王姣梅,譚美蓮*,雷中華,汪磊,楊春安,汪魏,王玲,嚴(yán)興初*,王力軍
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢, 430062;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,新疆 烏魯木齊, 830091;3.湖南省棉花科學(xué)研究所,湖南 常德, 415101)
向日葵是世界重要油料作物之一,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。我國(guó)向日葵種植主要集中在新疆、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、山西等北方省區(qū)[2]。向日葵具有良好的市場(chǎng)前景和種植收益,不僅是北方產(chǎn)區(qū)大力發(fā)展的經(jīng)濟(jì)作物[3],而且因其花朵碩大美麗深受人們喜愛(ài),近年來(lái)逐漸成為我國(guó)中南部地區(qū)產(chǎn)業(yè)多樣化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的新寵,促使其種植由北向南擴(kuò)展。但由于南方地區(qū)生長(zhǎng)季節(jié)雨水多,濕度大,種子生產(chǎn)中易出現(xiàn)病蟲(chóng)害、成熟期不一致、飽滿度差、霉變率高等一系列不利于種子生產(chǎn)的問(wèn)題[4]。高質(zhì)量的種子是農(nóng)作物種質(zhì)資源安全保存和高產(chǎn)種植的基本前提條件,而良好的成熟度和適時(shí)采收對(duì)獲得高質(zhì)量種子、保證種子活力和品質(zhì)十分重要。
作物種子成熟是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,除受品種、氣候環(huán)境和栽培技術(shù)等因素影響外,與收獲時(shí)間也有很大關(guān)系[5~6]。生長(zhǎng)期長(zhǎng)短影響作物光、熱、水、肥等的協(xié)調(diào)和物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)化,從而使作物產(chǎn)量和品質(zhì)表現(xiàn)一定的差異[7]。因此,除品種差異外,同一品種在相同生長(zhǎng)環(huán)境和管理?xiàng)l件下,其收獲時(shí)間不同也會(huì)對(duì)種子質(zhì)量、產(chǎn)量和品質(zhì)存在一定影響。王紅等[8]研究發(fā)現(xiàn),與蠟熟中期收獲相比,適當(dāng)?shù)貙⒂衩资斋@時(shí)期推遲兩周,籽粒產(chǎn)量可增加約9%。小麥隨收獲期的延遲,其種子電導(dǎo)率遞減、可溶性蛋白質(zhì)先增加后下降,可溶性糖含量下降[9];春大豆在鼓粒后期至完熟期收獲雖對(duì)其蛋白質(zhì)、脂肪含量無(wú)顯著影響,但鼓粒后期收獲的蛋白質(zhì)、脂肪總含量略高于其它收獲期[10];春播花生收獲后的種子蛋白質(zhì)、脂肪和亞油酸含量隨收獲期的延遲而呈增加趨勢(shì),但油酸含量呈下降趨勢(shì)[11]。種子質(zhì)量與種子活力密切相關(guān),種子質(zhì)量越好,活力越高[12~13]。因此,了解收獲時(shí)期對(duì)作物種子質(zhì)量和品質(zhì)的影響,對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)中機(jī)械收割、適時(shí)采收和種子安全保存具有重要參考意義。
我國(guó)中南部向日葵種植因地理緯度和氣候條件等與北方傳統(tǒng)主產(chǎn)區(qū)不同,在播種時(shí)間和種植制度上有一定差別,在收獲期上也因氣候原因或接茬安排而要求更高。北方內(nèi)蒙等主產(chǎn)區(qū)一般在五月播種,秋季九月氣候干燥涼爽時(shí)收獲,有利于籽粒的晾曬。而中南部地區(qū)向日葵種植春播則在四月播種,七月底八月初收獲時(shí)易遇上高濕多雨,為防種子發(fā)霉變差,需根據(jù)天氣狀況和成熟情況靈活安排采收。如果等油菜或小麥?zhǔn)斋@后,向日葵在五月中下旬或六月初夏播,則在選擇向日葵品種和收獲時(shí)間上需考慮秋冬季接茬作物的播種時(shí)間,在不影響種子質(zhì)量的前提下適時(shí)早收?;谥心喜肯蛉湛N植習(xí)慣和收獲期存在的問(wèn)題,本研究以3 個(gè)早中熟油葵為材料,對(duì)不同時(shí)間采收的種子進(jìn)行質(zhì)量和品質(zhì)評(píng)價(jià)分析,以期探究適宜的收獲期,為我國(guó)中南部地區(qū)油葵種植的科學(xué)收獲和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)材料為3 個(gè)早熟、中熟油葵品種(系):67×早R(中熟)、36×早R(早熟)和早熟矮大頭(特早熟),由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。
