收獲期對糯質玉米種子活力及呼吸代謝的影響

王儀春， 梁帥強， 王云華， 趙光武，*， 曹棟棟

(1.湖州市農作物技術推廣站， 浙江 湖州 313000； 2.浙江農林大學 農業與食品科學學院， 浙江省農產品品質改良技術研究重點實驗室， 浙江 臨安 311300； 3.浙江農科種業有限公司， 浙江省農業科學院 作物與核技術利用研究所， 浙江 杭州 310021)

?

收獲期對糯質玉米種子活力及呼吸代謝的影響

王儀春1， 梁帥強2， 王云華1， 趙光武2，*， 曹棟棟3

(1.湖州市農作物技術推廣站， 浙江 湖州 313000； 2.浙江農林大學 農業與食品科學學院， 浙江省農產品品質改良技術研究重點實驗室， 浙江 臨安 311300； 3.浙江農科種業有限公司， 浙江省農業科學院 作物與核技術利用研究所， 浙江 杭州 310021)

文章以來源于花甜糯072自交后代的糯質玉米為研究對象，于授粉后16，20，24，28，32，36，40 d收獲種子，自然晾干至比較一致的含水量后進行活力測定。研究結果表明，該糯質玉米在授粉后32～36 d前后收獲種子質量較高。授粉后32 d 收獲的種子標準發芽率和頂土萌發率最高，種子浸出液電導率降至最低，后趨于穩定。授粉后36 d的種子千粒重最大，低溫發芽率最高。授粉后40 d收獲的種子呼吸代謝最強，此時增加代謝時間(IMT)、氧代謝率(OMR)、相對發芽時間(RGT)分別為8.78 h，3.86 %·h-1，42.56 h，說明此時收獲的種子已具備旺盛的呼吸代謝能力。建議糯質玉米種子電導率為4.1～4.3 μS·cm-1·g-1，IMT，OMR，RGT值分別為11.65～11.78 h，2.86～3.40 %·h-1，50.51～54.46 h時采收，可獲得高活力種子。

玉米；種子質量；收獲期；氧傳感

玉米是世界上最重要的糧食作物之一，在我國其種植面積已超過水稻，成為我國第一大作物[1]。玉米需求量的不斷攀升對種子質量提出了更高的要求。成熟度是影響玉米種子質量的關鍵因素。種子收獲過早，淀粉等干物質積累少；收獲過遲，種子易霉變或發生穗發芽現象。因此，適時收獲對保證種子質量至關重要。

目前，有關玉米種子收獲期方面的研究，多以發芽率為標準來確定其最適收獲期。石春海等[2]的研究結果表明，不同成熟度玉米種子發芽率雖達到95%，但其活力差異很大，他們認為僅根據發芽率確定采收期是不可靠的。種子活力是種子最重要的質量指標之一，高活力種子田間出苗迅速而整齊，具有明顯的生長優勢和生產潛力，是獲得高產、穩產的重要保證[3]。有關收獲期對玉米種子活力及其生理變化的研究鮮見報道。呼吸代謝是種子進行生命活動的主要標志，呼吸代謝的強弱直接關系到種子活力的高低[4]。氧傳感儀是基于熒光猝滅原理開發的，通過檢測種子萌發過程中的耗氧狀況來判斷種子的呼吸強弱，是研究種子呼吸代謝及活力機理的新技術[5]。

本研究以鮮食玉米品種花甜糯072自交后代的糯質玉米為試驗材料，于授粉后7個收獲時期采收種子，分別測定千粒重、種子浸出液電導率、標準發芽率、頂土發芽率和低溫發芽率，并通過氧傳感儀實時檢測不同收獲期種子在密閉條件下的氧氣濃度，全面分析不同收獲期對糯質玉米種子活力及其呼吸代謝的影響，為糯玉米適時收獲及高活力種子形成機理提供科學依據。本研究對保證種子質量和促進玉米生產具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

鮮食玉米品種花甜糯072種子由浙江農科種業有限公司提供，該品種中早熟，生育期80.5 d。選擇糯質玉米材料連續自交3代后于2012年5月在浙江農林大學官塘農場進行播種，7月中旬進行套袋自交，在授粉后16，20，24，28，32，36，40 d共7個收獲時期收獲玉米種子。種子的收獲期集中在8月，該月平均最高溫度32 ℃、平均最低溫度24 ℃、平均相對濕度約70%、平均降水量約300 mm，以多云天氣為主，并伴有雷陣雨。由于該玉米品種在授粉40 d后葉片基本枯黃，故不再增加收獲期。以上7個收獲時期收獲的玉米種子經自然干燥至含水量基本一致(10.7%左右)后用于各質量指標的測定。

