种子活力对小麦收获时期及穗部位的响应

张路路,李 鹏,张金汕,贾永红,罗四维,李丹丹,王 凯,石书兵

(1.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052;2. 新疆农业科学院奇台麦类试验站,新疆奇台 831800)

0 引 言

【研究意义】种子质量是实现小麦高产的重要物质基础[1]。种子活力是衡量种子质量的重要指标,但单一的指标并不能全面的决定种子活力,多方位物理性状、农艺性状的测定,对种子活力的描述意义重大[2]。【前人研究进展】朱建峰等[3]认为,种子大小对发芽势、发芽率、苗重和根重4个指标影响显著,大粒种子活力优于小粒种子。时伟芳等[4]则认为,小粒种子较大粒种子有更强的耐逆境能力,如千粒重、宽度、长度、投影面积可作为逆境萌发条件下高活力种子样品筛选的候选指标。 目前关于种子活力与成熟度关系的研究较多[5-7],大多从成熟度方面评价种子质量优劣,认为种子收获过早,干物质积累少;收获过迟,种子易霉变或发生穗发芽现象,因此过早和过晚收获均不利于形成高活力种子[8]。玉宁等[9]发现,小麦种子活力是一个明显上升的趋势而后上升缓慢的过程,且发芽率只能在一定程度上反应种子活力。孙春青等[10]认为,种子重量会随着种子的成熟而不断增加,在种子鲜重最大时,种子活力最高,生理成熟可以作为适宜收获期的标准。张艳芳等[1]发现,随着小麦种子收获期推迟,发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数呈不断增加的态势,但达到一定水平后便趋于稳定,此时种子的干物质已停止积累,种子活力也达到了较高值,已达到采收时期。【本研究切入点】关于在适宜的收获期下,不同穗部位与种子活力关系研究报道较少。需研究种子活力对小麦收获时期及穗部位的响应。【拟解决的问题】小麦花后不同时间段收获的穗部位种子,分析不同成熟度下种子物理性状、活力指标、幼苗及根系性状等指标及其与种子活力的关系,找到适宜的收获期,研究不同穗部位对种子活力的影响,分析小麦种子活力与穗部位及成熟度的相关性,为春小麦高活力种子生产水平提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

大田试验于2021年在新疆农业科学院奇台麦类试验站(89°46′E,43°34′N,1 970.6 m)进行。供试小麦品种为当地主栽小麦品种新春37号。前茬作物为小麦。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

随机区组设计,收获时间设开花后15(A15)、20(A20)、25(A25)、30(A30)、35(A35)、40(A40)、45 d(A45)天7个处理,采收穗部位按小穗位自下而上依次均匀划分为基部(L)、中部(M1、M2)、上部(U1、U2和U3)6个水平,3次重复,行距为0.2 m,小区为3 m×5 m=15 m2,种植密度为600×104株/hm2。播种方式为条播,其他管理措施同中产田一致。采收后在室内进行种子萌发试验。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 种子形态性状

种子长度、宽度和面积:每处理取10粒种子,腹沟一面贴玻璃板,均匀排布,用扫描仪(MICROTEK Filescan 320)扫描出籽粒图形,用万深LA-S系统测定种子长度、宽度和面积。

千粒重:用FA100型电子天平称重。

种子比重:每处理取5 g净种子样品,将5 mL的蒸馏水放入10 mL的量筒中,再将种子放入容量瓶内,观察液体平面升高的刻度,即为该种子样品的体积。

种子比重=种子重量(g)/种子体积(mL)。

1.2.2.2 活力指标和幼苗性状

种子用1%的次氯酸钠消毒后,分别放入消毒过的发芽盒中。每个发芽盒上铺2层含饱和水分的发芽纸,各均匀放入25粒春小麦种子,腹沟向下,种胚朝上。在25℃下模拟昼夜交替开展发芽实验。第4 d统计发芽数并计算发芽势,并测量幼苗高度、鲜重、干重、根长、根表面积、根体积和根系直径、每个重复测5株并求平均值,第8 d统计发芽率。

