播期和温度对甜菜种子出苗及幼苗生长的影响

郭珂，耿贵，李任任，郝王森，王宇光，於丽华

（1.黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江大学生命科学学院，哈尔滨 150080）

0 引言

甜菜（Beta vulgarisL.）是我国主要的糖料作物之一，在产糖以及制糖工业中占据重要地位[1]。它起源自欧洲西部和南部沿海地区，在我国已栽培了1 400 多年[2]。甜菜具备较强的抗寒性，低温环境更有利于其积累糖分。因此，在高纬度、低温、昼夜温差较大的地区，被广泛种植[3-4]。甜菜在发芽以及生长的过程中，受播期的影响较大，播期在很大程度上决定了甜菜生长过程中的温度条件，进而对其生长发育造成影响。这种影响将直接表现为甜菜出苗的快慢、生育期的延长或缩短，同时影响甜菜的生理成熟度，最终导致甜菜产量、含糖的增加或减少[5-6]。所以，探求适合甜菜生长的温度条件以及适宜的播种时期，对于指导甜菜生产以获得更高产质量具有重要意义。

播期和温度对植物生长的影响一直是研究的热点。赵宏亮等[7]通过研究发现，气温积温、土壤积温、平均温度、平均土壤温度是甜菜生长期间主要的环境因子。其中，对甜菜生长起决定性作用的为土壤积温。王萍等[8]采用分期播种试验对温度与甜菜出苗天数之间的关系进行了研究，得出播种时间越早，温度越高，则甜菜出苗越早的结论。目前，前人主要针对甜菜的出苗时间以及环境因子进行研究，并未探讨出甜菜的最佳播种时期以及甜菜生长所需要的下限温度。因此，本文基于前人的研究结果，模拟哈尔滨市呼兰区、黑龙江省依安县两地的自然温度，以栽培甜菜品种‘KWS1176’为试验材料，对甜菜的生物学零度、有效积温进行测算。通过监测甜菜种子的出苗、生长情况，以及测定生理指标，研究不同的播种时期，以及生育期的长短对甜菜生长的影响，以期探索出最适合甜菜生长的播种时期和温度条件，用以指导甜菜的生产实践。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验于2020年9—10月在黑龙江大学现代农业与生态环境学院的低温光照培养箱内进行。供试的甜菜品种为‘KWS1176’。

1.2 试验方法

1.2.1试验设计

本试验设置A～F 六个处理组，每个处理重复8次，分6 个时期播种，根据呼兰、依安两地2019年4月1日至5 月5 日的自然温度设置低温培养箱的温度（表1）。播种时每盆下部置土600 g，后均匀放置20 粒甜菜种子，再在种子上部覆土100 g。播种后，浇灌100 mL 的营养液，将其放入低温培养箱内培养。观察甜菜每日的出苗情况，并在固定的时间内，统计每个处理的出苗个数。10 月31 日各处理统一收获，测定幼苗生物量，取叶片分析生理指标。除播期和温度不同外，其他的培养条件一致。

表1 低温培养箱温度设置情况Table 1 Temperature setting of the incubator

1.2.2种子出苗率和出苗势计算

出苗率的计算方法为：种子出苗结束后，正常出苗的种子数占总供试验种子数的百分比；出苗势的计算方法为：种子出苗后的前5 d内，正常出苗的种子数占总种子数的百分比[9]。

1.2.3甜菜生物学零度、有效积温的测算

计算出甜菜的出苗天数，标准为各个处理从播种之日算起，到出苗数占总供测验种子数50%所经历的天数[10]。并根据低温培养箱温度设置的情况，算出各个处理的日平均温度。将算出的出苗天数以及日平均温度带入公式K=N（T-C），K为有效积温，N为出苗天数，T为日平均温度，C为生物学零度[11]。计算结果经过简化后，利用最小二乘法计算出生物学零度以及有效积温。