1.2 千粒重測定

從每個收獲期的種子材料待測樣品中隨機數出3份1 000粒種子，然后分別稱取質量，取3份樣品的平均質量。2個重復的差數與平均數之比不應超過5%，否則應分析第4份樣品，直至達到要求[6]。

1.3 標準發芽試驗

從每個收獲期種子材料待測樣品中隨機選取3個50粒完整種子(3個重復)，發芽紙采用40 cm×40 cm雙層紙，發芽紙充分濕潤后擺放種子，種子胚部朝同一方向擺放，再在上面覆蓋一層濕潤的發芽紙，小心卷好放進塑料袋，胚向下放進25 ℃培養箱中進行培養。每天記錄當天發芽的種子數量，7 d后統計發芽率。

1.4 頂土發芽試驗

從每個收獲樣品中隨機選取3個50粒完整種子(3個重復)，以濕潤沙土做沙床再覆蓋以6 cm厚的濕潤沙土，在25℃環境中發芽培養，適時澆水保持沙床的濕潤。從種子從沙土中頂出起開始計數，每天記錄下當天發芽種子數量，播種7 d后統計發芽率。

1.5 低溫發芽試驗

從每個收獲期種子材料待測樣品中隨機選取3個50粒完整種子(3個重復)。發芽盒中鋪以濕潤的發芽紙，把種子均勻撒在上面，再覆蓋1層發芽紙，放在培養箱中進行發芽試驗。發芽模擬自然界晝夜溫差變化而采用變溫培養(12℃，16 h和17℃，8 h)。每天記錄當天的發芽數量，7 d后統計發芽率。

1.6 種子浸出液電導率測定

從每個收獲期種子材料待測樣品中隨機取50粒凈種子，2次重復。稱取種子樣品質量，精確至0.01 g。蒸餾水沖洗后放入500 mL燒杯中，加去離子水250 mL，于20 ℃浸泡種子24 h，另用一杯去離子水作對照。24 h后用潔凈絲網瀝去種子，用電導儀測浸種液和對照液電導率[2]。計算公式如下：單位質量電導率(μS·cm-1·g-1)=(試樣電導率-對照電導率)(μS·cm-1) /種子試樣質量(g)。

1.7 氧傳感測定

參考陳能阜等[7]的方法進行不同收獲期玉米種子的氧傳感測定。氧傳感檢測儀(荷蘭ASTEC種子技術公司提供)，用于分析玉米種子的呼吸代謝強弱。Q2托板規格為48孔，每孔放1支試管。1個托板為1個重復，即48 粒種子為1個重復，每樣品重復4次。首先根據種子實際情況，確定測定玉米種子Q2管為2.0 mL試管。然后往各試管中加入1 000 μL 0.5%瓊脂溶液，待凝固后，每個試管加入1粒種子，擰緊含有感光材料的蓋子，設定測定程序，0.5 h自動測量1次，直至120 h，獲得實時測定的氧氣濃度信息，并計算增加代謝時間(increased metabolism time，IMT)、氧代謝率(oxygen metabolism rate，OMR)、相對發芽時間(relative germination time，RGT)等代謝指標。IMT反映了種子吸脹萌動至胚根突破種皮的快慢，值越低種子質量越高；OMR反映了種子萌發過程的代謝活動強弱，值越高種子質量越高；RGT是假設在非低氧脅迫條件下氧氣消耗到零時的推斷時間，跟每個種子的實際萌發時間直接相關，值越低種子質量越高。

2 結果與分析

2.1 收獲期對千粒重的影響

從圖1可以看出，授粉后隨著收獲時間的延長種子干物質在不斷積累，種子千粒重不斷增加，在授粉后36 d時干物質積累量達到最大，千粒重高達284 g，較之授粉后16 d時的千粒重增加了175.9%，此后種子干物質積累開始下降。

圖1 不同收獲期對玉米種子千粒重的影響Fig.1 Effect of different harvest time on thousand-seed weight in waxy maize

由此可以推斷，對于花甜糯072自交后代糯質玉米種質，在授粉后36 d 前后種子的干物質積累停止，種子達到完全成熟，之后種子進行呼吸作用消耗干物質，因此授粉后36 d前后收獲可以得到較高的產量。

