不同收獲期扁穗雀麥的種子特性

田 宏，張鶴山，熊軍波，劉 洋

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所 湖北省動物胚胎工程及分子育種重點實驗室，湖北 武漢 430064）

扁穗雀麥(Bromus cartharticus)屬禾本科(Gramineae)雀麥屬(Bromus)一年生或短期多年生牧草，20世紀40年代引入我國。喜溫暖濕潤氣候，再生性和分蘗能力強，抗冬性較強，產(chǎn)草量高，適口性僅次于一年生黑麥草(Lolium multiflorum)、燕麥(Avena sativa)等，各種家畜喜食[1]。20世紀80年代湖北引進種植，后經(jīng)長期栽培馴化培育出牧草新品種“江夏”扁穗雀麥。隨著湖北省退耕還草、冬閑田種草和南方現(xiàn)代草地畜牧業(yè)推進行動等一系列項目的實施，該品種在省內(nèi)種植面積逐漸擴大，成為解決冬春季青綠飼草缺乏的主要草種。但在良種繁育中發(fā)現(xiàn)，扁穗雀麥和大多栽培歷史較短的禾本科牧草一樣，種子在收獲時存在嚴重的落粒性[2]，極大地制約了新品種的推廣利用。前期，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所草牧業(yè)課題組已開展了種子萌發(fā)條件[3]、吸水特性[4]、休眠性[5]、種子產(chǎn)量[6]等方面的研究，但關(guān)于不同收獲期種子大小、萌發(fā)特性和種子活力變化卻不清楚。研究表明，收獲時期不僅影響種子產(chǎn)量[7]，更是保證種子質(zhì)量的關(guān)鍵[8-9]。因此，本研究以扁穗雀麥兩個品種為材料，探究不同收獲期種子質(zhì)量變化，旨在為種子生產(chǎn)和高效擴繁提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于國家草品種區(qū)域試驗站(武漢)進行，114°08' E，30°17' N，海拔 29.6 m，江漢平原東部。亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，主要特征是雨量充沛，日照充足，常發(fā)生夏季高溫干旱和夏秋連旱。年均溫16.6 ℃，年降水量1 269 mm，無霜期237～271 d。土質(zhì)為丘陵黃壤，瘠薄，粘性重。pH 5.16，有機質(zhì)1.82%，堿解氮 110.0 mg·kg-1，有效磷 36.7 mg·kg-1；速效鉀 240 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試材料“江夏”扁穗雀麥為湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所選育的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草新品種，2012年通過國家草品種審定委員會審定，登記號445；“黔南”扁穗雀麥由貴州省草業(yè)研究所提供。

1.3 試驗設(shè)計

2017年10月10日播種，穴播，株行距均60 cm，播種面積3 m × 5 m，重復(fù)3次。始花期選擇花期一致的植株掛牌30個，花后8 d開始每隔4～6 d(考慮受天氣影響)從掛牌植株花序中部收獲種子直至完全成熟。種子收獲后立即進行含水量測定，另取部分種子風(fēng)干(含水量在12%左右)測大小、千粒重、發(fā)芽特性和電導(dǎo)率。

1.4 測定指標和方法

1.4.1 種子含水量測定

取每次收獲的新鮮種子稱4.0 g，3次重復(fù)，采用高恒溫烘箱法[10]，在130～133 ℃下烘1 h，取出后在干燥器冷卻30 min稱重，計算含水量。

1.4.2 種子大小和千粒重測定

從不同時期收獲的風(fēng)干種子中隨機取100粒種子，4次重復(fù)，用萬分之一的分析天平稱重，求千粒重。同時取30粒種子，用游標卡尺測量長(從穎果底部到外稃芒的長度)、寬(穎果最寬位置的長度)和厚(穎果最飽滿部位的厚度)，測量值精確到0.01 mm。

1.4.3 種子發(fā)芽特性測定

選取不同時期收獲的均勻、一致風(fēng)干種子，用1% NaClO處理5 min，蒸餾水沖洗3次后待用。采用紙上發(fā)芽法，先對種子進行預(yù)冷和KNO3處理，再放入20～30 ℃的培養(yǎng)箱中開始試驗[11]。每處理50粒種子，4次重復(fù)，試驗持續(xù)時間28 d。發(fā)芽標準為以有正常、與種子本身等長的胚根且胚芽長度達種子一半，每天記錄發(fā)芽數(shù)。第7天隨機取10個幼苗測定胚芽和胚根長度，計算發(fā)芽率(germination rate, GR, %)、發(fā)芽勢(germination energy, GE, %)、發(fā)芽指數(shù)(germination index, GI)和活力指數(shù)(vigor index,VI)[12]。

