玉米不同收获方式对种子活力等性状的影响

李月明，郝 楠，孙丽惠，孙 楠，孙九超，王 成

(1.辽宁省农业科学院玉米研究所，沈阳 110161； 2.玉米生物育种国家重点实验室，辽宁 沈阳 110161)

玉米是我国第一大粮食作物，随着社会的发展和人民生活水平的提高，对玉米的产量和质量的要求越来越高。种子的质量在很大程度上决定了玉米植株的生长发育和产量，而种子活力是植物的重要农艺性状，是检验种子质量高低的一项最可靠指标。随着农业机械化程度的不断提高，玉米单粒播种面积迅速扩大，对种子活力和发芽率要求越来越高。因此，对玉米种子活力影响因素和调控机理进行深入研究具有较高的学术和应用价值。

种子活力受自身遗传因素、发育成熟度和外界环境等因素共同影响[1]。植物自胚珠完成受精后，种子便开始进行发育，随着各种生理生化过程的进行，种子逐渐发育成熟。玉米种子发育达到完熟期即籽粒干硬、籽粒基部出现黑色层、乳线消失、呈现出品种固有的颜色和光泽就可以进行收获。目前关于收获期和收获方式对玉米种子活力影响的研究较多，顾日良等[2]以玉米京科968为研究材料，研究了授粉后35～62 d不同成熟度种子的5个物理特性和8个生理生化特性，进而确定该品种在甘肃地区的最佳收获时期；黄兆福等[3]通过建立不同品种在辽河流域适宜机械粒收时期的预测方法模型，模拟春玉米籽粒含水率变化过程，明确了不同品种适宜机械粒收时期的分布规律；陈广周等[4]以10份玉米自交系为试验材料，分析不同性状与籽粒脱水间的相互关系，为宜机收品种选育快速脱水材料奠定基础。但是目前研究大多集中在对玉米乳熟期至完熟期种子物理特性和生理生化特性与种子活力的关系研究上，而关于玉米完熟期收获和后期延时收获对种子活力等性状的影响研究较少。因此，本研究以辽宁地区广栽玉米杂交种辽单588为材料，研究适时收获和后期站杆晾晒后延时收获2种方式对种子活力、萌发速率、种子内部结构、苗期生物量和耐冷性等性状的影响，分析收获方式与种子物理特性和生理特性之间的关系，探讨收获方式对种子活力等性状调控的相关机制，为选用合适的收获方式在玉米生产上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年在辽宁省抚顺市进行，地点为辽宁省农业科学院李石开发区试验田。试验以玉米杂交种辽单588为材料，以制种的方式种植其父母本，开花期选取长势一致的玉米植株挂牌，在授粉后35 d(适时收获)采集果穗50个(以辽单588-B表示，下同)，剩余果穗扒皮站杆晾晒，在授粉后65 d(延时收获)采集果穗50个(以辽单588-A表示，下同)。将收集的果穗自然晾晒至籽粒水分为14%时人工脱粒，用于后续试验分析。辽单588-B和辽单588-A分别作为2个试验处理。

1.2 试验方法

种子发芽测定：每个处理挑选健康饱满的100粒种子，按照GB/T 3543.4-1995标准发芽试验规程，采用沙盘培养法在25 ℃的恒温培养箱中进行发芽试验，待发芽结束记录发芽种子个数。4次重复。

发芽势(%)=(第4天正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽率(%)=(第7天正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑第n天正常发芽种子数/相应发芽天数。

种子萌发测定：在种子吸胀20 h后，每隔4 h记录种子萌发数。种子露白即被认定为种子萌发。累计萌发率(%)=(测定时间点萌发的种子粒数/供试的种子粒数)×100%。3次重复。

种子萌发速率用所有种子萌发一半所用的时间(T50)来估计，其计算公式为：T50=ti+(tj-ti)×(N/2-ni)/(nj-ni)；N代表的是所有测定萌发的种子数目；ni和nj是所记录种子萌发数目中的2个最接近N/2的值，其中ni

