不同收獲期扁穗雀麥的種子特性

田 宏，張鶴山，熊軍波，劉 洋

（湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所 湖北省動物胚胎工程及分子育種重點實驗室，湖北 武漢 430064）

扁穗雀麥(Bromus cartharticus)屬禾本科(Gramineae)雀麥屬(Bromus)一年生或短期多年生牧草，20世紀40年代引入我國。喜溫暖濕潤氣候，再生性和分蘗能力強，抗冬性較強，產草量高，適口性僅次于一年生黑麥草(Lolium multiflorum)、燕麥(Avena sativa)等，各種家畜喜食[1]。20世紀80年代湖北引進種植，后經長期栽培馴化培育出牧草新品種“江夏”扁穗雀麥。隨著湖北省退耕還草、冬閑田種草和南方現代草地畜牧業推進行動等一系列項目的實施，該品種在省內種植面積逐漸擴大，成為解決冬春季青綠飼草缺乏的主要草種。但在良種繁育中發現，扁穗雀麥和大多栽培歷史較短的禾本科牧草一樣，種子在收獲時存在嚴重的落粒性[2]，極大地制約了新品種的推廣利用。前期，湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所草牧業課題組已開展了種子萌發條件[3]、吸水特性[4]、休眠性[5]、種子產量[6]等方面的研究，但關于不同收獲期種子大小、萌發特性和種子活力變化卻不清楚。研究表明，收獲時期不僅影響種子產量[7]，更是保證種子質量的關鍵[8-9]。因此，本研究以扁穗雀麥兩個品種為材料，探究不同收獲期種子質量變化，旨在為種子生產和高效擴繁提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于國家草品種區域試驗站(武漢)進行，114°08' E，30°17' N，海拔 29.6 m，江漢平原東部。亞熱帶季風性濕潤氣候，主要特征是雨量充沛，日照充足，常發生夏季高溫干旱和夏秋連旱。年均溫16.6 ℃，年降水量1 269 mm，無霜期237～271 d。土質為丘陵黃壤，瘠薄，粘性重。pH 5.16，有機質1.82%，堿解氮 110.0 mg·kg-1，有效磷 36.7 mg·kg-1；速效鉀 240 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試材料“江夏”扁穗雀麥為湖北省農業科學院畜牧獸醫研究所選育的高產優質牧草新品種，2012年通過國家草品種審定委員會審定，登記號445；“黔南”扁穗雀麥由貴州省草業研究所提供。

1.3 試驗設計

2017年10月10日播種，穴播，株行距均60 cm，播種面積3 m × 5 m，重復3次。始花期選擇花期一致的植株掛牌30個，花后8 d開始每隔4～6 d(考慮受天氣影響)從掛牌植株花序中部收獲種子直至完全成熟。種子收獲后立即進行含水量測定，另取部分種子風干(含水量在12%左右)測大小、千粒重、發芽特性和電導率。

1.4 測定指標和方法

1.4.1 種子含水量測定

取每次收獲的新鮮種子稱4.0 g，3次重復，采用高恒溫烘箱法[10]，在130～133 ℃下烘1 h，取出后在干燥器冷卻30 min稱重，計算含水量。

1.4.2 種子大小和千粒重測定

從不同時期收獲的風干種子中隨機取100粒種子，4次重復，用萬分之一的分析天平稱重，求千粒重。同時取30粒種子，用游標卡尺測量長(從穎果底部到外稃芒的長度)、寬(穎果最寬位置的長度)和厚(穎果最飽滿部位的厚度)，測量值精確到0.01 mm。

1.4.3 種子發芽特性測定

選取不同時期收獲的均勻、一致風干種子，用1% NaClO處理5 min，蒸餾水沖洗3次后待用。采用紙上發芽法，先對種子進行預冷和KNO3處理，再放入20～30 ℃的培養箱中開始試驗[11]。每處理50粒種子，4次重復，試驗持續時間28 d。發芽標準為以有正常、與種子本身等長的胚根且胚芽長度達種子一半，每天記錄發芽數。第7天隨機取10個幼苗測定胚芽和胚根長度，計算發芽率(germination rate, GR, %)、發芽勢(germination energy, GE, %)、發芽指數(germination index, GI)和活力指數(vigor index,VI)[12]。