3 個(gè)品種于2020 年4 月下旬種植于陽(yáng)邏基地肥力一致的地塊,行株距為80 cm×40 cm,小區(qū)行長(zhǎng)5 m,寬4 m,隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn),重復(fù)3 次。開(kāi)花期選擇大小一致且同日開(kāi)花的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記。每個(gè)品種于開(kāi)花后30 d、35 d(成熟期)、42 d、47 d分別收取葵盤30 個(gè),每個(gè)處理3 次重復(fù),人工脫粒。待自然晾干后,測(cè)量其單株產(chǎn)量、百粒重、籽仁率、發(fā)芽率、電導(dǎo)率、含油量和脂肪酸成分等指標(biāo)。
挑選大小一致的種子,用70%的酒精清洗30 s,用蒸餾水沖洗3~5次,再用2%次氯酸鈉溶液對(duì)種子消毒7~8 s,蒸餾水沖洗3~5 次。將種子放在盛有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中培養(yǎng),8 h 黑暗/16 h 光照,每?jī)商鞊Q一次濾紙。每個(gè)培養(yǎng)皿中100粒種子,三次重復(fù)。所有培養(yǎng)皿置于培養(yǎng)箱中,種子胚軸長(zhǎng)出即記作已發(fā)芽,每天記錄發(fā)芽數(shù),共觀察記錄10 天。發(fā)芽實(shí)驗(yàn)結(jié)束后計(jì)算以下指標(biāo):
(1)發(fā)芽勢(shì):發(fā)芽勢(shì)(%)=3 d 內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;
(2)發(fā)芽率:發(fā)芽率(%)=7 d 內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100;
(3)發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(相應(yīng)天數(shù)的發(fā)芽數(shù)/相應(yīng)天數(shù));
(4)活力指數(shù)(VI)=GI×S(幼苗鮮重);
待幼苗生長(zhǎng)至10 d后,各處理隨機(jī)選取10株生長(zhǎng)整齊一致的幼苗,對(duì)其苗高、根長(zhǎng)、苗重、根重以及干重進(jìn)行測(cè)定。
參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》(ISTA,2010)的方法進(jìn)行種子電導(dǎo)率測(cè)定。每處理隨機(jī)取50 粒種子并稱重,記為M(g),3 次重復(fù)。用去離子水快速洗凈種子表面,將洗凈的種子放入干凈的燒杯中,加入去離子水40 mL,用塑料薄膜蓋好,于20℃下浸泡24 h。對(duì)照杯中只加入40 mL 離子水。用DDS-307電導(dǎo)儀測(cè)定對(duì)照電導(dǎo)率C1 和樣品種子浸泡液的電導(dǎo)率C2(μΩ/cm)。
計(jì)算公式:種子浸泡液電導(dǎo)率(μS/g·cm)=(C2-C1)/M。
各處理選取大小均勻一致飽滿的種子人工剝?nèi)∽讶?,采用NIRSTMDS6500F 高精度近紅外分析儀(FOSS Analytical A/S,Denmark)檢測(cè)種子含油量、油酸和亞油酸含量[14]?;瘜W(xué)方法分析參考NY/T 1285-2007(粗脂肪),在國(guó)家農(nóng)業(yè)部油料及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)定[15]。
采用Microsoft Excel 軟件收集整理數(shù)據(jù),用SPSS 16.0 軟件進(jìn)行處理間各指標(biāo)的差異顯著性檢驗(yàn)分析,顯著性水平設(shè)為α=0.05,采用LSD 法進(jìn)行多重比較。采用模糊學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)3個(gè)向日葵品種的種子活力和品質(zhì)進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算,評(píng)價(jià)其種子質(zhì)量。
從圖1可看出,3個(gè)油葵品種從開(kāi)花后30 d至開(kāi)花后47 d,其葵盤背面顏色均由青黃-黃-黃褐到褐黃干枯。開(kāi)花后35 d 葵盤背面均變?yōu)辄S色,為一般正常收獲時(shí)間。隨著向日葵收獲期的延遲,葵盤背面變黃逐漸變褐。其中,67×早R 和早熟矮大頭在花后47 d采收時(shí)葵盤背面基本干枯變褐。從圖2可看出,隨著向日葵收獲期的延遲,向日葵瘦果的條紋逐漸清晰,種皮顏色有逐漸變淺趨勢(shì),開(kāi)花后47 d收獲的瘦果顏色較前兩次收獲的變淡。
