新疆制種區(qū)早熟玉米雜交種子收獲期與活力的關系

韓登旭，楊 杰，王業(yè)建，郗浩江，梁曉玲，李銘東，阿布來提·阿布拉

(新疆農業(yè)科學院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】種子是農業(yè)生產中最基本的生產資料，是決定農作物產量和質量的最根本要素[1]。種子質量的高低是決定玉米品種生產潛力的必要條件，高活力種子具有更高生長優(yōu)勢和產量潛力，是豐產的基礎[2]。影響種子活力的因素包括遺傳、栽培、生長發(fā)育期間的氣候條件、種子成熟度、種子干燥技術、機械加工損傷及貯藏技術等[3]。新疆是我國第二大玉米制種基地，隨著機械化、規(guī)模化制種技術的發(fā)展，新疆制種面積逐年增加，新疆地區(qū)玉米種子成熟季節(jié)普遍降溫快，來霜早等，影響了玉米種子質量[4]。研究玉米種子的理想收獲期對玉米種子生產至關重要。【前人研究進展】周朋等[5]對玉米雜交種種子成熟度與種子活力關系研究表明，種子活力隨著成熟度增加而提高，相應的發(fā)芽勢和發(fā)芽率也增加。但是生理成熟最高峰之后，不采收果穗，種子遇到不良環(huán)境條件會老化劣變而降低種子活力。徐四靜等[6]研究表明，玉米種子標準發(fā)芽率和活力最大的收獲時期，不是種子干物質積累達到最大的生理成熟期，而是在乳線到籽粒中部位置的時期。郝楠等[7]研究了遼寧制種基地玉米雜交種種子收獲期與活力的關系，結果表明，馬齒型玉米遼單565在授粉后44～53 d收獲的種子，種子活力較高；鄭單958在授粉后47～56 d收獲的種子活力水平較高；硬粒型玉米先玉335在授粉后44～56 d收獲，種子活力水平最高。3個品種均可較常規(guī)生產提前10 d左右收獲，可有效避開氣候災害對玉米種子質量的影響。顧日良等[8]研究了先玉335和鄭單958的種子理想收獲期，結果表明，先玉335種子收獲含水量在33.15%時收獲，鄭單958種子收獲含水量在34.98%時收獲，可使雜交種子保持最大活力。王淑英等[9]研究了河西制種基地玉米雜交種種子成熟度與種子活力的關系，結果表明，甘肅武威制種基地先玉335授粉后52 d收獲,鄭單958和吉祥1號在授粉后57 d收獲，種子活力達到最高,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。種子發(fā)生劣變時，低活力種子細胞膜結構易受到損傷，影響膜功能正常功能，而高活力種子能夠快速修復膜，且最大程度修復損傷，因而細胞完整性更好，浸入水中后滲出的可溶性物質和電解質少，浸出液的電導率低，可以通過測定種子浸出液的電導率，計算相對電導率來評價種子活力的大小[11]。相對電導率越低，種子活力越大。高活力種子在田間具有更強的抗逆境發(fā)芽的能力，種子成苗率高，低活力種子在田間遇到逆境，易造成不出苗或形成弱苗[13]，種子活力的高低主要以田間出苗率衡量。【本研究切入點】國內對玉米種子收獲期與種子活力研究仍不充分，特別是根據(jù)籽粒水分、種子活力等指標判斷收獲期的研究，在新疆制種基地的報道較少。研究新疆制種區(qū)早熟玉米雜交種子收獲期與活力的關系。【擬解決的關鍵問題】研究新疆早熟雜交種種子收獲期與相關活力指標的關系，分析玉米雜交種子最佳收獲期，避免秋季早霜對種子質量的影響，為新疆制種基地玉米雜交種子質量安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

玉米品種均為新疆南疆復播玉米主栽品種，其中，新玉29號是南疆早熟復播面積最大的品種之一，新玉35號和新玉54號是新疆南疆早熟復播主栽玉米品種，親本種子來源于新疆農業(yè)科學院糧食作物研究所。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

