種子活力對小麥收獲時期及穗部位的響應

張路路,李 鵬,張金汕,賈永紅,羅四維,李丹丹,王 凱,石書兵

(1.新疆農業大學農學院,烏魯木齊 830052;2. 新疆農業科學院奇臺麥類試驗站,新疆奇臺 831800)

0 引 言

【研究意義】種子質量是實現小麥高產的重要物質基礎[1]。種子活力是衡量種子質量的重要指標,但單一的指標并不能全面的決定種子活力,多方位物理性狀、農藝性狀的測定,對種子活力的描述意義重大[2]。【前人研究進展】朱建峰等[3]認為,種子大小對發芽勢、發芽率、苗重和根重4個指標影響顯著,大粒種子活力優于小粒種子。時偉芳等[4]則認為,小粒種子較大粒種子有更強的耐逆境能力,如千粒重、寬度、長度、投影面積可作為逆境萌發條件下高活力種子樣品篩選的候選指標。 目前關于種子活力與成熟度關系的研究較多[5-7],大多從成熟度方面評價種子質量優劣,認為種子收獲過早,干物質積累少;收獲過遲,種子易霉變或發生穗發芽現象,因此過早和過晚收獲均不利于形成高活力種子[8]。玉寧等[9]發現,小麥種子活力是一個明顯上升的趨勢而后上升緩慢的過程,且發芽率只能在一定程度上反應種子活力。孫春青等[10]認為,種子重量會隨著種子的成熟而不斷增加,在種子鮮重最大時,種子活力最高,生理成熟可以作為適宜收獲期的標準。張艷芳等[1]發現,隨著小麥種子收獲期推遲,發芽勢、發芽率、發芽指數、活力指數呈不斷增加的態勢,但達到一定水平后便趨于穩定,此時種子的干物質已停止積累,種子活力也達到了較高值,已達到采收時期。【本研究切入點】關于在適宜的收獲期下,不同穗部位與種子活力關系研究報道較少。需研究種子活力對小麥收獲時期及穗部位的響應。【擬解決的問題】小麥花后不同時間段收獲的穗部位種子,分析不同成熟度下種子物理性狀、活力指標、幼苗及根系性狀等指標及其與種子活力的關系,找到適宜的收獲期,研究不同穗部位對種子活力的影響,分析小麥種子活力與穗部位及成熟度的相關性,為春小麥高活力種子生產水平提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

大田試驗于2021年在新疆農業科學院奇臺麥類試驗站(89°46′E,43°34′N,1 970.6 m)進行。供試小麥品種為當地主栽小麥品種新春37號。前茬作物為小麥。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

隨機區組設計,收獲時間設開花后15(A15)、20(A20)、25(A25)、30(A30)、35(A35)、40(A40)、45 d(A45)天7個處理,采收穗部位按小穗位自下而上依次均勻劃分為基部(L)、中部(M1、M2)、上部(U1、U2和U3)6個水平,3次重復,行距為0.2 m,小區為3 m×5 m=15 m2,種植密度為600×104株/hm2。播種方式為條播,其他管理措施同中產田一致。采收后在室內進行種子萌發試驗。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 種子形態性狀

種子長度、寬度和面積:每處理取10粒種子,腹溝一面貼玻璃板,均勻排布,用掃描儀(MICROTEK Filescan 320)掃描出籽粒圖形,用萬深LA-S系統測定種子長度、寬度和面積。

千粒重:用FA100型電子天平稱重。

種子比重:每處理取5 g凈種子樣品,將5 mL的蒸餾水放入10 mL的量筒中,再將種子放入容量瓶內,觀察液體平面升高的刻度,即為該種子樣品的體積。

種子比重=種子重量(g)/種子體積(mL)。

1.2.2.2 活力指標和幼苗性狀

種子用1%的次氯酸鈉消毒后,分別放入消毒過的發芽盒中。每個發芽盒上鋪2層含飽和水分的發芽紙,各均勻放入25粒春小麥種子,腹溝向下,種胚朝上。在25℃下模擬晝夜交替開展發芽實驗。第4 d統計發芽數并計算發芽勢,并測量幼苗高度、鮮重、干重、根長、根表面積、根體積和根系直徑、每個重復測5株并求平均值,第8 d統計發芽率。