圖1 不同采收時(shí)期葵盤背面顏色變化Fig.1 Color changes on the back of sunflower plates at different harvest time
圖2 不同采收時(shí)期向日葵種子顏色變化Fig.2 Color changes on the pericarp of sunflower achene at different harvest time
由圖3、4可以看出開(kāi)花后30 d收獲的向日葵種子已具有發(fā)芽能力,但發(fā)芽率相對(duì)較低(42.67%~56.89%),且不同品種之間存在差異。3 個(gè)油葵品種的種子活力均先隨收獲期的延遲而升高,后隨采收期的延遲而趨于平穩(wěn)或略有下降,但不同品種之間種子活力高低存在差異。67×早R 和早熟矮大頭兩個(gè)品種與種子活力密切相關(guān)的指標(biāo)均于開(kāi)花后42 d 達(dá)到最大值,其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)與成熟期(花后35 d)相比均顯著增加。67×早R 比其成熟期(花后35 d)分別增加了27.44%、30.48%、7.17%和21.93%,早熟矮大頭則比其成熟期(花后35 d)分別提高了20.59%、8.95%、26.27%和175.03%。36×早R 的活力相關(guān)指標(biāo)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù))則于開(kāi)花后47 d 達(dá)到最大值。說(shuō)明開(kāi)花期后42~47 d 收獲的種子具有最高活力。
圖3 不同時(shí)間收獲的向日葵種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)Fig.3 Germination rates and potentials of sunflower seeds which derived from different harvest time
由表1 可知,開(kāi)花后隨著收獲時(shí)間的延長(zhǎng)種子干物質(zhì)不斷積累,不同品種之間存在差異。67×早R和早熟矮大頭均在開(kāi)花后42 d 達(dá)到最大值,前者的百粒重、籽仁率和單株產(chǎn)量分別較其成熟期(即對(duì)照,開(kāi)花后35 d)增加5.00%、3.93%和52.55%,后者則分別較對(duì)照提高了30.07%、5.21%和65.61%;此后種子干物質(zhì)積累略有下降。36×早R 的百粒重、籽仁率和單株產(chǎn)量則于開(kāi)花后47 d 達(dá)到最大值,分別較對(duì)照增長(zhǎng)了13.77%(顯著)、6.88%(顯著)和26.17%。由于后期收獲的種子百粒重大于前期收獲的種子,百粒重大的種子營(yíng)養(yǎng)充足可能含有更多的活性酶,從而可提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)。
圖4 不同收獲期對(duì)油葵種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響Fig.4 Effect of different harvest time on seed germination and vigor index in sunflower
表1 收獲期對(duì)油葵種子百粒重、籽仁率和單株產(chǎn)量的影響Table 1 Effect of harvest time on 100-grain weight,kernel rate and yield per plant in oil sunflower
由表2可知,3個(gè)油葵品種種子幼苗的生物量均隨種子成熟度的增加逐漸升高,而后又趨于平穩(wěn)或略有下降趨勢(shì),不同品種之間存在一定的差異。67×早R 的幼苗生物量最大值主要集中在開(kāi)花后42 d 收獲的種子,其苗鮮重、苗干重、根鮮重和根長(zhǎng)分別較正常收獲的種子增加了10.23%、14.29%、2.58%和9.55%,但根干重和苗長(zhǎng)則分別在花后47 d 為最大值,分別較對(duì)照增長(zhǎng)了4.8%和10.0%。36×早R 的幼苗生物量表現(xiàn)除根長(zhǎng)外(以花后42 d的最長(zhǎng)),其它生物量指標(biāo)均以開(kāi)花后47 d 收獲的種子表現(xiàn)較好,其苗鮮重、苗干重、根鮮重、根干重和苗長(zhǎng)均達(dá)到最高值,比成熟期收獲的種子相應(yīng)增加了2.56%、9.52%、1.45%、12.5%和29.63%。早熟矮大頭幼苗的苗鮮重、苗干重和根長(zhǎng)均以開(kāi)花后42 d 收獲的種子為最大(分別比成熟期收獲種子的幼苗增加了8.60%、8.22%和5.63%);但根鮮重、根干重和苗長(zhǎng)則以花后47 d 收獲的種子為最大,但與成熟期收獲種子的幼苗相比,差異不顯著。