2.2 收獲期對不同條件下發芽率的影響

對于標準發芽率而言，授粉后32 d收獲種子的標準發芽率最高，授粉后20，28，32，36和40 d收獲的糯質玉米種子標準發芽率之間沒有顯著差異，授粉后16 d收獲種子的標準發芽率顯著低于其他收獲期(表1)。與授粉后16 d的標準發芽率相比，授粉后32 d收獲的糯質玉米種子的標準發芽率提高了10.7百分點。

對于頂土發芽率而言，授粉后16 d收獲種子的頂土發芽率最低，授粉20 d后種子頂土發芽率明顯提高。28 d以后的4個收獲期的種子頂土發芽率沒有顯著差異，其中，授粉后32 d種子的頂土發芽率最高(表1)。與授粉后16 d的頂土發芽率相比，授粉后32 d收獲的糯質玉米種子的頂土發芽率提高了51.3百分點。

從表1可以看出，授粉后16 d收獲種子的低溫發芽率最低，且極顯著低于其他各個收獲期。隨著收獲期的延長，低溫發芽率的顯著提高分別發生在授粉后32和36 d。授粉后36 d收獲種子的低溫發芽率最高，與授粉后16 d的低溫發芽率相比，糯質玉米種子的低溫發芽率提高了52.0百分點。

2.3 收獲期對種子浸出液電導率的影響

電導率和種子活力成負相關，電導率值越低種子活力越高。從圖2可以看出，總體上糯質玉米種子浸出液的電導率在一定時期內隨著授粉后發育時間的延長而降低。16～28 d糯質玉米種子電導率下降速率逐漸減緩，授粉32 d后種子浸出液電導率降到最低，僅為4.1 μS·cm-1·g-1，較授粉后16 d時的電導率降低了66.2%，此后浸出液電導率基本趨于穩定。授粉32 d后收獲的糯質玉米種子活力達到較高水平，且基本穩定，重建膜的速度和修復損傷的程度達到最快。

表1 不同收獲期糯質玉米種子發芽率的比較

Table 1 Comparison of germination rate of waxy corn seeds in different harvest periods

授粉后收獲時期/d標準發芽率/%頂土發芽率/%低溫發芽率/%1688.0±3.5bC30.0±2.6dC39.3±9.5dD2097.3±1.2aAB64.7±3.1cB76.7±5.8bcABC2492.0±2.0bBC70.7±2.5bcAB66.7±7.6cC2898.0±2.0aAB72.0±2.6abcAB68.7±5.0cBC3298.7±2.3aA81.3±2.5aA87.3±9.9abAB3697.3±3.1aAB72.7±1.5abcAB91.3±5.0aA4097.3±1.2aAB76±3.0abAB74.7±6.4bcABC

注：表中同列不同行數據后沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，沒有相同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

圖2 不同收獲期對玉米種子浸出液電導率的影響Fig.2 Effect of different harvest time on electric conductivity of maize seed extracts

2.4 收獲期對種子呼吸代謝的影響

從表2可以看出，總體上隨著收獲期的延長，IMT逐漸下降，OMR值逐漸增大，RGT值逐漸下降。以上結果表明，糯質玉米種子的呼吸代謝隨著收獲期的延長而逐漸增強。授粉后40 d收獲種子的IMT值和RGT值最小，OMR值最大；與授粉后16 d時的呼吸代謝相比，IMT和RGT下降了46.6%和28.1%，OMR增加了49.0%。說明授粉后40 d收獲的糯質玉米種子已具備旺盛的呼吸代謝能力，建議提早收獲以避免穗發芽現象。

表2 不同收獲期糯質玉米種子氧傳感測定結果的比較

Table 2 Comparison of the results of oxygen-sensing determination of waxy corn seeds in different harvest time

授粉后收獲時期/dIMT/hOMR/(%·h-1)RGT/h1616.45±2.51aA2.59±0.51bAB59.21±5.44bB2015.66±0.99aA2.55±0.45bAB60.87±5.17bB2416.97±4.40aA2.33±0.24bB98.74±39.59aA2813.10±1.70abA2.45±0.25bAB63.60±4.55bB3211.65±6.36abA2.86±0.89abAB54.46±15.41bB3611.78±4.69abA3.40±0.90abAB50.51±8.87bB408.78±3.39bA3.86±0.94aA42.56±7.94bB

