杜世超，薛盈文，，郭 偉，于立河

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；

2.黑龍江省普通高校寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163319）

小麥穗發(fā)芽是指小麥成熟期內(nèi)、收獲之前或收獲后未脫粒的小麥在堆放期間遇到陰雨或潮濕天氣引起子粒在穗上發(fā)芽的現(xiàn)象，是一種世界性的自然災(zāi)害［1］。中國小麥種植分布范圍廣，發(fā)生穗發(fā)芽地區(qū)較多，主要集中在西南冬麥區(qū)、長江中下游冬麥區(qū)和東北春麥區(qū)［2］。對(duì)于東北春小麥主產(chǎn)區(qū)，小麥生育期內(nèi)集中降雨主要分布在抽穗期—成熟期，近幾年，由于受暴雨和臺(tái)風(fēng)影響，生育后期的倒伏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。小麥穗發(fā)芽導(dǎo)致產(chǎn)量減少6%～10%，發(fā)芽小麥品質(zhì)也會(huì)顯著降低［3，4］。小麥穗發(fā)芽是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果［5］。其中，穗發(fā)芽和小麥?zhǔn)斋@時(shí)的天氣有很大關(guān)系，小麥成熟期只要溫度和濕度達(dá)到了一定條件，穗發(fā)芽現(xiàn)象就可能會(huì)發(fā)生［6］。目前有關(guān)穗發(fā)芽鑒定方法主要包括子粒發(fā)芽法、整穗發(fā)芽法和大田穗發(fā)芽法，子粒發(fā)芽法由于缺少穗部穎殼等的影響所以不能反映穗發(fā)芽的整體抗性；大田穗發(fā)芽法的試驗(yàn)環(huán)境和條件不易控制，操作困難；整穗發(fā)芽法介于以上2種方法之間［7］。其中，整穗發(fā)芽法又包括模擬降雨法、塑料袋保濕法、紗布保濕法、發(fā)芽紙保濕法等［8］。Hagemann等［9］認(rèn)為塑料袋保濕法的選擇壓與田間的自然選擇壓相近，相對(duì)于其他的鑒定方法更簡便可靠，這為穗發(fā)芽的快速鑒定提供了借鑒方法。收獲期間的溫濕度環(huán)境和持續(xù)時(shí)間，與小麥穗發(fā)芽進(jìn)程、穗發(fā)芽率存在密切關(guān)系，穗發(fā)芽比例隨著誘導(dǎo)時(shí)間的延長而呈顯著的升高趨勢［10］。有關(guān)溫度、濕度及誘導(dǎo)時(shí)間對(duì)小麥穗發(fā)芽的報(bào)道相對(duì)較少，Barnard等［11］發(fā)現(xiàn)小麥處在灌漿期遇到持續(xù)低溫可以增強(qiáng)小麥穗發(fā)芽抗性，而且隨著溫度的升高發(fā)芽指數(shù)逐漸升高。另有研究表明，收獲期推遲、溫度高低對(duì)春小麥的子粒發(fā)芽比例影響較大［12］。目前，針對(duì)不同溫濕度條件對(duì)收獲期穗發(fā)芽的影響鮮見報(bào)道，這為使用人工模擬小麥?zhǔn)斋@期間不同溫度和濕度處理對(duì)春小麥穗發(fā)芽的影響提供了研究方向。

本研究采用塑料袋保濕法模擬田間條件，研究不同溫濕度處理對(duì)成熟期小麥穗發(fā)芽進(jìn)度和數(shù)量的影響，以期明確溫度濕度條件與穗發(fā)芽進(jìn)程和比例的關(guān)系，確定適宜成熟期小麥穗發(fā)芽發(fā)生的溫濕度條件，為降低成熟期小麥穗發(fā)芽風(fēng)險(xiǎn)、收獲期管理措施的制定提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)供試品種為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的龍麥35，試驗(yàn)地點(diǎn)位于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)試驗(yàn)站，供試材料于小麥開花后35 d至成熟期期間完成取樣，取樣時(shí)保留莖稈，用于室內(nèi)整穗發(fā)芽試驗(yàn)。參照李林繁［6］的做法，隨機(jī)選取大小、形狀幾乎一致的麥穗，用1%的次氯酸鈉浸泡10 min進(jìn)行消毒處理，然后在清水中浸泡1 h，取出穗甩落上面水滴放入塑料袋中，于人工氣候箱中發(fā)芽。試驗(yàn)采用塑料袋保濕法模擬田間條件，根據(jù)小麥?zhǔn)斋@時(shí)天氣情況設(shè)定溫度梯度及代號(hào)為：15（T1）、20（T2）、25℃（T3），每個(gè)溫度條件下另設(shè)RH80%（H1）、RH85%（H2）、RH90%（H3）3個(gè)相對(duì)濕度梯度值，共計(jì)9個(gè)處理，每個(gè)處理5次重復(fù)，每天觀察小麥穗部發(fā)芽情況、保證濕度環(huán)境一致。

