甘藍(lán)型油菜種子胎萌發(fā)生的影響因子研究

劉璇，楊倩，張海清，賀記外，閆韞韜，鞠灝

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

甘藍(lán)型油菜種子生長發(fā)育時(shí)期如遇到陰雨潮濕的天氣，易導(dǎo)致種子發(fā)生胎萌現(xiàn)象，影響種子的質(zhì)量，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。阮松林等[2]研究表明，甘藍(lán)型雜交油菜種子因胎萌問題會(huì)引起生活力和活力降低。種子一旦發(fā)生胎萌現(xiàn)象便很難通過常規(guī)技術(shù)清除，使得種子凈度低于國家種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。種子胎萌是一種可遺傳的特性，受多個(gè)基因的調(diào)控[3]。研究[1]表明，胎萌發(fā)生率較高的親本，其F1代胎萌發(fā)生率和胎萌指數(shù)的變異幅度明顯高于正常親本。油菜種子胎萌除受遺傳因素影響外，還受到環(huán)境因素[4]、果殼成熟度[1]、種子生理生化代謝[5]等多個(gè)因素的影響。由于種子胎萌消耗其部分營養(yǎng)和儲(chǔ)藏物質(zhì)，籽粒品質(zhì)惡化，影響種子加工、貯藏、食用及種用價(jià)值；因此，研究種子胎萌發(fā)生特性對(duì)調(diào)控甘藍(lán)型油菜種子胎萌的發(fā)生具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試油菜品種‘410’（籽粒黃色）、‘456’（籽粒黃色）、‘552’（籽粒黃色）和‘492’（籽粒黑色）由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)油料所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018 年10 月10 日，將4 個(gè)供試品種播種于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地。每個(gè)品種設(shè)3 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積20 m2。采用溫濕度記錄儀自動(dòng)記錄小區(qū)角果層溫度和相對(duì)濕度的變化情況。在盛花期，標(biāo)記主花序當(dāng)日所開花朵，從第15 天開始至第45 天，每隔3 d 取樣1 次，每次每小區(qū)取同一天開花掛牌的30 個(gè)角果，撥開角果觀察胎萌粒數(shù)，計(jì)算胎萌率[2]。以種子胚根伸出種皮作為胎萌的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

取不同觀察時(shí)期的樣本，分別測(cè)定千粒質(zhì)量、含水量及脂肪酶活性。參考唐桂香等[5]的方法測(cè)定含水量，采用堿滴定法測(cè)定脂肪酶活性[6]。3 次重復(fù)。

取花后45 d 的樣本測(cè)定種皮厚度、種子活力和糖含量。采用石蠟切片法測(cè)種皮厚度[7]；采用DDS-308 電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)率[8]；采用HORIBA 紅外線CO2分析儀測(cè)定種子呼吸強(qiáng)度[9]；采用分光光度法[10]測(cè)定種子可溶性糖含量；采用蒽酮比色法[11]測(cè)定種子總糖含量。3 次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2007 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)及繪圖；運(yùn)用SPSS 11.5 進(jìn)行分析；采用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子胎萌發(fā)生的時(shí)期

從表1 可以看出，甘藍(lán)型油菜種子胎萌發(fā)生的時(shí)期和胎萌率品種間存在差異，‘410’胎萌發(fā)生時(shí)期較早，在花后27 d 開始出現(xiàn)少量胎萌粒，初始胎萌率為2.44%；‘456’發(fā)生時(shí)期稍遲，在花后33 d 出現(xiàn)胎萌粒，初始胎萌率為3.90%；‘552’和‘492’胎萌發(fā)生時(shí)期較晚，在花后36 d 出現(xiàn)胎萌粒，初始胎萌率分別為3.13%、3.16%。至花后45 d，胎萌發(fā)生最早的品種‘410’的胎萌率最高，達(dá)11.76%，較初始胎萌率增加了9.32 個(gè)百分點(diǎn)；品種‘456’和‘552’的胎萌率居中，分別為5.17%和7.55%；‘492’的胎萌率最低，為3.41%，較初始胎萌率僅增加了0.25 個(gè)百分點(diǎn)。說明胎萌發(fā)生早的品種，其胎萌率也相對(duì)較高，且隨著花后時(shí)間的延長，胎萌不斷加重。

表1 種子胎萌的發(fā)生時(shí)期及其胎萌率Table 1 The vivipary occurring stage and the vivipary percentage

