多效唑(PP333)對阿壩垂穗披堿草種子產(chǎn)量與質(zhì)量的影響

雷 雄， 閆利軍， 吳 婍， 白史且， 游明鴻， 季曉菲

(四川省草原科學(xué)研究院， 四川 成都 611731)

阿壩垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb‘Aba’)是四川省草原科學(xué)研究院于2010年審定登記的優(yōu)良國審牧草新品種(登記號：407)[1]。該品種具有牧草產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良、抗寒性強、適應(yīng)性好等優(yōu)點[2]。其種子生產(chǎn)田面積已達400 hm2，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。但在種子生產(chǎn)中，存在抽穗不整齊、成熟期不一致、落粒嚴重、易倒伏等現(xiàn)象，導(dǎo)致種子產(chǎn)量和質(zhì)量不高等問題，嚴重制約著阿壩垂穗披堿草規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展[3]。

多效唑(PP333)是一種三唑類植物生長調(diào)節(jié)劑，其主要作用是抑制內(nèi)源赤霉素合成，在矮化植株[4]，增強植株抗倒伏能力[5]，減少種子敗育和種子落粒[6-8]，增加花序結(jié)實數(shù)[9]和提高種子產(chǎn)量等方面作用顯著[10]。目前，多效唑已廣泛應(yīng)用于黑麥草(LoliumperenneL)、羊茅(FestucaL)等種子生產(chǎn)，而在阿壩垂穗披堿草種子生產(chǎn)上的應(yīng)用還未見報道。為此，本課題通過探究多效唑?qū)Π未顾肱麎A種子產(chǎn)量和質(zhì)量相關(guān)因子的影響并進行綜合評價，以期獲得多效唑最適施用濃度和最佳施用時期，并為阿壩垂穗披堿草種子生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為2014年條播于四川省阿壩藏族羌族自治州紅原縣二農(nóng)場內(nèi)的阿壩垂穗披堿草；多效唑(PP333)為可濕性粉劑，其有效成分含量為15%，購于上海伊卡生物制藥有限公司。

1.2 試驗地概況

試驗地位于四川省阿壩藏族羌族自治州紅原縣二農(nóng)場內(nèi)，地理位置102°32` E、32°46` N，海拔3 500 m。該地域?qū)儆诖箨懶愿咴疁貛Ъ撅L(fēng)氣候，年平均溫度為1.1℃，≥10℃年積溫僅865℃，極端溫度范圍為-33.8～23.5℃，無絕對無霜期。全年平均降雨量738 mm，相對濕度71%，土壤pH 6.6，為高山草甸土。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗采用隨機試驗設(shè)計，小區(qū)面積3 m×4 m，小區(qū)間距離0.5 m，四周設(shè)1 m保護行。每個處理3個重復(fù)，阿壩垂穗披堿草于2014年5月中旬播種，行距0.6 m ，播種量27 kg·hm-2。播前施4 000 kg·hm-2牛羊糞，拔節(jié)期按氮磷鉀復(fù)合肥150 kg·hm-2進行追肥。生長調(diào)節(jié)劑在拔節(jié)期和孕穗期分別進行葉面噴施，噴施劑量750 L·hm-2，每個物候期只噴施1次，對照組噴施相同劑量的清水。具體設(shè)計水平如表1所示。施藥時間選擇晴天上午10時前。

1.4 觀測項目及測定方法

株高：盛花期測定，每小區(qū)隨機選取植株30株，測定其垂直植株高度。

第二莖節(jié)長：盛花期測定，每小區(qū)隨機選取中間行生殖枝10株，用直尺測定第二莖節(jié)長(從地面向上數(shù))。

第二莖節(jié)節(jié)間粗：盛花期測定，測定第二莖節(jié)長的同時，用游標(biāo)卡尺測定第二莖節(jié)節(jié)間粗。

表1 不同物候期PP333噴施濃度Table 1 Different spraying concentrations of PP333 and phenological phases

生殖枝數(shù)：乳熟期測定，隨機選取0.5 m樣段，數(shù)出其生殖枝數(shù)。

小穗數(shù)：乳熟期測定，每小區(qū)隨機選取生殖枝10株，測單枝小穗數(shù)。

種子數(shù)：種子乳熟期測定，在測定小穗數(shù)的同時，測定每株種子數(shù)，取10次重復(fù)的平均值。

穗軸長/穗軸粗/穗節(jié)數(shù)：種子乳熟期測定，在測定小穗數(shù)的同時，分別測定每株穗軸長、穗軸粗和穗節(jié)數(shù)，取10次重復(fù)的平均值。