3 討論

玉米種子質量受遺傳因素和環境條件兩方面的影響，不同玉米類型其適宜的收獲期可能存在差異，這可能與不同類型不同品種的生育期長短有關。沈雪芳等[8]的研究結果表明，甜玉米自交系種子于授粉后25～30 d收獲標準發芽率最高，而雜交組合F1代種子于授粉后30～35 d收獲標準發芽率最高。劉晟宇等[9]的研究結果表明，授粉后40 d收獲的普通玉米品種鄭單958種子的標準發芽率最低，未達到國家標準，而授粉后55 d收獲的玉米種子標準發芽率最高。我們的研究結果表明，授粉后32 d收獲的花甜糯072自交后代糯質玉米種子的標準發芽率最高。綜合以上研究結果發現：要獲得高芽率或高活力種子，普通玉米的最佳收獲期一般長于糯玉米，而糯玉米的最佳收獲期一般長于甜玉米；此外，雜交種的最佳收獲期一般長于自交系(純系)。

僅根據發芽率的高低來確定最佳采收期不能全面反映種子的質量水平。王淑英等[10]對先玉335、鄭單958和吉祥1號等3個普通玉米品種的研究結果表明，3個雜交種的發芽率隨著灌漿時間的延長，標準發芽率逐漸增大，授粉后47 d趨于穩定，但種子抗逆發芽能力差，授粉后52～57 d采收種子活力才達到最高峰，比目前生產上收獲期提前10～15 d，可有效避免早霜對玉米種子凍害的影響。因此，確定玉米種子的適宜收獲期不僅要考慮標準發芽率，更應關注收獲期對種子活力的影響。我們的研究結果表明，花甜糯072自交后代糯質玉米種子在授粉后32 d 收獲的種子標準發芽率最高，此時的頂土萌發率亦最高，但其低溫發芽率最高值發生在授粉后36 d，達91.3%。早春播種的玉米往往遭受低溫冷害，低溫發芽率最能反映其田間出苗狀況，因此糯質玉米種子應在36 d收獲為宜，以保證在早春低溫下更高的田間出苗率。而且本研究中授粉后36 d收獲的種子千粒重達到最大，表明授粉后36 d收獲的種子干物質積累量多，籽粒飽滿，活力高。有研究表明，玉米種子質量達到最大時收獲，可保證種子具有較高的活力和田間出苗率[10]。

膜系統的完整性是種子活力的基礎，質膜和液泡膜具有調節溶質的進出，維持內外的濃度梯度以保持正常物質運轉等一系列生理功能[11]。一般來說，種子浸出液電導率與種子的發芽率和活力呈顯著負相關[12]。本研究結果表明，授粉后32 d糯質玉米種子的電導率已降低到較低的水平，之后趨于穩定，說明授粉后32 d的種子已獲得較高的活力。具有活力的種子即開始呼吸代謝，呼吸過程中種子利用儲存的淀粉在有氧的條件下進行氧化分解，轉化為合成代謝的中間物質和提供生理活動所需的能量[13]。本研究中的氧傳感測定結果表明，授粉后40 d收獲的種子的IMT值最小，說明種子啟動呼吸代謝的時間越早；而其OMR值最大，說明單位時間內種子的耗氧量最大，呼吸最旺盛。因此，授粉后40 d收獲的種子已具備最強的呼吸代謝能力，建議提早收獲以避免穗發芽現象。綜合標準發芽率、千粒重、電導率、低溫發芽率、頂土發芽率及氧傳感測定結果表明，花甜糯072自交后代糯質玉米在授粉后32～36 d前后收獲種子質量較高。考慮到不同地區、不同年份的天氣狀況，建議糯質玉米種子電導率達4.1～4.3 μS·cm-1·g-1，IMT，OMR，RGT值分別為11.65～11.78 h，2.86～3.40 %·h-1，50.51～54.46 h時采收以獲得高活力種子。

[1] 胡立勇， 丁艷鋒. 作物栽培學[M]. 北京：高等教育出版社， 2008.

[2] 石海春， 柯永培， 劉帆， 等. 不同大小的玉米種子活力差異比較研究[J]. 種子， 2005， 24(4): 37-39.

[3] 張紅生， 胡晉. 種子學[M]. 北京：科學出版社，2010.

[4] PATANE C， CAVALLARO V， AVOLA G， et al. Seed respiration of sorghum [SorghumbicolorL. Moench] during germination as affected by temperature and osmoconditioning[J].SeedScienceResearch， 2006， 16(4): 251-260.