1.2.4甜菜鲜重和生理指标的测定

10月31日甜菜收获完毕后，使用电子天平称量甜菜幼苗整株的鲜重，每组重复4次。

生理指标使用李合生等[12]的方法进行测定，混合取样，将甜菜叶片剪碎，定量称量，冰上研磨并加入溶液，离心后提取酶液。SOD 活性使用抑制NBT光还原比色法测定，POD 活性使用愈创木酚法测定，CAT 使用氮蓝四唑（NBT）法测定。可溶性蛋白含量使用考马斯亮蓝G-250 染色法测定，可溶性糖使用蒽酮比色法测定，脯氨酸含量使用酸性茚三酮法测定。MDA使用硫代巴比妥酸显色反应法测定，所有测定指标重复3次。

1.3 数据分析

本试验的数据主要使用Microsoft Excel 2019 以及SPSS 26.0 处理分析。数据以平均数±标准差表示，P≤0.05视为差异显著。

2 结果与分析

2.1 甜菜种子的出苗情况

不同播种时期甜菜种子出苗时间不同。表2表明，A 组的甜菜种子出苗需23.7 d，B组出苗需18.5 d，C组出苗需13.5 d，D 组出苗需11.3 d，E 组出苗需9.5 d，F 组出苗需8.5 d。由此可知，随着播期的推迟，温度的上升，甜菜的出苗天数减少。由表2 可知，不同播种时期甜菜种子的出苗率、出苗势均无显著性差异。从出苗率来看，C、D 两组的出苗率最高，为99.37%，A、B两个处理组的出苗率最低，均为91.25%，比C、D 两个处理组降低8.12 个百分点。从出苗势来看，C、D 两个处理组的出苗势也最高，均为98.75%，A 组的出苗势最低，为83.75%，A处理组比C、D 处理降低15.0个百分点

表2 不同播期对甜菜种子出苗的影响Table 2 Effects of different sowing dates on the germination of sugar beet seeds

2.2 生物学零度、有效积温的计算

在本试验中，A～F六个处理组的出苗天数分别为23.7 d、18.5 d、13.5 d、11.3 d、9.5 d、8.5 d（表2）。根据低温培养箱温度的设置情况（表1），每5 d 的日平均温度计算方法为对应日期内低温培养箱设置的温度之和乘以1.6，除以24。计算出A 组1～5 d 的日平均温度为1.47 ℃，6～10 d 的日平均温度为3.07 ℃，11～15 d 的日平均温度为8.47 ℃，16～20 d的日平均温度为10.47 ℃，21～23.7 d的日平均温度为12.33 ℃；B组1～5 d的日平均温度为3.07 ℃，6～10 d 的日平均温度为8.47 ℃，11～15 d 的日平均温度为10.47 ℃，16～18.5 d 的日平均温度为12.33 ℃；C 组1～5 d 的日平均温度为8.47 ℃，6～10 d 的日平均温度为10.47 ℃，11～13.5 d 的日平均温度为12.33 ℃；D 组1～5 d 的日平均温度为10.47 ℃，6～10 d 的日平均温度为12.33 ℃，11～11.3 d 的日平均温度为14.07 ℃；E 组1～5 d 的日平均温度为12.33 ℃，6～9.5 d 的日平均温度为14.07 ℃；F 组1～5 d 的日平均温度为14.07 ℃，6～8.5 d 的日平均温度为15.07 ℃。将以上出苗天数和日平均温度数据按处理组分别带入公式K=N（T－C），分别列出方程。设生物学零度为a，有效积温为b，出苗天数为x，出苗天数乘以日平均温度之和为y。将列出的公式化简并转换为y=ax＋b的格式。

采用最小二乘法求取a、b的值，得出甜菜种子出苗的生物学零度为2.7 ℃，有效积温为100.7 ℃·d。如图1，方程式为y=2.707x＋100.72，R²=0.9897。根据生物学零度为2.7 ℃，计算出A～F六个处理组的有效积温分别为99.03 ℃·d、103.26 ℃·d、101.41 ℃·d、101.78 ℃·d、99.32 ℃·d、100.15 ℃·d。

图1 生物学零度/有效积温拟合方程Fig. 1 Fitted equation of the biological zero point/effective accumulated temperature

