多效唑(PP333)對阿壩垂穗披堿草種子產量與質量的影響

雷 雄， 閆利軍， 吳 婍， 白史且， 游明鴻， 季曉菲

(四川省草原科學研究院， 四川 成都 611731)

阿壩垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb‘Aba’)是四川省草原科學研究院于2010年審定登記的優良國審牧草新品種(登記號：407)[1]。該品種具有牧草產量高、品質優良、抗寒性強、適應性好等優點[2]。其種子生產田面積已達400 hm2，創造了良好的經濟效益。但在種子生產中，存在抽穗不整齊、成熟期不一致、落粒嚴重、易倒伏等現象，導致種子產量和質量不高等問題，嚴重制約著阿壩垂穗披堿草規模化、產業化的發展[3]。

多效唑(PP333)是一種三唑類植物生長調節劑，其主要作用是抑制內源赤霉素合成，在矮化植株[4]，增強植株抗倒伏能力[5]，減少種子敗育和種子落粒[6-8]，增加花序結實數[9]和提高種子產量等方面作用顯著[10]。目前，多效唑已廣泛應用于黑麥草(LoliumperenneL)、羊茅(FestucaL)等種子生產，而在阿壩垂穗披堿草種子生產上的應用還未見報道。為此，本課題通過探究多效唑對阿壩垂穗披堿種子產量和質量相關因子的影響并進行綜合評價，以期獲得多效唑最適施用濃度和最佳施用時期，并為阿壩垂穗披堿草種子生產提供理論依據和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為2014年條播于四川省阿壩藏族羌族自治州紅原縣二農場內的阿壩垂穗披堿草；多效唑(PP333)為可濕性粉劑，其有效成分含量為15%，購于上海伊卡生物制藥有限公司。

1.2 試驗地概況

試驗地位于四川省阿壩藏族羌族自治州紅原縣二農場內，地理位置102°32` E、32°46` N，海拔3 500 m。該地域屬于大陸性高原寒溫帶季風氣候，年平均溫度為1.1℃，≥10℃年積溫僅865℃，極端溫度范圍為-33.8～23.5℃，無絕對無霜期。全年平均降雨量738 mm，相對濕度71%，土壤pH 6.6，為高山草甸土。

1.3 試驗設計

本試驗采用隨機試驗設計，小區面積3 m×4 m，小區間距離0.5 m，四周設1 m保護行。每個處理3個重復，阿壩垂穗披堿草于2014年5月中旬播種，行距0.6 m ，播種量27 kg·hm-2。播前施4 000 kg·hm-2牛羊糞，拔節期按氮磷鉀復合肥150 kg·hm-2進行追肥。生長調節劑在拔節期和孕穗期分別進行葉面噴施，噴施劑量750 L·hm-2，每個物候期只噴施1次，對照組噴施相同劑量的清水。具體設計水平如表1所示。施藥時間選擇晴天上午10時前。

1.4 觀測項目及測定方法

株高：盛花期測定，每小區隨機選取植株30株，測定其垂直植株高度。

第二莖節長：盛花期測定，每小區隨機選取中間行生殖枝10株，用直尺測定第二莖節長(從地面向上數)。

第二莖節節間粗：盛花期測定，測定第二莖節長的同時，用游標卡尺測定第二莖節節間粗。

表1 不同物候期PP333噴施濃度Table 1 Different spraying concentrations of PP333 and phenological phases

生殖枝數：乳熟期測定，隨機選取0.5 m樣段，數出其生殖枝數。

小穗數：乳熟期測定，每小區隨機選取生殖枝10株，測單枝小穗數。

種子數：種子乳熟期測定，在測定小穗數的同時，測定每株種子數，取10次重復的平均值。

穗軸長/穗軸粗/穗節數：種子乳熟期測定，在測定小穗數的同時，分別測定每株穗軸長、穗軸粗和穗節數，取10次重復的平均值。

實際種子產量：蠟熟后期，刈割生殖枝，自然干燥后脫粒，清選，稱量，計算單位面積種子產量(kg·hm-2)。

種子含水量：蠟熟期在每個小區內隨機取樣穗15個，選擇大小一致的種子400粒裝入信封中，稱得鮮重后，再放入105℃恒溫烘箱中烘干4小時，稱其干重，并計算種子含水量。