1.2 測定指標(biāo)和方法

1.2.1 發(fā)芽開始時(shí)間 從開始處理到第1粒子粒發(fā)芽所需要的時(shí)間，用天數(shù)（d）表示。

1.2.2 發(fā)芽率、發(fā)芽勢和千粒重 麥穗經(jīng)過不同溫濕度處理后，分別于處理后的第1、2、3、5、7天從穗中撥出子粒，以胚芽達(dá)到子粒長度的1/2，胚根長約與子粒等長時(shí)，作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，并統(tǒng)計(jì)發(fā)芽和未發(fā)芽子粒數(shù)，每處理設(shè)5個(gè)重復(fù)。將處理后的子粒置于烘箱中，低溫烘干至恒重統(tǒng)計(jì)不同時(shí)間點(diǎn)的小麥千粒重。

整穗的發(fā)芽率和發(fā)芽勢的計(jì)算方法如下。

穗發(fā)芽率（GR）=發(fā)芽粒數(shù)/總粒數(shù)×100%

穗發(fā)芽勢（GE）=第3天發(fā)芽粒數(shù)/總粒數(shù)×100%

1.2.3 整穗水分變化率 處理前用百分之一天平稱量整個(gè)麥穗質(zhì)量（m1），于24 h從人工氣候箱中取出，用吸水紙擦干表面水分，再用天平稱量吸水后的麥穗質(zhì)量（m2）。

整穗水分變化率=（m2-m1）/m1×100%

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，利用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫濕度環(huán)境對(duì)發(fā)芽開始時(shí)間的影響

圖1所示，穗發(fā)芽開始時(shí)間會(huì)因不同溫、濕度處理而呈現(xiàn)較大差異?？傮w上看，在同一溫度下，發(fā)芽時(shí)間會(huì)因相對(duì)濕度的增大而提前。在15（T1）、20℃（T2）條件下，RH90%（H3）在第2天就可以出現(xiàn)穗發(fā)芽現(xiàn)象，而RH80%（H1）、RH85%（H2）第3天才出現(xiàn)穗發(fā)芽，相對(duì)于RH90%（H3）延遲了1 d；在25℃（T3）條件下，RH90%（H3）在第3天出現(xiàn)穗發(fā)芽，相較于RH80%（H1）、RH85%（H2）提前1 d，說明較低濕度會(huì)使子粒的萌發(fā)進(jìn)程推遲。同一相對(duì)濕度下，穗發(fā)芽開始時(shí)間隨著溫度升高而延后，25℃（T3）下RH80%、RH85%、RH90%3個(gè)處理的穗發(fā)芽發(fā)生時(shí)間較15（T1）、20℃（T2）的對(duì)應(yīng)濕度處理均延后1 d，說明在同一相對(duì)濕度下，溫度升高會(huì)明顯延緩小麥穗部發(fā)芽的開始時(shí)間。

圖1 不同溫濕度處理下龍麥35的發(fā)芽開始時(shí)間

2.2 不同溫濕度環(huán)境對(duì)發(fā)芽率的影響

由表1可知，在相同溫度下，隨著濕度的增加穗發(fā)芽率增加，當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到90%（H3）時(shí)，15℃（T1）和20℃（T2）條件下，第2天開始發(fā)芽。相對(duì)濕度達(dá)到90%（H3）時(shí)，15℃（T1）下處理3、5、7 d的發(fā)芽率分別是相對(duì)濕度80%（H1）時(shí)的7.01倍、1.81倍和1.03倍，相對(duì)濕度85%（H2）時(shí)的1.40倍、1.41倍和0.97倍。當(dāng)溫度達(dá)到20℃（T2）時(shí)，相對(duì)濕度90%（H3）時(shí)，處理3、5、7 d的發(fā)芽率分別是相對(duì)濕度80%（H1）時(shí)的29.64倍、1.97倍和1.13倍，相對(duì)濕度85%（H2）時(shí)的1.73倍、1.45倍和1.03倍。與15℃（T1）和20℃（T2）處理不同，當(dāng)溫度達(dá)到25℃（T3）時(shí)相對(duì)濕度90%（H3），第3天開始發(fā)芽，發(fā)芽率最高的處理是相對(duì)濕度為85%（H2），處理后5 d、7 d的發(fā)芽率分別是相對(duì)濕度80%（H1）時(shí)的1.86倍和1.52倍，是相對(duì)濕度90%（H3）時(shí)的2.02倍和2.22倍。在濕度相同的情況下，隨著溫度的增加發(fā)芽率降低，相對(duì)濕度80%（H1）時(shí)，15℃（T1）時(shí)處理3、5、7 d的發(fā)芽率分別是20℃（T2）時(shí)的5.02倍、1.26倍和1.07倍；15℃（T1）時(shí)的處理5、7 d的發(fā)芽率分別是25℃（T3）時(shí)的6.93倍和3.54倍。相對(duì)濕度85%（H2）時(shí)，

