崔婷茹，范志強(qiáng)，郭晉杰

（1.望都縣氣象局，河北望都072450；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北保定071000）

低溫脅迫是對(duì)植物耐寒性的檢驗(yàn)。植物耐寒性是植物在低溫脅迫的長期適應(yīng)下通過植物本身的遺傳變異和自然選擇而獲得的一種適應(yīng)性。低溫脅迫包括凍害（植物在0 ℃以下的低溫傷害）和冷害（0 ℃以上的低溫傷害）。低溫脅迫對(duì)植物細(xì)胞的影響主要體現(xiàn)在酶活性、膜系統(tǒng)和細(xì)胞失水等方面，可導(dǎo)致細(xì)胞代謝紊亂，甚至死亡。溫度的改變會(huì)影響到植物的生長發(fā)育及各種生理生化指標(biāo)。同時(shí)，植物為應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度的改變會(huì)通過改變各種生理生化指標(biāo)來抵抗環(huán)境溫度脅迫[1]。

玉米生產(chǎn)在世界農(nóng)業(yè)糧飼生產(chǎn)中占有重要地位，20 世紀(jì)90 年代以來，全世界用于飼料的玉米占其總產(chǎn)量的70%以上[2]。近年來，我國北方玉米春播區(qū)頻繁發(fā)生低溫，對(duì)玉米生產(chǎn)造成較大范圍的低溫凍害，嚴(yán)重制約了玉米行業(yè)的發(fā)展，并造成重大經(jīng)濟(jì)損失。低溫冷害對(duì)玉米不同發(fā)育階段的影響有所不同，對(duì)玉米幼苗生長、發(fā)育和功能影響顯著[3]。在玉米生產(chǎn)中，玉米種子在土壤中遭受低溫凍害，會(huì)致使玉米種子的發(fā)芽率嚴(yán)重降低，給生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。玉米幼苗在生長發(fā)育過程中受到低溫凍害，會(huì)嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量以及品質(zhì)。低溫使幼苗存活率降低，致使成株期玉米矮小，影響結(jié)實(shí)，從而影響繁殖能力。在低溫環(huán)境下，玉米葉片生長速率降低、生長期延長、葉綠素被破壞、光合色素含量降低、光合速率下降，從而導(dǎo)致有機(jī)物的含量降低。受到低溫脅迫的葉片與相同葉齡葉片相比，葉片面積較小，葉面積拓展量降低。低溫環(huán)境下，玉米根系活力也會(huì)下降，影響玉米對(duì)營養(yǎng)成分和水分的吸收[4-6]。

本研究探索了低溫脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗活力的影響，旨在探討玉米種子發(fā)芽率低的原因，以便在玉米生產(chǎn)過程中采取有效的措施，為解決玉米生產(chǎn)冷害問題提供有益借鑒，以保證玉米安全生產(chǎn)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究選取10 個(gè)來自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的玉米自交系作為試驗(yàn)材料，分別為G135、G105、15X-F-100、G-248、15B-G-100、丹598、MO113、HC2-16、沿812、W64a。

1.2 主要儀器及試劑

低溫恒溫培養(yǎng)箱（三洋，MIR254），烘干箱（順妙，DCTG-9203），電子秤（德安特，ES200）。

無水乙醇、次氯酸鈣等試劑購自天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017 年12 月至2018 年5 月份在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)種質(zhì)資源實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3.1 發(fā)芽試驗(yàn) 每個(gè)玉米自交系各取150 粒種子，分成3 組，每組50 粒。在75%乙醇中浸泡10 s，用5%次氯酸鈣溶液消毒10 min，將消毒后的種子置于蒸餾水中于25 ℃培養(yǎng)箱浸種14 h，然后將種子均勻撒在滅菌濕潤的紗布上，并蓋上4 層滅菌濕潤的紗布于不同恒溫箱（25，10，40 ℃）催芽48 h，每天記錄發(fā)芽結(jié)果。

1.3.2 幼苗長勢試驗(yàn)[7]每個(gè)玉米自交系各取20 粒種子，在75%乙醇中浸泡10 s，用5%次氯酸鈣溶液消毒10 min，將消毒后的種子置于蒸餾水中于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱浸種14 h，然后將種子均勻撒在滅菌濕潤的紗布上，并蓋上4 層滅菌濕潤紗布于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽48 h。從每份玉米自交系萌發(fā)的種子中，選取長勢一致的3 株玉米種子轉(zhuǎn)入蛭石中，在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10 d，并每天測定1 次株高，共培養(yǎng)25 d。

同時(shí)，將地上部和地下部剪下并洗凈，稱取地上部和地下部的鮮質(zhì)量；然后置于110 ℃殺青5 min，于80 ℃烘箱烘干至質(zhì)量恒定，并測定地上部和地下部干質(zhì)量，計(jì)算根冠比。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 和SPSS 17.0 處理數(shù)據(jù)并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫對(duì)玉米種子發(fā)芽數(shù)的影響

每天記錄的種子發(fā)芽數(shù)，可直觀反映出種子發(fā)芽速度和發(fā)芽率。以MO113 為例，玉米種子在25，10，4 ℃這3 個(gè)溫度處理下進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，結(jié)果表明，種子發(fā)芽數(shù)在25 ℃中最高，10 ℃次之，4 ℃最低（圖1）。從表1 可以看出，溫度對(duì)玉米種子發(fā)芽數(shù)的影響達(dá)極顯著，說明同一品種在不同溫度處理下，玉米種子的發(fā)芽數(shù)存在極大差異，即溫度變化對(duì)玉米種子的萌發(fā)影響較大。表明適宜的溫度條件有助于玉米種子萌發(fā)，低溫會(huì)導(dǎo)致種子的發(fā)芽數(shù)降低。