發芽率 = (試驗期正常發芽種子數/供試種子數) ×100%；

發芽勢 = (試驗第7天正常發芽種子數/供試種子數) × 100%；

發芽指數 = ∑Gt/ Dt，其中，Gt指t時間內的發芽數；Dt指相應的發芽天數；

活力指數 = 發芽指數 × (胚根長度 + 胚芽長度)。

1.4.4 電導率測定

從各時期風干種子中隨機取50粒，3次重復，準確稱重0.01 g。稱重后裝入盛有100 mL去離子水容量為150 mL的三角瓶中，同時設只加去離子水的對照，加蓋后在20 ℃下放置24 h，用DDS-307型電導儀測定浸種液電導值，減去對照電導值即為種子浸出液的電導值 [μs·(cm·g)-1]。電導率 = (重復1的電導值/50粒種子質量 + 重復2的電導值/50粒種子質量 + 重復3的電導值/50粒種子質量)/3。

1.5 數據分析

采用DPS 17.10統計分析軟件對所測數據進行統計分析，用平均值和標準誤表示測定結果，分別對不同成熟期種子大小、千粒重、發芽率、發芽指數、電導率等指標進行單因素分析，并用Duncan法對各測定數據進行多重比較和差異顯著性分析所有數據，用EXCEL 2007繪圖與制表。

2 結果與分析

2.1 不同收獲期種子含水量的變化

扁穗雀麥種子在成熟過程中，含水量變化基本表現為逐漸下降的趨勢(圖1)，在花后8 d，“江夏”和“黔南”含水量分別高達69.24%和69.05%，到花后19 d，兩品種的含水量仍維持在60.00%左右。之后，種子從乳熟期進入蠟熟期，含水量繼續下降，到花后32 d，“江夏”和“黔南”已較試驗初期分別下降34.85%和28.40% (P ＜ 0.05)?；ê?6 d，當種子到完熟期時，含水量急劇下降，兩品種的日均下降高達4.66%和4.84%。試驗結束時，“江夏”和“黔南”含水量略有增加，這可能與取樣前降雨導致空氣濕度較大有關。對比兩品種，“江夏”扁穗雀麥種子含水量在花后8 - 19 d稍高于“黔南”，而花后25 -42 d與之相反。

2.2 不同收獲期種子形態特征的變化

圖 1 不同收獲期兩個扁穗雀麥品種的種子含水量變化Figure 1 Changes in seed moisture content at different harvest times of two Bromus catharticus varieties不同小寫表示同一扁穗雀麥品種種子在不同收獲期間差異顯著(P ＜ 0.05)，圖 2 同。Different lowercase letters indicate significant differences for the same cultivar between different harvest times； similarly for Figure 2.

對不同時期收獲的扁穗雀麥種子形態測定發現，“江夏”種子長度的變化范圍為18～21 mm，并于花后25 d達最大值20.41 mm，之后種子長度雖略有變化，但差異不顯著(P ＞ 0.05)；“黔南”種子長度在相同收獲期均較“江夏”大，變化范圍為19～22 mm，且種子長度除花后36 d略有明顯減小外，其它各時期變化差異不大(P ＞ 0.05) (表1)。種子寬度變化與長度不同，花后8 - 19 d兩品種均在2.8 mm左右，在25 d，寬度急劇減少到最小值，之后有所增加，與此后收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)。隨著扁穗雀麥種子的發育，厚度變化差異較大?！敖摹痹诨ê? - 19 d，種子厚度0.9 mm左右；之后迅速增加，超過1.2 mm，花后25 - 42 d各處理差異不顯著。“黔南”與之略有不同，該品種自花后8 - 19 d種子厚度變化較快，之后顯著增厚但厚度變化幅度減小，32 - 42 d差異不顯著(P ＞ 0.05)。

千粒重是種子灌漿過程中物質積累的重要表現，也是衡量種子成熟度重要指標之一。從不同收獲期扁穗雀麥種子千粒重變化來看，兩個品種均表現出先上升后趨于平穩的趨勢(表1)。“江夏”扁穗雀麥種子自花后8 - 32 d千粒重增加較快，在各收獲期差異達顯著水平(P ＜ 0.05)，至花后42 d達最大值11.37 g，但與花后32 d差異不顯著(P ＞ 0.05)。“黔南”扁穗雀麥種子千粒重變化規律與“江夏”基本一致，在花后42 d達最大，但花后32 - 42 d收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)。兩品種相比，在同一收獲時期“黔南”種子千粒重均較“江夏”大；在趨于穩定的花后32 - 42 d，前者千粒重較后者分別增加13.45%、18.43 %和18.25%。