表1 不同溫濕度處理內(nèi)龍麥35穗發(fā)芽率

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05）。下同15℃（T1）時(shí)處理3、5、7 d的發(fā)芽率分別是20℃（T2）時(shí)的1.46倍、1.19倍和1.03倍；15℃（T1）時(shí)的處理5 d、7 d的發(fā)芽率分別是25℃（T3）時(shí)的2.37倍和1.55倍。相對(duì)濕度達(dá)到90%（H3）時(shí)，15℃（T1）和20℃（T2）時(shí)處理的發(fā)芽率顯著高于其他溫濕度處理，當(dāng)溫度達(dá)到25℃（T3）時(shí)發(fā)芽率顯著降低，僅為15℃（T1）時(shí)的17.68%、12.41%和29.13%。

2.3 不同溫濕度環(huán)境對(duì)發(fā)芽勢的影響

從圖2來看，不同濕度處理對(duì)同一溫度下的小麥發(fā)芽勢有顯著影響。15℃（T1）和20℃（T2）條件下，隨著相對(duì)濕度增加會(huì)顯著增加成熟期小麥的發(fā)芽勢。在15℃（T1）下，RH90%（H3）處理的發(fā)芽勢相較于RH80%（H1）、RH85%（H2）分別增加了40.1、13.45個(gè)百分點(diǎn)；在20℃（T2）下，RH90%（H3）處理的發(fā)芽勢相較于RH80%（H1）、RH85%（H2）分別增加38.09、16.65個(gè)百分點(diǎn)；25℃（T3）下不同濕度處理的發(fā)芽勢增幅變小，RH90%（H3）處理的發(fā)芽勢相較于RH80%（H1）、RH85%（H2）均增加了8.27個(gè)百分點(diǎn)。

圖2 同一溫度不同濕度處理下龍麥35的發(fā)芽勢

從圖3來看，在同一濕度不同溫度處理下，各濕度處理發(fā)芽勢隨溫度的升高呈逐漸降低的趨勢，且各濕度不同處理間差異均達(dá)到顯著水平。在RH80%（H1）下，與15℃（T1）處理的發(fā)芽勢相比較，20℃（T2）、25℃（T3）分別減少了5.34，6.67個(gè)百分點(diǎn)；在RH85%（H2）下，與15℃（T1）處理的發(fā)芽勢相比較，20℃（T2）、25℃（T3）分別減少了10.55，33.32個(gè)百分點(diǎn)；在RH90%（H3）下，與15℃（T1）處理的發(fā)芽勢相比較，20℃（T2）、25℃（T3）分別減少了7.35，38.5個(gè)百分點(diǎn)。其中，T1H3處理的發(fā)芽勢最高，為46.77%；處理25℃（T3）在RH80%（H1）、RH85%（H2）兩個(gè)相對(duì)濕度下的發(fā)芽勢最低，均為0，說明低溫高濕的環(huán)境條件會(huì)顯著增加成熟期小麥的發(fā)芽勢。

圖3 同一濕度不同溫度處理下龍麥35的發(fā)芽勢

2.4 不同溫濕度環(huán)境對(duì)整穗水分變化率的影響

小麥穗部子粒發(fā)芽需滿足水分的需求，只有在水分條件適宜后子粒才開始萌動(dòng)。如圖4所示，同一溫度處理下的小麥整穗水分變化率隨著濕度的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，最高值出現(xiàn)在RH90%（H3）。在15℃（T1）時(shí)，3個(gè)濕度處理間差異均達(dá)顯著水平，RH90%（H3）處理分別較RH80%（H1）、RH85%（H2）處理高出14.16、9.93個(gè)百分點(diǎn)；在20℃（T2）、25℃（T3）時(shí)，小麥整穗水分變化趨勢與15℃（T1）基本保持一致。