田間試驗2013年種植在烏魯木齊市新疆農業(yè)科學院安寧渠綜合試驗場，室內試驗在新疆農業(yè)科學院糧食作物研究所生理生化實驗室進行。種植新玉29號、新玉35號、新玉54號母本各3 000株，根據(jù)父母本花期調控，分期各種植父本600株，母本雌穗花絲未出之前全部套袋，取父本花粉給母本花絲2 cm長的植株統(tǒng)一人工授粉，并掛牌標記，其中，新玉35號在7月12日套袋授粉，新玉29號在7月17日套袋授粉，新玉54號在7月11日套袋授粉。授粉30 d后，每隔3 d隨機收獲110株玉米，收獲植株第1個果穗，直至玉米完全成熟。其中10個果穗用于測定鮮重，其余果穗待自然晾干后混合脫粒用于試驗種子。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 種子鮮重、干重、含水量

果穗采收時，在田間選取5個果穗，剝除苞葉后將果穗從中間掰斷，每隔3 d記錄玉米籽粒的乳線形成情況。測定鮮重后采用2次烘干法測定種子含水量，并根據(jù)鮮重、含水量計算出每批次每重復的種子干重。室內測定種子的百粒重，根據(jù)各收獲期的百粒重確定該品種的生理成熟期。收獲并自然晾干后，采用標準發(fā)芽、冷發(fā)芽、田間出苗率鑒定、種子浸出液電導率等方法測定玉米種子活力。

1.2.2.2 種子活力

標準發(fā)芽試驗：采用卷紙發(fā)芽法，25℃發(fā)芽，4次重復，每重復50粒種子，第4 d統(tǒng)計發(fā)芽勢，第7 d統(tǒng)計發(fā)芽率。

Cold test(冷發(fā)芽)：采用卷紙發(fā)芽法，將紙卷垂直置于10℃發(fā)芽箱中，黑暗低溫處理7 d，然后將紙卷轉移至25℃下光照發(fā)芽7 d，統(tǒng)計發(fā)芽率。

種子浸出液的電導率測定：檢查種子水分，水分調至10%～14%，隨機取無破損的種子各50粒，重復3次，準確稱重W(0.01 g)，用去離子水沖洗種子3次，用定性濾紙吸干表面水分，分別裝入500 mL燒杯，加入250 mL去離子水，輕輕搖晃燒杯，確保所有種子完全浸沒，測定初始電導率d1。用薄膜將燒杯蓋好，在(20+1)℃放置24 h，浸種結束后，測定浸出液電導率d2，將浸泡種子的燒杯置于100℃水浴中煮30～40 min，加去離子水至原來溶液體積，冷卻至20℃后測定煮沸后種子浸出液的絕對電導率d3，計算種子的相對電導率[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)分析，Excel 2016進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 不同收獲期對玉米雜交種子含水量及籽粒脫水速率的影響

研究表明，3個早熟品種不同收獲期含水量隨著收獲期的推遲，含水量持續(xù)下降，其中，新玉29號從30～51 d含水量顯著降低，54～60 d含水量緩慢降低，差異不顯著，60 d時含水量下降至25.33%；新玉35號從30～48 d含水量顯著降低，51～60 d含水量緩慢下降，差異不顯著，60 d時含水量下降至23.22%；新玉54號從30～51 d含水量顯著下降，54～60 d含水量顯著降低，60 d時含水量下降至27.34%。3個品種60 d時收獲含水量表現(xiàn)為新玉54號>新玉29>新玉35號。圖1

圖1 不同玉米品種不同收獲期含水量變化

不同玉米品種不同收獲時期的含水量與授粉后天數(shù)均呈線性遞減關系。3個玉米品種雜交種子生理脫水速率表現(xiàn)為新玉35號>新玉29號>新玉54號。圖2

