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    玉米種子活力及幼苗生長特性對(duì)其成熟度的響應(yīng)

    2021-11-18 16:08:36許海濤王文文王友華許波王成業(yè)
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年19期
    關(guān)鍵詞:出苗率成熟度發(fā)芽率

    許海濤 王文文 王友華 許波 王成業(yè)

    摘要:以自交系母本9058by、父本駐16為試驗(yàn)材料,授粉后30 d起每隔5 d采集果穗,研究玉米種子活力及幼苗生長特性對(duì)其成熟度的響應(yīng)。結(jié)果表明,授粉后前期收獲的玉米籽粒成熟度低,具有一定的發(fā)芽能力,但抗逆能力弱;冷發(fā)芽率、田間出苗率大幅降低。隨著授粉時(shí)間的延后,籽粒成熟度提升,抗逆能力漸漸升高。授粉后45 d采收,籽粒發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、冷發(fā)芽率、根冠比、出苗率達(dá)到最大值;授粉后50 d采收,籽粒的活力指數(shù)、幼苗苗長、根長、根條數(shù)達(dá)到最大值;授粉后45~50 d收獲的籽粒質(zhì)量較高,種子活力可達(dá)到較高水平。

    關(guān)鍵詞:發(fā)芽率;活力指數(shù);根冠比;出苗率;幼苗特性;成熟度

    中圖分類號(hào): S513.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2021)19-0113-04

    玉米是世界上種植面積較大的糧食作物之一,對(duì)我國糧食產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)率已達(dá)58.1%,是糧食增產(chǎn)的中堅(jiān)力量[1-2]。種子是玉米高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的內(nèi)因和基礎(chǔ)[2],是農(nóng)業(yè)技術(shù)的重要載體,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有不可替代的作用,也是玉米實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[3-5]。玉米的產(chǎn)量與品質(zhì)直接受到種子質(zhì)量的影響[4],高活力的玉米種子抗逆性強(qiáng)、耐儲(chǔ)存、發(fā)芽勢(shì)與出苗整齊度高[6],具有更顯著的產(chǎn)量提升潛力及生長優(yōu)勢(shì),是玉米獲得豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要前提和高效農(nóng)業(yè)得以實(shí)現(xiàn)的先決條件[2,7]。種子活力能夠衡量種子萌發(fā)后幼苗所具有的快速生長能力的大小,可用來作為田間條件下評(píng)價(jià)種子快速出苗并健康長成整齊幼苗的潛在指標(biāo)[8]。種子活力既受內(nèi)部遺傳基因的影響,又受栽培措施、氣候條件、種子貯藏條件、機(jī)械損傷程度、收獲時(shí)期以及種子成熟度等外部環(huán)境條件影響[4,6]。成熟度是鑒定玉米種子質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo),授粉后不同時(shí)期收獲的籽粒成熟度對(duì)其活力有極顯著影響[9],種子采收過早,干物質(zhì)積累少,采收過晚,易霉變變質(zhì)或穗發(fā)芽,均會(huì)對(duì)種子活力產(chǎn)生一定影響[10]。張自陽等研究認(rèn)為,小麥種子活力隨著其成熟度的提高而增加[11];張建成等研究發(fā)現(xiàn),高成熟度花生種子的活力也較高,并且發(fā)芽迅速、整齊[12];張桂蓮等對(duì)不同成熟度水稻種子的萌發(fā)及生理特性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),隨著種子成熟度的增加,活力指數(shù)逐漸提高[13]。目前,研究者關(guān)于成熟度對(duì)玉米種子活力及其幼苗生長特性影響的相關(guān)研究仍然不足,邢妍妍等認(rèn)為,授粉后15 d采收的種胚雖然具有一定的萌發(fā)能力,但萌發(fā)率很低[14]。石海春等分析不同成熟度玉米種子活力的差異發(fā)現(xiàn),授粉后35~50 d采收的不同成熟度種子的發(fā)芽率均超過95%,種子活力受其極顯著影響[4]。而尼日利亞學(xué)者Owolade等研究發(fā)現(xiàn),玉米在雜交種抽雄后40~45 d采收,種子發(fā)芽率可達(dá)最大值[15]。李愛玲等在低溫冷涼區(qū)研究了春季雜交制種時(shí)授粉后55~61 d采收種子能夠獲得高活力和幼苗生長量[16]。本研究以種子活力、幼苗生長的變化為切入點(diǎn),研究玉米種子活力及幼苗生長特性對(duì)其生長發(fā)育過程中不同成熟度的響應(yīng),以期為一年多繁多年用種及海南南繁加代明確收獲適宜時(shí)期、種子的加工貯藏及雜交制種提供理論依據(jù)和參考。