倒伏率：測定時期為蠟熟期，目測每個小區內倒伏植株在整個小區植株的百分比。

種子發芽率：蠟熟期在每個小區內隨機取樣穗15個，在各樣穗穗中部隨機選擇大小一致的種子100粒，于2016年3月1日進行標準發芽試驗。發芽時間為14天，以胚芽長度達到種子長度的1/2時或胚根長度達到種子長度記為發芽。其中，發芽率指發芽終期正常發芽種子粒數占供試種子總數的百分率。

可溶性糖采用蒽酮法測定[11]；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法,超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用NBT光還原法[12]，過氧化氫酶(CAT)的測定參照劉子凡《種子學實驗指南》中有關CAT測定方法[13]，過氧化物酶(POD)活性測定采用愈創木酚法[14]。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2013進行數據處理后，利用SPSS 19進行LSD多重比較，然后再利用DPS對各項觀測指標進行灰色關聯度分析。

2 結果與分析

2.1 PP333對阿壩垂穗披堿草莖性狀的影響

供試材料在拔節期和孕穗期分別葉面噴施不同濃度PP333，其莖部性狀表現各有差異(表2)。在拔節期葉面噴施PP333降低了供試材料的株高、第二莖節節間長和倒伏率，且隨著PP333噴施濃度的增加呈遞減趨勢，株高和第二莖節節間長在P2、P3處理下與對照差異顯著，而倒伏率在所有處理下與對照差異均顯著(P<0.05)；拔節期葉面噴施PP333可增加第二莖節粗和生殖枝數，但第二莖節粗只在P3處理下與對照差異顯著(P<0.05)，而生殖枝數在所有處理下均顯著高于對照(P<0.05)，且隨著PP333噴施濃度的增加生殖枝數逐漸降低，其中以P1(150 g·hm-2)處理生殖枝數最高，比對照高1 024 個·m-2。在孕穗期葉面噴施PP333可有效增加生殖枝數，顯著降低了倒伏率(P<0.05)，這兩項指標與拔節期變化規律相同，但在株高、第二莖節節間長和第二莖節粗各處理與對照沒有顯著差異。

表2 PP333處理下阿壩垂穗披堿草莖性狀方差分析Table 2 Variance analyses about stem traits of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

注： 同一時期同列不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)，下同

Note: Different lowercase letters in the same column of the same spraying phase indicate significant difference between treatments at the 0.05 level. The same below

2.2 PP333對阿壩垂穗披堿草穗部性狀及種子產量的影響

適宜的PP333噴施濃度和適宜的噴施時期可改善供試材料的穗部性狀和種子產量[6]。由表3可以看出，在拔節期和孕穗期葉面噴施一定濃度的PP333對供試材料的穗部性狀和種子產量均具有一定的促進作用，但不難發現拔節期要明顯好于孕穗期，其中拔節期又以P1(150 g·hm-2)處理效果最好，P1處理可顯著提高供試材料的穗節數、小穗數、種子數、千粒重和種子產量(P<0.05)，分別比對照提高17%，36%，45%，14%和28%，其次為P2(300 g·hm-2)處理。而孕穗期噴施不同濃度PP333只提高了個別幾個穗部性狀，對種子產量沒有顯著影響。

