李月明，郝 楠，孫麗惠，孫 楠，孫九超，王 成

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學院玉米研究所，沈陽 110161； 2.玉米生物育種國家重點實驗室，遼寧 沈陽 110161)

玉米是我國第一大糧食作物，隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量的要求越來越高。種子的質(zhì)量在很大程度上決定了玉米植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量，而種子活力是植物的重要農(nóng)藝性狀，是檢驗種子質(zhì)量高低的一項最可靠指標。隨著農(nóng)業(yè)機械化程度的不斷提高，玉米單粒播種面積迅速擴大，對種子活力和發(fā)芽率要求越來越高。因此，對玉米種子活力影響因素和調(diào)控機理進行深入研究具有較高的學術(shù)和應(yīng)用價值。

種子活力受自身遺傳因素、發(fā)育成熟度和外界環(huán)境等因素共同影響[1]。植物自胚珠完成受精后，種子便開始進行發(fā)育，隨著各種生理生化過程的進行，種子逐漸發(fā)育成熟。玉米種子發(fā)育達到完熟期即籽粒干硬、籽?；砍霈F(xiàn)黑色層、乳線消失、呈現(xiàn)出品種固有的顏色和光澤就可以進行收獲。目前關(guān)于收獲期和收獲方式對玉米種子活力影響的研究較多，顧日良等[2]以玉米京科968為研究材料，研究了授粉后35～62 d不同成熟度種子的5個物理特性和8個生理生化特性，進而確定該品種在甘肅地區(qū)的最佳收獲時期；黃兆福等[3]通過建立不同品種在遼河流域適宜機械粒收時期的預(yù)測方法模型，模擬春玉米籽粒含水率變化過程，明確了不同品種適宜機械粒收時期的分布規(guī)律；陳廣周等[4]以10份玉米自交系為試驗材料，分析不同性狀與籽粒脫水間的相互關(guān)系，為宜機收品種選育快速脫水材料奠定基礎(chǔ)。但是目前研究大多集中在對玉米乳熟期至完熟期種子物理特性和生理生化特性與種子活力的關(guān)系研究上，而關(guān)于玉米完熟期收獲和后期延時收獲對種子活力等性狀的影響研究較少。因此，本研究以遼寧地區(qū)廣栽玉米雜交種遼單588為材料，研究適時收獲和后期站桿晾曬后延時收獲2種方式對種子活力、萌發(fā)速率、種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)、苗期生物量和耐冷性等性狀的影響，分析收獲方式與種子物理特性和生理特性之間的關(guān)系，探討收獲方式對種子活力等性狀調(diào)控的相關(guān)機制，為選用合適的收獲方式在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年在遼寧省撫順市進行，地點為遼寧省農(nóng)業(yè)科學院李石開發(fā)區(qū)試驗田。試驗以玉米雜交種遼單588為材料，以制種的方式種植其父母本，開花期選取長勢一致的玉米植株掛牌，在授粉后35 d(適時收獲)采集果穗50個(以遼單588-B表示，下同)，剩余果穗扒皮站桿晾曬，在授粉后65 d(延時收獲)采集果穗50個(以遼單588-A表示，下同)。將收集的果穗自然晾曬至籽粒水分為14%時人工脫粒，用于后續(xù)試驗分析。遼單588-B和遼單588-A分別作為2個試驗處理。

1.2 試驗方法

種子發(fā)芽測定：每個處理挑選健康飽滿的100粒種子，按照GB/T 3543.4-1995標準發(fā)芽試驗規(guī)程，采用沙盤培養(yǎng)法在25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽試驗，待發(fā)芽結(jié)束記錄發(fā)芽種子個數(shù)。4次重復。

發(fā)芽勢(%)=(第4天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率(%)=(第7天正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑第n天正常發(fā)芽種子數(shù)/相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

種子萌發(fā)測定：在種子吸脹20 h后，每隔4 h記錄種子萌發(fā)數(shù)。種子露白即被認定為種子萌發(fā)。累計萌發(fā)率(%)=(測定時間點萌發(fā)的種子粒數(shù)/供試的種子粒數(shù))×100%。3次重復。

種子萌發(fā)速率用所有種子萌發(fā)一半所用的時間(T50)來估計，其計算公式為：T50=ti+(tj-ti)×(N/2-ni)/(nj-ni)；N代表的是所有測定萌發(fā)的種子數(shù)目；ni和nj是所記錄種子萌發(fā)數(shù)目中的2個最接近N/2的值，其中ni

苗期生物量測定：玉米種子于25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱沙盤培養(yǎng)7 d后，分別測定苗長、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重和根干重等性狀指標，每個處理測定20株。

