施磷处理和结荚位置对紫花苜蓿种子发芽特性的影响

汪 辉，张文旭，郑慧敏，陈泉竹，毛培胜

（1．中国农业大学动物科技学院草业科学系草业科学北京市重点实验室， 北京100193；2．西北师范大学化学化工学院， 甘肃 兰州730070）

牧草种子是人工草地建植、退化草地改良的物质基础。然而，我国仅有牧草种子田23万hm2左右，相当于美国俄勒冈州的牧草种子田面积，但是该州年产牧草种子产量为我国的4～5倍［1］。我国的牧草种子生产不仅总体生产水平低，而且还存在种子质量差、同一种子批质量不均一的问题。影响牧草种子质量的因素很多，如气候条件、田间管理以及牧草本身形态和生理特征等。已有的研究表明，禾本科和豆科植物不同部位所结的种子在质量上有所差异。一些禾本科牧草穗上不同位置种子的重量及发芽特性有所不同，如三芒山羊 草 （Aegilops triuncialis）［2］、老 芒 麦 （Elymus sibilicus）［3］等小穗内不同位置种子具有不同质量。一些豆科植物同一枝条不同部位及同一结荚花序不同位置的种子在质量上亦存在差异，如大豆（Glycine max）植株上部荚果内种子的活力高于下部荚果内种子的活力，同一结荚花序基部种子的活力较顶部种子的活力高［4－5］。相比植株中、上部的种子，鹰嘴豆（Cicer arietinumL．）植株下部种子较大，重量较重，发芽率较高，幼苗干重较重［6］。但紫花苜蓿不同位置荚果内种子的质量是否存在差异却不清楚。另外，磷肥是苜蓿种子生产所必需的肥料［7］。研究及实践证明，施磷处理可以增加苜蓿种子产量［8］。然而，针对施磷对苜蓿种子质量影响的研究结果却不一致，如陈强［9］认为施磷对苜蓿种子的单粒平均重量影响不大，而彭岚清［10］的研究结果表明，相比不施磷处理，施磷处理可以显著提高苜蓿种子的千粒重。施磷处理对苜蓿种子发芽性状的影响情况，Wang等［11］和张银敏［12］的结论亦存在不同。本试验以紫花苜蓿为材料，研究施磷处理和结荚位置对荚果内种子发芽特性的影响。

1 材料与方法

1．1 试验地概况

试验区位于内蒙古乌海市棋盘井镇中国农业科学院北京畜牧兽医研究所紫花苜蓿种子生产基地（东经106°95′，北纬39°12′），海拔1 150m，年均温8．5℃，年均降水量225mm，降水多集中在7—9月。大风日数71d，年蒸发量2 500～2 600mm，干湿季明显，5—10月为雨季，11月—翌年4月为旱季。年平均相对湿度52%。日照时间2 806h，无霜期156～165d。试验田土壤为灰色草甸土，pH 值为8．98，有机质9．71g／kg，碱解氮72．7mg／kg，速效磷7．24mg／kg，速效钾74 mg／kg。

1．2 试验设计

采用不同施磷处理（表1），肥料为过磷酸钙（16%P2O5）。采取单因素随机区组设计，每个处理重复3次，共18个小区，每小区面积为4m×5m。紫花苜蓿种子田于2010年春季条播，行距60cm，播种深度2cm，播种量10kg／hm2，品种为中苜2号。2013年种子成熟时，在每个小区随机选取30株苜蓿，按照植株的2级分枝数将植株等分为上部、中部及下部，然后分别采集3个部分的荚果，进行脱粒清选。

表1 施磷处理

1．3 试验方法

1．3．1 种子磷含量测定

将各处理的种子放入70～80℃烘箱内烘干至质量恒定，粉碎，过60目筛。对粉碎后的样品用H2SO4－H2O2消煮，制备成待测液，采用钼蓝比色法测定磷含量（%）［13］。

1．3．2 种子重量的测定

使用数粒仪数100粒种子，重复8次，并使用天平称取8次重复的重量，将8个重复种子重量的平均数除以100，即得种子单粒重。

1．3．3 发芽指标测定

按照 GB／T 2930．4—2001进行发芽试验，4次重复，每个重复随机挑选100粒种子摆放到铺有2层滤纸的培养皿中，然后将培养皿放入冷藏箱（5～10℃）里进行预冷处理7d，之后转移至20℃恒温培养箱，光照8h黑暗16h培养10d，第4天记录正常苗数，第10天记录正常苗数、硬实种子数、不正常苗数和死种子数。计算发芽率、发芽势。