圖2 不同玉米品種雜交種子籽粒生理脫水速率比較

2.2 不同收獲期對玉米雜交種子百粒重及籽粒灌漿速率的影響

研究表明，新玉29號雜交種子從授粉后30～48 d百粒重呈直線上升趨勢，且顯著增加，48～51 d增加變緩，且不顯著。授粉后51 d達到頂峰，51～60 d緩慢下降，新玉35號從授粉后30～45 d百粒重增加較快，且存在顯著差異，從45～48 d增加緩慢，授粉后48 d到達頂峰，之后緩慢下降。新玉54號雜交種子從授粉后30～51 d百粒重顯著增加，51～54 d緩慢增加，且在授粉后54 d達到頂峰，從54～60 d開始緩慢下降。圖3

圖3 不同玉米品種不同收獲期百粒重變化

不同玉米品種雜交種子百粒重與授粉后天數(shù)均呈線性遞增關系，3個玉米品種雜交種子籽粒灌漿速率表現(xiàn)為新玉29號>新玉54號>新玉35號。圖4

圖4 不同玉米品種雜交種子籽粒灌漿速率比較

2.3 不同收獲期對玉米雜交種子標準發(fā)芽率的影響

研究表明，不同玉米品種不同收獲時期的雜交種子標準發(fā)芽率存在差異，但變化趨勢基本一致，隨著種子的逐漸成熟，雜交種子標準發(fā)芽率前期增加較快，緩慢增加并穩(wěn)定在90%以上，授粉30 d的種子已經具有發(fā)芽率，其中新玉29號為54.7%，新玉35號為69.3%，新玉54號為61.0%；授粉后39 d新玉29號種子發(fā)芽率達到93.3%，新玉35號為92.7%，新玉54號為83.3%，授粉后48 d時新玉29號種子標準發(fā)芽率達到最高值95.3%，新玉35號在授粉后42 d達到最高值，新玉54號在授粉后54 d達到最高值，3個品種在授粉后48 d標準發(fā)芽率都達到95%以上，且從授粉后48～63 d，新玉29號標準發(fā)芽率在93.3%～95.3%，變異系數(shù)0.83%；新玉35號在93.3%～95.7%，變異系數(shù)1.22%；新玉54號在94.7%～97.7%，變異系數(shù)1.27%。對比3個品種不同收獲期的標準發(fā)芽率的平均值，新玉54號>新玉29號>新玉35號。圖5

圖5 不同玉米品種雜交種子標準發(fā)芽率、冷發(fā)芽率和田間出苗率與授粉后天數(shù)關系

3個品種，授粉后11次采收期作為單一因子對標準發(fā)芽率的影響均達到顯著水平，就3個雜交種種子標準發(fā)芽率的平均值而言，新玉29號、新玉35號和新玉54號3個雜交種之間標準發(fā)芽率差異顯著。3個雜交種不同收獲期之間的發(fā)芽率也存在差異，從授粉后30～42 d種子標準發(fā)芽率顯著增加，授粉后42～63 d差異不顯著。圖6

圖6 不同收獲期玉米雜交種子活力差異比較

2.4 不同收獲期對玉米雜交種子冷發(fā)芽率影響

研究表明，3個品種不同收獲期的種子冷發(fā)芽率變化趨勢和標準發(fā)芽率相似，但是冷發(fā)芽率普遍低于標準發(fā)芽率，且達到最大發(fā)芽率的時間明顯推后。因為前期的種子發(fā)育不完全，雖然具備正常發(fā)芽的能力，但是抵御逆境的能力較差。新玉29號在授粉后30 d的冷發(fā)芽為46.0%，新玉35號為39.0%，新玉54號為51.7%，隨著種子發(fā)育成熟，種子逆境發(fā)芽能力提高，授粉后48～63 d新玉29號種子的冷發(fā)芽率達92.0%～93.3%，比新玉29號標準發(fā)芽率達到85%以上的時間晚9 d；授粉后48～51 d新玉35號種子的冷發(fā)芽率達到90.0%以上，比新玉35號標準發(fā)芽率達到90%以上的時間也晚9 d；授粉后48～63 d時新玉54號種子的冷發(fā)芽率達90.0%～92.7%，和新玉54號標準發(fā)芽率達到90%以上的時間相同。對比3個品種不同收獲期的冷發(fā)芽率的平均值，新玉29號>新玉54號>新玉35號。