2.3 不同收獲期對種子發芽率、發芽勢和發芽指數的影響

花后8 d種子便具備了發芽能力，發芽率分別為26.91%和38.00%；到25 d，發芽率急劇升高，“江夏”已超過93.33%，“黔南”也達87.03% (表2)。隨后兩品種收獲的種子發芽率繼續增加，江夏扁穗雀麥在36 d達最大值，之后略有下降，但花后25 - 42 d種子發芽率差異不顯著(P ＞ 0.05)。黔南種子發芽率達最大值的時間較江夏提早4 d，但同樣花后25 -42 d 無差異 (P ＞ 0.05)

兩品種發芽勢和發芽指數變化趨勢與發芽率基本一致，呈先升高再下降的趨勢?！敖摹北馑肴耕湻N子在花后36 d發芽勢、發芽指數最高，分別較試驗初期提高了4.99倍和4.08倍，與花后25 - 42 d收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)。和“江夏”略有不同，“黔南”扁穗雀麥種子的發芽勢在花后32 d達最大值(93.96%)，發芽指數在36 d達最大值(199.22)，花后32 - 42 d內收獲的種子差異均不顯著(P ＞0.05)。另外，研究發現早期(花后8 - 19 d)和晚期(42 d)收獲的種子，“黔南”的發芽率、發芽勢和發芽指數均略高于“江夏”，其他時間則與之相反。

2.4 不同收獲期對幼苗和活力指數的影響

“江夏”自花后8 - 32 d收獲的種子萌發胚芽長度、胚根長度和活力指數均表現出逐漸增加的趨勢，在32 d達最大值，分別為7.08 cm、6.48 cm和2 752.18，顯著高于前期收獲種子的活力(P ＜ 0.05)(表3)。隨著種子成熟度增加，幼苗長勢稍有下降，但與花后32 d收獲的種子差異不顯著(P ＞ 0.05)；活力指數相比胚根胚芽生長在收獲晚期下降較多，花后42 d較32 d顯著減少了16.69% (P ＜ 0.05)?！扒稀北馑肴耕溣酌缟L與活力指數變化與“江夏”略有不同，其胚芽長度隨種子收獲時間的延遲呈現持續增長趨勢，胚根長度和活力指數以花后36 d收獲的種子表現最好，但32 - 42 d收獲的種子差異均不顯著 (P ＞ 0.05)。

表 2 不同收獲期對扁穗雀麥種子萌發的影響Table 2 Influence of different harvest times on seed germination of Bromus catharticus

表 3 不同收獲期對扁穗雀麥種子幼苗和活力的影響Table 3 Influence of different harvest times on seed seedlings and vigor of Bromus catharticus

2.5 不同收獲期對種子電導率的影響

扁穗雀麥兩個品種種子浸出液電導率均在花后8 d最大，之后持續下降直到花后42 d達最低值，分別為59.87 μs·(cm·g)-1和52.11 μs·(cm·g)-1，減少比例均超過84%，說明扁穗雀麥種子隨著成熟度的增加活力逐漸提高(圖2)。但在不同收獲期兩個扁穗雀麥品種電導率變化差異較大，“江夏”在花后32 d和36 d種子電導率差異不顯著(P ＞ 0.05)，但與其他處理差異顯著(P ＜ 0.05)；“黔南”種子電導率除花后13 d和19 d差異不顯著外，其他各收獲期間均差異顯著(P ＜0.05)。兩品種種子活力相比，“江夏”除在32 d較“黔南”高外，其他收獲期均較“黔南”低。

圖 2 不同收獲期兩個扁穗雀麥品種種子電導率變化Figure 2 Changes in seed conductivity at different harvest times of two Bromus catharticus varieties