参照周爱清等[11]计算简化活力指数方法:简化活力指数Ⅰ=发芽率×苗高;简化活力指数Ⅱ=发芽率×苗鲜重;简化活力指数Ⅲ=发芽率×苗干重。3种简化种子活力指数以下分别简称种子活力指数Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2010进行整理,用IBM SPSS Statistics 23进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同收获时期对小麦种子物理指标的影响

研究表明,随着花后天数的推延,种子的长度、宽度、面积、千粒重和比重均呈上升趋势,差异显著,且增长量逐渐减小,最大增长量出现的时间相同。长度在A30水平最大,且与A35、A40和A45水平无显著差异,但分别比A15、A20和A25显著提高了12%、4.32%和2.19%;宽度在A45水平最大,且与A40水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A35显著提高了58.02%、38.43%、22.71%、8.06%和6.01%;面积在A45水平最大,且与A40水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A35显著提高了78.01%、47.09%、27.82%、10.86%和7.02%;千粒重在A35水平最大,且与A30、A40和A45水平无显著差异,但分别比A15、A20和A25显著提高了205.68%、67.96%和24.55%;比重在A45水平最大,且与A35、A40和A45水平无显著差异,但分别比A15、A20和A25显著提高了32.69%、8.66%和6.15%。表1

表1 不同收获时期下小麦种子物理指标变化

2.2 不同收获时期对小麦种子活力指标和幼苗性状的影响

研究表明,随着花后天数的推延,种子的发芽势和发芽率均呈显著上升趋势,种子活力指数Ⅰ、种子活力指数Ⅱ和种子活力指数Ⅲ均呈显著先升后降趋势,且增长量逐渐减小,最大增长量出现的时间相同。发芽势在A40水平最大,且与A35和A45水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30显著提高46.77%、28.17%、21.33%和5.81%。发芽率在A40水平最大,且与A35和A45水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30显著提高34.78%、24.00%、24.00%和8.14%。种子活力指数Ⅰ在A35水平最大,且与A40水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高187.76%、91.36%、57.86%、20.66%和20.36%。种子活力指数Ⅱ在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高440.41%、149.72%、77.37%、28.10%和22.59%。种子活力指数Ⅲ在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高437.91%、1154.75%、81.64%、28.39%和27.13%。表2

表2 不同收获时期下小麦种子活力指标变化

研究表明,随着花后天数的推延,种子的根长、根表面积、根体积、苗鲜重、苗干重和苗高均呈显著先升后降趋势,且增长量逐渐减小,最大增长量出现的时间相同;根平均直径呈显著上升趋势。根长在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高293.01%、86.91%、58.30%、27.62%和22.56%。根表面积在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高326.39%、90.69%、49.25%、31.91%和21.50%。根体积在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高250.00%、86.67%、33.33%、33.33%和16.67%。根平均直径在A45水平最大,且与A25、A30、A35和A40水平无显著差异,但分别比A15和A20显著提高30.23%和16.67%。苗鲜重在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高312.30%、104.03%、37.03%、18.37%和15.64%。苗干重在A40水平最大,且与A35水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高309.43%、111.31%、39.45%、19.58%和19.89%。苗高在A35水平最大,且与A40水平无显著差异,但分别比A15、A20、A25、A30和A45显著提高140.98%、55.21%、26.45%、12.47%和14.94%。表3

表3 不同收获时期下小麦种子幼苗性状变化

2.3 花后35～40 d不同穗部位对小麦种子活力指数的影响

研究表明,在花后35～40 d,随着穗位的上升,种子活力指数Ⅰ和种子活力指数Ⅱ差异不显著,种子活力指数Ⅲ呈显著下降趋势。简化活力指数Ⅲ在M1处最大,与M2、L和U1差异不显著,但分别比U2和U3显著提高16.82%和16.14%。种子活力指数整体上表现为穗中部(M1、M2)>穗基部(L)>穗上部(U1、U2和U3)。图1