發(fā)芽率 = (試驗期正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)) ×100%；

發(fā)芽勢 = (試驗第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)) × 100%；

發(fā)芽指數(shù) = ∑Gt/ Dt，其中，Gt指t時間內(nèi)的發(fā)芽數(shù)；Dt指相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；

活力指數(shù) = 發(fā)芽指數(shù) × (胚根長度 + 胚芽長度)。

1.4.4 電導(dǎo)率測定

從各時期風(fēng)干種子中隨機取50粒，3次重復(fù)，準確稱重0.01 g。稱重后裝入盛有100 mL去離子水容量為150 mL的三角瓶中，同時設(shè)只加去離子水的對照，加蓋后在20 ℃下放置24 h，用DDS-307型電導(dǎo)儀測定浸種液電導(dǎo)值，減去對照電導(dǎo)值即為種子浸出液的電導(dǎo)值 [μs·(cm·g)-1]。電導(dǎo)率 = (重復(fù)1的電導(dǎo)值/50粒種子質(zhì)量 + 重復(fù)2的電導(dǎo)值/50粒種子質(zhì)量 + 重復(fù)3的電導(dǎo)值/50粒種子質(zhì)量)/3。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 17.10統(tǒng)計分析軟件對所測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用平均值和標準誤表示測定結(jié)果，分別對不同成熟期種子大小、千粒重、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、電導(dǎo)率等指標進行單因素分析，并用Duncan法對各測定數(shù)據(jù)進行多重比較和差異顯著性分析所有數(shù)據(jù)，用EXCEL 2007繪圖與制表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同收獲期種子含水量的變化

扁穗雀麥種子在成熟過程中，含水量變化基本表現(xiàn)為逐漸下降的趨勢(圖1)，在花后8 d，“江夏”和“黔南”含水量分別高達69.24%和69.05%，到花后19 d，兩品種的含水量仍維持在60.00%左右。之后，種子從乳熟期進入蠟熟期，含水量繼續(xù)下降，到花后32 d，“江夏”和“黔南”已較試驗初期分別下降34.85%和28.40% (P ＜ 0.05)?；ê?6 d，當種子到完熟期時，含水量急劇下降，兩品種的日均下降高達4.66%和4.84%。試驗結(jié)束時，“江夏”和“黔南”含水量略有增加，這可能與取樣前降雨導(dǎo)致空氣濕度較大有關(guān)。對比兩品種，“江夏”扁穗雀麥種子含水量在花后8 - 19 d稍高于“黔南”，而花后25 -42 d與之相反。

2.2 不同收獲期種子形態(tài)特征的變化

圖 1 不同收獲期兩個扁穗雀麥品種的種子含水量變化Figure 1 Changes in seed moisture content at different harvest times of two Bromus catharticus varieties不同小寫表示同一扁穗雀麥品種種子在不同收獲期間差異顯著(P ＜ 0.05)，圖 2 同。Different lowercase letters indicate significant differences for the same cultivar between different harvest times； similarly for Figure 2.

對不同時期收獲的扁穗雀麥種子形態(tài)測定發(fā)現(xiàn)，“江夏”種子長度的變化范圍為18～21 mm，并于花后25 d達最大值20.41 mm，之后種子長度雖略有變化，但差異不顯著(P ＞ 0.05)；“黔南”種子長度在相同收獲期均較“江夏”大，變化范圍為19～22 mm，且種子長度除花后36 d略有明顯減小外，其它各時期變化差異不大(P ＞ 0.05) (表1)。種子寬度變化與長度不同，花后8 - 19 d兩品種均在2.8 mm左右，在25 d，寬度急劇減少到最小值，之后有所增加，與此后收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)。隨著扁穗雀麥種子的發(fā)育，厚度變化差異較大?！敖摹痹诨ê? - 19 d，種子厚度0.9 mm左右；之后迅速增加，超過1.2 mm，花后25 - 42 d各處理差異不顯著。“黔南”與之略有不同，該品種自花后8 - 19 d種子厚度變化較快，之后顯著增厚但厚度變化幅度減小，32 - 42 d差異不顯著(P ＞ 0.05)。

千粒重是種子灌漿過程中物質(zhì)積累的重要表現(xiàn)，也是衡量種子成熟度重要指標之一。從不同收獲期扁穗雀麥種子千粒重變化來看，兩個品種均表現(xiàn)出先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(表1)?！敖摹北馑肴耕湻N子自花后8 - 32 d千粒重增加較快，在各收獲期差異達顯著水平(P ＜ 0.05)，至花后42 d達最大值11.37 g，但與花后32 d差異不顯著(P ＞ 0.05)?！扒稀北馑肴耕湻N子千粒重變化規(guī)律與“江夏”基本一致，在花后42 d達最大，但花后32 - 42 d收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)。兩品種相比，在同一收獲時期“黔南”種子千粒重均較“江夏”大；在趨于穩(wěn)定的花后32 - 42 d，前者千粒重較后者分別增加13.45%、18.43 %和18.25%。