[5] ZHAO G W， CAO D D， CHEN H Y， et al. A study on the rapid assessment of conventional rice seed vigour based on oxygen-sensing technology[J].SeedScienceandTechnology， 2013， 41(2): 257-269.

[6] BASRA A S. Seed quality: Basic mechanisms and agricultural implications[M]. New York: Food Products Press，1995.

[7] 陳能阜， 趙光武， 何勇， 等. 測定種子活力的新技術——Q2 技術[J]. 種子， 2009 (12): 112-114.

[8] 沈雪芳， 王義發. 普甜玉米種子收獲期與發芽率之間的關系研究[J]. 上海農業學報， 2002， 18(2): 24-27.

[9] 劉晟宇， 楊力， 劉亞亮， 等. 收獲時間對玉米單交種種子質量和萌發過程中貯藏物質運轉的影響[J]. 東北農業大學學報， 2011， 42(10): 25-29.

[10] 王淑英， 樊廷錄， 王建華， 等.不同收獲期玉米雜交種子活力研究[J]. 玉米科學， 2015， 23(3): 80-85.

[11] 潘彬榮， 任鏡羽， 趙光武. 浸種處理對甜玉米種子萌發及活力的影響[J]. 浙江農林大學學報， 2015， 32(1): 47-51.

[12] SIDDIQUE M A， GOODWIN P B. Conductivity measurements on single seed to predict the germinability of French beans[J].SeedScienceandTechnology，1985，13(3):643-652.

[13] 趙光武， 阮關海， 陳合云， 等. 氧傳感技術及其在水稻種子活力檢測中的應用與展望[J]. 中國稻米， 2011， 17(6): 44-46.

(責任編輯 張 韻)

Effect of harvest time on seed vigor and respiratory metabolism of waxy maize seeds

WANG Yi-chun1， LIANG Shuai-qiang2， WANG Yun-hua1， ZHAO Guang-wu2，*， CAO Dong-dong3

(1.HuzhouAgriculturalTechnologyExtensionStation，Huzhou313000，China;2.SchoolofAgriculturalandFoodScience，ZhejiangA&FUniversity，KeyLaboratoryforQualityImprovementofAgro-ProductsofZhejiangProvince，Lin’an311300，China;3.ZhejiangAgriculturalSeedIndustryCo.Ltd.，InstituteofCropandNuclearTechnology，ZhejiangAcademyofAgriculturalSciences，Hangzhou310021，China)

The harvest time is the key factor affecting seed quality of maize. The seeds of waxy maize self-crossed from Huatiannuo 072 were harvested at 16， 20， 24， 28， 32， 36 and 40 d after pollination. Seed quality was determined when seeds were dried by nature to the similar moisture content. The results suggested that there were higher qualities when seeds were harvested during 32-36 d after pollination. Seeds harvested at 32 d after pollination had the highest standard germination ability and deep-sowing germination ability. Furthermore， the electric conductivity was decreased to the minimum and was tending towards stability. Seeds harvested at 36 d after pollination had the highest thousand-seed weight and germination ability at low temperature. Seeds harvested at 40 d after pollination had the strongest respiratory metabolism. The increased metabolism time(IMT)， oxygen metabolism rate(OMR)， relative germination time(RGT) was 8.78 h， 3.86%·h-1， 42.56 h， respectively. To gain waxy maize seeds with high vigor， they should be suggested for harvest when electric conductivity is 4.1-4.3 μS·cm-1·g-1or IMT， OMR， RGT is 11.65-11.78 h， 2.86-3.40 %·h-1， 50.51-54.46 h， respectively.

maize; seed quality; harvest time; oxygen sensor

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.06.02

2016-03-21

國家自然科學基金項目(31371712)；“浙江省省級現代種業發展工程”農作物種質資源保護項目(2015004)；浙江省自然科學基金項目(LYBC130011)；浙江省農業科學院科技新成果示范推廣項目(C2)

王儀春(1965—)男，浙江長興人，高級農藝師，從事農作物技術推廣研究。E-mail：77373389@qq.com

*通信作者，趙光武，E-mail：gwuzhao@126.com

S513

A

1004-1524(2016)06-0910-05

王儀春， 梁帥強， 王云華，等. 收獲期對糯質玉米種子活力及呼吸代謝的影響[J].浙江農業學報，2016，28(6)： 910-914.