多效唑(PP333)对阿坝垂穗披碱草种子产量与质量的影响

雷 雄， 闫利军， 吴 婍， 白史且， 游明鸿， 季晓菲

(四川省草原科学研究院， 四川 成都 611731)

阿坝垂穗披碱草(ElymusnutansGriseb‘Aba’)是四川省草原科学研究院于2010年审定登记的优良国审牧草新品种(登记号：407)[1]。该品种具有牧草产量高、品质优良、抗寒性强、适应性好等优点[2]。其种子生产田面积已达400 hm2，创造了良好的经济效益。但在种子生产中，存在抽穗不整齐、成熟期不一致、落粒严重、易倒伏等现象，导致种子产量和质量不高等问题，严重制约着阿坝垂穗披碱草规模化、产业化的发展[3]。

多效唑(PP333)是一种三唑类植物生长调节剂，其主要作用是抑制内源赤霉素合成，在矮化植株[4]，增强植株抗倒伏能力[5]，减少种子败育和种子落粒[6-8]，增加花序结实数[9]和提高种子产量等方面作用显著[10]。目前，多效唑已广泛应用于黑麦草(LoliumperenneL)、羊茅(FestucaL)等种子生产，而在阿坝垂穗披碱草种子生产上的应用还未见报道。为此，本课题通过探究多效唑对阿坝垂穗披碱种子产量和质量相关因子的影响并进行综合评价，以期获得多效唑最适施用浓度和最佳施用时期，并为阿坝垂穗披碱草种子生产提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为2014年条播于四川省阿坝藏族羌族自治州红原县二农场内的阿坝垂穗披碱草；多效唑(PP333)为可湿性粉剂，其有效成分含量为15%，购于上海伊卡生物制药有限公司。

1.2 试验地概况

试验地位于四川省阿坝藏族羌族自治州红原县二农场内，地理位置102°32` E、32°46` N，海拔3 500 m。该地域属于大陆性高原寒温带季风气候，年平均温度为1.1℃，≥10℃年积温仅865℃，极端温度范围为-33.8～23.5℃，无绝对无霜期。全年平均降雨量738 mm，相对湿度71%，土壤pH 6.6，为高山草甸土。

1.3 试验设计

本试验采用随机试验设计，小区面积3 m×4 m，小区间距离0.5 m，四周设1 m保护行。每个处理3个重复，阿坝垂穗披碱草于2014年5月中旬播种，行距0.6 m ，播种量27 kg·hm-2。播前施4 000 kg·hm-2牛羊粪，拔节期按氮磷钾复合肥150 kg·hm-2进行追肥。生长调节剂在拔节期和孕穗期分别进行叶面喷施，喷施剂量750 L·hm-2，每个物候期只喷施1次，对照组喷施相同剂量的清水。具体设计水平如表1所示。施药时间选择晴天上午10时前。

1.4 观测项目及测定方法

株高：盛花期测定，每小区随机选取植株30株，测定其垂直植株高度。

第二茎节长：盛花期测定，每小区随机选取中间行生殖枝10株，用直尺测定第二茎节长(从地面向上数)。

第二茎节节间粗：盛花期测定，测定第二茎节长的同时，用游标卡尺测定第二茎节节间粗。

表1 不同物候期PP333喷施浓度Table 1 Different spraying concentrations of PP333 and phenological phases

生殖枝数：乳熟期测定，随机选取0.5 m样段，数出其生殖枝数。

小穗数：乳熟期测定，每小区随机选取生殖枝10株，测单枝小穗数。

种子数：种子乳熟期测定，在测定小穗数的同时，测定每株种子数，取10次重复的平均值。

穗轴长/穗轴粗/穗节数：种子乳熟期测定，在测定小穗数的同时，分别测定每株穗轴长、穗轴粗和穗节数，取10次重复的平均值。

实际种子产量：蜡熟后期，刈割生殖枝，自然干燥后脱粒，清选，称量，计算单位面积种子产量(kg·hm-2)。

种子含水量：蜡熟期在每个小区内随机取样穗15个，选择大小一致的种子400粒装入信封中，称得鲜重后，再放入105℃恒温烘箱中烘干4小时，称其干重，并计算种子含水量。

倒伏率：测定时期为蜡熟期，目测每个小区内倒伏植株在整个小区植株的百分比。

种子发芽率：蜡熟期在每个小区内随机取样穗15个，在各样穗穗中部随机选择大小一致的种子100粒，于2016年3月1日进行标准发芽试验。发芽时间为14天，以胚芽长度达到种子长度的1/2时或胚根长度达到种子长度记为发芽。其中，发芽率指发芽终期正常发芽种子粒数占供试种子总数的百分率。

可溶性糖采用蒽酮法测定[11]；丙二醛(MDA)采用硫代巴比妥酸(TBA)法,超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用NBT光还原法[12]，过氧化氢酶(CAT)的测定参照刘子凡《种子学实验指南》中有关CAT测定方法[13]，过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法[14]。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2013进行数据处理后，利用SPSS 19进行LSD多重比较，然后再利用DPS对各项观测指标进行灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 PP333对阿坝垂穗披碱草茎性状的影响