表2 向日葵不同成熟度種子的幼苗生物量指標(biāo)Table 2 Biomass indexes of sunflower seedlings derived from seeds collected at different time
電導(dǎo)率和種子活力呈負(fù)相關(guān),電導(dǎo)率值越低種子活力越高。從圖5 可以看出,總體上向日葵種子浸出液的電導(dǎo)率隨著收獲時(shí)間的延長(zhǎng)而降低,各處理間差異顯著。67×早R 和早熟矮大頭花后30 d 至花后42 d 收獲的種子電導(dǎo)率均隨收獲期的延遲而下降,前者降幅較大,以花后42 d 收獲的種子浸出液電導(dǎo)率為最低(46.52 μS·cm-1·g-1),比成熟期收獲的種子降低了47.52%;后者降幅較小,以花后42 d 的種子最低(為28.35 μS·cm-1·g-1,較對(duì)照降低了35.30%)。此后兩個(gè)品種的種子電導(dǎo)率基本趨于穩(wěn)定。而36×早R 種子的電導(dǎo)率則隨收獲期的延遲而持續(xù)下降,到開(kāi)花后47 d 時(shí),種子電導(dǎo)率降到最低,為66.03 μS·cm-1·g-1,比其成熟期收獲的種子電導(dǎo)率降低了57.44%。不同時(shí)期種子活力大小變化與電導(dǎo)率的測(cè)定結(jié)果變化一致。
圖5 收獲期對(duì)向日葵種子浸出液電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effect of harvest time on conductivity for sunflower seed leaching solution
從表3 可以看出,隨收獲期延長(zhǎng),3 個(gè)油葵籽仁中油酸含量降低,與亞油酸含量成反比。晚收均降低了油酸與亞油酸比值,其中67×早R 和早熟矮大頭兩個(gè)品種各處理與對(duì)照差異顯著,36×早R 差異不顯著?;瘜W(xué)法和近紅外快速分析檢測(cè)都表明,正常成熟(36×早R 和早熟矮大頭)或提前5 天左右收獲(67×早R)比延遲收獲含油量高。因此,從種子油用品質(zhì)角度考慮,收獲不宜太遲,成熟后應(yīng)盡早收獲。
表3 收獲期對(duì)向日葵籽仁含油量、油酸和亞油酸的影響Table 3 Effect of harvest time on oil content,oleic acid and linoleic acid of sunflower seed kernel
運(yùn)用隸屬度函數(shù)法計(jì)算隸屬度函數(shù)值,對(duì)3 個(gè)油葵材料不同收獲期種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、電導(dǎo)率、百粒重、籽仁率、單株產(chǎn)量、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、苗鮮重、苗干重、根鮮重、根干重、油酸、亞油酸、含油量(行標(biāo)法和NIRS)和O/L 值進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算(表4),隸屬函數(shù)值越大,表明該品種種子質(zhì)量越好。結(jié)果表明67×早R 和早熟矮大頭種子質(zhì)量高低順序?yàn)椋洪_(kāi)花后42 d >開(kāi)花后35 d >開(kāi)花后47 d >開(kāi)花后30 d;而36×早R 則為開(kāi)花后47 d >開(kāi)花后42 d >開(kāi)花后35 d >開(kāi)花后30 d。說(shuō)明適當(dāng)延遲向日葵采收,有利于獲得高質(zhì)量的種子。
表4 各收獲期隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)Talbe 4 Comprehensive evaluation on seed quality of different harvest time with membership function method
對(duì)以上指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)分析,結(jié)果表明(表5):收獲期與發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、亞油酸含量呈極顯著正相關(guān),與發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、百粒重、籽仁率顯著正相關(guān),與油酸含量、油酸/亞油酸比值極顯著負(fù)相關(guān),與電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)。電導(dǎo)率與發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。綜合隸屬函數(shù)值與發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、百粒重呈極顯著正相關(guān)。
