種子生產過程中不同施氮量下產出小麥種子的活力變化

張民

摘要：為了探究氮肥對小麥（Triticum aestivum L.）種子活力的影響，找出最佳施肥量，試驗選用小麥品種濟麥22號為試驗材料，收獲不同施氮量下的種子進行標準發芽試驗，并測定了產出種子的發芽情況、苗期生長及生理指標。結果表明，純氮施用量為154、220 kg/hm2時小麥產量和產出小麥種子活力指數最高，適宜高活力小麥種子生產；在不施氮下，種子的產量和活力指數均最低，種子含水量高，發芽速率最快，說明不施氮產出的種子質地變得松散，在發芽時更容易吸收水分，從而加快發芽進程。在各施氮水平下，種子萌發指數變化不大。種子蛋白質絕對含量與幼苗干重間存在著極顯著的相關性（P<0.01）。

關鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）種子；氮肥；種子活力；萌發指數；種子蛋白質含量

中圖分類號：S512.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）04-0001-05

Changes in the vigor of wheat seeds produced under different nitrogen application rates during seed production

Abstract： In order to explore the effect of nitrogen fertilizer on the seed vigor of wheat （Triticum aestivum L.） and find out the best fertilization amount， the wheat variety Jimai 22 was selected as the test material， the seeds under different nitrogen application rates were harvested for standard germination test， and the germination， seeding growth and physiological indexes of the seed were determined. The results showed that the yield and seed vigor index of wheat were the highest when the pure nitrogen application rate was 154 kg/hm2 and 220 kg/hm2， which was suitable for the production of high vigor wheat seeds. Under no nitrogen application， the seed yield and vigor index were the lowest， the seed water content was high， and the germination rate was the fastest， indicating that the seed texture of wheat with no nitrogen application became loose， and it was easier to absorb water during germination， thus accelerating the germination process. Under each nitrogen application level， the seed germination index did not change much. There was a very significant correlation between the absolute content of seed protein and the dry weight of seedlings （P<0.01）.

Key words： wheat（Triticum aestivum L.） seed； nitrogen fertilizer； seed vitality； germination index； protein content of seed

小麥（Triticum aestivum L.）種子活力是指種子發芽及幼苗生長的能力［1］。種子的活力與品種特性以及土壤條件有關，在種子生產過程中，一般按照小麥品種特性與土壤條件來確定施肥量，從而保證種子質量與產量［2，3］。根據植物生長機理可知，氮肥是植物生長發育的主要營養元素，其能夠直接促進植物根、莖、葉等器官生長。在一定的施肥范圍內，氮肥可以促進種子發芽、促進幼苗干物質積累與分配。但在實際生產過程中，由于作物品種、土壤條件不同等原因，常導致同一肥料施用之后，種子間活力存在較大差異。種子活力是種子萌發與發芽、幼苗生長潛能及對環境抵抗力和生產力的綜合能力［4，5］。活力較低的種子往往導致田間出苗率低，出苗不齊、不勻，壯苗率降低，為減少產量上的損失，通常通過增加播種量來保證產量，結果實際播種量高出理論播種量的2～3倍，造成了極大浪費［6］。本研究以小麥品種濟麥22號為試驗對象，通過收獲不同氮肥用量下的小麥種子進行標準發芽試驗，進而研究種子活力的變化及氮肥對小麥種子活力的影響，解析高活力種子的形成機制，以期發掘出高活力種子的一般特性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020—2021年與2021—2022年的小麥生長季進行，試驗地點為山東省膠州市膠東街道八里莊村試驗田，地處暖溫帶半濕潤季風區大陸性氣候，年均日照時間2 411.6 h，活動積溫3 800～4 100 ℃，年均降雨量686.5 mm，無霜期205.5 d，能滿足優質小麥生長所需的溫光條件。

1.2 試驗設計

試驗前期進行不同施氮肥量處理，收獲小麥種子后進行發芽試驗。

1.2.1 氮肥施用試驗 研究設置4個氮肥施用水平，分別為N0（不施氮）、N154（N 154 kg/hm2）、N220（N 220 kg/hm2）和N280（N 280 kg/hm2）。N0是連續6～7年不施用氮肥（連作2年），N220是試驗地區普遍使用的氮肥用量處理。各施肥處理播種前翻耕時將50%的尿素及所有磷肥作為基肥一次性施用，另外50%尿素在拔節后進行溝畦追肥，有機肥和復合肥根據土壤肥力適當施用，具體施用量見表1。其中，尿素含氮46%；有機肥有機質含量大于45%，總養分（N、P2O5、K2O）含量大于4.0%；復合肥含P2O5 52%、K2O 34%。小區長40 m，寬3 m，每個小區播種12行，行距為25 cm，采用完全隨機區組排列，每個處理3次重復。種植密度為500萬株/hm2，灌溉方式為滴灌，灌水及其他管理措施采取常規方式。在2020年10月13日、2021年10月15日播種，收獲日期為2021年6月7日和2022年6月9日。

