不同收获期扁穗雀麦的种子特性

2019-09-03张鹤山熊军波

草业科学 2019年8期

田宏，张鹤山，熊军波，刘洋

（湖北省农业科学院畜牧兽医研究所湖北省动物胚胎工程及分子育种重点实验室，湖北武汉 430064）

扁穗雀麦(Bromus cartharticus)属禾本科(Gramineae)雀麦属(Bromus)一年生或短期多年生牧草，20世纪40年代引入我国。喜温暖湿润气候，再生性和分蘖能力强，抗冬性较强，产草量高，适口性仅次于一年生黑麦草(Lolium multiflorum)、燕麦(Avena sativa)等，各种家畜喜食[1]。20世纪80年代湖北引进种植，后经长期栽培驯化培育出牧草新品种“江夏”扁穗雀麦。随着湖北省退耕还草、冬闲田种草和南方现代草地畜牧业推进行动等一系列项目的实施，该品种在省内种植面积逐渐扩大，成为解决冬春季青绿饲草缺乏的主要草种。但在良种繁育中发现，扁穗雀麦和大多栽培历史较短的禾本科牧草一样，种子在收获时存在严重的落粒性[2]，极大地制约了新品种的推广利用。前期，湖北省农业科学院畜牧兽医研究所草牧业课题组已开展了种子萌发条件[3]、吸水特性[4]、休眠性[5]、种子产量[6]等方面的研究，但关于不同收获期种子大小、萌发特性和种子活力变化却不清楚。研究表明，收获时期不仅影响种子产量[7]，更是保证种子质量的关键[8-9]。因此，本研究以扁穗雀麦两个品种为材料，探究不同收获期种子质量变化，旨在为种子生产和高效扩繁提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于国家草品种区域试验站(武汉)进行，114°08' E，30°17' N，海拔 29.6 m，江汉平原东部。亚热带季风性湿润气候，主要特征是雨量充沛，日照充足，常发生夏季高温干旱和夏秋连旱。年均温16.6 ℃，年降水量1 269 mm，无霜期237～271 d。土质为丘陵黄壤，瘠薄，粘性重。pH 5.16，有机质1.82%，碱解氮 110.0 mg·kg-1，有效磷 36.7 mg·kg-1；速效钾 240 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试材料“江夏”扁穗雀麦为湖北省农业科学院畜牧兽医研究所选育的高产优质牧草新品种，2012年通过国家草品种审定委员会审定，登记号445；“黔南”扁穗雀麦由贵州省草业研究所提供。

1.3 试验设计

2017年10月10日播种，穴播，株行距均60 cm，播种面积3 m × 5 m，重复3次。始花期选择花期一致的植株挂牌30个，花后8 d开始每隔4～6 d(考虑受天气影响)从挂牌植株花序中部收获种子直至完全成熟。种子收获后立即进行含水量测定，另取部分种子风干(含水量在12%左右)测大小、千粒重、发芽特性和电导率。

1.4 测定指标和方法

1.4.1 种子含水量测定

取每次收获的新鲜种子称4.0 g，3次重复，采用高恒温烘箱法[10]，在130～133 ℃下烘1 h，取出后在干燥器冷却30 min称重，计算含水量。

1.4.2 种子大小和千粒重测定

从不同时期收获的风干种子中随机取100粒种子，4次重复，用万分之一的分析天平称重，求千粒重。同时取30粒种子，用游标卡尺测量长(从颖果底部到外稃芒的长度)、宽(颖果最宽位置的长度)和厚(颖果最饱满部位的厚度)，测量值精确到0.01 mm。

1.4.3 种子发芽特性测定

选取不同时期收获的均匀、一致风干种子，用1% NaClO处理5 min，蒸馏水冲洗3次后待用。采用纸上发芽法，先对种子进行预冷和KNO3处理，再放入20～30 ℃的培养箱中开始试验[11]。每处理50粒种子，4次重复，试验持续时间28 d。发芽标准为以有正常、与种子本身等长的胚根且胚芽长度达种子一半，每天记录发芽数。第7天随机取10个幼苗测定胚芽和胚根长度，计算发芽率(germination rate, GR, %)、发芽势(germination energy, GE, %)、发芽指数(germination index, GI)和活力指数(vigor index,VI)[12]。