2.3 不同收獲期對種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

花后8 d種子便具備了發(fā)芽能力，發(fā)芽率分別為26.91%和38.00%；到25 d，發(fā)芽率急劇升高，“江夏”已超過93.33%，“黔南”也達87.03% (表2)。隨后兩品種收獲的種子發(fā)芽率繼續(xù)增加，江夏扁穗雀麥在36 d達最大值，之后略有下降，但花后25 - 42 d種子發(fā)芽率差異不顯著(P ＞ 0.05)。黔南種子發(fā)芽率達最大值的時間較江夏提早4 d，但同樣花后25 -42 d 無差異 (P ＞ 0.05)

兩品種發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)變化趨勢與發(fā)芽率基本一致，呈先升高再下降的趨勢?！敖摹北馑肴耕湻N子在花后36 d發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)最高，分別較試驗初期提高了4.99倍和4.08倍，與花后25 - 42 d收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)。和“江夏”略有不同，“黔南”扁穗雀麥種子的發(fā)芽勢在花后32 d達最大值(93.96%)，發(fā)芽指數(shù)在36 d達最大值(199.22)，花后32 - 42 d內(nèi)收獲的種子差異均不顯著(P ＞0.05)。另外，研究發(fā)現(xiàn)早期(花后8 - 19 d)和晚期(42 d)收獲的種子，“黔南”的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均略高于“江夏”，其他時間則與之相反。

2.4 不同收獲期對幼苗和活力指數(shù)的影響

“江夏”自花后8 - 32 d收獲的種子萌發(fā)胚芽長度、胚根長度和活力指數(shù)均表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，在32 d達最大值，分別為7.08 cm、6.48 cm和2 752.18，顯著高于前期收獲種子的活力(P ＜ 0.05)(表3)。隨著種子成熟度增加，幼苗長勢稍有下降，但與花后32 d收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)；活力指數(shù)相比胚根胚芽生長在收獲晚期下降較多，花后42 d較32 d顯著減少了16.69% (P ＜ 0.05)?！扒稀北馑肴耕溣酌缟L與活力指數(shù)變化與“江夏”略有不同，其胚芽長度隨種子收獲時間的延遲呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，胚根長度和活力指數(shù)以花后36 d收獲的種子表現(xiàn)最好，但32 - 42 d收獲的種子差異均不顯著 (P ＞ 0.05)。

表 2 不同收獲期對扁穗雀麥種子萌發(fā)的影響Table 2 Influence of different harvest times on seed germination of Bromus catharticus

表 3 不同收獲期對扁穗雀麥種子幼苗和活力的影響Table 3 Influence of different harvest times on seed seedlings and vigor of Bromus catharticus

2.5 不同收獲期對種子電導(dǎo)率的影響

扁穗雀麥兩個品種種子浸出液電導(dǎo)率均在花后8 d最大，之后持續(xù)下降直到花后42 d達最低值，分別為59.87 μs·(cm·g)-1和52.11 μs·(cm·g)-1，減少比例均超過84%，說明扁穗雀麥種子隨著成熟度的增加活力逐漸提高(圖2)。但在不同收獲期兩個扁穗雀麥品種電導(dǎo)率變化差異較大，“江夏”在花后32 d和36 d種子電導(dǎo)率差異不顯著(P ＞ 0.05)，但與其他處理差異顯著(P ＜ 0.05)；“黔南”種子電導(dǎo)率除花后13 d和19 d差異不顯著外，其他各收獲期間均差異顯著(P ＜0.05)。兩品種種子活力相比，“江夏”除在32 d較“黔南”高外，其他收獲期均較“黔南”低。

圖 2 不同收獲期兩個扁穗雀麥品種種子電導(dǎo)率變化Figure 2 Changes in seed conductivity at different harvest times of two Bromus catharticus varieties