實際種子產(chǎn)量：蠟熟后期，刈割生殖枝，自然干燥后脫粒，清選，稱量，計算單位面積種子產(chǎn)量(kg·hm-2)。

種子含水量：蠟熟期在每個小區(qū)內(nèi)隨機取樣穗15個，選擇大小一致的種子400粒裝入信封中，稱得鮮重后，再放入105℃恒溫烘箱中烘干4小時，稱其干重，并計算種子含水量。

倒伏率：測定時期為蠟熟期，目測每個小區(qū)內(nèi)倒伏植株在整個小區(qū)植株的百分比。

種子發(fā)芽率：蠟熟期在每個小區(qū)內(nèi)隨機取樣穗15個，在各樣穗穗中部隨機選擇大小一致的種子100粒，于2016年3月1日進行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗。發(fā)芽時間為14天，以胚芽長度達到種子長度的1/2時或胚根長度達到種子長度記為發(fā)芽。其中，發(fā)芽率指發(fā)芽終期正常發(fā)芽種子粒數(shù)占供試種子總數(shù)的百分率。

可溶性糖采用蒽酮法測定[11]；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法,超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用NBT光還原法[12]，過氧化氫酶(CAT)的測定參照劉子凡《種子學(xué)實驗指南》中有關(guān)CAT測定方法[13]，過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理后，利用SPSS 19進行LSD多重比較，然后再利用DPS對各項觀測指標(biāo)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 PP333對阿壩垂穗披堿草莖性狀的影響

供試材料在拔節(jié)期和孕穗期分別葉面噴施不同濃度PP333，其莖部性狀表現(xiàn)各有差異(表2)。在拔節(jié)期葉面噴施PP333降低了供試材料的株高、第二莖節(jié)節(jié)間長和倒伏率，且隨著PP333噴施濃度的增加呈遞減趨勢，株高和第二莖節(jié)節(jié)間長在P2、P3處理下與對照差異顯著，而倒伏率在所有處理下與對照差異均顯著(P<0.05)；拔節(jié)期葉面噴施PP333可增加第二莖節(jié)粗和生殖枝數(shù)，但第二莖節(jié)粗只在P3處理下與對照差異顯著(P<0.05)，而生殖枝數(shù)在所有處理下均顯著高于對照(P<0.05)，且隨著PP333噴施濃度的增加生殖枝數(shù)逐漸降低，其中以P1(150 g·hm-2)處理生殖枝數(shù)最高，比對照高1 024 個·m-2。在孕穗期葉面噴施PP333可有效增加生殖枝數(shù)，顯著降低了倒伏率(P<0.05)，這兩項指標(biāo)與拔節(jié)期變化規(guī)律相同，但在株高、第二莖節(jié)節(jié)間長和第二莖節(jié)粗各處理與對照沒有顯著差異。

表2 PP333處理下阿壩垂穗披堿草莖性狀方差分析Table 2 Variance analyses about stem traits of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

注： 同一時期同列不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)，下同

Note: Different lowercase letters in the same column of the same spraying phase indicate significant difference between treatments at the 0.05 level. The same below

2.2 PP333對阿壩垂穗披堿草穗部性狀及種子產(chǎn)量的影響

適宜的PP333噴施濃度和適宜的噴施時期可改善供試材料的穗部性狀和種子產(chǎn)量[6]。由表3可以看出，在拔節(jié)期和孕穗期葉面噴施一定濃度的PP333對供試材料的穗部性狀和種子產(chǎn)量均具有一定的促進作用，但不難發(fā)現(xiàn)拔節(jié)期要明顯好于孕穗期，其中拔節(jié)期又以P1(150 g·hm-2)處理效果最好，P1處理可顯著提高供試材料的穗節(jié)數(shù)、小穗數(shù)、種子數(shù)、千粒重和種子產(chǎn)量(P<0.05)，分別比對照提高17%，36%，45%，14%和28%，其次為P2(300 g·hm-2)處理。而孕穗期噴施不同濃度PP333只提高了個別幾個穗部性狀，對種子產(chǎn)量沒有顯著影響。

2.3 PP333對阿壩垂穗披堿草種子質(zhì)量的影響

不同濃度的PP333及不同施用時期對供試材料的種子質(zhì)量具有一定的影響(表4)。拔節(jié)期葉面噴施PP333，在P1(150 g·hm-2)處理下SOD活性、CAT活性、淀粉含量和種子發(fā)芽率均顯著高于對照處理，分別為182.09 U·g-1，90.81 U·g-1，1.84 mg·g-1和95%，而MDA含量變化規(guī)律與之恰好相反；可溶性糖含量則以對照處理最高，顯著高于P1和P2處理(P<0.05)；而種子含水率與對照沒有顯著差異。孕穗期葉面噴施 PP333其SOD活性、CAT活性、發(fā)芽率和MDA含量變化規(guī)律與拔節(jié)期相似，而含水率、可溶性糖含量和淀粉含量與對照差異不顯著。