    1材料與方法

    1.1試驗(yàn)地概況

    試驗(yàn)安排在駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)站,該區(qū)地理位置為114°02′E、32°98′N,海拔74 m,屬于亞熱帶區(qū)向暖溫帶區(qū)過渡地帶,是典型的季風(fēng)性大陸性半濕潤氣候。前茬種植小麥,土質(zhì)為黏壤,地勢(shì)較平坦,排灌設(shè)施完備,采用機(jī)井噴灌。

    1.2試驗(yàn)材料

    玉米材料為駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所選育的玉米雜交種駐玉216的母本9058by、父本駐16。肥料種類為北京金六豐生產(chǎn)的貴福牌復(fù)合肥,N ∶P2O5∶K2O=29 ∶5 ∶6,總養(yǎng)分含量≥40%。施肥量為750 kg/hm2。

    1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組排列,行長8 m,行距0.67 m,株距20 cm,母本9058by種植6行,父本駐16種植2行,3次重復(fù),母本、父本的小區(qū)面積分別為3216、10.72 m2。2019年6月13日按標(biāo)尺標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行同期人工點(diǎn)播,6月20日出苗,及時(shí)間苗、定苗,留苗密度為6.75萬株/hm2。復(fù)合肥料播種前一次性施入作為底肥。試驗(yàn)管理同大田生產(chǎn),及時(shí)除草,旱澆澇排,在大喇叭口期、灌漿期要及時(shí)防治蚜蟲與玉米螟。在抽雄散粉前將各小區(qū)母本全部去掉雄穗,在母本雌穗吐絲前選取生長基本一致、無病健壯、株型相同的植株,全部用羊皮紙袋套雌穗以避免串粉。待母本花絲完全吐絲后,收集父本花粉后統(tǒng)一集中進(jìn)行人工雜交授粉,掛牌記錄授粉日期。授粉30 d起收獲10個(gè)雜交果穗,每隔5 d收獲1次,直到完全成熟,將收獲的果穗剝除苞葉后于室外自然晾曬風(fēng)干,待籽粒含水量降至13%左右時(shí)進(jìn)行人工脫粒,將成熟度不同的玉米種子保存?zhèn)溆谩?/p>

    1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法

    按照農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程[17],采用沙培法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽試驗(yàn),分析玉米種子的活力,選用2 cm孔徑篩選得到無污染的細(xì)沙,用清水洗凈后進(jìn)行高溫滅菌(160 ℃,3 h),在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽盒底部鋪平厚度為 3 cm 的細(xì)濕沙,每個(gè)處理分別選取完整無損傷的種子400粒,設(shè)4次重復(fù),每個(gè)重復(fù)設(shè)100粒種子。將備播種子均勻播種至沙床上,表面再覆蓋2~3 cm濕沙,置于25 ℃恒溫光照培養(yǎng)箱中,在光—暗周期12 h—12 h的條件下交替培養(yǎng)[4,18],分別統(tǒng)計(jì)第3天、第7天的發(fā)芽種子數(shù),計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率。幼苗生長至2展葉時(shí),選取10株有代表性的正常幼苗,測(cè)定苗長、根長、根條數(shù),然后置于烘箱中(105 ℃,2 h)殺青后降至60 ℃烘干至恒質(zhì)量,冷卻后按照以下公式測(cè)定幼苗的平均根部干質(zhì)量、冠部干質(zhì)量,計(jì)算活力指數(shù)、根冠比:

    發(fā)芽勢(shì)=(3 d內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%;

    發(fā)芽率=(7 d內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%;

    活力指數(shù) =發(fā)芽率×幼苗干質(zhì)量[8];

