楊曉虹 安江紅 韓冰，3 周海濤 楊才

（1. 張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，張家口 075000；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，呼和浩特 010018；3. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，呼和浩特 010018）

燕麥?zhǔn)呛瘫究蒲帑湆伲ˋvena sativaL.）的一種重要的糧食兼飼草作物，是世界性栽培作物。燕麥喜冷涼，適合在日照時間長、無霜期較短、氣溫較低的地區(qū)種植。燕麥根系發(fā)達(dá)，抗旱耐寒，耐貧瘠，對土壤要求不嚴(yán)，即使在沙化地、輕度鹽堿地也能獲得一定產(chǎn)量。在我國，燕麥種植面積廣泛，華北北部地區(qū)是我國燕麥的主產(chǎn)區(qū)。

燕麥?zhǔn)情L日照植物，一般要求全生育期光照時間≥680 h，在北半球冬天種植不加光不能抽穗結(jié)實(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，在燕麥南繁加光試驗(yàn)中，加光處理比不加光的穗部發(fā)育進(jìn)程快，差異顯著［1］。中國科學(xué)院植物生理研究所形態(tài)建成組在研究不同光照條件對小麥生長錐分化的影響發(fā)現(xiàn)，春麥因受到短日照的影響而生長錐分化延遲［2］。錢兆國等［3］也得出同樣結(jié)論，在短日照條件下小麥的幼穗分化時間延長，并且光不敏感品種受影響程度明顯小于光敏感品種。馬建華等［4］發(fā)現(xiàn)相同溫度條件下長日照均能顯著加快參試品種的穗發(fā)育進(jìn)度，小麥開花期提前，表明在滿足春化作用的條件下，日照長度是影響春性小麥開花的主導(dǎo)因素。據(jù)楊才等［1］觀察，裸燕麥生育期間由于日照時數(shù)的減少，延長了出苗到抽穗的時間。短日照條件對裸燕麥生長發(fā)育的影響主要是增強(qiáng)了營養(yǎng)生長，抑制了生殖生長。當(dāng)每天日照時數(shù)達(dá)到11 h時，供試材料表現(xiàn)為不抽穗。由此可見，短日照會抑制北方燕麥生長發(fā)育，但對燕麥在穗發(fā)育形態(tài)上的影響沒有明確研究。

為揭示長、短日照條件下燕麥幼穗發(fā)育進(jìn)程和形態(tài)的差異，以及生育時期的變化，本試驗(yàn)選取不同熟期的光周期敏感品種，以正常光條件為對照，通過遮光模擬短日照研究日照長度對燕麥穗發(fā)育的差異；進(jìn)一步觀察南方短日照條件下光周期敏感和不敏感燕麥抽穗結(jié)實(shí)情況，旨在為研究燕麥光周期敏感性和北種南繁提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 選擇5個對光周期敏感品種，分別為壩莜1號、白燕2號、品五號、花早2號、紅旗2號；一個對光周期不敏感品系gl380。gl380是張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)四、六倍體遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)制的新品系；紅旗2號是皮燕麥，其他材料都是裸燕麥。1.1.2 試驗(yàn)地點(diǎn) 2016年7月-10月，試驗(yàn)在河北省張家口市農(nóng)科院喜順溝實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行?；匚挥诤颖笔埍笨h西北部，地處北緯40°57'-41°34'，東經(jīng)114°10'-115°27'之間，海拔1 400 m，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年降水量350 mm左右，年平均氣溫2.6℃，年平均日照時數(shù)2 897.8 h，全年活動積溫2 448℃，年平均7級以上大風(fēng)日數(shù)30 d左右。燕麥生育期間日光照時數(shù)平均達(dá)15 h。全年無霜期90-110 d，雨熱同季，晝夜溫差大，干旱、多風(fēng)、少雨、無霜期短是主要的氣候特征。