3個品種授粉后11次，采收期作為單一因子對冷發(fā)芽率的影響均達到顯著水平，就3個雜交種種子冷發(fā)芽率的平均值而言，新玉29號、新玉35號和新玉54號3個雜交種之間冷發(fā)芽率差異顯著。3個雜交種不同收獲期之間的發(fā)芽率也存在差異，從授粉后30～45 d種子冷發(fā)芽率顯著增加，授粉后45～63 d差異不顯著。圖6

2.5 不同收獲期對玉米雜交種子田間出苗率的影響

研究表明，3個品種不同收獲期的田間出苗率變化趨勢與種子冷發(fā)芽率及標準發(fā)芽率相似，但數(shù)值更接近于冷發(fā)芽率。授粉后30 d新玉29號的田間出苗率為47.0%，新玉35號為49.0%，新玉54號為53.0%，授粉后45 d 3個品種的田間出苗率都超過國家標準發(fā)芽率，授粉后48 d 3個品種的田間出苗率都超過90%。對比3個品種不同收獲期田間出苗率的平均值，新玉54號>新玉29號>新玉35號。3個雜交種不同收獲期之間的田間出苗率存在差異，從授粉后30～45 d種子田間出苗率顯著增加，授粉后45～63 d田間出苗率差異不顯著。圖6

2.6 不同收獲期對玉米雜交種子相對電導率的影響

研究表明，隨著灌漿天數(shù)的增加和種子成熟度的提高，細胞膜的完整性增強，相對電導率不斷降低，種子活力相應提高，3個品種的相對電導率大小為新玉54號<新玉35號<新玉29號。3個品種在授粉后30～45 d種子相對電導率顯著降低，授粉后45～63 d種子相對電導率差異不顯著。圖7，圖8

圖7 不同收獲期玉米雜交種種子相對電導率的變化

圖8 不同收獲期玉米雜交種子相對電導率差異顯著性

2.7 玉米雜交種子活力參數(shù)相關性

研究表明，種子標準發(fā)芽率和冷發(fā)芽率與田間出苗率呈顯著正相關，R2分別為0.904和0.946，相對電導率與田間出苗率呈負相關，R2為0.171，種子標準發(fā)芽率和冷發(fā)芽率與田間出苗率相關性更高，室內鑒定玉米種子活力時可以參考這2個指標。圖9

圖9 不同收獲期玉米雜交種子標準發(fā)芽率、冷發(fā)芽率、相對電導率與田間出苗率的關系

3 討 論

高產優(yōu)質一直是種子生產者的主要目標，隨著單粒播種技術的推廣，質量更重要[14]。種子形成初期階段，干物質含量低，活力較差，田間出苗率較低[15]。發(fā)芽勢和發(fā)芽率隨著成熟度提高[16]，至生理成熟達到最大值，早期種子在果穗上自然老化，若遇逆境沒及時采收，會加速種子劣變，從而降低雜交種活力[17]。玉米雜交種在種子未達到成熟時同樣具有較高的發(fā)芽率和活力，但在田間播種后因惡劣天氣和早霜凍等影響，往往只有較低發(fā)芽率和活力[18]，標準發(fā)芽率并不能很好反映自交系的田間播種品質，與田間出苗率并不相符[19]。僅僅依靠發(fā)芽率來衡量種子質量是不夠的，用活力指標評價種子質量比用發(fā)芽率等指標更能從本質上準確反映種子質量的優(yōu)劣。可見高活力種子應成為種子生產者的主要目標[20]。