圖4 同一溫度不同濕度處理下龍麥35的整穗水分變化率

相同濕度條件下的溫度變化梯度對(duì)整穗水分變化率的影響如圖5所示，在同一濕度條件下，隨著溫度的增加、整穗水分變化率大致呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢；在RH85%（H2）處理中，雖25℃（T3）較20℃（T2）整穗水分變化率高，但兩者之間并無顯著性差異。隨著相對(duì)濕度的增加，溫度對(duì)穗部吸水量的抑制作用更加明顯，T3H3處理的小麥整穗水分變化率顯著低于T1H3處理，相較于T1H3降低了13.6個(gè)百分點(diǎn)。

圖5 同一濕度不同溫度處理下龍麥35的整穗水分變化率

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，不同溫濕度處理的整穗水分變化率最高值出現(xiàn)在T1H3處理，最低值出現(xiàn)在T3H1處理，且各處理之間均達(dá)到顯著水平，說明在低溫高濕的環(huán)境下更有利于成熟期小麥穗部吸水?dāng)?shù)量的增加，從而促進(jìn)穗部子粒的萌動(dòng)。

2.5 不同溫濕度環(huán)境對(duì)千粒重的影響

隨著整穗水分變化率的增加，子粒吸水膨脹、種皮軟化、酶活性加強(qiáng)、儲(chǔ)藏在胚乳中的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為供小麥發(fā)芽利用的物質(zhì)，導(dǎo)致千粒重降低。如圖6所示，隨著誘導(dǎo)穗發(fā)芽時(shí)間的增加，千粒重呈現(xiàn)下降的趨勢。在15℃（T1）和20℃（T2）處理?xiàng)l件下，千粒重在不同濕度下的下降幅度和趨勢基本保持一致；以15℃（T1）為例，RH80%（H1）、RH85%（H2）處理第7天的千粒重相對(duì)于第1天分別減少了28.37%、29.21%，而RH90%（H3）處理第5天的千粒重相較于第1天就已經(jīng)減少了28.1%，說明相同溫度下，低濕度處理下千粒重的下降速度較高濕度處理相對(duì)延緩了48 h。在25℃（T3）下各個(gè)濕度處理之間的千粒重直至第7天才表現(xiàn)出明顯的差異，且相對(duì)濕度增加至90%反而抑制了千粒重的下降速度，這可能是由于水分過多、氧氣不足，抑制了子粒內(nèi)部貯藏物質(zhì)的水解。

圖6 不同濕度處理下龍麥35的千粒重

在同一濕度條件下，隨著溫度的升高，子粒千粒重的下降速度明顯趨緩（圖7）。在RH80%（H1）處理下，25℃（T3）在第7天的千粒重相較于第1天減少了16.4%，而15℃（T1）、20℃（T2）處理下在第5天的千粒重相較于第1天分別減少了17.43%、16.7%，加劇了千粒重下降的趨勢。RH85%（H2）濕度處理下，不同溫度之間的千粒重變化趨勢與RH80%（H1）保持一致。隨著濕度的增加，高溫（25℃）下子粒千粒重的下降速度愈發(fā)緩慢，T1H3、T2H3處理在第3天的千粒重相較于第1天分別減少了16.5%、13.9%，而T3H3處理在第7天的千粒重相較于第1天減少了13.45%，高溫高濕處理下千粒重的下降速度較低溫高濕處理相對(duì)延緩了96 h。說明低溫高濕環(huán)境T1H3可以加快成熟期小麥子粒穗發(fā)芽期間的物質(zhì)消耗，千粒重下降明顯。