3 討論

牧草種子的適時收獲是保證高質(zhì)、高產(chǎn)的重要因素，成熟度不夠，種子雖有較高的生活力，但并未達到最大活力；種子收獲較晚，則會遭受落粒損失和成熟后劣變引起的活力降低[13]。為此，外部形態(tài)(種子顏色和粒重)和內(nèi)部生理指標(種子含水量、發(fā)芽率、電導(dǎo)率等)變化被許多專家學(xué)者研究，以尋找作為種子最佳收獲期的標準。Wang等[14]發(fā)現(xiàn)廣布野豌豆(Vicia cracca)可通過莢果與種子分別變?yōu)闇\棕色和黑色的時候進行收獲，蘭劍和沈艷[15]認為多年生黑麥草(Lolium perenne)可通過千粒重是否達到恒定值來確定適宜收獲時間，Hebblethwaite和Ahmed通過對十幾種牧草研究發(fā)現(xiàn)含水量是確定大多數(shù)牧草適宜收獲時間的理想指標[16]。本研究中，隨著種子的成熟，“江夏”和“黔南”扁穗雀麥種子含水量表現(xiàn)為持續(xù)下降后稍有上升趨勢，尤其在花后32 - 42 d，兩品種粒重已基本恒定，進入生理成熟期，但水分變化仍相對較大，該結(jié)果與張艷紅和易津[17]對偃麥草屬(Elytrigia) 5種植物及毛培勝等[18]對高羊茅(Festuca elata)和老芒麥(Elymus sibiricus)的研究略有不同，究其原因可能與當?shù)貧夂蛴休^大關(guān)系。在武漢地區(qū)，扁穗雀麥種子由蠟熟初期向完熟期發(fā)育的階段，經(jīng)常會發(fā)生降水現(xiàn)象，本研究中，花后32 d取樣時空氣濕度88%，到花后36 d又下降為82%且取樣當天氣溫達30 ℃，從而造成種子含水量較前次采樣急劇下降。到花后42 d，又因取樣前下雨，空氣濕度大、種子相對比較潮濕，使得含水量再次升高。兩品種相比，在同一發(fā)育階段，“江夏”扁穗雀麥種子含水量前期稍高于“黔南”，后期則相反。由此可見，對扁穗雀麥來說，種子含水量在同草種不同品種間差異較大，在武漢地區(qū)該指標受外界氣候影響較大。

種子發(fā)育過程中，發(fā)芽指標雖然不能直接反映種子活力的變化，但它卻是檢驗種子品質(zhì)不可缺少的指標。一般情況下，種子越成熟，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)也愈高。隨著成熟度的提高，不同玉米(Zea mays)雜交種種子標準發(fā)芽率增加，抗逆能力增強[19]；伴隨種子的發(fā)育，小麥(Triticum aestivum)發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為先增加后持續(xù)穩(wěn)定的趨勢，而活力指數(shù)則一直上升[20]。本研究中，扁穗雀麥在花后8 d，少數(shù)種子就具備了發(fā)芽能力，之后迅速增強，到25 d，兩品種發(fā)芽率和發(fā)芽勢超過85.0%，但此時干物質(zhì)積累仍在繼續(xù)，種子未達真正意義上的成熟。到花后32 - 36 d，“江夏”扁穗雀麥發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均達最高，“黔南”范圍較之稍寬，為花后32 - 42 d。

種子發(fā)芽力高但不一定代表具備高的活力，這也是田間出苗率往往比室內(nèi)發(fā)芽率低的原因。細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性是種子活力的生理基礎(chǔ)，膜結(jié)構(gòu)完整性的喪失可引起吸脹種子電解質(zhì)滲漏，而細胞滲漏物質(zhì)的多少與種子田間出苗率呈顯著負相關(guān)，高活力種子浸出液電導(dǎo)率值低，反之則高[10]。Wang等[21]發(fā)現(xiàn)，用電導(dǎo)率法測定野大麥(Hordeum brevisubulatum)種子品質(zhì)可準確確定適宜收獲時間，但對某些物種來說并不是精確指標，比如硬實率高的豆科牧草[22]。本研究中，“江夏”和“黔南”種子均隨著成熟度的增加，浸出液電導(dǎo)率值逐漸下降，這種變化與對高羊茅[23]、柳枝稷(Panicum virgatum)[24]和冰草(Agropyron cristatum)的研究結(jié)果一致[25]。盡管扁穗雀麥兩個品種種子活力在花后42 d最強，但此時種子大多落粒，產(chǎn)量嚴重受損。為此，綜合粒重、種子含水量、發(fā)芽指標、電導(dǎo)率等多方面因素綜合得出，扁穗雀麥在花后32 - 36 d收獲，不但種子成熟飽滿、發(fā)芽率高、活力強，還可減少落粒。

4 結(jié)論

綜合考慮，“江夏”和“黔南”扁穗雀麥種子在武漢地區(qū)適宜收獲條件是花后32 - 36 d、種子含水量分別為26%～45%和32%～49%。