发芽率 = (试验期正常发芽种子数/供试种子数) ×100%；

发芽势 = (试验第7天正常发芽种子数/供试种子数) × 100%；

发芽指数 = ∑Gt/ Dt，其中，Gt指t时间内的发芽数；Dt指相应的发芽天数；

活力指数 = 发芽指数 × (胚根长度 + 胚芽长度)。

1.4.4 电导率测定

从各时期风干种子中随机取50粒，3次重复，准确称重0.01 g。称重后装入盛有100 mL去离子水容量为150 mL的三角瓶中，同时设只加去离子水的对照，加盖后在20 ℃下放置24 h，用DDS-307型电导仪测定浸种液电导值，减去对照电导值即为种子浸出液的电导值 [μs·(cm·g)-1]。电导率 = (重复1的电导值/50粒种子质量 + 重复2的电导值/50粒种子质量 + 重复3的电导值/50粒种子质量)/3。

1.5 数据分析

采用DPS 17.10统计分析软件对所测数据进行统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，分别对不同成熟期种子大小、千粒重、发芽率、发芽指数、电导率等指标进行单因素分析，并用Duncan法对各测定数据进行多重比较和差异显著性分析所有数据，用EXCEL 2007绘图与制表。

2 结果与分析

2.1 不同收获期种子含水量的变化

扁穗雀麦种子在成熟过程中，含水量变化基本表现为逐渐下降的趋势(图1)，在花后8 d，“江夏”和“黔南”含水量分别高达69.24%和69.05%，到花后19 d，两品种的含水量仍维持在60.00%左右。之后，种子从乳熟期进入蜡熟期，含水量继续下降，到花后32 d，“江夏”和“黔南”已较试验初期分别下降34.85%和28.40% (P ＜ 0.05)。花后36 d，当种子到完熟期时，含水量急剧下降，两品种的日均下降高达4.66%和4.84%。试验结束时，“江夏”和“黔南”含水量略有增加，这可能与取样前降雨导致空气湿度较大有关。对比两品种，“江夏”扁穗雀麦种子含水量在花后8 - 19 d稍高于“黔南”，而花后25 -42 d与之相反。

2.2 不同收获期种子形态特征的变化

图 1 不同收获期两个扁穗雀麦品种的种子含水量变化Figure 1 Changes in seed moisture content at different harvest times of two Bromus catharticus varieties不同小写表示同一扁穗雀麦品种种子在不同收获期间差异显著(P ＜ 0.05)，图 2 同。Different lowercase letters indicate significant differences for the same cultivar between different harvest times； similarly for Figure 2.

对不同时期收获的扁穗雀麦种子形态测定发现，“江夏”种子长度的变化范围为18～21 mm，并于花后25 d达最大值20.41 mm，之后种子长度虽略有变化，但差异不显著(P ＞ 0.05)；“黔南”种子长度在相同收获期均较“江夏”大，变化范围为19～22 mm，且种子长度除花后36 d略有明显减小外，其它各时期变化差异不大(P ＞ 0.05) (表1)。种子宽度变化与长度不同，花后8 - 19 d两品种均在2.8 mm左右，在25 d，宽度急剧减少到最小值，之后有所增加，与此后收获的种子差异不显著(P ＞ 0.05)。随着扁穗雀麦种子的发育，厚度变化差异较大。“江夏”在花后8 - 19 d，种子厚度0.9 mm左右；之后迅速增加，超过1.2 mm，花后25 - 42 d各处理差异不显著。“黔南”与之略有不同，该品种自花后8 - 19 d种子厚度变化较快，之后显著增厚但厚度变化幅度减小，32 - 42 d差异不显著(P ＞ 0.05)。