2.3 不同播期对甜菜生长指标的影响

不同播种时期的甜菜幼苗生长情况也不相同。从甜菜的鲜重来看（图2），D、E、F三个处理组与B组相比差异显著，B 组的鲜重最高。A、C、D、E、F 处理组比B 处理组的单株鲜重分别降低8.14%、9.66%、20.54%、60.14%、75.82%。图3 为各处理子叶期时各播种期甜菜幼苗长势，A、B、C 三个处理组的生长势强，D、E、F 三个处理组的生长势弱。图4 为各处理真叶期时各播种期甜菜幼苗长势，A、B、C三个处理组的生长势强，E、F两个处理组的生长势弱。

图2 不同播期对甜菜幼苗鲜重的影响Fig. 2 Effects of different sowing dates on the fresh weight of sugar beet seedlings

图3 子叶期甜菜幼苗表型图Fig. 3 Phenotype of sugar beet seedlings at cotyledon stage

图4 真叶期甜菜幼苗表型图Fig. 4 Phenotype map of sugar beet seedlings at true leaf stage

2.4 不同播期对甜菜生理指标的影响

2.4.1不同播期对甜菜幼苗叶片MDA含量和POD、CAT、SOD活性的影响

不同播期对甜菜幼苗叶片MDA 含量以及POD、CAT、SOD 活性的影响不同。从甜菜的MDA 含量来看（图5Ⅰ），B 组与A、C、D、E、F 五个处理组相比差异显著，B 组的MDA 含量最高，A、C、D、E、F 处理组比B 处理的MDA 含量分别降低34.98%、48.82%、51.13%、39.68%、34.36%。从甜菜的POD 活性来看（图5Ⅱ），B 组的POD活性最高，与B组相比，A、C、D、E、F处理组POD 活性分别降低22.89%、28.92%、21.69%、36.14%、12.05%。从甜菜CAT 活性来看（图5Ⅲ），A、C、D、F 处理组与E组相比差异显著，E组的CAT 活性最高，与E组相比，A、B、C、D、F 处理组CAT 活性分别降低43.65%、1.95%、31.27%、15.31%、14.01%。A、B、C、D、E、F 六个处理组的SOD活性均不具有显著性差异（图5Ⅳ）。

图5 不同播期对甜菜幼苗MDA含量（Ⅰ）和POD（Ⅱ）、CAT（Ⅲ）、SOD（Ⅳ）活性的影响Fig. 5 Effects of different sowing dates on MDA(Ⅰ)content,POD(Ⅱ),CAT(Ⅲ)and SOD(Ⅳ) activity in sugar beet seedlings

2.4.2不同播期对甜菜幼苗渗透调节系统的影响

从不同播期甜菜的脯氨酸含量来看（图6Ⅰ），A、B、C、D、E 处理组与F 组相比差异显著，F 组的脯氨酸含量最高，比A、B、C、D、E 处理组分别增加59.86%、65.23%、76.67%、89.81%、13.51%。A、B、C 三个处理组之间的可溶性糖含量存在显著性差异（图6Ⅱ），其中，A组的可溶性糖含量最高，B、C、D、E、F处理组比A处理的可溶性糖含量分别降低22.60%、13.17%、23.83%、5.46%、7.23%。A、B、C、D处理组与F组相比，可溶性蛋白含量存在显著性差异（图6Ⅲ），其中，F 组的可溶性蛋白含量最高，比A、B、C、D、E 处理组分别增加30.71%、22.61%、22.00%、6.21%、1.37%。

图6 不同播期对甜菜幼苗脯氨酸（Ⅰ）、可溶性糖（Ⅱ）、可溶性蛋白（Ⅲ）含量的影响Fig. 6 Effects of different sowing dates on proline(Ⅰ),soluble sugar(Ⅱ)and soluble protein(Ⅲ)content of sugar beet seedlings