2.2 環(huán)境因素對(duì)種子胎萌的影響

2.2.1 氣溫變化對(duì)胎萌率的影響

從表1 可以看出，在花后15～27 d 的平均氣溫波動(dòng)范圍較大，其中花后21 d 的氣溫達(dá)到23.22 ℃，此期間只有‘410’在花后27 d 出現(xiàn)了胎萌。在花后30～39 d 保持較高氣溫（平均為20.9 ℃），期間‘410’的胎萌率持續(xù)增加，而‘456 ’‘552’和‘492’也分別在花后33、36、36 d 出現(xiàn)胎萌。雖然花后42 d 出現(xiàn)了14.93 ℃的低溫，但此期間各品種的胎萌率仍在上升。對(duì)花后21～39 d 的氣溫變化與4 個(gè)品種花后27～45 d 胎萌率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明兩者呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為0.55、0.35、0.55、0.53），說明氣溫對(duì)油菜種子胎萌的影響作用存在滯后效應(yīng)，滯后期約6 d。

2.2.2 空氣相對(duì)濕度變化對(duì)胎萌率的影響

從表1 可以看出，在花后15～21 d 空氣相對(duì)濕度波動(dòng)較大，其中花后21 d 時(shí)的空氣相對(duì)濕度僅為77.2%，其間各品種均未出現(xiàn)胎萌；在花后24～39 d，空氣相對(duì)濕度一直穩(wěn)定在較高水平，平均相對(duì)濕度為91.13%，其間各品種相繼發(fā)生胎萌，而且胎萌率呈逐漸升高趨勢(shì)，說明較高的空氣濕度是引起胎萌發(fā)生和胎萌率升高的重要因素。

2.3 種子的形態(tài)與生理對(duì)胎萌的影響

2.3.1 種皮厚度、呼吸強(qiáng)度、電導(dǎo)率、糖含量對(duì)種子胎萌率的影響

由表2 可以看出，黑籽材料‘492’的種皮最厚，為24.87 μm，黃籽材料‘552’‘456’‘410’的種皮平均厚度分別為22.43、21.88、20.10 μm，均顯著低于黑籽材料。相關(guān)分析結(jié)果表明，種皮厚度與胎萌率之間呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.95）。品種‘410’的呼吸強(qiáng)度最高，為1.57 mg/（g·h），‘492’的最低，為1.03 mg/（g·h），品種間差異顯著，不同品種的胎萌率與其呼吸強(qiáng)度間存在顯著正相關(guān)（r=0.99）。品種‘552’的電導(dǎo)率最高，為173.33 μS/cm , ‘410’的電導(dǎo)率最低，為165.67 μS/cm，品種間差異不顯著。4 個(gè)品種的總糖含量品種間差異也不顯著?！?10’‘456’‘552’‘492’可溶性糖含量分別為7.05%、6.66%、6.53%和6.35%，部分品種間差異顯著。相關(guān)性分析結(jié)果表明，不同品種的胎萌率與其可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)（r=0.99），與其總糖含量相關(guān)不顯著。

表2 4 個(gè)油菜品種花后45 d 的種皮厚度、呼吸強(qiáng)度、電導(dǎo)率、糖含量與胎萌率Table 2 Seed coat thickness, respiratory intensity, electrical conductivity, sugar content and vivipary percentage of four varieties at 45 days after flowering

2.3.2 千粒質(zhì)量、含水量變化對(duì)種子胎萌的影響

從圖1、圖2 可以看出，花后15～24 d，4 個(gè)品種的千粒質(zhì)量增速緩慢，種子水分緩慢增加，此時(shí)供試材料均未出現(xiàn)胎萌粒；開花27 d 后，各品種籽粒質(zhì)量進(jìn)入快速增長期，貯藏物質(zhì)迅速累積，種子含水量呈下降的態(tài)勢(shì)，供試材料陸續(xù)發(fā)生胎萌，說明在種子物質(zhì)積累階段就可發(fā)生胎萌，無需達(dá)到種子生理成熟。至花后45 d，供試材料‘410’‘456’‘552’‘492’的千粒質(zhì)量分別為4.77、3.98、4.28、3.51 g，種子含水量分別降至50.81%、46.99%、47.96%和44.23%。相關(guān)性分析結(jié)果表明，種子千粒質(zhì)量與胎萌率呈顯著或極顯著正相關(guān)，含水量與胎萌率呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3），說明物質(zhì)積累較快、脫水速率較慢的品種的胎萌率較高。

表3 溫度、相對(duì)濕度、千粒質(zhì)量、含水量和脂肪酶活性與胎萌率的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation co efficients b etween v ivipary p ercentage a nd t emperature, h umidity, t housand g rain w eight, m oisture content and lipase activity

圖1 4 個(gè)油菜品種觀測(cè)期內(nèi)種子的千粒質(zhì)量Fig. 1 The 1000-grain weights of four varieties in observation period