表3 PP333處理下阿壩垂穗披堿草穗部性狀及種子產(chǎn)量方差分析Table 3 Variance analyses about spike traits and seed yield of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

表4 PP333處理下阿壩垂穗披堿草種子質(zhì)量方差分析Table 4 Variance analyses about seeds quality of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

2.4 PP333對阿壩垂穗披堿草種子產(chǎn)量與質(zhì)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析

試驗測定了不同濃度PP333在2個不同施用時期供試材料的生殖枝數(shù)、穗軸長、穗軸粗、穗節(jié)數(shù)、小穗數(shù)、種子數(shù)、千粒重、種子產(chǎn)量以及種子含水率、MDA含量、SOD活力、CAT活力、可溶性糖含量、淀粉含量和種子發(fā)芽率共計15項指標(biāo)。以試驗結(jié)果中各性狀最優(yōu)值構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)處理，并在此基礎(chǔ)上采用灰色系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)度分析方法，評價各處理間的優(yōu)劣。由表5的分析結(jié)果表明，關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的為P1處理，與標(biāo)準(zhǔn)處理關(guān)系最近(r=0.9733)，即拔節(jié)期葉面噴施150 g·hm-2多效唑效果最好；P6處理(孕穗期葉面噴施600 g·hm-2多效唑)效果最差?？梢?，阿壩垂穗披堿草在拔節(jié)期葉面噴施150 g·hm-2多效唑時，可以獲得較高的種子產(chǎn)量和種子質(zhì)量。

表5 不同處理組合的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)序Table 5 Correlation coefficients and associated sequence of different treatment combinations

3 討論

3.1 PP333對阿壩垂穗披堿草莖葉性狀的影響

有研究指出：植株經(jīng)PP333處理后，其體內(nèi)赤霉素含量顯著低于對照組，細胞的伸長受到抑制，植株的生長速度顯著降低[15]。本試驗結(jié)果表明，PP333降低了阿壩垂穗披堿草植株高度，但會隨著不同的噴施時期而表現(xiàn)出不同的變化：在拔節(jié)期噴施PP333，株高和第二莖節(jié)節(jié)間長會隨著噴施濃度的增高而降低；而在孕穗期噴施不但沒有降低阿壩垂穗披堿草的株高和第二莖節(jié)節(jié)間長，反而使其略有增加。原因可能是在阿壩垂穗披堿草拔節(jié)期植株生長速度較快，植株體內(nèi)赤霉素的合成正處于旺盛時期，正需要合成大量的赤霉素以促進植株生長，而在此時噴施的PP333則抑制了赤霉素的合成，使植株體內(nèi)的赤霉素含量迅速降低，抑制了植株莖的生長；而在孕穗期，阿壩垂穗披堿草主要的能量分配集中在穗部的生長發(fā)育，而非莖的伸長上，而在此時噴施PP333，雖然能對植株體內(nèi)赤霉素的合成造成一定的影響，但與對照相比差異不顯著，張遠海等[16]、 Hampton[17]也得出類似的結(jié)果。雖然PP333對阿壩垂穗披堿草莖節(jié)粗的影響差異不顯著，但是降低了植株高度和第二莖節(jié)長度，有效地矮化了植株并降低了植物重心高度，提高了植株抗倒伏的能力。

大量研究表明，頂端優(yōu)勢的強弱由植物體內(nèi)赤霉素和生長素的含量決定。潘瑞熾等[18]對水稻的研究結(jié)果表明，PP333可以降低植物體內(nèi)IAA含量，緩解頂芽對側(cè)芽的抑制作用，促進側(cè)芽分枝、分蘗的形成。本試驗得出：在拔節(jié)期、孕穗期噴施PP333顯著促進了阿壩垂穗披堿草的有效分蘗，其生殖枝數(shù)量隨著噴施濃度的增加而增加，這與黃勝東等[19]、蘭劍等[20]的研究結(jié)果相一致.

