甘南高原春油菜種子存放年限對(duì)發(fā)芽特性的影響

戴彩虹 毛玉萍 徐海山 李風(fēng)慶

(甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 甘南 747000)

甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所成立于1976年，現(xiàn)有辦公面積447m2，建筑面積為214m2。甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地位于合作市卡加曼鄉(xiāng)新集村，面積9hm2，海拔2731m。試驗(yàn)基地建設(shè)種子及農(nóng)機(jī)具庫(kù)房、病蟲測(cè)報(bào)房、掛藏室及種質(zhì)資源保存室994m2，曬場(chǎng)1850m2。2015年，甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所被評(píng)選為全國(guó)200個(gè)青少年農(nóng)業(yè)科普示范基地之一；2017年，被確定為國(guó)家大麥青稞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系23個(gè)綜合試驗(yàn)站之一，成為全州對(duì)外展示農(nóng)業(yè)科研成果和促進(jìn)與外界交往交流交融的重要窗口。甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所自建所以來(lái)，主持完成國(guó)家、省、州重點(diǎn)農(nóng)業(yè)科研推廣項(xiàng)目59項(xiàng)，其中31項(xiàng)獲地、廳級(jí)表彰獎(jiǎng)勵(lì)，主持實(shí)施高海拔油菜新品種選育，先后選育出了“甘芥1號(hào)”“甘芥2號(hào)”“甘南3號(hào)”“甘南4號(hào)”“甘南5號(hào)”“甘南6號(hào)”等優(yōu)良品種，在甘肅省小油菜新品種審定品種中位列前茅，是甘南藏族自治州具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良品種。在白菜型油菜豐產(chǎn)栽培技術(shù)方面形成了完整模式，進(jìn)一步完善了白菜型油菜種植區(qū)域配套豐產(chǎn)栽培技術(shù)。

甘南藏族自治州地處青藏高原東北部，平均海拔3000m，大部分耕地分布在海拔2000～3000m高寒陰濕地區(qū)，氣候寒冷濕潤(rùn)，無(wú)霜期短，自然條件差，適應(yīng)種植作物少，特殊的地理環(huán)境和復(fù)雜多樣的氣候，形成了甘南藏族自治州糧食生產(chǎn)以青稞為主，油料作物以油菜為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局，油菜成為代表甘南藏族自治州特色農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)作物。但甘南藏族自治州因沒(méi)有當(dāng)?shù)貎?yōu)良品種的供給，每年需從青海等地調(diào)種，既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)財(cái)力，種植成本提高，嚴(yán)重影響種植戶積極性。2012年甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所油菜育種項(xiàng)目因沒(méi)有經(jīng)費(fèi)的支持育種工作中斷，甘南高原油菜品種混雜退化嚴(yán)重，良種嚴(yán)重缺乏，上至農(nóng)業(yè)種子推廣部門，下至農(nóng)牧民多次呼吁農(nóng)科所盡快恢復(fù)油菜育種工作。育種工作首要的基礎(chǔ)材料是種質(zhì)資源，種子是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，長(zhǎng)期以來(lái)人們采用發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率檢驗(yàn)種子的質(zhì)量，但有些活力低的種子在實(shí)驗(yàn)室能正常發(fā)芽，在田間不能正常成苗或不能成為壯苗，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失。種子收獲后影響種子活力的主要因素有貯存條件、貯存時(shí)間及溫度等。種子活力包括種子萌發(fā)時(shí)的發(fā)芽潛力以及生產(chǎn)潛力，在很大程度上決定了植株的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量。研究不同年限油菜種質(zhì)資源發(fā)芽特性變化情況，旨在為種子在貯藏和生產(chǎn)上的良好應(yīng)用提供依據(jù)。作物種植依靠的是種子，種子質(zhì)量的優(yōu)劣可以用發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率檢驗(yàn)。隨著時(shí)間的推移，種子存放后的活力呈下降趨勢(shì)[1，2]，人們往往忽視種子的貯藏及年限問(wèn)題，認(rèn)為發(fā)芽率降低可以加大種子量來(lái)彌補(bǔ)，不僅加大了種植成本，而且影響幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響產(chǎn)量。謝皓等研究表明，種子在儲(chǔ)藏過(guò)程中發(fā)生變質(zhì)，其活力下降，不但影響萌發(fā)率，還會(huì)對(duì)后期植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，改變了植物原有的農(nóng)藝性狀，降低了與其有關(guān)的其它性狀，進(jìn)而影響了作物產(chǎn)量和質(zhì)量[3]。李靈芝等前期研究表明，種子貯藏時(shí)間越長(zhǎng)，種子發(fā)芽率、出苗率、株高、底莢高、主莖節(jié)數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒重有下降的趨勢(shì)，分枝數(shù)沒(méi)有明顯變化，株高與種子活力呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系[4]。Purkar等[5]通過(guò)對(duì)不同老化品種種子衰老過(guò)程中的主要農(nóng)藝性狀的觀察，結(jié)合Chauhan等[6]對(duì)大豆、大麥老化種子的研究發(fā)現(xiàn)，隨著種子老化程度的加劇，發(fā)芽率下降，表型性狀的相關(guān)類型和相關(guān)強(qiáng)度都發(fā)生了變化。由此可見，不同存放年限不僅影響發(fā)芽率和出苗率，對(duì)植株的農(nóng)藝性狀也有影響。