供试材料在拔节期和孕穗期分别叶面喷施不同浓度PP333，其茎部性状表现各有差异(表2)。在拔节期叶面喷施PP333降低了供试材料的株高、第二茎节节间长和倒伏率，且随着PP333喷施浓度的增加呈递减趋势，株高和第二茎节节间长在P2、P3处理下与对照差异显著，而倒伏率在所有处理下与对照差异均显著(P<0.05)；拔节期叶面喷施PP333可增加第二茎节粗和生殖枝数，但第二茎节粗只在P3处理下与对照差异显著(P<0.05)，而生殖枝数在所有处理下均显著高于对照(P<0.05)，且随着PP333喷施浓度的增加生殖枝数逐渐降低，其中以P1(150 g·hm-2)处理生殖枝数最高，比对照高1 024 个·m-2。在孕穗期叶面喷施PP333可有效增加生殖枝数，显著降低了倒伏率(P<0.05)，这两项指标与拔节期变化规律相同，但在株高、第二茎节节间长和第二茎节粗各处理与对照没有显著差异。

表2 PP333处理下阿坝垂穗披碱草茎性状方差分析Table 2 Variance analyses about stem traits of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

注： 同一时期同列不同小写字母表示不同处理之间差异显著(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对阿坝垂穗披碱草穗部性状及种子产量的影响

适宜的PP333喷施浓度和适宜的喷施时期可改善供试材料的穗部性状和种子产量[6]。由表3可以看出，在拔节期和孕穗期叶面喷施一定浓度的PP333对供试材料的穗部性状和种子产量均具有一定的促进作用，但不难发现拔节期要明显好于孕穗期，其中拔节期又以P1(150 g·hm-2)处理效果最好，P1处理可显著提高供试材料的穗节数、小穗数、种子数、千粒重和种子产量(P<0.05)，分别比对照提高17%，36%，45%，14%和28%，其次为P2(300 g·hm-2)处理。而孕穗期喷施不同浓度PP333只提高了个别几个穗部性状，对种子产量没有显著影响。

2.3 PP333对阿坝垂穗披碱草种子质量的影响

不同浓度的PP333及不同施用时期对供试材料的种子质量具有一定的影响(表4)。拔节期叶面喷施PP333，在P1(150 g·hm-2)处理下SOD活性、CAT活性、淀粉含量和种子发芽率均显著高于对照处理，分别为182.09 U·g-1，90.81 U·g-1，1.84 mg·g-1和95%，而MDA含量变化规律与之恰好相反；可溶性糖含量则以对照处理最高，显著高于P1和P2处理(P<0.05)；而种子含水率与对照没有显著差异。孕穗期叶面喷施 PP333其SOD活性、CAT活性、发芽率和MDA含量变化规律与拔节期相似，而含水率、可溶性糖含量和淀粉含量与对照差异不显著。

表3 PP333处理下阿坝垂穗披碱草穗部性状及种子产量方差分析Table 3 Variance analyses about spike traits and seed yield of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

表4 PP333处理下阿坝垂穗披碱草种子质量方差分析Table 4 Variance analyses about seeds quality of E. nutans ‘Aba’ after spraying PP333

2.4 PP333对阿坝垂穗披碱草种子产量与质量的灰色关联度分析

试验测定了不同浓度PP333在2个不同施用时期供试材料的生殖枝数、穗轴长、穗轴粗、穗节数、小穗数、种子数、千粒重、种子产量以及种子含水率、MDA含量、SOD活力、CAT活力、可溶性糖含量、淀粉含量和种子发芽率共计15项指标。以试验结果中各性状最优值构造标准处理，并在此基础上采用灰色系统中的关联度分析方法，评价各处理间的优劣。由表5的分析结果表明，关联系数最大的为P1处理，与标准处理关系最近(r=0.9733)，即拔节期叶面喷施150 g·hm-2多效唑效果最好；P6处理(孕穗期叶面喷施600 g·hm-2多效唑)效果最差。可见，阿坝垂穗披碱草在拔节期叶面喷施150 g·hm-2多效唑时，可以获得较高的种子产量和种子质量。

表5 不同处理组合的关联系数及关联序Table 5 Correlation coefficients and associated sequence of different treatment combinations