    根冠比=根部干質(zhì)量/冠部干質(zhì)量[6]。

    抗冷性發(fā)芽試驗(yàn):在發(fā)芽盒內(nèi)鋪厚度為3 cm、最大持水量達(dá)40%的沙土混合物(沙土質(zhì)量比為 1 ∶1),各處理選取完整無損傷的自然風(fēng)干玉米籽粒300粒(3次重復(fù),每個(gè)重復(fù)設(shè)100粒)均勻撒播在發(fā)芽盒表面,再覆蓋2 cm沙土混合物,于10 ℃低溫條件下培養(yǎng)7 d后,再在25 ℃條件下培養(yǎng)7 d,統(tǒng)計(jì)冷發(fā)芽率。

    2020年5月30日在駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)站將不同處理的玉米籽粒足墑播種于試驗(yàn)田內(nèi),設(shè)3次重復(fù),每個(gè)重復(fù)均為200粒種子,以幼苗胚芽鞘出土2 cm為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查出苗數(shù),并按下式計(jì)算出苗率:

    出苗率=(出苗株數(shù)/供試種子粒數(shù))×100%。

    2結(jié)果與分析

    2.1玉米籽粒發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及冷發(fā)芽率對(duì)其成熟度的響應(yīng)

    由圖1可以看出,授粉后30 d的玉米籽粒均具有一定活力,并且隨著授粉后時(shí)間的增加,種子也漸漸發(fā)育成熟,玉米籽粒發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、冷發(fā)芽率隨著成熟度的增加呈現(xiàn)升高的趨勢(shì),在授粉45 d達(dá)到最高水平,隨后略有降低,說明成熟度越高的籽粒,其種子活力也較高。籽粒發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、冷發(fā)芽率在授粉后30~55 d的變化幅度分別為82.17%~87.44%、89.61%~93.80%、83.50%~90.14%,授粉后30 d時(shí)已經(jīng)具有一定的發(fā)芽水平,其籽粒發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、冷發(fā)芽率最低分別為82.17%、8961%、83.50%。而在授粉后35、40、45、50、55 d,玉米籽粒發(fā)芽勢(shì)分別比授粉后30 d提高了2.65、433、5.27、2.92、4.61百分點(diǎn)、發(fā)芽率分別提高了1.42、2.65、4.19、1.04、2.23百分點(diǎn)、冷發(fā)芽率分別提高了3.29、5.72、6.64、6.18、6.37百分點(diǎn)。玉米籽粒的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、冷發(fā)芽率在授粉后45 d達(dá)到最大值,分別為87.44%、93.80%、90.14%,分別比授粉后30 d提高了6.41%、4.68%、7.95%,但是不同成熟度種子的冷發(fā)芽率均低于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率,說明低溫冷害降低了不同成熟度籽粒的發(fā)芽率。

    2.2玉米籽?;盍χ笖?shù)對(duì)其成熟度的響應(yīng)

    由圖2可知,在授粉后30~55 d收獲的玉米籽粒成熟度對(duì)其活力指數(shù)均產(chǎn)生顯著影響,活力指數(shù)隨著玉米籽粒成熟度的增加而呈現(xiàn)直線上升的趨勢(shì)。經(jīng)模擬,玉米籽?;盍χ笖?shù)與其成熟度呈直線線性關(guān)系(y=2.254 3x+4.693 3,r2=0.851 6)。授粉后30 d的活力指數(shù)最低,為5.4,授粉后50 d的活力指數(shù)達(dá)到高峰,為14.6,授粉后40、45、50、55 d 的籽?;盍χ笖?shù)均達(dá)到10以上,明顯高于其他不同成熟度的籽粒,與授粉后30 d的活力指數(shù)相比,分別提高了105.56%、155.56%、170.37%、157.41%??梢钥闯?,授粉后的時(shí)間平均每增加 1 d,其籽粒的活力指數(shù)平均升高0.19。

    2.3玉米幼苗苗長、根長、根條數(shù)對(duì)籽粒成熟度的響應(yīng)