已有大量學(xué)者致力于研究油菜種子的儲(chǔ)存期限問(wèn)題，主要集中于以低溫、干燥、密封等方式存儲(chǔ)的種子或者經(jīng)過(guò)人為操作的種子為研究對(duì)象。然而，針對(duì)自然環(huán)境下油菜種子的儲(chǔ)存情況卻鮮有深入探究。我國(guó)已經(jīng)建立了許多物種種質(zhì)資源庫(kù)，這些資源庫(kù)可以通過(guò)低溫、干燥、密封等技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間保管種質(zhì)資源，但很多單位沒(méi)有現(xiàn)代化的種質(zhì)儲(chǔ)藏設(shè)備，所以品種材料資源和育種材料都必須在自然環(huán)境里保存。因此，對(duì)自然狀態(tài)下種子儲(chǔ)存的影響進(jìn)行詳細(xì)研究是十分必要的。本文將利用甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所在自然環(huán)境下放置1～25年的甘南高原春油菜種子作為實(shí)驗(yàn)材料，探索其儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)其萌發(fā)特性產(chǎn)生的影響，從而為甘南高原春油菜種子的保存與生產(chǎn)提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所在室內(nèi)自然條件下于布袋中保存1～25年的高原春油菜種子125份。

1.2 方法

1.2.1 甘南高原春油菜種子存放方法及條件

在經(jīng)過(guò)打碾后，種子需在陽(yáng)光下曬干，使其水分含量降低到8%～9%。將這些種子放入白色布袋中，并存放于木質(zhì)種子柜里。甘南藏族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所所在地高寒濕潤(rùn)，冬季長(zhǎng)、夏季短，年平均氣溫為-0.5～3.5℃。

1.2.2 發(fā)芽率的測(cè)定

根據(jù)GB/T 3543.4《農(nóng)業(yè)種子檢測(cè)規(guī)范》[7]執(zhí)行發(fā)芽測(cè)試，使用切割過(guò)的過(guò)濾紙作為發(fā)芽床，每種品類進(jìn)行3次復(fù)測(cè)，每次包含100顆種子。但不能僅依賴于7d內(nèi)觀察到的發(fā)芽狀況計(jì)算發(fā)芽率，要所有實(shí)驗(yàn)都完成后，通過(guò)對(duì)所有實(shí)播種子的真實(shí)出苗數(shù)量確定發(fā)芽率。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)分析

發(fā)芽率計(jì)算公式：

發(fā)芽率(%)=發(fā)芽試驗(yàn)終期全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

統(tǒng)計(jì)分析采用T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 存放年限對(duì)甘南高原春油菜種子發(fā)芽率的影響

由表1、圖1可知，甘南高原春油菜種子的年均發(fā)芽率隨貯藏年限的增長(zhǎng)呈遞減趨勢(shì)，但不是逐年遞減，而是呈前期緩慢、后期迅速的遞減趨勢(shì)。甘南高原春油菜種子貯存1～8年，其年平均萌發(fā)率可達(dá)92.58%；貯藏9～17年，甘南高原春油菜種子萌發(fā)率雖有降低，但降幅較小，年均萌發(fā)率在86.59%～90.98%；而貯藏18～19年和20～21年的甘南高原春油菜種子，其年平均萌發(fā)率有2個(gè)顯著的下降趨勢(shì)，由原來(lái)的86.59%降至56.53%，約為1.4%；結(jié)果表明，貯藏時(shí)間在21年以上的油菜種子，其發(fā)芽率為0。因而，按照對(duì)種子生命周期的界定[8]，在甘南自然條件保存于布袋中的甘南高原春油菜種子的貯藏壽命為18～19年。

表1 春油菜種子發(fā)芽率年度變化情況

圖1 油菜種子發(fā)芽率與保存年限的關(guān)系

盡管在一般情況下，隨著貯藏年限的延長(zhǎng)，甘南高原春油菜種子的年平均萌發(fā)率逐漸下降，但其萌發(fā)率也因品種差異而有所差異。儲(chǔ)藏期不到8年的甘南高原春油菜種子，盡管其年均萌發(fā)率都在90%以上，但其每年均有發(fā)芽率卻在90%以下；而經(jīng)17年貯藏的甘南高原春油菜種子，盡管其年平均萌發(fā)率下降到88.92%，但仍有一些品種的萌發(fā)率超過(guò)90%。這表明，不同品種的甘南高原春油菜種子成熟、收獲、貯藏均在同一生態(tài)條件下進(jìn)行，其品種間存在著一定的遺傳分化[9-11]。