苗期生物量测定：玉米种子于25 ℃的恒温培养箱沙盘培养7 d后，分别测定苗长、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重和根干重等性状指标，每个处理测定20株。

苗期低温试验：每个处理挑选健康饱满的50粒种子，采用沙盘培养法，在25 ℃的恒温培养箱中进行发芽试验。发芽7 d后，将幼苗分别置于0 ℃低温培养箱中低温胁迫1.5 h、3.5 h和5.5 h，然后转入25 ℃培养箱中(每天光照12 h)恢复培养3 d，统计幼苗(恢复正常生长)存活率。4次重复。

玉米种子淀粉粒观察：用手术刀片将玉米干种子横向剖开，置于扫描电镜Regulus 8100中进行种子切面淀粉粒观察。

苗期叶片气孔结构观察：将苗期低温试验处理过的幼苗叶片用锋利的手术刀片切成大小2 mm×2 mm的正方形，将叶片置于50%的戊二醛溶液中，通过针管排气处理使叶片悬浮于溶液中，固定3 d。然后将经过干燥器脱水处理后的叶片置于扫描电镜Regulus 8100中进行气孔结构观察。3次重复。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2010软件进行数据统计和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同收获方式对玉米种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响

对不同收获方式获得的种子进行发芽率、发芽势和发芽指数的测定，结果显示，辽单588-B的发芽率、发芽势和发芽指数分别为：(96.17±0.87)%、(92.33±0.67)%和(89.51±2.45)，辽单588-A的发芽率、发芽势和发芽指数分别为：(94.83±1.01)%、(86.17±2.27)%和(84.73±3.30)，其中辽单588-A的发芽势显著低于辽单588-B，其他指标差异不显著(图1)。发芽势反映了出苗的整齐程度，发芽势高，出苗整齐，幼苗生长一致；而发芽指数可以用来衡量玉米的发芽能力及活力。以上结果说明不同收获方式对正常生长条件下玉米种子活力影响较小，但是站杆晾晒后收获可能影响玉米种子发芽的整齐程度。

注：“*”、“**”分别代表在0.05、0.01水平差异显著。下同。

2.2 不同收获方式对玉米种子萌发速率的影响

对种子萌发速率进行测定，结果显示，辽单588-B的T50为(29.74±2.26)%，辽单588-A的T50为(28.91±3.15)%，但两者之间差异不显著。种子经过ABA处理后T50显著变大，萌发速率下降，辽单588-B和辽单588-A的T50分别为(35.31±1.67)%和(34.52±1.62)%，两者之间差异不显著(图2 A)。对不同时间点种子萌发率进行测定结果显示，辽单588-B相比辽单588-A种子萌动较早，在种子吸胀24 h时萌发率达到(17.33±2.96)%，而辽单588-B仅为(13.00±2.08)%(图2 B)。

图2 不同收获方式对玉米种子萌发速率(A)和不同时间点萌发率(B)的影响

2.3 不同收获方式对玉米种子内部淀粉结构的影响

玉米种子的胚乳大部分由淀粉粒组成，根据其形态的不同，可分为椭圆形、多角形和不规则多边形等，根据其大小可分为大粒(直径>18μm)、中粒(直径3～18μm)和小粒(直径<3μm)[5-7]。通过电镜扫描技术分别对玉米成熟干种子内部淀粉结构进行显微观察，辽单588-A和辽单588-B种子内部淀粉粒均呈规则椭圆形，大小较均一，且排列较紧密，但辽单588-B淀粉粒显著变大。对淀粉粒直径进行测量，辽单588-B和辽单588-A淀粉粒直径大小分别为(12.72±0.66)μm和(7.20±0.20)μm，且差异极显著。

2.4 不同收获方式对玉米苗期生物量的影响

对玉米种子培养7 d后进行表型观察和生物量测定，结果显示，辽单588-B幼苗更加健壮、叶片绿色有光泽(图4 A)，其苗长、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重和根干重分别为：(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，分别比辽单588-A高15.22%、31.18%、36.52%、113.50%、42.07%和47.48%，且均达到显著水平(图4 B-G)。说明不同收获方式对玉米苗期生物量影响较大，适时收获显著好于站杆晾晒后收获。