    由圖3可以看出,在授粉后不同時(shí)期收獲的籽粒成熟度對(duì)苗長、根長、根條數(shù)幼苗生長指標(biāo)均產(chǎn)生明顯影響,苗長、根長、根條數(shù)在授粉后20 d時(shí)最低,且隨籽粒成熟度的提高而呈現(xiàn)升高趨勢(shì),在授粉后50 d達(dá)到最大值,分別為15.36 cm、16.63 cm、141條,與授粉后30 d時(shí)相比分別提高了2181%、21.48%、93.15%,授粉50 d后均略有降低。由圖3還可以看出,籽粒成熟度對(duì)其幼苗生長的影響與其對(duì)活力指數(shù)的影響基本一致,根長、苗長、活力指數(shù)均在授粉后50 d達(dá)到高峰。授粉后 30~55 d的幼苗苗長為12.61~15.36 cm,授粉后35、40、45、50、55 d時(shí)的幼苗苗長分別比授粉后30 d時(shí)的幼苗苗長增加了7.69%、3.89%、13.16%、2181%、1.82%,授粉后收獲時(shí)間每增加1 d,幼苗苗長平均增加0.14 cm。在授粉后30~55 d,幼苗根長為13.69~16.63 cm,授粉后35、40、45、50、55 d時(shí)的幼苗根長分別比授粉后30 d時(shí)的幼苗根長增加了10.66%、8.69%、19.36%、21.48%、14.68%,授粉后收獲時(shí)間每增加1 d,幼苗根長平均增加015 cm。在授粉后30~55 d,幼苗根數(shù)為7.3~14.1條,在授粉后35、40、45、50、55 d,幼苗根數(shù)分別比授粉后30 d時(shí)的幼苗根數(shù)增加了71.23%、7808%、89.04%、93.15%、90.41%,授粉后收獲時(shí)間每增加1 d,幼苗根數(shù)平均增加0.34條。

    2.4玉米幼苗根冠比對(duì)籽粒成熟度的響應(yīng)

    由圖4可以看出,玉米幼苗根冠比的變化與授粉后不同時(shí)期收獲籽粒的成熟度有直接聯(lián)系,授粉后30 d的幼苗根冠比最低,且隨授粉時(shí)間的增加而升高,在授粉后45 d達(dá)到最大值,之后略有下降。由于收獲成熟度較高的籽粒積累的物質(zhì)可能較多,從而利于幼苗根系的生長,導(dǎo)致授粉后40 d起幼苗的根數(shù)、根長增加,進(jìn)而影響到幼苗根部與冠部分配的變化,根冠比明顯高于授粉后30~35 d。在授粉后35、40、45、50、55 d,幼苗根冠比與授粉后30 d時(shí)相比分別提高了21.87%、40.63%、56.25%、3125%、43.75%,可見授粉35 d后收獲的籽粒有利于幼苗根部與冠部的協(xié)調(diào)生長。

    2.5玉米出苗率對(duì)籽粒成熟度的響應(yīng)

    由圖5可以看出,因授粉后收獲時(shí)間不同,收獲的籽粒成熟度產(chǎn)生差異而使玉米出苗率產(chǎn)生顯著變化,玉米出苗率隨著籽粒成熟度的增加而呈現(xiàn)直

    線上升的趨勢(shì)。經(jīng)模擬,玉米出苗率與其成熟度呈現(xiàn)直線線型關(guān)系,方程為:y=5.054 6x+62.647,r2=0.828 9(x為授粉后天數(shù),y為回歸模擬的出苗率估計(jì)值)。在授粉后前期收獲的籽粒成熟度較低,籽粒抵抗逆境能力較弱,玉米授粉后30 d的出苗率最低,為64.57%,玉米授粉后40 d的出苗率升高較快,達(dá)到79.13%,授粉后45 d達(dá)到高峰,為90.75%,之后穩(wěn)定在85%以上。授粉后35~55 d,玉米出苗率與授粉后30 d相比分別增加了7.51、14.56、26.18、21.99、24.37百分點(diǎn),授粉后收獲時(shí)間每增加1 d,出苗率平均增加0.93百分點(diǎn)。