苗期低溫試驗：每個處理挑選健康飽滿的50粒種子，采用沙盤培養(yǎng)法，在25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽試驗。發(fā)芽7 d后，將幼苗分別置于0 ℃低溫培養(yǎng)箱中低溫脅迫1.5 h、3.5 h和5.5 h，然后轉(zhuǎn)入25 ℃培養(yǎng)箱中(每天光照12 h)恢復培養(yǎng)3 d，統(tǒng)計幼苗(恢復正常生長)存活率。4次重復。

玉米種子淀粉粒觀察：用手術(shù)刀片將玉米干種子橫向剖開，置于掃描電鏡Regulus 8100中進行種子切面淀粉粒觀察。

苗期葉片氣孔結(jié)構(gòu)觀察：將苗期低溫試驗處理過的幼苗葉片用鋒利的手術(shù)刀片切成大小2 mm×2 mm的正方形，將葉片置于50%的戊二醛溶液中，通過針管排氣處理使葉片懸浮于溶液中，固定3 d。然后將經(jīng)過干燥器脫水處理后的葉片置于掃描電鏡Regulus 8100中進行氣孔結(jié)構(gòu)觀察。3次重復。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同收獲方式對玉米種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響

對不同收獲方式獲得的種子進行發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的測定，結(jié)果顯示，遼單588-B的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為：(96.17±0.87)%、(92.33±0.67)%和(89.51±2.45)，遼單588-A的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)分別為：(94.83±1.01)%、(86.17±2.27)%和(84.73±3.30)，其中遼單588-A的發(fā)芽勢顯著低于遼單588-B，其他指標差異不顯著(圖1)。發(fā)芽勢反映了出苗的整齊程度，發(fā)芽勢高，出苗整齊，幼苗生長一致；而發(fā)芽指數(shù)可以用來衡量玉米的發(fā)芽能力及活力。以上結(jié)果說明不同收獲方式對正常生長條件下玉米種子活力影響較小，但是站桿晾曬后收獲可能影響玉米種子發(fā)芽的整齊程度。

注：“*”、“**”分別代表在0.05、0.01水平差異顯著。下同。

2.2 不同收獲方式對玉米種子萌發(fā)速率的影響

對種子萌發(fā)速率進行測定，結(jié)果顯示，遼單588-B的T50為(29.74±2.26)%，遼單588-A的T50為(28.91±3.15)%，但兩者之間差異不顯著。種子經(jīng)過ABA處理后T50顯著變大，萌發(fā)速率下降，遼單588-B和遼單588-A的T50分別為(35.31±1.67)%和(34.52±1.62)%，兩者之間差異不顯著(圖2 A)。對不同時間點種子萌發(fā)率進行測定結(jié)果顯示，遼單588-B相比遼單588-A種子萌動較早，在種子吸脹24 h時萌發(fā)率達到(17.33±2.96)%，而遼單588-B僅為(13.00±2.08)%(圖2 B)。

圖2 不同收獲方式對玉米種子萌發(fā)速率(A)和不同時間點萌發(fā)率(B)的影響

2.3 不同收獲方式對玉米種子內(nèi)部淀粉結(jié)構(gòu)的影響

玉米種子的胚乳大部分由淀粉粒組成，根據(jù)其形態(tài)的不同，可分為橢圓形、多角形和不規(guī)則多邊形等，根據(jù)其大小可分為大粒(直徑>18μm)、中粒(直徑3～18μm)和小粒(直徑<3μm)[5-7]。通過電鏡掃描技術(shù)分別對玉米成熟干種子內(nèi)部淀粉結(jié)構(gòu)進行顯微觀察，遼單588-A和遼單588-B種子內(nèi)部淀粉粒均呈規(guī)則橢圓形，大小較均一，且排列較緊密，但遼單588-B淀粉粒顯著變大。對淀粉粒直徑進行測量，遼單588-B和遼單588-A淀粉粒直徑大小分別為(12.72±0.66)μm和(7.20±0.20)μm，且差異極顯著。

2.4 不同收獲方式對玉米苗期生物量的影響

對玉米種子培養(yǎng)7 d后進行表型觀察和生物量測定，結(jié)果顯示，遼單588-B幼苗更加健壯、葉片綠色有光澤(圖4 A)，其苗長、根長、苗鮮重、根鮮重、苗干重和根干重分別為：(18.62±0.35)cm、(20.35±0.51)cm、(0.66±0.02)g、(0.25±0.04)g、(0.05±0.003)g和(0.04±0.002)g，分別比遼單588-A高15.22%、31.18%、36.52%、113.50%、42.07%和47.48%，且均達到顯著水平(圖4 B-G)。說明不同收獲方式對玉米苗期生物量影響較大，適時收獲顯著好于站桿晾曬后收獲。

