不同氮素處理下玉米種子活力及耐儲(chǔ)性評(píng)價(jià)

郝 楠，李月明，王 成，何宏曄

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北主要作物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110161；2.撫順市農(nóng)業(yè)特產(chǎn)學(xué)校，遼寧 撫順 113123)

施肥是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的重要途徑，近年來(lái)，過(guò)度施肥尤其是氮肥施用量不斷增加，導(dǎo)致肥料浪費(fèi)，污染環(huán)境的問(wèn)題日趨明顯。在很多地區(qū)，氮肥的施用量常常遠(yuǎn)高于適宜的施肥量，這不僅造成資源的浪費(fèi)，降低氮肥的增產(chǎn)效果，過(guò)量施肥更會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題并增加農(nóng)民的投入成本[1～4]。農(nóng)民承擔(dān)玉米制種任務(wù)，主要目的是為了獲得比種植普通玉米更高的收益。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化對(duì)單粒(精量)播種技術(shù)的要求，企業(yè)對(duì)制種質(zhì)量的要求高于產(chǎn)量，因此，如何通過(guò)合理的栽培措施培育出優(yōu)質(zhì)的高活力種子成為關(guān)注的重點(diǎn)[5]。

種子耐儲(chǔ)性是指作為種子或種質(zhì)保存的、經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存后仍保持較高的活力的種子性狀。近些年，我國(guó)玉米種子生產(chǎn)量遠(yuǎn)大于消費(fèi)量，大量的種子需要短期或長(zhǎng)期貯藏。玉米種子的耐儲(chǔ)性研究顯得尤為迫切，而耐貯性的差異與制種田栽培措施特別是氮肥施用量的關(guān)系研究尚不明確[6]。本文對(duì)不同品種差異化氮素處理制種的玉米種子活力水平及貯藏后的衰減變化進(jìn)行評(píng)價(jià)。旨在明確不同類型玉米種子在貯藏后的種子活力變化規(guī)律，為研究東北玉米制種田高活力種子氮素適宜用量及種子耐貯性生理機(jī)制提供理論依據(jù)[7～9]。

1 材料與方法

田間試驗(yàn)于2016年在遼寧省撫順祝家街道田家屯村八家子進(jìn)行，以玉米鄭單958(鄭58×昌7-2)、遼單 565(中 106×遼 3162)、遼單 588(遼8821×S121)、先玉 335(Ph6wc×Ph4cv)為試驗(yàn)材料進(jìn)行雜交制種(文中用 ZD958、LD565、LD588、XY335表示)，制種過(guò)程中母本處理為基施450 kg/hm2復(fù)合肥，追施氮肥分別為純氮為0 kg/hm2、75 kg/hm2、150 kg/hm2、225 kg/hm2、300 kg/hm2(文中用 N0、N1、N2、N3、N4 表示)，種植密度為60 000株/hm2，每個(gè)小區(qū)5 m行長(zhǎng)，5行區(qū)，壟距0.6 m，小區(qū)面積15 m2，其他同正常田間管理。種子收獲當(dāng)年(2016年)與低溫種子庫(kù)(5℃)貯藏2年后(2018年)分別測(cè)定相關(guān)種子萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)。比較貯藏前后供試材料的種子質(zhì)量，評(píng)價(jià)不同氮肥處理下玉米種子在低溫貯藏條件下的種子活力水平及耐儲(chǔ)性。

田間試驗(yàn)地處于中溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量為 760～790 mm；年日照時(shí)數(shù)為2 230～2 520 h，日照百分率為 51%～58%。大于10℃積溫3 523.90℃，無(wú)霜期131 d。試驗(yàn)地前茬玉米，土壤基本養(yǎng)分性狀見(jiàn)表1。

1.1 種子萌發(fā)測(cè)定指標(biāo)

從培養(yǎng)后的第2天開(kāi)始，每24 h記錄發(fā)芽種子數(shù)至試驗(yàn)結(jié)束，統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等指標(biāo)。

發(fā)芽率(%)=第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100

發(fā)芽指數(shù)=∑第n天正常發(fā)芽種子數(shù)/相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×發(fā)芽結(jié)束時(shí)幼苗干重根重