1.2.2 標準發芽試驗 研究通過田間試驗獲得了不同氮肥水平下的小麥種子，為了評價其種子活力，對采收的種子進行了發芽試驗及生理指標的測定。有研究指出，種子活力主要表現在種子的萌發速度和整齊度，田間出苗與生長的速度，幼苗整齊度和健壯度，發芽能力的保持、抗性表現，生長發育狀況、產量潛力和品質等［7］。對于種子活力的評價方法有很多種，然而不同物種的種子活力評價方法可能存在較大差異，多數物種通常用標準發芽試驗來評價種子活力的高低。

標準發芽試驗采用粒徑0.05～0.80 mm的石英砂砂床，飽和含水率為60%。將混合好的濕沙裝入發芽箱中，將底部的沙粒鏟平，然后將小麥的種胚向上，從每個處理中選出100粒種子，每個處理重復? ? 4次。種子擺放完畢后用2 cm厚的濕沙覆蓋種子，放置于智能人工氣候培養箱（GTOP-380B2型）中，于（20±1）℃、70%相對濕度、完全光照的條件下發芽。在發芽測試的第3天取下發芽箱的蓋子；在發芽測試的第4～8天，每個處理每天澆水20 mL。在發芽試驗期間，統計每日發芽的種子數量。發芽試驗第8天，將幼苗從萌發箱中移出，沖去石英砂，除去幼苗上殘留的種子。發芽試驗結束后，統計發芽率（[GP]）、植株鮮重、苗鮮重、根鮮重、苗長、根長、發芽指數（GI）和活力指數（VI）［8］。其中，[GI=Gt/Dt]，[Gt]為每天發芽的種子數，[Dt]為發芽天數；GP為第8天發芽的種子數量占每盒種子數量（100粒）的比例；活力指數為單株全株鮮重（g）與[GI]的乘積。

1.3 測定指標與方法

采用DA7200型NIR光譜儀測定種子含水量；將種子含水量定標到13%后，采用千分之一天平測定小麥種子的千粒重；采用H2SO4-H2O2消煮-凱氏法測定小麥種子的含氮量［9］，將種子含氮量乘以5.7得到種子蛋白質相對含量，蛋白質相對含量與粒重的乘積為蛋白質的絕對含量；種子電導率測定參照文獻［10］，隨機選取大田收獲的大小均勻且完整無損的小麥種子50粒，去離子浸種，分別于浸種8、12、24 h測定電導率，每個處理3次重復；種子脫氫酶活性采用TTC法測定，將大田收獲的各處理小麥種子置于智能人工氣候培養箱中，于（20±1）℃、70%相對濕度，完全光照的條件下萌發12、24 h，隨機選取萌發的種子20粒測定脫氫酶活性［11］。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2010、DPS 7.05統計軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥水平對小麥產量及產出種子發芽情況和含氮量的影響

由圖1可知，2021年、2022年不同施氮量對小麥產量有明顯的影響，N220的產量最高，其次為N154、N280，N0的產量最低（圖1A）。在4種不同氮肥水平下，小麥種子的發芽率和發芽指數的變化規律基本一致，2021年生產的小麥種子在這2個指標上4個氮肥處理間無顯著差異，2022年N154和N220所產的小麥種子發芽指數和發芽率低于N0和N280（圖1B、圖1C）。N154和N220的小麥種子活力指數在2021年和2022年中都較高，其次為N280，N0的活力指數最低，其中除2021年的N154外，前2個處理都顯著高于后2個處理（P<0.05，圖1D）。在發芽指標差異較小的情況下，活力指數的大小影響成苗狀態。上述結果表明氮肥水平不僅影響小麥產量，還對種子活力有一定的影響。小麥種子含氮量隨施氮量的增加而上升，其中N280的含氮量最大，N0的含氮量最小（圖1E）。

研究將N0與N220的種子放于同一發芽箱中，共發芽8 d，以更直觀地觀察2種種子的形態發生及生長狀況。結果表明，N220的小麥幼苗比N0高，并且比N0幼苗更強壯。