圖2 4 個(gè)油菜品種觀測(cè)期內(nèi)種子的含水量Fig.2 The seed water contents of four varieties in observation period

2.3.3 脂肪酶活性對(duì)種子胎萌的影響

從圖3 可以看出，4 個(gè)供試品種的脂肪酶活性在種子生長發(fā)育初期活性均較低，中期顯著上升，后期下降。開花后15～33 d，4 個(gè)供試材料的脂肪酶活性差異不大，且均呈緩慢上升趨勢(shì)。開花36 d后品種間差異較大，易胎萌品種‘410’種子的脂肪酶活性高于其他品種的。除黑籽油菜‘492’外，其他3 個(gè)品種的胎萌率與其脂肪酶活性呈顯著正相關(guān)（表3），即脂肪酶活性越高的品種，其胎萌率越高。

圖3 4 個(gè)油菜品種觀測(cè)期內(nèi)的脂肪酶活性Fig .3 Lipase activities of four varieties in observation period

3 結(jié)論與討論

油菜種子的發(fā)育過程可分為3 個(gè)階段，即細(xì)胞增殖階段（開花后第9 天）、種胚發(fā)育階段（開花后第12～15 天）和種胚充實(shí)階段[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，4個(gè)甘藍(lán)型油菜品種種子胎萌發(fā)生在花后27～36 d 左右，初始胎萌率為2.44%～3.90%，說明種子胎萌發(fā)生在油菜的種胚充實(shí)階段，種子無需達(dá)到生理成熟，這與阮松林等[2]對(duì)甘藍(lán)型油菜的研究結(jié)果一致。在生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)及早掌握不同遺傳背景的甘藍(lán)型油菜種子胎萌的發(fā)生特性，采取措施，區(qū)別預(yù)防。

甘藍(lán)型油菜種子萌發(fā)與胚根生長具有較強(qiáng)的環(huán)境依賴性[4]，發(fā)芽最適溫度為25 ℃。本研究結(jié)果表明，當(dāng)空氣相對(duì)濕度穩(wěn)定保持在90%以上水平、平均氣溫約20.9 ℃時(shí)，各品種相繼發(fā)生胎萌，高濕條件下高溫誘發(fā)的胎萌滯后期約6 d。在生產(chǎn)中應(yīng)注意田間排水和通風(fēng)降濕工作，以防胎萌發(fā)生。

種皮具有保護(hù)種胚和萌發(fā)時(shí)吸水和透氣的作用，其性質(zhì)、結(jié)構(gòu)隨植物種類而異[13-14]。本研究結(jié)果表明，種皮形態(tài)是影響甘藍(lán)型油菜種子胎萌發(fā)生的重要因素，種皮顏色較淺、厚度較薄、呼吸強(qiáng)度高均易導(dǎo)致胎萌發(fā)生，說明種皮厚度在一定程度上阻礙了種子的呼吸，可能對(duì)胎萌發(fā)生起到一定的抑制作用。在育種工作中，應(yīng)注意選擇種皮厚度適中的品種，以降低胎萌的發(fā)生。在種子發(fā)育過程中所發(fā)生的形態(tài)和生理生化上的變化都與其水分有密切關(guān)系[13]。本研究中，種子胎萌發(fā)生在種子的物質(zhì)積累和脫水過程，當(dāng)貯藏物質(zhì)迅速累積，粒重進(jìn)入快速增長期，種子含水量下降，各品種陸續(xù)發(fā)生胎萌；種子千粒質(zhì)量與胎萌率呈顯著或極顯著正相關(guān)（r為0.84～0.97），含水量與胎萌率之間呈極顯著負(fù)相關(guān)（r為-0.93～ -0.98），說明種子胎萌存在特殊的水分閾值，物質(zhì)積累較快、脫水速率較慢的品種的胎萌率較高。但種子成熟、脫水至何種程度才能阻止種子胎萌的發(fā)生還有待進(jìn)一步研究。油菜種子的物質(zhì)積累以油脂為主，脂肪酶等物質(zhì)的活性變化是影響種子萌發(fā)的原因之一[15]。本研究中，4 個(gè)供試材料的脂肪酶活性在種子生長發(fā)育初期均較低，中期顯著上升，后期下降，與張蕙心等[16]的研究結(jié)果一致。從物質(zhì)代謝途徑分析，可能是胎萌品種脂肪酶活性的增強(qiáng)不斷催化積累的干物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)，供種子胎萌所需，此時(shí)脂肪酶的水解活動(dòng)可導(dǎo)致種子可溶性糖含量提高，最終導(dǎo)致種子胎萌率升高。