表5 各相關(guān)性狀以及綜合隸屬函數(shù)值間的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between the traits of germination and the values of comprehensive membership functions
在將新品種向市場(chǎng)推廣的過(guò)程中,良種生產(chǎn)是關(guān)鍵,而選擇適宜的收獲期是獲得高質(zhì)量種子的基本前提。提高種子質(zhì)量首先要保證種子活力,只有高活力的種子才能有高效整齊的群體,才能應(yīng)對(duì)各
種不同的環(huán)境與突發(fā)的氣候情況。因此,如何生產(chǎn)出高活力的種子就顯得尤其重要。本研究通過(guò)分析3個(gè)油葵材料不同收獲期對(duì)種子活力和品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)隨著生育期的增加,油葵種子的百粒重、單株產(chǎn)量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)逐漸增加,電導(dǎo)率在開(kāi)花期后42~47 d 達(dá)到最高峰值,生產(chǎn)上是油葵種子最適宜收獲時(shí)期。前人針對(duì)玉米[16~18]、小麥[9]、水稻[19~21]、油菜[22]等其他作物[23]的最佳收獲期開(kāi)展了種子活力和產(chǎn)量相關(guān)研究,均表明,隨著種子成熟度的不斷增加,種子的發(fā)芽率、干物質(zhì)量和耐貯性等都相應(yīng)增加,從而保證具有較高的出苗率和產(chǎn)量[24],與本研究結(jié)果一致。此外,水稻籽粒黃熟度對(duì)種子活力的差異分析實(shí)驗(yàn)也同樣表明,隨籽粒黃熟度的增加,種子活力先增加后趨于穩(wěn)定[25]。收獲期對(duì)百粒重、產(chǎn)量影響方面,本研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)推遲收獲,可提高百粒重、籽仁率和單株產(chǎn)量,與前人在夏玉米[26]和油菜[27]中的研究結(jié)果相似。本研究發(fā)現(xiàn)不同時(shí)期種子電導(dǎo)率的測(cè)定結(jié)果與其種子活力大小變化一致,因此,生產(chǎn)上可用開(kāi)花后天數(shù)作為參考指標(biāo)指導(dǎo)種子收獲。在中南部地區(qū)種植向日葵,在天氣和后茬安排允許的情況下,適當(dāng)延遲7 d左右采收,有利于獲得高活力的種子。
在油葵收獲的過(guò)程中,我們不僅要考慮到向日葵種子的活力和產(chǎn)量,同時(shí)也應(yīng)考慮其品質(zhì)。本研究通過(guò)分析不同收獲期種子含油量和脂肪酸組成,表明隨收獲期的推遲,含油量和油酸含量降低,與亞油酸含量成反比,與前人在油菜[28~29]中的研究結(jié)果不完全一致。他們認(rèn)為隨著收獲期的推遲,甘藍(lán)型黃籽油菜種子含油量呈先上升后略有下降的變化趨勢(shì);適當(dāng)晚收對(duì)提高菜籽含油量具有一定的作用。這可能與作物不同試驗(yàn)研究所用材料相異有關(guān)。因此,從向日葵種子油用品質(zhì)角度考慮,收獲不宜太遲,成熟后應(yīng)盡早收獲才能保證高含油量。
本研究對(duì)67×早R、36×早R 和早熟矮大頭3 個(gè)油葵材料不同收獲期的種子進(jìn)行活力和品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定評(píng)價(jià),結(jié)果表明,67×早R 和早熟矮大頭在開(kāi)花后42 d,種子活力最高;36×早R 在開(kāi)花后47 d 種子活力最高。隨收獲期延長(zhǎng),油葵籽仁中油酸和含油量降低,亞油酸含量增加。利用隸屬函數(shù)法對(duì)3個(gè)油葵的種子活力和品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),表明延遲7 d左右收獲有利于獲得高質(zhì)量的種子,但含油量降低。因此,在中南地區(qū)種植向日葵可用開(kāi)花后天數(shù)作為收獲時(shí)間的參考指標(biāo)。從獲得高活力種子角度考慮,在天氣和后茬安排允許的條件下,可比常規(guī)收獲時(shí)間延遲一周左右;從種子油用品質(zhì)角度考慮,成熟后應(yīng)盡早收獲。本研究可為我國(guó)中南部地區(qū)油葵高產(chǎn)收獲和種子安全保存提供指導(dǎo)與參考。