3.2 PP333對阿壩垂穗披堿草穗部性狀及種子產(chǎn)量的影響

有報道認為，植物生長調(diào)節(jié)劑通過一定方式進入植物體內(nèi)，直接或間接參與植物內(nèi)源激素的合成與代謝，從而影響植物生長發(fā)育過程和農(nóng)藝性狀表達[21-22]。在牧草種子生產(chǎn)過程中，如何優(yōu)化產(chǎn)量組分的關(guān)系，獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的牧草種子，是每個牧草科研工作者追求的目標(biāo)。植物生長調(diào)節(jié)劑可以通過調(diào)節(jié)作物的內(nèi)源激素變化從而對作物的生育過程產(chǎn)生巨大影響[23]。丁成龍?zhí)岢鯬P333濃度在500 mg·L-1以下時，可以顯著提高小穗數(shù)和種子產(chǎn)量[24]。本試驗表明：PP333雖然降低阿壩垂穗披堿草穗長、穗軸長、穗軸粗和莖節(jié)數(shù)，但提高了小穗數(shù)、種子數(shù)以及種子產(chǎn)量，說明PP333能夠調(diào)節(jié)阿壩垂穗披堿草內(nèi)源激素，改變植株穗部營養(yǎng)物質(zhì)的供給與分配，從而提高牧草生產(chǎn)性能。這與茍文龍[25]對多花黑麥草以及尚玉磊[26]對小麥研究得出的結(jié)論一致。

3.3 PP333對阿壩垂穗披堿草種子質(zhì)量的影響

從生理角度講，隨著牧草種子的生長發(fā)育及其營養(yǎng)物質(zhì)逐漸增多，含水量則相應(yīng)降低，種子含水率的高低是種子成熟度的重要生理指標(biāo)。對于多年生禾本科牧草，種子含水率在50%～ 30%時就出現(xiàn)明顯的脫落現(xiàn)象[27]。在本試驗中，除拔節(jié)期噴施低濃度的PP333顯著降低了種子的含水率外(P<0.05)，其余各處理差異不顯著。這與劉金平等[28]對老芒麥的研究結(jié)果一致。

丙二醛(MDA)含量是反映膜系統(tǒng)受到傷害程度的重要指標(biāo)之一[29]。試驗結(jié)果表明，低濃度(<300 g·hm-2)的多效唑(PP333)降低了阿壩垂穗披堿草種子MDA含量，減少了脂膜過氧化物對種子細胞膜的損害，提高了種子的質(zhì)量，而高濃度(>300 g·hm-2)的PP333增加了種子MDA含量，降低了種子的質(zhì)量。

有關(guān)研究表明PP333增加了超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)等抗氧化保護酶系的活性，提高了植物清除體內(nèi)自由基的能力，有效防止了膜脂的過氧化作用，降低了細胞膜透性以及維持了細胞膜的完整性，提高了植株抗逆性和適應(yīng)環(huán)境的能力[30]。本試驗表明，葉面噴施PP333均顯著提高了阿壩垂穗披堿草種子SOD和CAT等抗氧化酶的活性，提高了種子的適應(yīng)能力。

可溶性糖是種子從萌發(fā)開始到進行光合作用前的底物，可反映種子老化過程中受到的損傷程度，也能反映呼吸底物喪失的程度[31]。張靜[32]也提出可以通過測定可溶性糖含量來評價水稻品種的種子質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，PP333總體上降低了阿壩垂穗披堿草種子可溶性糖含量；低濃度(<300 g·hm-2)的PP333促進了淀粉含量的增加，高濃度(>300 g·hm-2)的PP333降低了種子的淀粉含量；發(fā)芽率與淀粉含量的變化趨勢一致。這說明PP333提高了阿壩垂穗披堿草種子抗損傷的能力，而淀粉是禾本科牧草主要的營養(yǎng)物質(zhì)和儲能物質(zhì)，淀粉含量的增加，為種子萌發(fā)提供了物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

拔節(jié)期噴施150 g·hm-2多效唑降低了阿壩垂穗披堿草的株高、第二莖節(jié)節(jié)間長和倒伏率；顯著提高了供試材料的穗節(jié)數(shù)、小穗數(shù)、種子數(shù)、千粒重和種子產(chǎn)量(P<0.05)，分別比對照提高17%，36%，45%，14%和28%，并且顯著提高了種子的SOD活性、CAT活性、淀粉含量和種子發(fā)芽率(P<0.05)；由灰色系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)度分析表明，在該處理下可以使種子產(chǎn)量與質(zhì)量達到最高，其種子產(chǎn)量和發(fā)芽率較對照組分別高508.25 kg·hm-2和16.25%，其次是P2處理(拔節(jié)期噴施300 g·hm-2多效唑)，效果最差的是P6處理。