3 讨论

3.1 PP333对阿坝垂穗披碱草茎叶性状的影响

有研究指出：植株经PP333处理后，其体内赤霉素含量显著低于对照组，细胞的伸长受到抑制，植株的生长速度显著降低[15]。本试验结果表明，PP333降低了阿坝垂穗披碱草植株高度，但会随着不同的喷施时期而表现出不同的变化：在拔节期喷施PP333，株高和第二茎节节间长会随着喷施浓度的增高而降低；而在孕穗期喷施不但没有降低阿坝垂穗披碱草的株高和第二茎节节间长，反而使其略有增加。原因可能是在阿坝垂穗披碱草拔节期植株生长速度较快，植株体内赤霉素的合成正处于旺盛时期，正需要合成大量的赤霉素以促进植株生长，而在此时喷施的PP333则抑制了赤霉素的合成，使植株体内的赤霉素含量迅速降低，抑制了植株茎的生长；而在孕穗期，阿坝垂穗披碱草主要的能量分配集中在穗部的生长发育，而非茎的伸长上，而在此时喷施PP333，虽然能对植株体内赤霉素的合成造成一定的影响，但与对照相比差异不显著，张远海等[16]、 Hampton[17]也得出类似的结果。虽然PP333对阿坝垂穗披碱草茎节粗的影响差异不显著，但是降低了植株高度和第二茎节长度，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，顶端优势的强弱由植物体内赤霉素和生长素的含量决定。潘瑞炽等[18]对水稻的研究结果表明，PP333可以降低植物体内IAA含量，缓解顶芽对侧芽的抑制作用，促进侧芽分枝、分蘖的形成。本试验得出：在拔节期、孕穗期喷施PP333显著促进了阿坝垂穗披碱草的有效分蘖，其生殖枝数量随着喷施浓度的增加而增加，这与黄胜东等[19]、兰剑等[20]的研究结果相一致.

3.2 PP333对阿坝垂穗披碱草穗部性状及种子产量的影响

有报道认为，植物生长调节剂通过一定方式进入植物体内，直接或间接参与植物内源激素的合成与代谢，从而影响植物生长发育过程和农艺性状表达[21-22]。在牧草种子生产过程中，如何优化产量组分的关系，获得高产优质的牧草种子，是每个牧草科研工作者追求的目标。植物生长调节剂可以通过调节作物的内源激素变化从而对作物的生育过程产生巨大影响[23]。丁成龙提出PP333浓度在500 mg·L-1以下时，可以显著提高小穗数和种子产量[24]。本试验表明：PP333虽然降低阿坝垂穗披碱草穗长、穗轴长、穗轴粗和茎节数，但提高了小穗数、种子数以及种子产量，说明PP333能够调节阿坝垂穗披碱草内源激素，改变植株穗部营养物质的供给与分配，从而提高牧草生产性能。这与苟文龙[25]对多花黑麦草以及尚玉磊[26]对小麦研究得出的结论一致。

3.3 PP333对阿坝垂穗披碱草种子质量的影响

从生理角度讲，随着牧草种子的生长发育及其营养物质逐渐增多，含水量则相应降低，种子含水率的高低是种子成熟度的重要生理指标。对于多年生禾本科牧草，种子含水率在50%～ 30%时就出现明显的脱落现象[27]。在本试验中，除拔节期喷施低浓度的PP333显著降低了种子的含水率外(P<0.05)，其余各处理差异不显著。这与刘金平等[28]对老芒麦的研究结果一致。

丙二醛(MDA)含量是反映膜系统受到伤害程度的重要指标之一[29]。试验结果表明，低浓度(<300 g·hm-2)的多效唑(PP333)降低了阿坝垂穗披碱草种子MDA含量，减少了脂膜过氧化物对种子细胞膜的损害，提高了种子的质量，而高浓度(>300 g·hm-2)的PP333增加了种子MDA含量，降低了种子的质量。

有关研究表明PP333增加了超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化保护酶系的活性，提高了植物清除体内自由基的能力，有效防止了膜脂的过氧化作用，降低了细胞膜透性以及维持了细胞膜的完整性，提高了植株抗逆性和适应环境的能力[30]。本试验表明，叶面喷施PP333均显著提高了阿坝垂穗披碱草种子SOD和CAT等抗氧化酶的活性，提高了种子的适应能力。

可溶性糖是种子从萌发开始到进行光合作用前的底物，可反映种子老化过程中受到的损伤程度，也能反映呼吸底物丧失的程度[31]。张静[32]也提出可以通过测定可溶性糖含量来评价水稻品种的种子质量。研究发现，PP333总体上降低了阿坝垂穗披碱草种子可溶性糖含量；低浓度(<300 g·hm-2)的PP333促进了淀粉含量的增加，高浓度(>300 g·hm-2)的PP333降低了种子的淀粉含量；发芽率与淀粉含量的变化趋势一致。这说明PP333提高了阿坝垂穗披碱草种子抗损伤的能力，而淀粉是禾本科牧草主要的营养物质和储能物质，淀粉含量的增加，为种子萌发提供了物质与能量转化的基础。

4 结论

拔节期喷施150 g·hm-2多效唑降低了阿坝垂穗披碱草的株高、第二茎节节间长和倒伏率；显著提高了供试材料的穗节数、小穗数、种子数、千粒重和种子产量(P<0.05)，分别比对照提高17%，36%，45%，14%和28%，并且显著提高了种子的SOD活性、CAT活性、淀粉含量和种子发芽率(P<0.05)；由灰色系统中的关联度分析表明，在该处理下可以使种子产量与质量达到最高，其种子产量和发芽率较对照组分别高508.25 kg·hm-2和16.25%，其次是P2处理(拔节期喷施300 g·hm-2多效唑)，效果最差的是P6处理。