图3 不同收获方式对玉米种子淀粉结构(A)和淀粉粒大小(B)的影响

图4 不同收获方式对玉米苗期表型(A)和生物量(B～G)的影响

2.5 不同收获方式对玉米苗期耐寒性的影响

苗期耐寒性是评价种子活力的重要指标，因此分别对苗期低温胁迫1.5 h、3.5 h和5.5 h的玉米幼苗进行表型观察和存活率统计。结果显示，低温胁迫1.5 h恢复后，大部分植株基本未受到影响，表现健壮，叶片生长正常且绿色有光泽，辽单588-B和辽单588-A存活率均较高且无显著差异(图5 B)；低温胁迫5.5 h恢复后，大部分植株叶片受冷害严重，中下部叶片下垂皱缩，茎秆软化，植株倒伏甚至死亡，但在存活率上辽单588-B和辽单588-A无显著差异(图5 D)；低温胁迫3.5 h后，辽单588-A明显开始出现叶片萎蔫和倒伏现象，恢复培养后辽单588-A植株死亡现象较严重，而辽单588-B植株表型相对较好，部分植株稍有萎蔫、叶片受害(图5 A)，辽单588-B和辽单588-A的幼苗存活率分别为(97.91±0.61)%和(84.55±4.72)%，且两者之间差异达到显著水平(图5 C)。

图5 不同收获方式对玉米苗期低温胁迫前后表型(A)、幼苗存活率(B～D)和气孔结构(E)的影响

已有研究报道，外界温度变化能够调节叶片气孔结构，低温胁迫会造成气孔开闭异常[8]。因此，对低温胁迫3.5 h后玉米叶片进行电镜扫描观察，结果显示玉米叶片均发生不同程度的皱缩，且辽单588-A皱缩较严重。辽单588-B和辽单588-A叶片上的气孔均发生不同程度的中部关闭，气孔面积明显减小，但两者之间无显著差异(图5 E)。

3 结论与讨论

综合发芽率、发芽势和发芽指数3项测量指标结果表明，不同收获方式对发芽率和发芽指数影响较小，但适时收获种子的发芽势显著高于站杆晾晒，在发芽率差异不显著时，发芽势高的种子生命力强，种子活力高，出苗整齐而且粗壮。在苗期耐寒性试验中也充分证明了这一点，苗期低温胁迫3.5 h后，站杆晾晒种子苗期叶片萎蔫和倒伏现象均较适时收获严重，且恢复培养后幼苗存活率差异显著。说明低温胁迫3.5 h可有效筛选玉米苗期的抗寒性，筛选出来的种子活力高，抗寒性强，能够抵御不良环境的影响。由于东北地区春季常出现倒春寒，播种高活力的种子，能有效减少损失，增加社会效益。

玉米淀粉粒直径一般为7～20μm，形状不规则[9]。淀粉粒大小、存在形式和分布受品种、栽培措施和环境的共同作用[10]。本试验中，辽单588种子内部淀粉粒呈椭圆形，但适时收获种子和站杆晾晒延时收获种子相比淀粉粒较大，说明适时收获种子内含物含量较丰富。在苗期生物量试验中不同收获方式的种子差异显著，说明播种后因种子内含物含量不同而对种子的发芽有一定影响。适时收获种子内含物含量较多，即种子内贮藏的营养物质多，能为幼苗提供足够的营养，玉米苗期生长旺盛，反之站杆晾晒种子内含物含量少，则不利于苗期生长。

种子完熟后如不及时采收和保管，田间低温、高湿及降雨都会导致种子在植株上变质，同时种子自身的呼吸消耗以及酶和激素水平的下降导致种子活力降低，从而影响种子质量。这与吴地等[11]、任利沙等[12]研究结果较为一致，玉米种子的活力在生理成熟时较高，在确保种子活力的前提下应适时采收，以减少恶劣天气状况对种子活力造成的影响。