1.2 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率

將發(fā)芽紙?jiān)?21 ℃ 下滅菌20 ～ 30 min，每次采收的雜交種果穗風(fēng)干種子用1. 0%次氯酸鈉消毒3～5 min，然后沖洗至無(wú)味，利用紙卷發(fā)芽，重復(fù)4 次，放入恒溫光照培養(yǎng)箱，在25 ℃ 條件下發(fā)芽7 d 后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率(正常發(fā)芽種子數(shù)/ 供試種子總數(shù)×100%)。

1.3 人工加速老化

每個(gè)樣品取約400 粒種子分別裝入人工老化盒，放入人工老化箱內(nèi)，用40 ℃ 、100% RH 條件處理72 h，每個(gè)處理100 粒種子， 4 次重復(fù)。進(jìn)行玉米種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn)，并統(tǒng)計(jì)加速老化試驗(yàn)發(fā)芽率。

1.4 干重的測(cè)定

發(fā)芽結(jié)束后，用水沖洗掉其幼苗及根上附著的土，并用吸水紙吸干其表面水分，分別稱其地上、地下鮮重；然后將其放入烘箱105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，分別稱其干重。每份材料取樣5株，取平均值。

采用Microsoft Excel 2010和Dps 18.1數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮素處理下各品種貯藏前后發(fā)芽率變化

種子發(fā)芽率是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中種子檢驗(yàn)的4項(xiàng)指標(biāo)之一，是影響田間出苗率的內(nèi)在因素，也是在實(shí)際播種前預(yù)知種子質(zhì)量最快捷與準(zhǔn)確的方法之一。不同氮素處理下各玉米品種在貯藏前后的發(fā)芽率變化存在顯著性差異(圖1)。各品種各氮素處理下在收獲當(dāng)年的種子發(fā)芽率除鄭單958以外差異均不顯著，低溫貯藏2年后種子發(fā)芽率均有下降，遼單575、先玉335、鄭單958的種子發(fā)芽率分別在 N3、N1/N2、N1與其他處理呈極顯著差異，說(shuō)明在相對(duì)應(yīng)的氮素處理下種子質(zhì)量好于其他處理。遼單565在貯藏前發(fā)芽率無(wú)顯著差異，貯藏后N3與 N0，N4呈顯著差異，另外在 N0和N3處理下發(fā)芽率還出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，說(shuō)明該品種可能存在生理后熟現(xiàn)象，貯藏后發(fā)芽率有上升的可能。

由表2可看出經(jīng)過(guò)2年自然貯藏各品種發(fā)芽率的減損狀況。遼單575初次收獲時(shí)發(fā)芽率比較高，貯藏后發(fā)芽率減損率較大，但仍有較高發(fā)芽率。先玉335的減損率僅次于遼單575，鄭單958貯藏前后變幅不大，發(fā)芽率與其他3個(gè)品種比較均偏低。不同品種的減損率為遼單575＞先玉335＞鄭單958＞遼單565。在不同氮肥處理下發(fā)芽率的減損為 N1＞N4＞N0＞N2＞N3。 N1 條件下的種子發(fā)芽率降幅最大，N3條件下降幅最小。

表1 不同品種生產(chǎn)田土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physical and chemical pr operties in different production regions

表2 不同品種貯藏前后發(fā)芽率減損率Table 2 Germination loss r ate before and after storage in different Var iety

2.2 不同氮素處理下各品種自然老化與人工老化

近年來(lái)，許多學(xué)者利用高溫高濕人工老化的方法對(duì)種子劣變的生理生化規(guī)律進(jìn)行了研究，通過(guò)快速劣變測(cè)定種子活力和生理變化指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)種子的耐貯性[6～8]。本研究采用實(shí)際貯藏后的種子進(jìn)行測(cè)定可以更真實(shí)有效的反應(yīng)種子的耐儲(chǔ)藏能力。由圖2可知，在該貯藏條件下，各品種及各氮素處理的玉米在貯藏后的實(shí)際發(fā)芽率均高于人工加速老化發(fā)芽率，這說(shuō)明人工加速老化的高溫高濕處理在短時(shí)間內(nèi)極限降低了種子的發(fā)芽能力，使種子的膜透性增加、降低了酶的活性和核酸的合成能力、貯藏養(yǎng)料消耗等。但在實(shí)際貯藏條件下種子有所劣變但并未達(dá)到人工加速老化的極限程度。遼單565和遼單575在 N3條件，先玉335在N1和N2條件，鄭單958在N0條件下發(fā)芽率較高。種子萌發(fā)總體水平較高，貯藏條件比較適宜。