表1 發(fā)芽數(shù)方差分析

以G135、G105、15X-F-100 為例，3 個(gè)自交系在10 ℃條件下進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，結(jié)果表明，3 個(gè)自交系中G135 發(fā)芽數(shù)最高，G105 次之，15X-F-100 最低（圖2）。從表1 也可以看出，玉米自交系不同，其發(fā)芽率也不同且差異達(dá)到極顯著水平。表明玉米品種不同，其種子的發(fā)芽率也顯著不同。

2.2 低溫對(duì)玉米品種株高的影響

株高能夠直接反映玉米幼苗的生長狀況，一般而言，苗期株高高，增長速度快，幼苗的生長狀況則良好。從圖3 可以看出，W64a 在25 ℃下株高呈現(xiàn)較快增長的趨勢，而在10 ℃環(huán)境下，幼苗株高增長相對(duì)緩慢，并且25 ℃中株高及其增長量均高于10 ℃。

從圖4 可以看出，自交系G-248 株高的增長趨勢顯著高于15B-G-100。從表2 可以看出，溫度和玉米品種對(duì)株高影響差異均達(dá)到極顯著水平?？梢?，低溫脅迫會(huì)阻礙玉米幼苗生長，不同品種對(duì)低溫的適應(yīng)性不同。

同一品種幼苗在4，10，25 ℃這3 個(gè)溫度梯度中表現(xiàn)出的植株高度以及株高增速均隨著溫度的升高而提高；不同品種玉米幼苗在同一溫度條件下的植株高度和株高增長速度也表現(xiàn)出較大差異，與發(fā)芽數(shù)相同，株高和株高增長速度因品種的不同而表現(xiàn)出較大差異，在很大程度上取決于品種的抗冷性。

表2 株高方差分析

2.3 低溫對(duì)玉米品種根冠比的影響

根冠比是指植物地下部分與地上部分的鮮質(zhì)量或干質(zhì)量的比值。它的大小反映了植物地下部分與地上部分的相關(guān)性，在作物苗期，為了給作物創(chuàng)造良好營養(yǎng)生長條件，要促進(jìn)根系生長，增大根冠比。根據(jù)表3 的數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，溫度對(duì)根冠比影響極顯著，且25 ℃環(huán)境下的幼苗根冠比顯著高于10 ℃低溫環(huán)境中根冠比；而不同玉米自交系品種間差異則不顯著。表明低溫會(huì)導(dǎo)致幼苗根系受損，致使植株生長受阻，發(fā)育緩慢。

表3 干質(zhì)量根冠比方差分析

2.4 低溫對(duì)玉米幼苗地上部鮮質(zhì)量、干質(zhì)量與地下部鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響

從表4～7 可以看出，相同品種的地上部鮮質(zhì)量因溫度條件不同而表現(xiàn)出極顯著的差異水平；且不同品種對(duì)地上部鮮質(zhì)量的影響也達(dá)到顯著性水平。同時(shí)，溫度不同，玉米幼苗的地下部鮮質(zhì)量也極顯著不同；但不同玉米品種間的地下部鮮質(zhì)量的差異則不顯著。

表4 地上部鮮質(zhì)量方差分析

表5 地下部鮮質(zhì)量方差分析

表6 地上部干質(zhì)量方差分析

表7 地下部干質(zhì)量方差分析

地上部干質(zhì)量因溫度條件的改變而表現(xiàn)為極顯著的差異水平；而不同的品種對(duì)其地上部的干質(zhì)量影響不顯著。對(duì)于地下部干質(zhì)量而言，溫度和品種對(duì)其影響不顯著。

地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量以及幼苗根冠比可直觀反映玉米幼苗生長狀況。同一品種在25 ℃下培養(yǎng)的玉米幼苗，其地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量普遍高于10 ℃下培養(yǎng)的幼苗。

試驗(yàn)材料差異即品種的差異應(yīng)對(duì)地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，然而本試驗(yàn)中因品種不同對(duì)地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量的影響均未表現(xiàn)出極顯著水平。

3 結(jié)論與討論

玉米種子萌發(fā)通常用發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)來衡量[8]。影響種子萌發(fā)的因素很多[9-11]。在本研究中，對(duì)4，10，25 ℃這3 個(gè)溫度梯度中的玉米種子進(jìn)行發(fā)芽率測定，結(jié)果表明，25 ℃條件下玉米種子發(fā)芽數(shù)顯著高于4，10 ℃低溫環(huán)境中的玉米種子。玉米種子在遭受低溫脅迫后，會(huì)影響種子的出苗整齊度，減少成苗，甚至使種子完全喪失發(fā)芽能力，并且溫度越低，對(duì)種子發(fā)芽勢的影響越嚴(yán)重[12-14]。不同玉米品種在低溫下的發(fā)芽能力顯著不同，發(fā)芽數(shù)和發(fā)芽速度也因品種不同為表現(xiàn)出較大差異。

本研究還表明，在適宜溫度條件下種子出芽、成苗能力強(qiáng)，玉米幼苗具備較強(qiáng)的根、芽生長能力，苗較高、根較長，苗干質(zhì)量、根干質(zhì)量均較大。溫度較低時(shí)種子活力低，種子萌發(fā)較晚，幼苗和根系生長較弱，干物質(zhì)積累較少，所以，葉片較小，根系細(xì)弱。玉米種子萌發(fā)需要在適宜的溫度范圍內(nèi)，才能完成種子的萌動(dòng)與出苗等生理過程[15]。因此，在生產(chǎn)中，篩選耐低溫的自交系可以選育出玉米新品種，篩選對(duì)低溫不敏感的種質(zhì)資源可確保玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。