图1 花后35～40 d不同穗部位下小麦种子活力指数Ⅲ变化

2.4 春小麦种子物理指标和活力指数的关系

研究表明,不同部位种子的各形态性状及幼苗性状对种子活力指数的影响不同。长度、宽度、根长、体积和平均直径与穗基部种子活力密切相关;面积、千粒重、比重、根长、根体积和根平均直径与穗中部种子活力指数密切相关;长度、面积、千粒重、比重、根长、根表面积、根体积和根平均直径与穗上部种子活力指数密切相关。基部L种子活力指数Ⅰ、种子活力指数Ⅱ、种子活力指数Ⅲ均与根平均直径密切相关;穗中部(M1和M2)种子活力指数Ⅰ、种子活力指数Ⅱ、种子活力指数Ⅲ均与千粒重密切相关;穗上部(U1、U2和U3)部L种子活力指数Ⅰ、种子活力指数Ⅱ、种子活力指数Ⅲ均与比重密切相关。此3个指标可作为筛选高活力种子的主要指标。表4

表4 小麦花后35～40 d不同部位种子活力与种子物理及幼苗性状的回归分析

3 讨 论

3.1不同的收获时间种子活力不同,种子活力是随着种子的发育而逐渐形成和增强的,种子收获时间越早,成熟度就越低,反之,成熟度越高,但并非种子活力越高。在农业生产中,已经证明适宜的种子收获期是种子生产和保证其质量的关键[12,13]。林振华[14]研究认为,小麦成熟度不同,种子活力不同。 张自阳等[15]研究认为,随着籽粒成熟度的提高,种子活力势逐渐提高。华国栋等[16]研究认为,提前采收有助于减少收获阶段阴雨天气及高温对种子活力造成的影响。周建明等[17]表明,种子活力于蜡熟期就达到最高,随后又因生育期的延长而逐渐降低。张自阳等[18]研究表明,小麦种子在花后30 d活力指数达到最大值。张艳芳等[1]研究表明,花后34～38 d是高活力种子适宜的收获时期。刘旭欢等[19]研究结果表明,春小麦种子成熟度越好,相关活力指标越高。

3.2禾谷类作物小穗发育存在时空顺序[20]。巴青松等[21]研究认为,小麦穗轴上不同部位小穗发育存在不均衡性, 穗轴中部小穗小花糖源供给有保证,发育较快,上部和基部小穗常因营养物质摄取不足,发育相对较慢。这种不均衡性在小麦穗部性状发育上表现出“近中优势”特征[22]。余叔文[23]研究认为,籽粒在穗部的位置决定了小麦穗部籽粒结实与物质积累的空间分布特征。潘洁等[24]研究认为,小麦中部穗位的籽粒比靠近基部和顶部穗位的籽粒发育好、产量高、品质优。刘旭欢和冯魁等[19,25]研究认为,不同穗部间,活力指数均存在明显差异,且表现为穗中部>穗基部>穗上部。同时冯魁等[25]进一步研究认为,不同穗部位种子的各形态性状及幼苗性状对种子活力指数的影响不同。刘琨等[26]将小麦小穗位划分为下、中、上3个穗位,并进行卡方测验,检验划分是否平衡。侯远玉等[27]将小麦按小穗由基部向上的小穗顺序,等分为5段。

4 结 论

4.13种方法的结果呈现出的规律一致,成熟度对种子活力差异呈先升后降趋势,在花后35～40 d处达到最大。

4.2选取适宜收获期35～40 d的种子进行穗部位活力比较,种子活力指数Ⅰ和种子活力指数Ⅱ差异不显著,种子活力指数Ⅲ呈显著下降趋势,基部种子活力与根平均直径、穗中部种子活力与千粒重、穗上部种子活力与比重相关性均较高,3个穗部位的种子活力是选择种子综合活力的重要指标。