2.3 貯藏后不同氮素處理下各品種發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)

將低溫貯藏2年后的種子進(jìn)行種子發(fā)芽測(cè)定其萌發(fā)性狀，比較不同品種的發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)。發(fā)芽指數(shù)是發(fā)芽率指標(biāo)的細(xì)化和深化，它放大了種子活力的特征[9]。本研究結(jié)果中遼單565在 39.63～45.19，遼單 575在 47.37～51.45，先玉335在27.9～36.44，鄭單958在21.7～32.13。 可見(jiàn)不同品種在貯藏后的的活力水平有所差異，遼單575的活力水平高于其他品種。不同氮素處理對(duì)種子的發(fā)芽指數(shù)也有不同影響，其中遼單565在 N1/N2/N3，遼單 575和鄭單 958在 N3，先玉335在N0條件下其發(fā)芽指數(shù)與其他氮素處理呈極顯著差異，種子活力較高。

活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合反映，是衡量種子活力更好的指標(biāo)。活力指數(shù)也是一個(gè)評(píng)價(jià)種子劣變程度的很好的指標(biāo)[9]。本研究結(jié)果中遼單565在 18.11～23.15，遼單 575在13.27～18.98，先玉 335在 7.39～10.21，鄭單 958在7.19～10.92?？梢?jiàn)遼單565在種子出苗速率及幼苗干物質(zhì)積累上均高于其他3個(gè)品種，表現(xiàn)為活力較高比較耐儲(chǔ)。不同氮素處理對(duì)種子的活力指數(shù)也有不同影響，其中遼單565、遼單575在N2，先玉335在N0，鄭單958在N3條件下活力指數(shù)顯著高于其他氮素處理。

表3 不同氮肥處理下各品種發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)Table 3 Germination index and activity index of differ ent cultivars under differ ent nitrogen fer tilizer treatments

3 結(jié)論與討論

在玉米雜交制種中栽培條件影響到種子活力水平。合理地施用氮肥，提高制種質(zhì)量與產(chǎn)量，是玉米雜交制種的關(guān)鍵因素之一[10]。本研究以制種企業(yè)實(shí)際儲(chǔ)藏環(huán)境下不同氮素處理的種子為研究對(duì)象評(píng)價(jià)其耐儲(chǔ)性。研究表明玉米種子的種子活力及耐貯性可以通過(guò)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)真實(shí)可靠地反映出來(lái)?；盍χ笖?shù)和發(fā)芽指數(shù)將種子生活力趨勢(shì)進(jìn)行了放大，故二者比發(fā)芽率能更靈敏地反映種子的劣變程度及老化程度，是表現(xiàn)種子生活力最直接和穩(wěn)定的指標(biāo)[11～12]。

在東北春玉米種植體系中，過(guò)量投入氮素導(dǎo)致土壤氮素大量累積，不僅造成氮素利用率降低，而且這些盈余的氮素部分以氣體形式損失或以硝態(tài)氮的形式通過(guò)淋洗、徑流等途徑污染農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[13～15]。因此，如何科學(xué)合理的施用氮肥，提高肥料利用率，減少對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的重大課題。制種玉米是一個(gè)新的玉米栽培體系，制種田生產(chǎn)力水平遠(yuǎn)低于商品玉米生產(chǎn)田，不同氮素處理下各品種耐儲(chǔ)性有一定差異[16]。本研究中，各品種在 N3條件發(fā)芽率下降幅最小，多數(shù)品種在N2和N3條件下耐儲(chǔ)性較好。這與前期研究結(jié)果不同氮素水平對(duì)各品種標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率均無(wú)顯著影響但對(duì)耐儲(chǔ)性有一定影響相吻合[14]。因此，為獲得高活力耐儲(chǔ)性較好的種子并做到氮素的有效利用，玉米制種田施氮量150～225kg/hm2可以作為一個(gè)參考用量。深入研究不同品種的配套栽培技術(shù)不僅有益于氮肥的節(jié)本增效還有益于品種潛力的發(fā)掘與應(yīng)用。另外制種田的需肥特點(diǎn)與種子質(zhì)量的機(jī)理研究仍未系統(tǒng)明確。因此，開(kāi)展制種玉米需肥規(guī)律研究可為平衡施肥提供理論依據(jù)，具有重要研究意義和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值[17～19]。