发芽率（%）＝（正常苗数＋硬实种子数）／供试种子数×100%。

发芽势（%）＝第4天的正常苗数／供试种子数×100%。

1．4 统计方法

使用Excel对试验数据进行整理，采用SAS 8．0统计分析软件，使用F检验对施磷处理，部位以及二者的交互作用进行方差分析，使用最小极差法（LSD）在p≤0．05水平下，对不同施磷处理（P 1、P 2、P 3、P 4、P 5、P 6）和不同结荚部位（上、中、下部）种子磷含量、单粒重、正常苗比例、硬实比例、发芽率、不正常苗比例、死种子比例、发芽势的平均数进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 施磷处理和结荚位置对苜蓿种子磷含量的影响

测定并分析不同施磷处理及不同结荚位置苜蓿种子磷含量，结果表明（表2），结荚位置对种子磷含量的影响不显著（p＞0．05），但施磷处理极显著影响（p＝0．01）种子磷含量。随着磷施用量的增加，种子磷含量呈上升趋势，当施磷处理为P 6时，种子磷含量最高（0．671%），且与其他处理种子之间差异显著（p＜0．05）（表 3）。P2 处 理 种 子 磷 含 量 最 低，为0．544%，但与P 1、P 3、P 4处理种子之间差异不显著（p＞0．05）。P 1、P 3、P 4及P 5各处理种子磷含量之间差异不显著（p＞0．05）。

表2 不同施磷处理及不同结荚位置紫花苜蓿种子发芽指标、种子磷含量及种子单粒重的F检验

2．2 施磷处理和结荚位置对苜蓿种子单粒重的影响

方差分析的结果（表2）表明，施磷处理及结荚位置均极显著影响（p＝0．01）苜蓿种子单粒重，施磷处理和结荚位置的交互作用对种子单粒重的影响不显著（p＞0．05）。随着施磷量的增加，种子单粒重呈逐渐增加的趋势（表3）。P 2处理种子单粒重最轻，为1．76 mg，但与P 1、P 3处理之间差异不显著（p＞0．05）；施磷处理为P 5时，种子单粒重最重，为1．86mg，但与P 4、P 6处理之间差异不显著（p＞0．05）；P 5和P 2处理种子单粒重之间差异显著（p＜0．05）。苜蓿植株中、下部的荚果内种子单粒重较重，上部荚果内种子单粒重较轻，下部荚果内种子较上部荚果内种子重0．04 mg（表3）。中、下部荚果内种子单粒重与上部荚果内种子之间差异显著（p＜0．05），中部和下部荚果内种子单粒重之间差异不显著（p＞0．05）。

2．3 施磷处理和结荚位置对苜蓿种子发芽特性的影响

表3 施磷处理和结荚位置对种子磷含量及单粒重的影响

苜蓿种子发芽试验的统计分析结果显示（表2），施磷处理对正常苗比例、硬实比例、发芽率、不正常苗比例、死种子比例以及发芽势影响均不显著（p＞0．05），结荚位置极显著影响（p＝0．01）苜蓿种子的正常苗比例、发芽率及不正常苗比例，显著影响（p＝0．05）死种子比例。各施磷处理种子的发芽率维持在78%～81%之间，硬实比例在11%～12%之间（表4）。

表4 施磷处理和结荚位置对种子发芽指标的影响

苜蓿植株下部荚果内种子正常苗比例最高，为70%，与中、上部荚果内种子相比达到显著性差异（p＜0．05），上部与中部荚果内种子正常苗比例之间差异不显著（p＞0．05）。同样，植株下部荚果内种子发芽率（82%）较中、上部荚果内种子高，并达到显著性差异（p＜0．05），上部与中部荚果内种子发芽率之间差异不显著（p＞0．05）。植株下部荚果内种子不正常苗比例最低（12%），并且与上部和中部荚果内种子之间有显著差异（p＜0．05），但上部与中部荚果内种子之间差异不显著（p＞0．05）。植株上部荚果内死种子比例最高（8%），中部荚果内死种子比例最低（6%），并且二者之间达到显著性（p＜0．05）差异，但下部荚果内死种子比例与上部荚果及中部荚果内死种子比例之间差异不显著（p＞0．05）。