參照周愛清等[11]計算簡化活力指數方法:簡化活力指數Ⅰ=發芽率×苗高;簡化活力指數Ⅱ=發芽率×苗鮮重;簡化活力指數Ⅲ=發芽率×苗干重。3種簡化種子活力指數以下分別簡稱種子活力指數Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。

1.3 數據處理

數據采用Excel 2010進行整理,用IBM SPSS Statistics 23進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同收獲時期對小麥種子物理指標的影響

研究表明,隨著花后天數的推延,種子的長度、寬度、面積、千粒重和比重均呈上升趨勢,差異顯著,且增長量逐漸減小,最大增長量出現的時間相同。長度在A30水平最大,且與A35、A40和A45水平無顯著差異,但分別比A15、A20和A25顯著提高了12%、4.32%和2.19%;寬度在A45水平最大,且與A40水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A35顯著提高了58.02%、38.43%、22.71%、8.06%和6.01%;面積在A45水平最大,且與A40水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A35顯著提高了78.01%、47.09%、27.82%、10.86%和7.02%;千粒重在A35水平最大,且與A30、A40和A45水平無顯著差異,但分別比A15、A20和A25顯著提高了205.68%、67.96%和24.55%;比重在A45水平最大,且與A35、A40和A45水平無顯著差異,但分別比A15、A20和A25顯著提高了32.69%、8.66%和6.15%。表1

表1 不同收獲時期下小麥種子物理指標變化

2.2 不同收獲時期對小麥種子活力指標和幼苗性狀的影響

研究表明,隨著花后天數的推延,種子的發芽勢和發芽率均呈顯著上升趨勢,種子活力指數Ⅰ、種子活力指數Ⅱ和種子活力指數Ⅲ均呈顯著先升后降趨勢,且增長量逐漸減小,最大增長量出現的時間相同。發芽勢在A40水平最大,且與A35和A45水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30顯著提高46.77%、28.17%、21.33%和5.81%。發芽率在A40水平最大,且與A35和A45水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30顯著提高34.78%、24.00%、24.00%和8.14%。種子活力指數Ⅰ在A35水平最大,且與A40水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高187.76%、91.36%、57.86%、20.66%和20.36%。種子活力指數Ⅱ在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高440.41%、149.72%、77.37%、28.10%和22.59%。種子活力指數Ⅲ在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高437.91%、1154.75%、81.64%、28.39%和27.13%。表2

表2 不同收獲時期下小麥種子活力指標變化

研究表明,隨著花后天數的推延,種子的根長、根表面積、根體積、苗鮮重、苗干重和苗高均呈顯著先升后降趨勢,且增長量逐漸減小,最大增長量出現的時間相同;根平均直徑呈顯著上升趨勢。根長在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高293.01%、86.91%、58.30%、27.62%和22.56%。根表面積在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高326.39%、90.69%、49.25%、31.91%和21.50%。根體積在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高250.00%、86.67%、33.33%、33.33%和16.67%。根平均直徑在A45水平最大,且與A25、A30、A35和A40水平無顯著差異,但分別比A15和A20顯著提高30.23%和16.67%。苗鮮重在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高312.30%、104.03%、37.03%、18.37%和15.64%。苗干重在A40水平最大,且與A35水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高309.43%、111.31%、39.45%、19.58%和19.89%。苗高在A35水平最大,且與A40水平無顯著差異,但分別比A15、A20、A25、A30和A45顯著提高140.98%、55.21%、26.45%、12.47%和14.94%。表3

表3 不同收獲時期下小麥種子幼苗性狀變化

2.3 花后35～40 d不同穗部位對小麥種子活力指數的影響

研究表明,在花后35～40 d,隨著穗位的上升,種子活力指數Ⅰ和種子活力指數Ⅱ差異不顯著,種子活力指數Ⅲ呈顯著下降趨勢。簡化活力指數Ⅲ在M1處最大,與M2、L和U1差異不顯著,但分別比U2和U3顯著提高16.82%和16.14%。種子活力指數整體上表現為穗中部(M1、M2)>穗基部(L)>穗上部(U1、U2和U3)。圖1