2016年11月，試驗(yàn)在海南省樂東黎族自治縣黃流鎮(zhèn)老羅村實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行?；匚挥诤Ｄ鲜∥髂喜?，地處北緯18°24'-18°58'，東經(jīng)108°39'-109°24'，年平均溫度24℃，年降水量1 600 mm，光照充足，熱量豐富，雨量充沛，輕風(fēng)無霜，屬熱帶季風(fēng)氣候，冬季日照時間為11 h，是海南省重要的南繁育種基地。

1.2 方法

1.2.1 遮光試驗(yàn)

1.2.1.1 試驗(yàn)處理 本試驗(yàn)將6種燕麥材料作兩個處理，一個為遮光處理，一個為正常光照狀態(tài)。每個處理每個材料種1行，行長1.5 m，行寬0.3 m，常規(guī)播種量（374.99 萬株/hm2），鋤開溝，手撒籽，播深2 cm（3次重復(fù)）。前茬蔬菜地，可灌溉。管理同大田，遇旱時澆水，保證植株的正常生長發(fā)育。遮光處理每日給自然光照11 h，其余時間采取扣棚遮光。正常光狀態(tài)為全天自然光照，約15 h。試驗(yàn)采用鋼架結(jié)構(gòu)，高密度雙層棉布料遮光棚遮光（里料為紅布，外料為黑布），經(jīng)照度計(jì)（SMART SENSOR的AR813A型）測得棚內(nèi)無光感應(yīng)。于2016年7月4日播種，7月12日出苗，7月18日開始遮光。

1.2.1.2 樣品采集 從遮光處理開始，每隔5 d采樣一次。采樣時，將地上部整株剪下，放入保鮮箱中帶回實(shí)驗(yàn)室，置于冰箱冷藏備用。

1.2.1.3 生長錐及幼穗的處理 將燕麥苗的穗部剝出，在解剖鏡下初步觀察遮光和正常光條件下燕麥穗分化時期，并在掃描電子顯微鏡下觀察拍照記錄不同處理下燕麥的穗部形態(tài)。

1.2.2 自然短日照田間種植 本試驗(yàn)于2016年11月12日，將6種材料在海南省樂東黎族自治縣黃流鎮(zhèn)老羅村進(jìn)行統(tǒng)一種植。11月16日出全苗，此時該地日照時間為11 h，為自然短日照。

1.2.3 掃描電鏡觀察 燕麥穗分化形態(tài)觀察使用日本日立公司S-530型掃描電子顯微鏡進(jìn)行。分別剝?nèi)「髌贩N燕麥生長錐，放入2.5 %的戊二醛固定液中固定24 h，4℃保存。正常光條件下的燕麥穗用乙醇逐級脫水后乙酸異戊脂替代，臨界點(diǎn)干燥，噴涂導(dǎo)電層；遮光條件下燕麥穗由于退化嚴(yán)重不進(jìn)行臨界點(diǎn)干燥，直接噴涂導(dǎo)電層，最后制備樣品臺，觀察。

2 結(jié)果

2.1 長短日照下穗發(fā)育進(jìn)程觀察及分析

經(jīng)過68 d短日照處理，10次采樣觀察，正常光條件下的6個材料都可以完成穗分化進(jìn)程，并抽穗灌漿至成熟；遮光條件下5個光敏感品種主莖均不能完成穗分化進(jìn)程，幼穗大都停留在二棱期，而光不敏感品系gl380可以完成抽穗灌漿結(jié)實(shí)。遮光條件下，多數(shù)幼穗在二棱期就開始出現(xiàn)嚴(yán)重退化，呈現(xiàn)干癟，粗糙的狀態(tài)。灌漿期時，遮光條件下的材料恢復(fù)正常光照一段時間后，主莖均沒有抽穗，而分蘗都可繼續(xù)穗分化，完成正常的抽穗開花結(jié)實(shí)。