2.3 PP333對阿壩垂穗披堿草種子質量的影響

不同濃度的PP333及不同施用時期對供試材料的種子質量具有一定的影響(表4)。拔節期葉面噴施PP333，在P1(150 g·hm-2)處理下SOD活性、CAT活性、淀粉含量和種子發芽率均顯著高于對照處理，分別為182.09 U·g-1，90.81 U·g-1，1.84 mg·g-1和95%，而MDA含量變化規律與之恰好相反；可溶性糖含量則以對照處理最高，顯著高于P1和P2處理(P<0.05)；而種子含水率與對照沒有顯著差異。孕穗期葉面噴施 PP333其SOD活性、CAT活性、發芽率和MDA含量變化規律與拔節期相似，而含水率、可溶性糖含量和淀粉含量與對照差異不顯著。

表3 PP333處理下阿壩垂穗披堿草穗部性狀及種子產量方差分析Table 3 Variance analyses about spike traits and seed yield of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

表4 PP333處理下阿壩垂穗披堿草種子質量方差分析Table 4 Variance analyses about seeds quality of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

2.4 PP333對阿壩垂穗披堿草種子產量與質量的灰色關聯度分析

試驗測定了不同濃度PP333在2個不同施用時期供試材料的生殖枝數、穗軸長、穗軸粗、穗節數、小穗數、種子數、千粒重、種子產量以及種子含水率、MDA含量、SOD活力、CAT活力、可溶性糖含量、淀粉含量和種子發芽率共計15項指標。以試驗結果中各性狀最優值構造標準處理，并在此基礎上采用灰色系統中的關聯度分析方法，評價各處理間的優劣。由表5的分析結果表明，關聯系數最大的為P1處理，與標準處理關系最近(r=0.9733)，即拔節期葉面噴施150 g·hm-2多效唑效果最好；P6處理(孕穗期葉面噴施600 g·hm-2多效唑)效果最差。可見，阿壩垂穗披堿草在拔節期葉面噴施150 g·hm-2多效唑時，可以獲得較高的種子產量和種子質量。

表5 不同處理組合的關聯系數及關聯序Table 5 Correlation coefficients and associated sequence of different treatment combinations

3 討論

3.1 PP333對阿壩垂穗披堿草莖葉性狀的影響

有研究指出：植株經PP333處理后，其體內赤霉素含量顯著低于對照組，細胞的伸長受到抑制，植株的生長速度顯著降低[15]。本試驗結果表明，PP333降低了阿壩垂穗披堿草植株高度，但會隨著不同的噴施時期而表現出不同的變化：在拔節期噴施PP333，株高和第二莖節節間長會隨著噴施濃度的增高而降低；而在孕穗期噴施不但沒有降低阿壩垂穗披堿草的株高和第二莖節節間長，反而使其略有增加。原因可能是在阿壩垂穗披堿草拔節期植株生長速度較快，植株體內赤霉素的合成正處于旺盛時期，正需要合成大量的赤霉素以促進植株生長，而在此時噴施的PP333則抑制了赤霉素的合成，使植株體內的赤霉素含量迅速降低，抑制了植株莖的生長；而在孕穗期，阿壩垂穗披堿草主要的能量分配集中在穗部的生長發育，而非莖的伸長上，而在此時噴施PP333，雖然能對植株體內赤霉素的合成造成一定的影響，但與對照相比差異不顯著，張遠海等[16]、 Hampton[17]也得出類似的結果。雖然PP333對阿壩垂穗披堿草莖節粗的影響差異不顯著，但是降低了植株高度和第二莖節長度，有效地矮化了植株并降低了植物重心高度，提高了植株抗倒伏的能力。

大量研究表明，頂端優勢的強弱由植物體內赤霉素和生長素的含量決定。潘瑞熾等[18]對水稻的研究結果表明，PP333可以降低植物體內IAA含量，緩解頂芽對側芽的抑制作用，促進側芽分枝、分蘗的形成。本試驗得出：在拔節期、孕穗期噴施PP333顯著促進了阿壩垂穗披堿草的有效分蘗，其生殖枝數量隨著噴施濃度的增加而增加，這與黃勝東等[19]、蘭劍等[20]的研究結果相一致.