千粒重是种子灌浆过程中物质积累的重要表现，也是衡量种子成熟度重要指标之一。从不同收获期扁穗雀麦种子千粒重变化来看，两个品种均表现出先上升后趋于平稳的趋势(表1)。“江夏”扁穗雀麦种子自花后8 - 32 d千粒重增加较快，在各收获期差异达显著水平(P ＜ 0.05)，至花后42 d达最大值11.37 g，但与花后32 d差异不显著(P ＞ 0.05)。“黔南”扁穗雀麦种子千粒重变化规律与“江夏”基本一致，在花后42 d达最大，但花后32 - 42 d收获的种子差异不显著(P ＞ 0.05)。两品种相比，在同一收获时期“黔南”种子千粒重均较“江夏”大；在趋于稳定的花后32 - 42 d，前者千粒重较后者分别增加13.45%、18.43 %和18.25%。

2.3 不同收获期对种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

花后8 d种子便具备了发芽能力，发芽率分别为26.91%和38.00%；到25 d，发芽率急剧升高，“江夏”已超过93.33%，“黔南”也达87.03% (表2)。随后两品种收获的种子发芽率继续增加，江夏扁穗雀麦在36 d达最大值，之后略有下降，但花后25 - 42 d种子发芽率差异不显著(P ＞ 0.05)。黔南种子发芽率达最大值的时间较江夏提早4 d，但同样花后25 -42 d 无差异 (P ＞ 0.05)

两品种发芽势和发芽指数变化趋势与发芽率基本一致，呈先升高再下降的趋势。“江夏”扁穗雀麦种子在花后36 d发芽势、发芽指数最高，分别较试验初期提高了4.99倍和4.08倍，与花后25 - 42 d收获的种子差异不显著(P ＞ 0.05)。和“江夏”略有不同，“黔南”扁穗雀麦种子的发芽势在花后32 d达最大值(93.96%)，发芽指数在36 d达最大值(199.22)，花后32 - 42 d内收获的种子差异均不显著(P ＞0.05)。另外，研究发现早期(花后8 - 19 d)和晚期(42 d)收获的种子，“黔南”的发芽率、发芽势和发芽指数均略高于“江夏”，其他时间则与之相反。

2.4 不同收获期对幼苗和活力指数的影响

“江夏”自花后8 - 32 d收获的种子萌发胚芽长度、胚根长度和活力指数均表现出逐渐增加的趋势，在32 d达最大值，分别为7.08 cm、6.48 cm和2 752.18，显著高于前期收获种子的活力(P ＜ 0.05)(表3)。随着种子成熟度增加，幼苗长势稍有下降，但与花后32 d收获的种子差异不显著(P ＞ 0.05)；活力指数相比胚根胚芽生长在收获晚期下降较多，花后42 d较32 d显著减少了16.69% (P ＜ 0.05)。“黔南”扁穗雀麦幼苗生长与活力指数变化与“江夏”略有不同，其胚芽长度随种子收获时间的延迟呈现持续增长趋势，胚根长度和活力指数以花后36 d收获的种子表现最好，但32 - 42 d收获的种子差异均不显著 (P ＞ 0.05)。

表 2 不同收获期对扁穗雀麦种子萌发的影响Table 2 Influence of different harvest times on seed germination of Bromus catharticus

表 3 不同收获期对扁穗雀麦种子幼苗和活力的影响Table 3 Influence of different harvest times on seed seedlings and vigor of Bromus catharticus

2.5 不同收获期对种子电导率的影响

扁穗雀麦两个品种种子浸出液电导率均在花后8 d最大，之后持续下降直到花后42 d达最低值，分别为59.87 μs·(cm·g)-1和52.11 μs·(cm·g)-1，减少比例均超过84%，说明扁穗雀麦种子随着成熟度的增加活力逐渐提高(图2)。但在不同收获期两个扁穗雀麦品种电导率变化差异较大，“江夏”在花后32 d和36 d种子电导率差异不显著(P ＞ 0.05)，但与其他处理差异显著(P ＜ 0.05)；“黔南”种子电导率除花后13 d和19 d差异不显著外，其他各收获期间均差异显著(P ＜0.05)。两品种种子活力相比，“江夏”除在32 d较“黔南”高外，其他收获期均较“黔南”低。

图 2 不同收获期两个扁穗雀麦品种种子电导率变化Figure 2 Changes in seed conductivity at different harvest times of two Bromus catharticus varieties

