The seeds were harvested 15 d,20 d,25 d,30 d,35 d after anthesis and separated according the position on the spike (upper,middle and bottom part of a panicle),respectively.The characters,such as grain length,grain width,grain thickness,and thousand kernel weight,were measured.The seed vigor indices,such as germination rate,seedling length,and fresh and dry weight,were measured by seed germination analysis.The results showed that the seeds from the middle part of a panicle,harvested 35 d after anthesis exhibited the highest germination rate and germination energy.With the delay of harvest time,the seeds from the same position of a panicle showed an increase trend in grain length,width,thickness,thousand kernel weight,seedling dry weight and vigor index (P<0.05).The vigor index of different spike position ranked as the middle>the bottom>the upper.The stepwise regression analysis showed that seed vigor has the highest correlation with thousand kernel weight and grain width,and these two parameters are suggested as the main indices for seed vigor selection.

Wheat ear position; Maturity; Physical characteristics; Seed vigor

10.7606/j.issn.1009-1041.2017.06.12

時間：2017-06-07

2016-12-05

2017-01-10

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研項目(201303002)

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石書兵(E-mail:shbshi@sina.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)06-0808-07

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