3.2 PP333對阿壩垂穗披堿草穗部性狀及種子產量的影響

有報道認為，植物生長調節劑通過一定方式進入植物體內，直接或間接參與植物內源激素的合成與代謝，從而影響植物生長發育過程和農藝性狀表達[21-22]。在牧草種子生產過程中，如何優化產量組分的關系，獲得高產優質的牧草種子，是每個牧草科研工作者追求的目標。植物生長調節劑可以通過調節作物的內源激素變化從而對作物的生育過程產生巨大影響[23]。丁成龍提出PP333濃度在500 mg·L-1以下時，可以顯著提高小穗數和種子產量[24]。本試驗表明：PP333雖然降低阿壩垂穗披堿草穗長、穗軸長、穗軸粗和莖節數，但提高了小穗數、種子數以及種子產量，說明PP333能夠調節阿壩垂穗披堿草內源激素，改變植株穗部營養物質的供給與分配，從而提高牧草生產性能。這與茍文龍[25]對多花黑麥草以及尚玉磊[26]對小麥研究得出的結論一致。

3.3 PP333對阿壩垂穗披堿草種子質量的影響

從生理角度講，隨著牧草種子的生長發育及其營養物質逐漸增多，含水量則相應降低，種子含水率的高低是種子成熟度的重要生理指標。對于多年生禾本科牧草，種子含水率在50%～ 30%時就出現明顯的脫落現象[27]。在本試驗中，除拔節期噴施低濃度的PP333顯著降低了種子的含水率外(P<0.05)，其余各處理差異不顯著。這與劉金平等[28]對老芒麥的研究結果一致。

丙二醛(MDA)含量是反映膜系統受到傷害程度的重要指標之一[29]。試驗結果表明，低濃度(<300 g·hm-2)的多效唑(PP333)降低了阿壩垂穗披堿草種子MDA含量，減少了脂膜過氧化物對種子細胞膜的損害，提高了種子的質量，而高濃度(>300 g·hm-2)的PP333增加了種子MDA含量，降低了種子的質量。

有關研究表明PP333增加了超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)等抗氧化保護酶系的活性，提高了植物清除體內自由基的能力，有效防止了膜脂的過氧化作用，降低了細胞膜透性以及維持了細胞膜的完整性，提高了植株抗逆性和適應環境的能力[30]。本試驗表明，葉面噴施PP333均顯著提高了阿壩垂穗披堿草種子SOD和CAT等抗氧化酶的活性，提高了種子的適應能力。

可溶性糖是種子從萌發開始到進行光合作用前的底物，可反映種子老化過程中受到的損傷程度，也能反映呼吸底物喪失的程度[31]。張靜[32]也提出可以通過測定可溶性糖含量來評價水稻品種的種子質量。研究發現，PP333總體上降低了阿壩垂穗披堿草種子可溶性糖含量；低濃度(<300 g·hm-2)的PP333促進了淀粉含量的增加，高濃度(>300 g·hm-2)的PP333降低了種子的淀粉含量；發芽率與淀粉含量的變化趨勢一致。這說明PP333提高了阿壩垂穗披堿草種子抗損傷的能力，而淀粉是禾本科牧草主要的營養物質和儲能物質，淀粉含量的增加，為種子萌發提供了物質與能量轉化的基礎。

4 結論

拔節期噴施150 g·hm-2多效唑降低了阿壩垂穗披堿草的株高、第二莖節節間長和倒伏率；顯著提高了供試材料的穗節數、小穗數、種子數、千粒重和種子產量(P<0.05)，分別比對照提高17%，36%，45%，14%和28%，并且顯著提高了種子的SOD活性、CAT活性、淀粉含量和種子發芽率(P<0.05)；由灰色系統中的關聯度分析表明，在該處理下可以使種子產量與質量達到最高，其種子產量和發芽率較對照組分別高508.25 kg·hm-2和16.25%，其次是P2處理(拔節期噴施300 g·hm-2多效唑)，效果最差的是P6處理。