圖1 花后35～40 d不同穗部位下小麥種子活力指數Ⅲ變化

2.4 春小麥種子物理指標和活力指數的關系

研究表明,不同部位種子的各形態性狀及幼苗性狀對種子活力指數的影響不同。長度、寬度、根長、體積和平均直徑與穗基部種子活力密切相關;面積、千粒重、比重、根長、根體積和根平均直徑與穗中部種子活力指數密切相關;長度、面積、千粒重、比重、根長、根表面積、根體積和根平均直徑與穗上部種子活力指數密切相關。基部L種子活力指數Ⅰ、種子活力指數Ⅱ、種子活力指數Ⅲ均與根平均直徑密切相關;穗中部(M1和M2)種子活力指數Ⅰ、種子活力指數Ⅱ、種子活力指數Ⅲ均與千粒重密切相關;穗上部(U1、U2和U3)部L種子活力指數Ⅰ、種子活力指數Ⅱ、種子活力指數Ⅲ均與比重密切相關。此3個指標可作為篩選高活力種子的主要指標。表4

表4 小麥花后35～40 d不同部位種子活力與種子物理及幼苗性狀的回歸分析

3 討 論

3.1不同的收獲時間種子活力不同,種子活力是隨著種子的發育而逐漸形成和增強的,種子收獲時間越早,成熟度就越低,反之,成熟度越高,但并非種子活力越高。在農業生產中,已經證明適宜的種子收獲期是種子生產和保證其質量的關鍵[12,13]。林振華[14]研究認為,小麥成熟度不同,種子活力不同。 張自陽等[15]研究認為,隨著籽粒成熟度的提高,種子活力勢逐漸提高。華國棟等[16]研究認為,提前采收有助于減少收獲階段陰雨天氣及高溫對種子活力造成的影響。周建明等[17]表明,種子活力于蠟熟期就達到最高,隨后又因生育期的延長而逐漸降低。張自陽等[18]研究表明,小麥種子在花后30 d活力指數達到最大值。張艷芳等[1]研究表明,花后34～38 d是高活力種子適宜的收獲時期。劉旭歡等[19]研究結果表明,春小麥種子成熟度越好,相關活力指標越高。

3.2禾谷類作物小穗發育存在時空順序[20]。巴青松等[21]研究認為,小麥穗軸上不同部位小穗發育存在不均衡性, 穗軸中部小穗小花糖源供給有保證,發育較快,上部和基部小穗常因營養物質攝取不足,發育相對較慢。這種不均衡性在小麥穗部性狀發育上表現出“近中優勢”特征[22]。余叔文[23]研究認為,籽粒在穗部的位置決定了小麥穗部籽粒結實與物質積累的空間分布特征。潘潔等[24]研究認為,小麥中部穗位的籽粒比靠近基部和頂部穗位的籽粒發育好、產量高、品質優。劉旭歡和馮魁等[19,25]研究認為,不同穗部間,活力指數均存在明顯差異,且表現為穗中部>穗基部>穗上部。同時馮魁等[25]進一步研究認為,不同穗部位種子的各形態性狀及幼苗性狀對種子活力指數的影響不同。劉琨等[26]將小麥小穗位劃分為下、中、上3個穗位,并進行卡方測驗,檢驗劃分是否平衡。侯遠玉等[27]將小麥按小穗由基部向上的小穗順序,等分為5段。

4 結 論

4.13種方法的結果呈現出的規律一致,成熟度對種子活力差異呈先升后降趨勢,在花后35～40 d處達到最大。

4.2選取適宜收獲期35～40 d的種子進行穗部位活力比較,種子活力指數Ⅰ和種子活力指數Ⅱ差異不顯著,種子活力指數Ⅲ呈顯著下降趨勢,基部種子活力與根平均直徑、穗中部種子活力與千粒重、穗上部種子活力與比重相關性均較高,3個穗部位的種子活力是選擇種子綜合活力的重要指標。