3 讨论

3.1 播期对甜菜种子出苗的影响

出苗率、出苗势是衡量种子出苗情况的重要指标[13]。郭宗凯等[14]通过研究不同温度条件下玉米种子的发芽情况，发现玉米的发芽率、发芽势等随着温度的升高而上升，与本试验的结果不同。前人的播种时间以及玉米的生育期为恒定值，温度为变量。而在本试验中，播种时间、甜菜的生育期、温度均为变量。本试验结果显示，C 组的出苗率、出苗势最高，表现最好。C 组的最低温度为1 ℃，F 组的最低温度为7 ℃，C、F 两个处理组的最低温度相差6 ℃。C组出苗天数为13.5 d，F 组的出苗天数为8.5 d，C、F两个处理组的出苗相差5 d。F组温度设置虽高，但C组播种时期早，生育期长，有效积温积累的多，因此C 组的出苗率、出苗势均高于F 组。这说明，在甜菜生产中可以适当地低温早播，延长甜菜的生育期。

3.2 播期对甜菜生长指标的影响

播期对甜菜生长的影响，首先表现在物质积累量和表型方面[15]。张兵兵等[16]研究发现，玉米的干物质积累量随着生育期的延长而增加。在本试验中，A、B、C 三个处理组最早播种，幼苗的生育期长，鲜重积累量多，长势也最好。相比较下，E、F 两个处理组最晚播种，生育期短，鲜重积累量少，长势也较弱。由此可得出结论，甜菜的播期越早，生育期越长，鲜重积累也越多。这与前人的研究结果一致。同时，在A、B、C 三个处理组中，A 组的播期最早，但B组的鲜重、表型均表现最好，这是由于A组1～5 d的温度为-4～7 ℃，长时间的低温会对A组种子的活力造成一定的影响，积温不足，抑制甜菜的生长，不利于甜菜鲜重的积累，因此A组的鲜重、表型与B组相比表现差。C组的播期在三者中最晚，于9月26日实验室播种（对应的实际播种日期为4月16日），出苗天数为13.5 d，与B组的出苗天数相差5 d，生育期短，因此C组的鲜重与B组相比略低，但综合考虑出苗率、出苗势，在A～F六个处理组中，C组为最合适的甜菜播种时期。

3.3 播期对甜菜生理指标的影响

植物在生长的过程中会产生大量的氧自由基，这些氧自由基会随时与周围的细胞组织发生反应，使植物受到损伤。SOD、CAT、POD 共同组成的酶促机制，可以及时地清除氧自由基[17-19]。MDA 是植物质膜过氧化的产物，它是反应机体抗氧化潜在能力的重要参数，可以反映出植物过氧化损失的程度[20]。从本试验结果可以看出，不同播期对MDA 含量及SOD、CAT和POD 活性的影响没有发现规律性，但是综合3 个酶活力指标可以看出，B组处理较好。

渗透调节是植物适应逆境的重要生理机制。王怀珠等[21]设置5个不同的苗龄处理，研究漂浮育苗条件下不同苗龄烟苗生长及生理特性的变化，发现随着苗龄的增大，烟草脯氨酸的含量，以及电解质渗出率逐渐降低，烟草原生质体受损的程度降低。在本试验中，B、C、D 三个处理组播种的时间早，苗龄长，原生质体受损的程度较轻，脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖的含量较低；E、F 两个处理组播种的时间最晚，苗龄短，脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白的含量较高。

3.4 生物学零度、有效积温

植物的发育始于一定的温度，也就是种子开始活跃的温度，这个温度被称为生物学零度[22]。一般认为，在高纬度、低温、昼夜温差较大的地区，植物的生物学零度低。除此之外，植物必须从环境中吸收足够的热量[23-24]，才能满足其某一阶段生长发育的需要，植物所需的热量通常为一个恒定的常数，即有效积温[25]。在本次试验中，通过计算，甜菜种子出苗的生物学零度为2.7 ℃，有效积温为100.7 ℃·d。这说明，在水分等条件充足的情况下，日均温度超过2.7 ℃以上，有效积温达到100.7 ℃·d，甜菜即可出苗，播期越早，越有利于甜菜的生长。

4 结论

在水分等条件充足的情况下，土壤温度达到2.7 ℃，有效积温达到100.7 ℃·d，甜菜便可萌发出苗，在此基础上适当早播，延长甜菜的生育期，即可提高甜菜的干物质积累量、产量以及含糖。在本次试验中，C组的综合表现最好，对应播种时间为4月11日，播种时温度范围为1～15 ℃，是最适宜甜菜生长的播期。