3 讨论

牧草种子的适时收获是保证高质、高产的重要因素，成熟度不够，种子虽有较高的生活力，但并未达到最大活力；种子收获较晚，则会遭受落粒损失和成熟后劣变引起的活力降低[13]。为此，外部形态(种子颜色和粒重)和内部生理指标(种子含水量、发芽率、电导率等)变化被许多专家学者研究，以寻找作为种子最佳收获期的标准。Wang等[14]发现广布野豌豆(Vicia cracca)可通过荚果与种子分别变为浅棕色和黑色的时候进行收获，兰剑和沈艳[15]认为多年生黑麦草(Lolium perenne)可通过千粒重是否达到恒定值来确定适宜收获时间，Hebblethwaite和Ahmed通过对十几种牧草研究发现含水量是确定大多数牧草适宜收获时间的理想指标[16]。本研究中，随着种子的成熟，“江夏”和“黔南”扁穗雀麦种子含水量表现为持续下降后稍有上升趋势，尤其在花后32 - 42 d，两品种粒重已基本恒定，进入生理成熟期，但水分变化仍相对较大，该结果与张艳红和易津[17]对偃麦草属(Elytrigia) 5种植物及毛培胜等[18]对高羊茅(Festuca elata)和老芒麦(Elymus sibiricus)的研究略有不同，究其原因可能与当地气候有较大关系。在武汉地区，扁穗雀麦种子由蜡熟初期向完熟期发育的阶段，经常会发生降水现象，本研究中，花后32 d取样时空气湿度88%，到花后36 d又下降为82%且取样当天气温达30 ℃，从而造成种子含水量较前次采样急剧下降。到花后42 d，又因取样前下雨，空气湿度大、种子相对比较潮湿，使得含水量再次升高。两品种相比，在同一发育阶段，“江夏”扁穗雀麦种子含水量前期稍高于“黔南”，后期则相反。由此可见，对扁穗雀麦来说，种子含水量在同草种不同品种间差异较大，在武汉地区该指标受外界气候影响较大。

种子发育过程中，发芽指标虽然不能直接反映种子活力的变化，但它却是检验种子品质不可缺少的指标。一般情况下，种子越成熟，其发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数也愈高。随着成熟度的提高，不同玉米(Zea mays)杂交种种子标准发芽率增加，抗逆能力增强[19]；伴随种子的发育，小麦(Triticum aestivum)发芽率、发芽势和发芽指数表现为先增加后持续稳定的趋势，而活力指数则一直上升[20]。本研究中，扁穗雀麦在花后8 d，少数种子就具备了发芽能力，之后迅速增强，到25 d，两品种发芽率和发芽势超过85.0%，但此时干物质积累仍在继续，种子未达真正意义上的成熟。到花后32 - 36 d，“江夏”扁穗雀麦发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均达最高，“黔南”范围较之稍宽，为花后32 - 42 d。

种子发芽力高但不一定代表具备高的活力，这也是田间出苗率往往比室内发芽率低的原因。细胞膜结构的完整性是种子活力的生理基础，膜结构完整性的丧失可引起吸胀种子电解质渗漏，而细胞渗漏物质的多少与种子田间出苗率呈显著负相关，高活力种子浸出液电导率值低，反之则高[10]。Wang等[21]发现，用电导率法测定野大麦(Hordeum brevisubulatum)种子品质可准确确定适宜收获时间，但对某些物种来说并不是精确指标，比如硬实率高的豆科牧草[22]。本研究中，“江夏”和“黔南”种子均随着成熟度的增加，浸出液电导率值逐渐下降，这种变化与对高羊茅[23]、柳枝稷(Panicum virgatum)[24]和冰草(Agropyron cristatum)的研究结果一致[25]。尽管扁穗雀麦两个品种种子活力在花后42 d最强，但此时种子大多落粒，产量严重受损。为此，综合粒重、种子含水量、发芽指标、电导率等多方面因素综合得出，扁穗雀麦在花后32 - 36 d收获，不但种子成熟饱满、发芽率高、活力强，还可减少落粒。