圖3 不同收獲方式對玉米種子淀粉結(jié)構(gòu)(A)和淀粉粒大小(B)的影響

圖4 不同收獲方式對玉米苗期表型(A)和生物量(B～G)的影響

2.5 不同收獲方式對玉米苗期耐寒性的影響

苗期耐寒性是評價種子活力的重要指標，因此分別對苗期低溫脅迫1.5 h、3.5 h和5.5 h的玉米幼苗進行表型觀察和存活率統(tǒng)計。結(jié)果顯示，低溫脅迫1.5 h恢復后，大部分植株基本未受到影響，表現(xiàn)健壯，葉片生長正常且綠色有光澤，遼單588-B和遼單588-A存活率均較高且無顯著差異(圖5 B)；低溫脅迫5.5 h恢復后，大部分植株葉片受冷害嚴重，中下部葉片下垂皺縮，莖稈軟化，植株倒伏甚至死亡，但在存活率上遼單588-B和遼單588-A無顯著差異(圖5 D)；低溫脅迫3.5 h后，遼單588-A明顯開始出現(xiàn)葉片萎蔫和倒伏現(xiàn)象，恢復培養(yǎng)后遼單588-A植株死亡現(xiàn)象較嚴重，而遼單588-B植株表型相對較好，部分植株稍有萎蔫、葉片受害(圖5 A)，遼單588-B和遼單588-A的幼苗存活率分別為(97.91±0.61)%和(84.55±4.72)%，且兩者之間差異達到顯著水平(圖5 C)。

圖5 不同收獲方式對玉米苗期低溫脅迫前后表型(A)、幼苗存活率(B～D)和氣孔結(jié)構(gòu)(E)的影響

已有研究報道，外界溫度變化能夠調(diào)節(jié)葉片氣孔結(jié)構(gòu)，低溫脅迫會造成氣孔開閉異常[8]。因此，對低溫脅迫3.5 h后玉米葉片進行電鏡掃描觀察，結(jié)果顯示玉米葉片均發(fā)生不同程度的皺縮，且遼單588-A皺縮較嚴重。遼單588-B和遼單588-A葉片上的氣孔均發(fā)生不同程度的中部關(guān)閉，氣孔面積明顯減小，但兩者之間無顯著差異(圖5 E)。

3 結(jié)論與討論

綜合發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)3項測量指標結(jié)果表明，不同收獲方式對發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)影響較小，但適時收獲種子的發(fā)芽勢顯著高于站桿晾曬，在發(fā)芽率差異不顯著時，發(fā)芽勢高的種子生命力強，種子活力高，出苗整齊而且粗壯。在苗期耐寒性試驗中也充分證明了這一點，苗期低溫脅迫3.5 h后，站桿晾曬種子苗期葉片萎蔫和倒伏現(xiàn)象均較適時收獲嚴重，且恢復培養(yǎng)后幼苗存活率差異顯著。說明低溫脅迫3.5 h可有效篩選玉米苗期的抗寒性，篩選出來的種子活力高，抗寒性強，能夠抵御不良環(huán)境的影響。由于東北地區(qū)春季常出現(xiàn)倒春寒，播種高活力的種子，能有效減少損失，增加社會效益。

玉米淀粉粒直徑一般為7～20μm，形狀不規(guī)則[9]。淀粉粒大小、存在形式和分布受品種、栽培措施和環(huán)境的共同作用[10]。本試驗中，遼單588種子內(nèi)部淀粉粒呈橢圓形，但適時收獲種子和站桿晾曬延時收獲種子相比淀粉粒較大，說明適時收獲種子內(nèi)含物含量較豐富。在苗期生物量試驗中不同收獲方式的種子差異顯著，說明播種后因種子內(nèi)含物含量不同而對種子的發(fā)芽有一定影響。適時收獲種子內(nèi)含物含量較多，即種子內(nèi)貯藏的營養(yǎng)物質(zhì)多，能為幼苗提供足夠的營養(yǎng)，玉米苗期生長旺盛，反之站桿晾曬種子內(nèi)含物含量少，則不利于苗期生長。

種子完熟后如不及時采收和保管，田間低溫、高濕及降雨都會導致種子在植株上變質(zhì)，同時種子自身的呼吸消耗以及酶和激素水平的下降導致種子活力降低，從而影響種子質(zhì)量。這與吳地等[11]、任利沙等[12]研究結(jié)果較為一致，玉米種子的活力在生理成熟時較高，在確保種子活力的前提下應(yīng)適時采收，以減少惡劣天氣狀況對種子活力造成的影響。