2.2 不同氮肥水平對產出小麥種子電導率和脫氫酶活性的影響

從圖2A、圖2B可以看出，2021年收獲的小麥種子，電導率與活力指數指標呈相反的變化趨勢，電導率高的小麥種子活力低；而2022年收獲的小麥種子，電導率隨施肥量增加而升高。造成這一結果的主要原因是，在測定種子質量時，2個年份的種子質量有較大差異，這很可能與種子大小、比表面積有很大關系。由圖2C可以看出，2021年不同處理間的脫氫酶活性差異不顯著，故研究未測定2022年不同氮肥處理產出的小麥種子的脫氫酶活性。

2.3 不同氮肥水平對產出小麥種子萌發速率和含水量的影響

根據上述試驗結果，在種子萌發與成苗2個不同時期展開相關試驗。胚根從種皮中穿出，一般情況下被認為種子已經發芽。由圖3A、圖3B可知，在種子吸脹8 h后，胚根伸出率為0；在吸脹12～24 h，N0種子的胚根突出率最高，N220種子的胚根突出率最低，N154、N280種子胚根突出率比N220種子稍高。因為N154、N220、N280的種子胚根突出率差異不顯著，所以在后續試驗中，僅探討了N0與N220兩個處理的出芽率存在差異的原因。由圖3C、圖3D可知，N0與N220的干種子水分含量差別不大，但在種子吸脹1～9 h時，N0種子含水量比N220的高，且差異均達顯著（P<0.05）或極顯著水平（P<0.01）。

為探討N0種子較施氮種子發芽快、種子水分含量高的原因，研究對種子的大小進行了分析。表2顯示了不同氮肥水平對小麥種子大小及質量的影響。由表2可知，2021年、2022年不同施氮水平對產出種子千粒重影響顯著（P<0.05）。在2021年所產小麥種子中，以N154的種子千粒重最大，N0的種子千粒重最小。由于2022年受干熱風的影響，導致2022年收獲的小麥種子N0的千粒重最高，N280的千粒重最低，不能反映小麥種子萌發速度的真實情況。淀粉是小麥種子的主要貯藏物質，是種子萌發和幼苗形態建成所需碳水化合物的主要來源。小麥種子千粒重越大，內含淀粉越多，導致N0種子比N240種子吸水快，進而導致N0種子萌發快。

2.4 種子蛋白質含量與千粒重、幼苗干重的相關性

氮代謝與蛋白質代謝是決定植物幼苗形態與種子活力的關鍵，相關性分析見表3。試驗1使用了在不同氮肥水平下所生產的小麥種子，相關分析表明，幾個指標間存在顯著相關性。在試驗2中，種子是試驗1中的主莖和大穗種子，其相關性分析結果與試驗1的結果一致。由于不同穗部位的種子活力有差異，試驗3中的種子是將N0種子按穗上部1/4、中部1/3、下部1/4分為3部分，每個部分為一個樣本，結果顯示千粒重與種子蛋白質相對含量無顯著相關，種子蛋白質絕對含量則與幼苗干重存在顯著相關性（P<0.05）。在試驗4中，將N220種子按照穗上部1/4、中部1/3、下部1/4分成3部分，每個部分為一個樣本，相關分析結果類似于試驗3。可以看出，種子蛋白質絕對含量與植株幼苗干重在4個試驗中均呈極顯著正相關（P<0.01）。

3 小結與討論

3.1 氮肥水平對小麥產量及產出種子發芽率的作用分析

小麥生長發育是實現高產的先決條件，其受遺傳性狀、溫度、光照、水分、施肥量等多因素的影響。湯明堯等［12］的研究發現，相對于常規施肥，減施緩釋氮肥可以確保作物產量穩定，提高氮利用率，減少氮素在深層淋洗的風險。張富源等［13］以冬小麥-夏玉米輪作系統為研究對象，施用緩釋肥料可降低40%的氮肥用量，但其產量、干物質積累及氮累積量均保持較高水平；另外，在氮肥總量降低20%的條件下，常規尿素和緩釋型尿素一次性施用能夠顯著增加小麥氮肥的表觀利用率，并能在保證產量的前提下達到增產的目的。本研究發現，在不同施氮水平下，小麥種子含氮量隨施氮量的增加而增加，小麥產量隨施氮量的增加先增加后減少，說明不同氮肥用量對小麥產量和含氮量有顯著影響。合理施用氮肥有利于提升土壤肥力，促進小麥對氮的高效利用，增加小麥氮肥利用率，擴大小麥減氮增效空間。

本研究表明，與N220相比，N0產出的小麥種子更松散，這使得N0種子更易吸收水分，胚根更容易穿透種皮。另外，稻種的形態結構、裂隙、硬度等因素也會對發芽過程中吸水速率和方式產生影響［11］。上述結果表明，種子含水量的改變與組織形態密切相關。