由表1可以看出，同一品種在遮光處理下比正常光條件下進(jìn)入同一穗分化時期的時間滯后，例如，壩莜1號與品五號在遮光11 d時，遮光處理比正常光處理延遲3 d進(jìn)入單棱期。不同生育期的品種間，出現(xiàn)滯后的起點(diǎn)不同，如花早2號在遮光第2天時，最早出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，并且遮光處理比正常光延遲3 d進(jìn)入伸長期；紅旗2號在遮光處理?xiàng)l件下延遲17 d進(jìn)入二棱期。雖然各個材料出現(xiàn)滯后現(xiàn)象的時間點(diǎn)不盡相同，但隨著穗分化進(jìn)程的延續(xù)，滯后現(xiàn)象都更加明顯，滯后時間逐漸增加，最終穗分化停止。這表明短日照延緩了光敏感燕麥穗分化進(jìn)程，在生育期內(nèi)不能抽穗結(jié)實(shí)。

5種光周期敏感品種的熟性不同，花早2號和白燕2號是早熟品種，壩莜1號是中熟品種，品五號和紅旗2號是中晚熟品種。不同熟期的材料在短日照下進(jìn)入同一時期時都出現(xiàn)延遲，即使是早熟品種，也受到短日照的影響，穗分化進(jìn)程時間延長（表1）。這說明燕麥的熟性不影響光周期敏感性。

以光周期敏感品種壩莜1號為例，發(fā)現(xiàn)長、短日照下，燕麥穗在初生期的形態(tài)并無較大差異。遮光后第5天，長短日照下的壩莜1號都處于伸長期，穗發(fā)育狀態(tài)如圖1-A、a所示；遮光后第14天，長日照條件下的壩莜1號進(jìn)入二棱期，而短日照條件下到達(dá)二棱期的時間延遲了17 d，而且穗部呈失水狀態(tài)，表面粗糙，如圖1-B、b所示。

表1 長、短光照條件下燕麥穗分化及生育時期變化

利用掃描電子顯微鏡進(jìn)一步觀察燕麥穗部發(fā)育狀態(tài)。如圖2所示，以花早2號為例，在正常光照條件下，燕麥穗部發(fā)育飽滿；而在遮光條件下，燕麥穗部發(fā)育嚴(yán)重退化，呈干癟狀，而且包裹穗部周圍的葉片干枯發(fā)黃（圖3）。其中，圖2-F和圖3-F為燕麥穗發(fā)育到四分體時期的小穗分支，3-F為遮光條件下的小穗，穎片干枯，穗部嚴(yán)重退化，不能正常進(jìn)行發(fā)育形成種子，導(dǎo)致減產(chǎn)，甚至絕產(chǎn)。

圖1 長、短日照下，壩莜1號的伸長期和二棱期的穗發(fā)育狀態(tài)比較

圖2 正常光照下燕麥穗分化的形態(tài)變化

圖3 遮光條件下燕麥穗分化的形態(tài)變化

2.2 自然短日照田間生長情況觀察

2016年2月17日，gl380進(jìn)入乳熟期，其他供試品種都沒抽穗開花，但出現(xiàn)了大量分蘗。如圖4所示，右側(cè)為長生育期（生育期為110 d左右）的gl380，已抽穗灌漿，而左側(cè)為供試品種中生育期最短的（生育期為75-80 d）的花早2號，還沒有進(jìn)入抽穗開花期。觀察其穗分化情況發(fā)現(xiàn)，都處于單棱期或二棱期，在生育期內(nèi)不能完成穗分化進(jìn)程。由此可見，短日照會嚴(yán)重影響光周期敏感的燕麥品種的穗發(fā)育，而對光周期不敏感的品系沒有影響。