3 讨论与结论

苜蓿是一种需磷量大的多年生植物［14］。土壤中能被苜蓿所利用的磷元素的量，一方面与土壤有效磷的含量有关，另一方面受土壤质地和pH值等土壤条件的影响。土壤施入磷肥后，移动性很小，容易被Fe3＋、Al3＋、Ca2＋固定，状态相对稳定，流失量很小，另外施入土壤的磷肥在实际生产中大部分当季不能全部被利用，剩下的磷则以不同的形式残留在土壤中，可在几年内逐渐缓慢释放供作物吸收利用。本研究的结果显示，施磷处理能够增加3年后收获种子中的磷含量，当施磷处理为450kg／hm2P2O5时，种子磷含量相比不施磷所收获种子磷含量增幅可达21．78%。陈强［9］研究了施磷处理对苜蓿生长发育的影响得出，施磷处理增加了苜蓿营养器官和生殖器官磷含量，其中种子磷含量最高，并且还发现磷有从营养器官向生殖器官集中的趋势；施磷处理为45、90、135kg／hm2P2O5，当年收获种子中的磷含量为0．465%～0．665%，比对照增加了25．6%～43%。王显国［15］的研究表明，随着施磷量的增加，种子磷含量呈上升趋势，施磷处理为60 kg／hm2P2O5时种子磷含量最高，比对照提高了21．3%。种子磷含量与施磷量之间表现出显著的非线性相关关系：Y＝0．471 7＋1．34×10－3X－2．35×10－6X2（p＝0．01，R2＝0．89）［16］。

种子重量是种子产量的重要构成因素之一，也可作为苜蓿提高种子产量的选择性状，同时也是种子质量的重要指标之一［17－18］。本研究中，施磷360kg／hm2P2O5的处理组可显著（p＜0．05）提高种子单粒重。而杨俱和［19］在研究不同施磷处理对旱作陇东苜蓿种子质量的影响时提出施磷处理为120kg／hm2P2O5时，相比对照种子的千粒重增幅最大，为18．03%。结果相异的原因可能是本研究在施磷肥3年后，相比低施磷处理，360kg／hm2P2O5的施磷量在被植物利用3年后对提高种子重量仍可发挥较好的作用。同样，彭岚清［10］也报道了施磷处理的种子千粒重显著高于不施磷处理种子的千粒重，说明增施磷肥能有效提高种子的饱满程度。然而，施磷处理对各发芽指标的影响均不显著（p＞0．05）。张银敏［12］和王显国［15］的研究结果也表明，施磷处理对紫花苜蓿种子发芽特性的影响不显著。

本研究中不同结荚位置种子单粒重不同，上部荚果内的种子单粒重较中、下部荚果内种子轻，上部和中部荚果内种子单粒重与下部荚果内种子相差分别约为0．04mg和0．07mg。Mohsen等［20］报道，小麦穗基部种子比穗中部和上部种子重。贺晓和李青丰［3］的研究表明，冰草小穗基部和中部的种子千粒重相差不大，但顶部的种子较基部轻约0．05g；老芒麦种子千粒重从小穗顶部到基部呈显著上升趋势，顶部种子的千粒重与基部种子相差0．15g。种子的重量与小花的开放时间有关，开放越早的小花，授粉后更多的营养物质被用于种子的生长和发育，造成营养物质和能量分配不均匀，进而导致分配到后续小花的能量和物质减少，所结的种子就较轻［21］。紫花苜蓿植株的开花顺序为由下至上，下部荚果内种子所积累的营养物质较多，故而千粒重较重［22］。Illipronti等［23］得出，种子在植株上的位置是导致种子产生物理性状（如重量、形状）和生理性状（如生活力、活力）差异的一个重要的因素。

本研究中下部荚果内种子正常苗比例显著（p＜0．05）高于中、上部荚果内种子，同样，种子发芽率也为此趋势。中、上部荚果内种子的不正常苗比例显著（p＜0．05）高于下部荚果内种子，同时，上部荚果内死种子比例显著（p＜0．05）高于中部荚果内死种子比例。由此可看出，下部荚果内种子的发芽特性较中、上部好。老芒麦种子的发芽率和发芽势由穗基部向顶部逐渐降低，并且变化十分显著［3］。鹰嘴豆植株下部所结种子的发芽率显著高于中部和上部［6］。下部荚果内种子较重，营养物质含量较为丰富，萌发力较强，质量较好。上部荚果内种子重量较轻，质量较差。

本研究的结果表明，施磷处理能够增加紫花苜蓿种子的单粒重量，植株下部荚果内种子的质量较中、上部好。植株不同部位种子的单粒重量及发芽特性不一致，这就导致种子生产过程中同一批种子质量不一致的问题，不仅增加种子清选工作量，而且还会降低种子产量。所以，解决紫花苜蓿植株不同部位种子质量差异问题值得进行更深层次的研究。

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