圖7 不同溫度處理下龍麥35的千粒重

3 小結(jié)與討論

穗發(fā)芽抗性主要取決于子粒的休眠特性，同一品種在不同外界環(huán)境條件下子粒休眠程度也不相同［13］。溫度對(duì)子粒休眠起到至關(guān)重要的作用，細(xì)胞膜會(huì)通過感受溫度的變化直接對(duì)子粒的休眠進(jìn)行調(diào)節(jié)，在成熟度相同的條件下，子粒的細(xì)胞膜會(huì)在較高溫度時(shí)對(duì)子粒休眠特性進(jìn)行調(diào)節(jié)從而造成子粒相對(duì)休眠，而在低溫情況下處于這種相對(duì)休眠的子粒則可以打破休眠，正常萌發(fā)［14］。本研究中，成熟期小麥在相同濕度處理下，隨著溫度的升高，發(fā)芽開始時(shí)間延長，發(fā)芽率和發(fā)芽勢均呈逐漸下降的趨勢，可見高溫對(duì)小麥子粒萌發(fā)有一定的抑制作用，而低溫卻能有效地打破休眠，這與Derera［15］的研究一致。水分是導(dǎo)致小麥穗發(fā)芽的直接外因，子粒萌發(fā)首先需要吸收水分，種皮只有在水分充足時(shí)才能被打破休眠開始萌發(fā)［16］。小麥整穗水分變化率受溫度和濕度的影響較大，子粒在吸水膨脹過程中，水分大部分以自由水的狀態(tài)存在于膠體微粒的周圍及細(xì)胞間隙中。在溫度較高時(shí)，水分子動(dòng)能升高，水分子和子粒內(nèi)部各種物質(zhì)間的結(jié)合力下降，小麥子粒結(jié)構(gòu)中的高分子蛋白質(zhì)和淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合自由水量相對(duì)較少［17］。

成熟期小麥在同一濕度處理下，隨著溫度的升高，整穗水分變化率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，且隨著相對(duì)濕度的增加，溫度對(duì)穗部吸水量的抑制作用更加明顯。這與王晨光等［17］的研究一致。研究發(fā)現(xiàn)，整穗水分變化率大約在50%時(shí)，觀察其穗部也同時(shí)出現(xiàn)了穗發(fā)芽現(xiàn)象，說明誘導(dǎo)穗發(fā)芽的臨界整穗水分變化率約為50%，高于此整穗水分變化率穗上發(fā)芽率更高，這與劉曉冰等［18］的研究結(jié)果相吻合。實(shí)際上，在整穗水分變化率大約為50%時(shí)，子粒吸水正好達(dá)本身干重的40%～50%，恰好是滿足子粒萌發(fā)的吸漲條件。子粒萌發(fā)還需要足夠的氧氣。小麥穎殼會(huì)在高溫下通過降低對(duì)氧氣的利用程度來抑制萌發(fā)，并且在濕度較高的情況下對(duì)氧氣利用的障礙還隨溫度升高而逐漸升高；因此誘導(dǎo)了含有穎殼的子粒休眠［19］。由于濕度較高時(shí)過量的水分也會(huì)使透入穎殼內(nèi)的氧含量降低，氧在水中的溶解度通常只有大氣的1/6，并且在水中的擴(kuò)散速度又是大氣的萬分之一，進(jìn)一步導(dǎo)致子粒中各種酶的活性增加變得緩慢，子粒萌發(fā)受限，從而延緩穗發(fā)芽的發(fā)生。在本研究中，25℃RH90%（T3H3）的發(fā)芽率最大值為27.87%，顯著低于其他處理。禾谷類子粒的胚乳內(nèi)貯藏有大量的大分子有機(jī)物。子粒萌發(fā)后，子粒呼吸作用加強(qiáng)，各種酶活性逐漸增強(qiáng)，胚乳內(nèi)的大分子有機(jī)物在酶的作用下分解為簡單的、便于轉(zhuǎn)運(yùn)的小分子化合物，供給正在生長的幼胚，導(dǎo)致子粒千粒重降低［20］。本研究表明，隨著小麥誘導(dǎo)穗發(fā)芽時(shí)間的增加，小麥子粒的發(fā)芽率升高，千粒重減小，這與王麗娜［21］的研究結(jié)果一致。經(jīng)過不同溫濕度處理的小麥，在誘導(dǎo)發(fā)芽7 d后25℃RH90%（T3H3）處理中子粒貯藏物質(zhì)被降解的速度較低，緩解了千粒重急劇下降的趨勢。可見適宜的溫濕度組合能夠造成小麥子粒相對(duì)休眠，減小穗發(fā)芽率，延緩千粒重下降趨勢，在一定程度上維持成熟期小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。

綜上所述，溫濕度環(huán)境對(duì)成熟期小麥穗發(fā)芽具有顯著影響。低溫高濕條件能夠促進(jìn)成熟期小麥子粒中貯藏物質(zhì)吸水分解、穗發(fā)芽發(fā)生速度快、發(fā)芽比例大、子粒千粒重下降明顯。15℃、RH90%的溫濕度條件下第3天的發(fā)芽率就達(dá)到46.77%，該研究可以作為成熟期小麥穗發(fā)芽鑒定和收獲管理的參考依據(jù)。