    3結(jié)論與討論

    玉米種子活力隨著籽粒發(fā)育、體內(nèi)貯藏物質(zhì)的積累而逐漸成熟,籽粒發(fā)芽率及活力也漸漸提升[19]。本研究在授粉后30 d起每隔5 d收獲,對(duì)不同成熟度的種子進(jìn)行發(fā)芽、幼苗生長及田間出苗率的測(cè)定,抗冷性發(fā)芽試驗(yàn)也同時(shí)進(jìn)行。結(jié)果表明,隨著授粉后時(shí)間的增加,種子活力逐漸升高,發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率在授粉后40 d達(dá)到最高值,冷發(fā)芽率在授粉后45 d達(dá)到最高值,而活力指數(shù)則在授粉后 50 d 達(dá)到最大值,主要由于發(fā)芽率雖然有所降低,但幼苗苗長、根長、根條數(shù)繼續(xù)增加,幼苗生長勢(shì)沒有降低,活力指數(shù)高峰值相對(duì)應(yīng)授粉后收獲時(shí)間也相應(yīng)增加,本試驗(yàn)結(jié)果與前人研究[9,18-19]基本一致,說明玉米籽粒發(fā)芽率及活力指數(shù)隨成熟度的提高相應(yīng)也高,但達(dá)到最高峰的時(shí)間不一定是在籽粒完全生理成熟時(shí),生理成熟前就可達(dá)到。不同成熟度種子的冷發(fā)芽率均低于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率,說明低溫冷害明顯降低了不同成熟度籽粒的發(fā)芽率,授粉后 30 d 采收的種子冷發(fā)芽率為83.50%,比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率降低了6.11百分點(diǎn),隨著授粉后收獲時(shí)間的延遲,籽粒成熟度不斷提高,籽粒的抗冷性也伴隨增加,標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率達(dá)最高值93.26%,相對(duì)應(yīng)的籽粒冷發(fā)芽率為89.22%,比標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率降低了4.04百分點(diǎn)。與郝楠的試驗(yàn)結(jié)果[2]相同,說明低溫能夠明顯降低籽粒發(fā)芽率,這可能由于低溫削弱了玉米籽粒體內(nèi)一些消化酶的活性,減緩了貯藏物質(zhì)的分解,進(jìn)而造成籽粒萌發(fā)需要供給的物質(zhì)及能量不足,致使發(fā)芽率下降。

    授粉后灌漿前期收獲的籽粒成熟度較低,籽粒抵抗逆境的能力較弱,授粉后30 d的出苗率最低,為64.57%,授粉后40 d的出苗率升高較快,達(dá)到79.13%,授粉后45 d的出苗率達(dá)到高峰,為9075%,之后穩(wěn)定在85%以上。田間出苗率均低于相同成熟度籽粒的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率,更能顯示不同成熟度籽?;盍Φ拇笮 J诜酆?0 d,幼苗的根冠比最低,且隨授粉時(shí)間的增加而升高,在授粉后45 d達(dá)最大值,之后略有下降。在授粉45 d后收獲的籽粒成熟度較高,積累的物質(zhì)較多,從而有利于幼苗根系的生長,導(dǎo)致根條數(shù)、根長增加,進(jìn)而影響幼苗根部與冠部分配變化,明顯高于授粉后30~45 d收獲的籽粒根冠比,說明在玉米一年擴(kuò)繁多年用制種及海南進(jìn)行南繁加代時(shí)應(yīng)在授粉后45~50 d收獲,根冠生長協(xié)調(diào),籽粒成熟度高,能夠確保籽粒質(zhì)量,保證種子出苗率和幼苗生長優(yōu)勢(shì)。

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    基金項(xiàng)目:河南省重大科技專項(xiàng)(編號(hào):161100110500-0108);河南現(xiàn)代玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系駐馬店綜合試驗(yàn)站建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào):Z2019-02-04)。

    作者簡(jiǎn)介:許海濤(1974—),男,河南上蔡人,副研究員,主要從事玉米遺傳育種與栽培技術(shù)研究。E-mail:xuht0101@126.com。

    通信作者:王成業(yè),研究員,主要從事玉米遺傳育種與栽培技術(shù)研究。E-mail:13513865035@126.com。

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