本研究表明，N0處理導致種子蛋白質減少和種子結構的疏松，使種子在萌發時更易吸水，從而加快了發芽的進程。在各施氮水平下，種子萌發指數變化不大，但其活力指數的變化主要是由于幼苗質量的變化引起的。在各處理中，在36 h的吸水期內，胚根突出率以N0最高，說明N0種子發芽更快。通過分析種子的含水量，以2021年為例，發現當種子含水量為30%時，N0和N220產出種子分別需要吸脹6 h和8 h。該結果進一步說明了N0產出種子的發芽速率高于N220。

3.2 種子特征與種子活力的關系

種子的組分對幼苗的形態發生起著非常重要的作用。本試驗中，2年的千粒重變化趨勢除與氮肥水平有關外，還受到了干熱風的影響，其中2022年N0和N280分別獲得了最高的千粒重和最低的千粒重。除了N280的種子，其他萌發8 d的幼苗植株干重的變化規律與其含氮量基本一致，這與N280的淀粉含量偏低有關。在4個氮肥處理下，種子含氮量的差異比千粒重的差異大，因此種子中的氮素含量在幼苗形態發生中的作用可能大于千粒重。

綜上所述，氮肥對小麥的產量、種子萌發、幼苗形態、種子活力等都有重要影響。在定量施肥條件下，以純氮用量154、220 kg/hm2為宜。純氮用量為0和280 kg/hm2時，子粒產量降低，活力降低。適量增施氮肥可以提高種子的活力指數，還可以提高發芽勢和發芽指數等有關活力指數。

參考文獻：

［1］ 王茹佳， 唐 鳳， 張樹振， 等.密度和氮肥互作對老芒麥種子產量和活力的影響［J］.新疆農業科學， 2022， 59（3）：533-540.

［2］ ETONE K E， PHILIP J B， KENNETH C S， et al. Nitrogen fertilizer effects on soybean physiology， yield components， seed yield and protein content in the Southeastern United States［J］. Journal of plant nutrition， 2023， 46（3）：462-472.

［3］ 李子雙， 李洪杰， 周曉琳， 等.種肥混播對冬小麥產量及氮肥利用率的影響［J］.山東農業科學， 2020， 52（11）：56-59.

［4］ DU Y D， SUN J， WANG Z， et al. Effect of ridge film mulching and nitrogen application rate on seed quality， oil yield and nitrogen-use efficiency of winter oilseed rape in northwest China［J］. Archives of agronomy and soil science， 2022， 68（10）：1385-1397.

［5］ CAI D Y， YAN H J， LIAN-HAO L I. Effects of water application uniformity using a center pivot on winter wheat yield， water and nitrogen use efficiency in the North China Plain［J］. Journal of integrative agriculture， 2020， 19（9）：2326-2339.

［6］ 聶勝委， 張浩光， 張巧萍， 等.不同耕作方式和氮肥減施量對小麥產量及經濟效益的影響［J］.河南農業科學， 2020， 49（6）：16-22.

［7］ MOURSY A A， ISMAIL M M. Effects of different nitrogen fertilizers and humic acid on wheat crop irrigated with different water regime using 15N［J］. Bangladesh journal of botany， 2021， 50（2）：261-267.

［8］ ZHU C H， OUYANG Y Y， DAO Y， et al. Effects of mechanized deep placement of nitrogen fertilizer rate and type on rice yield and nitrogen use efficiency in Chuanxi Plain， China［J］. Journal of integrative agriculture， 2021， 20（2）：581-592.

［9］ 陳鈺蓉，范 震，趙有欣，等.水分與控釋尿素耦合對冬小麥干物質積累和氮素轉運及產量的影響［J］.中國土壤與肥料，2023（12）：173-179.

［10］ 朱 銀，顏 偉，楊 欣，等. 電導法測定小麥種子活力［J］.江蘇農業科學，2014，42（9）：78-80.

［11］ 薛 剛，張文明，姚大年，等.小麥種子活力及其與脫氫酶活性的相關性研究［J］.安徽農業科學， 2009，37（9）：3905-3908.

［12］ 湯明堯，沈重陽，陳署晃，等.新疆小麥、玉米的產量和氮磷鉀肥利用效率［J］.中國農業科學，2022，55（14）：2762-2774.

［13］ 張富源，葉 赟，王 麗，等.增效復合肥減氮施用對小麥-玉米產量和養分效率的影響［J］.安徽農業大學學報，2022，49（3）：388-394.