3 討論

牧草種子的適時收獲是保證高質、高產的重要因素，成熟度不夠，種子雖有較高的生活力，但并未達到最大活力；種子收獲較晚，則會遭受落粒損失和成熟后劣變引起的活力降低[13]。為此，外部形態(種子顏色和粒重)和內部生理指標(種子含水量、發芽率、電導率等)變化被許多專家學者研究，以尋找作為種子最佳收獲期的標準。Wang等[14]發現廣布野豌豆(Vicia cracca)可通過莢果與種子分別變為淺棕色和黑色的時候進行收獲，蘭劍和沈艷[15]認為多年生黑麥草(Lolium perenne)可通過千粒重是否達到恒定值來確定適宜收獲時間，Hebblethwaite和Ahmed通過對十幾種牧草研究發現含水量是確定大多數牧草適宜收獲時間的理想指標[16]。本研究中，隨著種子的成熟，“江夏”和“黔南”扁穗雀麥種子含水量表現為持續下降后稍有上升趨勢，尤其在花后32 - 42 d，兩品種粒重已基本恒定，進入生理成熟期，但水分變化仍相對較大，該結果與張艷紅和易津[17]對偃麥草屬(Elytrigia) 5種植物及毛培勝等[18]對高羊茅(Festuca elata)和老芒麥(Elymus sibiricus)的研究略有不同，究其原因可能與當地氣候有較大關系。在武漢地區，扁穗雀麥種子由蠟熟初期向完熟期發育的階段，經常會發生降水現象，本研究中，花后32 d取樣時空氣濕度88%，到花后36 d又下降為82%且取樣當天氣溫達30 ℃，從而造成種子含水量較前次采樣急劇下降。到花后42 d，又因取樣前下雨，空氣濕度大、種子相對比較潮濕，使得含水量再次升高。兩品種相比，在同一發育階段，“江夏”扁穗雀麥種子含水量前期稍高于“黔南”，后期則相反。由此可見，對扁穗雀麥來說，種子含水量在同草種不同品種間差異較大，在武漢地區該指標受外界氣候影響較大。

種子發育過程中，發芽指標雖然不能直接反映種子活力的變化，但它卻是檢驗種子品質不可缺少的指標。一般情況下，種子越成熟，其發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數也愈高。隨著成熟度的提高，不同玉米(Zea mays)雜交種種子標準發芽率增加，抗逆能力增強[19]；伴隨種子的發育，小麥(Triticum aestivum)發芽率、發芽勢和發芽指數表現為先增加后持續穩定的趨勢，而活力指數則一直上升[20]。本研究中，扁穗雀麥在花后8 d，少數種子就具備了發芽能力，之后迅速增強，到25 d，兩品種發芽率和發芽勢超過85.0%，但此時干物質積累仍在繼續，種子未達真正意義上的成熟。到花后32 - 36 d，“江夏”扁穗雀麥發芽率、發芽勢、發芽指數和活力指數均達最高，“黔南”范圍較之稍寬，為花后32 - 42 d。

種子發芽力高但不一定代表具備高的活力，這也是田間出苗率往往比室內發芽率低的原因。細胞膜結構的完整性是種子活力的生理基礎，膜結構完整性的喪失可引起吸脹種子電解質滲漏，而細胞滲漏物質的多少與種子田間出苗率呈顯著負相關，高活力種子浸出液電導率值低，反之則高[10]。Wang等[21]發現，用電導率法測定野大麥(Hordeum brevisubulatum)種子品質可準確確定適宜收獲時間，但對某些物種來說并不是精確指標，比如硬實率高的豆科牧草[22]。本研究中，“江夏”和“黔南”種子均隨著成熟度的增加，浸出液電導率值逐漸下降，這種變化與對高羊茅[23]、柳枝稷(Panicum virgatum)[24]和冰草(Agropyron cristatum)的研究結果一致[25]。盡管扁穗雀麥兩個品種種子活力在花后42 d最強，但此時種子大多落粒，產量嚴重受損。為此，綜合粒重、種子含水量、發芽指標、電導率等多方面因素綜合得出，扁穗雀麥在花后32 - 36 d收獲，不但種子成熟飽滿、發芽率高、活力強，還可減少落粒。

4 結論

綜合考慮，“江夏”和“黔南”扁穗雀麥種子在武漢地區適宜收獲條件是花后32 - 36 d、種子含水量分別為26%～45%和32%～49%。