研究3個早熟雜交種授粉后30～63 d收獲的種子成熟度不同，對應的種子標準發(fā)芽率、冷發(fā)芽率、種子相對電導率和田間實際出苗率也差異很大，標準發(fā)芽率一般高于冷發(fā)芽率和田間實際出苗率。授粉后第30 d新玉29號收獲種子的標準發(fā)芽率為54.7%，冷發(fā)芽率為46.0%，田間實際出苗率為47.0%。新玉35號標準發(fā)芽率為69.3%，冷發(fā)芽率為39.0%，田間實際出苗率為49.0%，新玉54號標準發(fā)芽率為61.0%；冷發(fā)芽率為51.7%，田間實際出苗率為53.0%，

灌漿前期種子成熟度低，在最佳條件下具有一定的發(fā)芽率，但種子抗逆能力差[21]，不同品種由于灌漿速率的不同，田間實際出苗率占標準發(fā)芽率的比例不同，研究中，3個玉米品種雜交種子籽粒灌漿速率表現(xiàn)為新玉29號>新玉54號>新玉35號，灌漿前期，田間出苗率占標準發(fā)芽率的比例新玉29號為86.0%，新玉54號為86.9%，新玉35號只有70.7%。冷發(fā)芽率占標準發(fā)芽率的比例新玉29號為84.1%，新玉54號為84.7%，新玉35號只有56.3%，這可能與新玉35號的灌漿速率較低有關，灌漿中后期，隨著種子成熟度提高，抗逆能力逐漸增強，授粉后39 d，3個品種冷發(fā)芽率達到標準發(fā)芽率的82.0%～91.0%，田間實際出苗率達到標準發(fā)芽率的82.4%～86.0%；授粉后45 d，3個品種冷發(fā)芽率達到標準發(fā)芽率的93.0%～94.7%，田間實際出苗率達到標準發(fā)芽率的92.7%～98.9%；授粉后48 d冷發(fā)芽率和田間實際出苗率占標準發(fā)芽率的比例一直維持在92%以上。因此，用標準發(fā)芽率來評價玉米種子活力是不可靠的，而研究中不同玉米品種不同收獲期種子活力評價參數(shù)相關性分析表明，結合冷發(fā)芽率為參數(shù)判斷種子活力可靠性相對較高。結合標準發(fā)芽率、冷發(fā)芽率、田間出苗率等指標綜合分析，3個品種在授粉后48 d收獲，其種子活力能達到田間逆境條件下苗齊、苗全和苗壯的生產要求。這與周海寧[4]的研究結論基本一致。不同時期收獲種子含水量分析結果表明，3個玉米品種雜交種子生理脫水速率表現(xiàn)為新玉35號>新玉29號>新玉54號，授粉后48 d新玉29號種子收獲含水量為33.3%，新玉54號為32.28%，新玉35號已經降至27.48%，這與新玉35號的脫水速率較快有關。

4 結 論

早熟玉米新玉29號在授粉后48～63 d收獲的種子，標準發(fā)芽率都在93.3%以上，冷發(fā)芽率在92%以上，田間實際出苗率在89%以上。新玉35號在授粉后48～63 d收獲的種子，標準發(fā)芽率都在93.3%以上，冷發(fā)芽率在90%以上，田間實際出苗率在89%以上。新玉54號在授粉后48～63 d收獲的種子，標準發(fā)芽率都在94.7%以上，冷發(fā)芽率在90%以上，田間實際出苗率在89.3%以上。在新疆早熟制種區(qū)，制種田可以在授粉后48 d收獲，其種子活力能達到田間逆境條件下苗齊、苗全和苗壯的生產要求，用授粉后天數(shù)作為參考指標指導雜交種子生產田收獲，來獲得高活力的雜交種子，可比常規(guī)收獲時間提前7～12 d，可有效避免早霜對種子質量的影響。