圖4 花早2號與gl380在海南基地生長情況的比較

3 討論

3.1 日照時間與穗發(fā)育

燕麥?zhǔn)情L日照植物，在張家口農(nóng)科院喜順溝實(shí)驗(yàn)基地可以獲得長達(dá)15 h的日照時長，而冬季在海南南繁育種基地日照時長為11 h。本試驗(yàn)在北方通過遮光將日照時長縮短至11 h，旨在模擬短日照對春夏播燕麥穗發(fā)育的影響。研究發(fā)現(xiàn)，光周期敏感品種通過遮光模擬短日照條件延遲了燕麥穗發(fā)育進(jìn)程，并且導(dǎo)致燕麥穗部形態(tài)發(fā)生嚴(yán)重退化，而光周期不敏感品種可以正常生長發(fā)育。為了驗(yàn)證此結(jié)果，本研究選擇在海南樂東縣冬季短日照條件下種植，結(jié)果發(fā)現(xiàn)光照不敏感品系仍可以正常生長發(fā)育，而最為早熟的品種在達(dá)到生育期時并沒有抽穗。兩次試驗(yàn)結(jié)果一致。趙久然等［5］發(fā)現(xiàn)遮光限制玉米營養(yǎng)器官和生殖器官的發(fā)育，影響玉米籽粒生產(chǎn)能力，甚至導(dǎo)致敗育；蔡昆爭等［6］發(fā)現(xiàn)不同生育期遮光影響水稻幼穗發(fā)育和抽穗結(jié)實(shí)；張吉旺等［7］在研究遮蔭對夏玉米生長發(fā)育時發(fā)現(xiàn)，遮蔭延遲玉米的生育進(jìn)程，并且穗期遮蔭明顯影響了玉米穗分化。本研究與上述結(jié)果一致，且更直觀的揭示了短日照對燕麥穗發(fā)育形態(tài)的影響，為研究燕麥光周期敏感性提供了依據(jù)，進(jìn)而為北種南繁和燕麥育種提供參考。

3.2 品種熟性與光周期敏感性

趙寶平等［8］提出燕麥早熟性與光周期不敏感性具有一定相關(guān)性。但本研究發(fā)現(xiàn)，在遮光開始后，早熟品種花早2號首先出現(xiàn)幼穗發(fā)育滯后現(xiàn)象，即遮光處理比正常光處理進(jìn)入同一穗分化時期發(fā)生延遲。中熟品種壩莜1號和中晚熟品種紅旗2號分別在遮光進(jìn)行第11天和14天時開始出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，但開始出現(xiàn)滯后的時期因品種而異。由本試驗(yàn)可見燕麥品種生育期與光周期敏感性不存在相關(guān)性。在另外一種重要作物玉米的研究上發(fā)現(xiàn)，玉米種質(zhì)跨緯度成功互換受到種植與開花間隔差異的限制?？刂崎_花間隔的遺傳和表達(dá)的機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，播種與開花的間隔時間決定于兩個因素，即基礎(chǔ)熟性與光周期敏感性［9］。Francis等［10］利用40個玉米自交系和兩個玉米雜交系找到了光周期敏感型、光周期不敏感型以及中間型3種日長反應(yīng)類型，并且極端不敏感到極端敏感的類型在每個熟性級別的玉米當(dāng)中都可以找到，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)熟性與光周期敏感性在遺傳上是獨(dú)立的，Russell等［11］通過研究玉米光敏性的遺傳性也得到相似的結(jié)果。

3.3 皮、裸燕麥穗發(fā)育形態(tài)的差異

經(jīng)過觀察，裸燕麥不同品種之間及皮裸燕麥之間在正常穗分化情況下，掃描電鏡形態(tài)無明顯差異。

4 結(jié)論

裸燕麥不同品種之間及皮裸燕麥之間在正常穗分化情況下，掃描電鏡形態(tài)無明顯差異。對光周期敏感的燕麥品種在每日11 h的短日照條件下，不能完成穗發(fā)育分化進(jìn)程，只進(jìn)行營養(yǎng)生長，即使是短生育期的燕麥也不能完成抽穗開花結(jié)實(shí)，導(dǎo)致絕產(chǎn)。燕麥品種生育期與光周期敏感性不存在相關(guān)性。

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