2.2 存放年限對(duì)甘南高原春油菜種子始萌發(fā)天數(shù)的影響

已有的研究結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間后，甘南高原春油菜種子的老化狀況更加嚴(yán)重，并且其生理和生物化學(xué)上的損害也將加劇，這可能引發(fā)種子生長(zhǎng)周期的延緩。從圖2可以看出，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，甘南高原春油菜種子的初始發(fā)芽時(shí)間也隨之增長(zhǎng)。貯藏時(shí)間在8年以下的甘南高原春油菜種子，發(fā)芽時(shí)間為2～2.5d；貯藏9～17年的甘南高原春油菜種子發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)至3～4d；甘南高原春油菜種子貯藏18～19年，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)至5d；甘南高原春油菜種子貯藏20～21年，種子發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)至9～10d，表現(xiàn)出與發(fā)芽率衰退階段相符的規(guī)律，因此，從一定程度上可以反映種子的老化狀況。

圖2 油菜種子始萌發(fā)天數(shù)與保存年限的關(guān)系

2.3 存放年限對(duì)甘南高原春油菜種子萌發(fā)高峰期的影響

對(duì)于保存年限較短，在1～8年內(nèi)的甘南高原春油菜種子，如“隴油21號(hào)”(保存年限為1年)、“甘南6號(hào)”(保存年限為8年)，見圖3，種子萌發(fā)的高峰期主要集中在種子發(fā)芽后的2～3d，在這3d內(nèi)種子的發(fā)芽率占到種子發(fā)芽率的80%以上，基本上7d左右有生活力的種子就能夠萌發(fā)完畢，發(fā)芽較為集中；超過(guò)9年后，甘南高原春油菜種子萌發(fā)的高峰期持續(xù)時(shí)間變得越來(lái)越長(zhǎng)，在峰的高度上越來(lái)越低于保存年限較短的甘南高原春油菜種子，并且甘南高原春油菜種子完全萌發(fā)持續(xù)的時(shí)間也變得越來(lái)越長(zhǎng)，發(fā)芽較為分散不集中，如“甘南4號(hào)”(保存年限為17年)、“甘南3號(hào)”(保存年限為19年)，見圖3。因此，發(fā)芽高峰期出現(xiàn)時(shí)間的推遲，峰高度的降低，以及有生活力的高原春油菜種子完全萌發(fā)所需時(shí)間的延長(zhǎng)也反映了種子老化情況。

圖3 油菜種子萌發(fā)高峰期與保存年限的關(guān)系

2.4 存放年限對(duì)甘南高原春油菜幼苗素質(zhì)的影響

隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，甘南高原春油菜苗的品質(zhì)也會(huì)從粗大、健壯、生長(zhǎng)良好轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小、瘦弱、長(zhǎng)勢(shì)差，甚至?xí)l(fā)生下胚軸或胚根變短、子葉顏色不正常或無(wú)法生長(zhǎng)的畸形苗。另外，根據(jù)甘南高原春油菜種子的生長(zhǎng)順序，前期發(fā)芽的幼苗粗壯、生長(zhǎng)旺盛，晚發(fā)芽的幼苗又細(xì)又弱，這也是甘南高原春油菜種子衰老的一個(gè)重要指標(biāo)。存放時(shí)間越長(zhǎng)，影響越大，衰老劣變程度越嚴(yán)重。

3 討論

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存后，甘南高原春油菜種子的發(fā)芽能力會(huì)逐漸減弱，這一現(xiàn)象與其他作物的相關(guān)研究相符[11]。然而，這種減弱速度略微異于其他農(nóng)作物的規(guī)律。根據(jù)已有報(bào)告，大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)芽率會(huì)在長(zhǎng)期存儲(chǔ)過(guò)程中呈現(xiàn)出先緩慢后快速，最后再次變緩的變化模式。但在甘南地區(qū)以布袋形式保存的春油菜種子中，情況有所不同，其發(fā)芽率在短期存放年限較為穩(wěn)定，后迅速下滑，這種情況可能是春油菜種子富含脂肪且容易腐爛，以及不同的儲(chǔ)藏環(huán)境所導(dǎo)致的。通過(guò)對(duì)發(fā)芽能力檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，在甘南高原地區(qū)的自然條件下，用布袋保存高原春油菜種子可以使其保持18～19年的生命周期，安全儲(chǔ)存時(shí)間范圍在1～17年。在安全存放期內(nèi)，高原春油菜種子的年平均發(fā)芽率保持在87.83%以上，發(fā)芽率隨著保存年限的增加而降低。

本研究結(jié)果還表明，保存種子的衰老不僅表現(xiàn)在與質(zhì)量有關(guān)的發(fā)芽率降低上，并且幼苗素質(zhì)的降低、種子始萌發(fā)天數(shù)的延長(zhǎng)、萌發(fā)高峰期出現(xiàn)時(shí)間的推遲，以及有萌發(fā)力種子完全萌發(fā)所需時(shí)間的延長(zhǎng)等與種子質(zhì)量有關(guān)的方面也表現(xiàn)出了存放種子的衰老情況。